지락사고와 지락보호: 1선 지락전류 계산과 OCGR 정정 검토
지락사고는 전류가 대지나 접지경로를 거쳐 전원으로 돌아가는 사고로, 상간 단락과 달리 계통의 접지방식과 영상분 임피던스에 크게 좌우됩니다. 지락전류는 CT나 ZCT가 검출하고 OCGR 같은 계전기가 판단해 차단기를 동작시킵니다. 이 글은 이 과정을 보호 관점에서 정리하고, 1선 지락전류와 OCGR 정정값 환산을 해 볼 수 있는 계산기 2개를 담았습니다.
1. 지락사고에서 전류는 어떻게 흐르는가
3상 계통에서 한 상의 절연이 파괴되어 대지나 접지된 금속부와 닿으면 지락사고가 됩니다. 예를 들어 R상이 지락되면 전류는 다음 경로를 만들 수 있습니다.
전원 → 변압기 → R상 전로 → 고장점 → 대지 및 접지경로 → 변압기 중성점 → 전원
지락전류는 고장점에서 땅으로 사라지는 전류가 아니라, 전원으로 돌아갈 폐회로가 있어야 흐르는 전류입니다. 그래서 계통의 접지방식과 임피던스가 지락전류의 크기에 직접 영향을 줍니다.
2. 지락전류의 크기를 정하는 요소
- 전원 쪽 임피던스, 변압기 임피던스
- 케이블과 모선의 임피던스
- 영상분 임피던스
- 중성점 접지 임피던스(접지방식)
- 고장점 임피던스와 접지경로의 임피던스
특히 지락사고에서는 영상분 임피던스가 중요하므로, 3상 단락전류 계산 결과를 그대로 지락전류로 쓰는 것은 적절하지 않습니다. 또 “지락전류는 단락전류보다 작다”는 말은 모든 계통에 맞는 법칙이 아닙니다. 중성점 접지가 강하고 고장점 임피던스가 작으면 큰 지락전류가 흐를 수 있고, 비접지나 고임피던스 접지 계통에서는 상대적으로 작을 수 있습니다.
3. 1선 지락전류의 기본 계산 개념
1선 지락사고는 대칭좌표법으로 정상분, 역상분, 영상분을 함께 고려해 해석할 수 있습니다. 대표적인 형태는 다음과 같습니다.
ILG = √3 × c × Un ÷ (Z₁ + Z₂ + Z₀ + 3Zf)
- ILG: 1선 지락전류, Un: 선간전압, c: 전압계수
- Z₁, Z₂, Z₀: 정상분, 역상분, 영상분 임피던스, Zf: 고장점 임피던스
이 글의 계산기는 Z₁과 Z₂를 같다고 보고 저항과 리액턴스로 나누어 계산합니다. 실제 계산에서는 계통 구성과 적용 기준에 따라 각 임피던스를 정확히 구해야 합니다.
4. 계산기 ① 1선 지락전류(개략)
숫자는 모두 사용법을 보여 주는 예시이며 실제 계통의 임피던스가 아닙니다. 전압계수 c의 값은 적용 기준(IEC 60909 등)에서 확인하세요.
5. CT와 ZCT는 지락전류를 어떻게 검출하는가
정상 상태에서 3상 전류의 벡터합은 이상적으로 0에 가깝습니다(IR + IS + IT ≈ 0). 지락사고가 나면 이 관계가 깨지면서 잔류전류가 생기고, 이 전류를 보호계전기가 검출합니다. ZCT는 3상 전선을 하나의 철심에 통과시켜 잔류전류를 직접 검출하는 방식으로 쓰입니다. 그래서 지락보호에서는 CT비뿐 아니라 어떤 방식으로 전류를 검출하는지도 확인해야 합니다.
6. 사고에서 차단까지의 흐름
지락전류가 생겼다고 바로 차단기가 동작하는 것은 아닙니다. 검출된 전류가 계전기 정정값을 넘고 설정된 시간특성을 만족해야 트립 명령이 나가고, 차단기가 실제로 열리는 시간도 더해집니다.
7. OCGR 정정값과 1차 전류 환산
지락보호용 CT가 200/5A이고 OCGR 정정값이 2차 1.5A라면, CT비는 200÷5=40이므로 1차 기준으로는 1.5×40=60A입니다. 1차 지락전류가 이 값에 이르면 계전기가 픽업 조건을 확인한다고 볼 수 있습니다. 다만 실제로는 최소 지락전류에서도 감도가 충분한지, 정상 잔류전류로 오동작하지 않는지, 상하위 보호기기와 선택차단이 되는지까지 함께 검토해야 합니다.
8. 계산기 ② OCGR 정정값의 1차 환산과 감도 비교
숫자는 모두 예시입니다. 필요한 감도 여유는 설계 기준과 계전기 사양에 따르며, 이 글에서 기준값을 정하지 않았습니다.
9. 최대와 최소 지락전류를 모두 보는 이유
정정에서 최대 지락전류만 확인하면 위험합니다. 어떤 위치의 사고는 2,000A가 흐르지만 다른 위치에서는 300A밖에 흐르지 않을 수 있습니다. OCGR 정정값이 너무 높으면 2,000A 사고에는 동작하지만 300A 사고에는 동작하지 않을 수 있습니다. 최대 지락전류는 CT 포화, 차단기 차단능력, 보호기기 동작 범위를 검토할 때, 최소 지락전류는 계전기 감도를 검토할 때 중요합니다.
10. 보호협조와 접지저항에 대한 오해
- 보호협조: 수배전설비에는 변압기 2차, 저압 배전반, 고압 피더, 수전점 등 여러 곳에 보호기기가 있습니다. 하위에서 난 사고는 하위 차단기가 먼저 동작하고 상위는 불필요하게 동작하지 않아야 하며, 이를 위해 픽업전류, 동작시간, 시간특성, CT비, 고장전류, 차단기 동작시간을 함께 봅니다.
- 접지저항: 접지저항이 낮으면 지락전류가 무조건 커진다고 생각하기 쉽지만, 실제 지락전류는 접지저항 하나로 정해지지 않습니다. 지락전류의 크기와 함께 고장 지속시간, 대지전위 상승, 접촉전압, 보호도체의 열적 내량도 검토해야 합니다.
- 관련 기준: 고압과 특고압 전로의 지락차단장치 시설 기준은 KEC에 별도로 있으므로, 해당 설비에 적용되는 조건을 원문으로 확인해야 합니다.
11. 보호설계에서 확인할 항목과 자주 하는 실수
| 확인할 항목 | 자주 하는 실수 |
|---|---|
| 계통 접지방식, 변압기 중성점 접지조건 | 지락전류를 3상 단락전류로 대신함 |
| 전원, 변압기, 케이블, 모선 임피던스 | 접지저항 하나만으로 지락전류를 판단함 |
| 최대와 최소 지락전류 | 최대 지락전류만 계산하고 최소는 검토하지 않음 |
| CT 또는 ZCT 변류비, OCGR 정정값 | CT비를 바꾼 뒤 OCGR 정정값을 그대로 사용함 |
| 계전기 동작시간, 차단기 실제 차단시간 | 두 시간을 구분하지 않거나, 지락이 나면 즉시 차단된다고 생각함 |
| 상하위 보호기기 협조(TCC) | 상하위 계전기의 TCC를 확인하지 않음 |
| 접지도체와 보호도체의 열적 내량, 대지전위 상승, 접촉전압 | 접지시스템 검토를 보호 검토와 따로 진행함 |
12. 자주 묻는 질문
보호계전기의 정정은 설비의 안전과 정전 범위에 직접 영향을 줍니다. 이 글은 원리를 설명하는 참고 자료이며 정정값 산정이나 보호설계의 근거가 아닙니다. 계통 해석, 정정, 시험은 자격을 갖춘 전문가가 법령과 기준, 제조사 자료에 따라 수행해야 합니다.
13. 핵심 정리
- 지락사고는 전류가 대지나 접지경로를 거쳐 전원으로 돌아가는 사고입니다.
- 지락전류의 크기는 접지방식과 영상분 임피던스 등에 크게 좌우됩니다.
- CT 또는 ZCT가 지락전류를 검출하고 OCGR 등의 계전기가 판단합니다.
- 정정은 최대뿐 아니라 최소 지락전류도 확인해야 합니다.
- 실제 차단시간은 계전기 동작시간에 차단기의 동작시간까지 더해집니다.
- 지락보호는 계산, 검출, 판단, 차단을 하나의 보호체계로 보고 검토해야 합니다.
14. 참고한 자료와 한계
- 1선 지락전류식과 보호 흐름은 대칭좌표법과 보호계전 일반 이론으로 알려진 내용을 정리한 것이며, 규격 원문과 KEC 조문으로 확인하지는 않았습니다. 이 글의 작성자는 전기 실무 전문가가 아니며, 글은 AI의 도움을 받아 작성되었습니다.
- 전압계수 c의 값, 고압과 특고압 지락차단장치의 시설 기준, 필요한 감도 여유는 확인하지 못해 싣지 않았고, 계산기의 숫자는 모두 예시입니다.
- 마지막 확인일: 2026-11-05
댓글 0
첫 댓글을 남겨보세요.