변압기 %임피던스는 무엇이고 단락전류·차단용량과 어떤 관계인가요?

핵심 답변

%임피던스(%Z, 단락 임피던스 전압)는 변압기 2차를 단락한 상태에서 정격전류를 흘리는 데 필요한 1차 전압이 정격전압의 몇 %인지를 나타낸 값입니다. 이 값이 작을수록 변압기 내부 임피던스가 작아서, 2차 쪽에서 단락이 났을 때 흐르는 전류가 커집니다. 상위 계통 임피던스를 무시하면 2차 단락전류는 대략 '정격전류 × 100 ÷ %Z'로 어림할 수 있습니다. 그래서 %Z는 변압기 가까운 차단기의 차단용량(kA)을 정하는 출발점이고, 부하 때 전압 변동과 병렬 운전에도 영향을 줍니다.

원리 이해

변압기 권선에는 저항과 누설 리액턴스가 있어 전류가 흐르면 내부에서 전압이 떨어집니다. 이 내부 임피던스를 '정격전류를 흘릴 때 생기는 전압강하가 정격전압의 몇 %인가'로 표시한 것이 %Z입니다. 2차가 단락되면 이 내부 임피던스만이 전류를 제한하므로, %Z가 4%라면 이론상 정격전류의 100 ÷ 4 = 25배가 흐릅니다.

임피던스를 옴(Ω)이 아니라 %로 나타내는 이유는 용량과 전압이 다른 변압기도 같은 기준으로 비교할 수 있어서입니다. 예를 들어 1차 전압이 같고 %Z도 같은 두 변압기는 용량이 달라도 정격 부하에서의 내부 전압강하 비율이 같습니다. 단락전류 계산이나 병렬 운전 검토, 하위 차단기의 차단용량 검토가 모두 이 값에서 출발합니다.

실제로는 상위 계통과 모선·케이블 임피던스가 더해져 단락전류가 이 값보다 작아지므로, 이 식은 보수적인(크게 잡는) 어림값입니다^[1].

%Z가 영향을 주는 곳

배전용 변압기의 대표적인 %Z로 해외 기술 가이드는 1차 20 kV 이하 기준 유입식 50~750 kVA 4%, 800~3,200 kVA 6%, 몰드식 6%를 들지만^[1], 국내 22.9 kV 변압기를 포함해 실제 값은 제조사·용량마다 다르므로 반드시 명판이나 시험성적서의 값을 씁니다.

차단용량과의 관계

KEC 212.3.1은 과부하와 단락을 함께 보호하는 장치가 그 설치 지점에서 예상되는 단락전류를 포함한 모든 과전류를 차단할 수 있어야 한다고 정합니다^[2]. 변압기 2차 주차단기와 가까운 분전반의 차단기는 위 식으로 어림한 단락전류보다 큰 차단용량을 가져야 합니다. 배선용 차단기에는 극한단락차단용량(Icu)과 사용단락차단용량(Ics)이 함께 표시되며, Ics는 Icu의 백분율로 제품마다 다르므로 카탈로그 값을 확인합니다^[3]. 여러 대가 같은 모선에 병렬로 물려 있으면 각 변압기의 단락전류를 더해 보수적으로 잡습니다^[1].

확인 순서

1. 관리자 변압기 명판에서 용량(kVA), 2차 전압, %Z(임피던스 전압)를 기록합니다.
2. 관리자 정격전류와 단락전류 어림값을 구하고, 병렬 변압기가 있으면 합칩니다.
3. 자격자 2차 주차단기와 가까운 분전반 차단기의 차단용량(Icu·Ics)이 어림값 이상인지 확인합니다.
4. 자격자 변압기를 교체·증설해 %Z나 용량이 바뀌면 하위 차단기의 차단용량을 다시 검토합니다.

하지 말아야 할 것

• 변압기를 바꾸면서 %Z가 더 작은 제품을 고르고 하위 차단기 차단용량은 그대로 두지 마세요.
• %Z가 서로 다른 변압기를 검토 없이 병렬로 묶지 마세요.
• 대표값을 실제 설비의 값으로 쓰지 마세요. 명판 값이 기준입니다.
• 단락전류를 줄이겠다고 임의로 리액터나 케이블을 추가하지 마세요. 보호 협조와 전압강하가 함께 바뀌므로 설계 검토가 필요합니다.

관련 기준과 근거

• KEC 212.3.1 과부하전류 및 단락전류 겸용 보호장치 — 설치 지점의 예상 단락전류 차단 능력^[2]
• 단락전류 어림식(Isc = In × 100 ÷ %Z)과 대표 %Z 값 — 제조사 기술 가이드^[1]
• 배선용 차단기의 Icu·Ics(IEC 60947-2) — 제조사 자료^[3]

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