퍼센트 임피던스 (%Z)

1. 퍼센트 임피던스

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퍼센트 임피던스 (%Z)

먼저 전자용어사전을 인용하여 보면

"퍼센트 임피던스란 변압기를 포함한 회로에서 기준이 되는 전압과 전류를 정하고

각각의 임피던스를 기준 임피던스의 백분율로 나타낸 것"이라고 한다.

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퍼센트 임피던스에 대해 쉽게 알기 위해 다음과 같은 회로로 나타낼 수 있다.

회로도

% 임피던스는 아래식과 같이 나타낼 수 있다.

%임피던스

여기서 임피던스는 선로에서 발생하여 손실된 임피던스를 의미한다.

%임피던스는 전압은 저항에 비례하므로 오옴의 법칙을 이용한 것이다.

즉 전체 전압에서 각각의 부하에서 발생하는 전압강하의 비율을 나타낸다.

이것을 다시 수식으로 바꾸어 우리가 아는 공식으로 고치면 다음과 같다.

%Z - 1

%임피던스를 기전력 E을 기준으로 하여 산정한 것이다.

한 폐회로에서 발생한 전압과 손실된 전압은 같게 되므로

발생한 전압분에 대하여 각 부하에서 소실되는 전압의 비율을 나타낸 것이다.

 

또한 기준전압을 선간전압으로 바꾸고

전류를 전압과 전력으로 바꾼다면 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

%Z - 2

위 식에서 주의해야 할 사항은 단위이다. 위 식을 계산할 때에는 단위에

주의해야 하는데 전압(V)과 전력(P)의 단위는 kV와 kW이다.

 

2. 퍼센트 임피던스를 사용하는 이유

주로 퍼센트 임피던스는 단락전류의 크기를 파악하거나 단락용량 및 전압강하를

계산할 때 사용됩니다.

그러면 왜 퍼센트 임피던스로 바꾸어 사용해야 할 까요?

그 이유는 계통내에 사용되는 변압기에 의해 다양한 크기의 전압과 전류로

변환되기 때문입니다.

%Z 이유 선로에서 고장이 발생하였을 때 전류와 전압의 크기가 각각 다르기 때문에 고장성분을 파악하여 해결하기에는 고장점에 흐르는 단락전류를 파악하기 힘들어지게 됩니다.

따라서 퍼센트 임피던스를 사용하게 됩니다.

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3. 퍼센트 임피던스와 단락전류

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위에서 퍼센트 임피던스는 단락전류를 계산할 때 사용한다고 하였습니다.

그렇다면 어떻게 문제를 해결할 까요?

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일반적으로 100 / %Z = 단락비 이며

이는 정격전류에 대한 단락전류의 비율을 의미합니다.

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쉽게 말해서 %임피던스가 5라면 단락비는 20이며, 단락전류는 정격전류의 20배라는 것을 예측할 수 있습니다.

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따라서 다음과 같은 식을 얻을 수 있습니다.

단락비 산정식

(Is : 단락전류, In : 정격전류) ​

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위 식에 정격전압을 양변에 Vn 을 모두 곱하면

단락용량 산정식

(Ps : 단락용량, Pn : 정격용량) ​

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그렇다면 %Z가 높아야 안전하고 좋을까요?

%Z가 크다는 것은 단락비가 작다는 의미이며 그 만큼 구리저항이 높다는 것을 의미하게 되어

기계수치는 작아지고 효율이 좋아지지만 누설 자속이 커져 동기 임피던스가 증가한다는 약점을 갖게 됩니다.

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반대로 %Z가 작다는 것은 단락비가 크다는 의미이므로 전압강하나 전압변동율이 적어 안정도가 좋다는 특징이 있는 반면

단락전류가 크고 효율이 나쁘다는 치명적인 약점을 갖게 됩니다.

따라서 서로의 단점을 보완하기 위해 적정량의 %Z를 유지하는 겁니다.