%Z 해석

%Z해석

1. % Z란?

 

 

회로 내에서 정격전류(In)가 흐를 때 기기 내부 전압강하(e)가 정격전압(Vn)의 몇 % 인지를 나타내는 값입니다. 퍼센트 임피던스의 정식 명칭은 퍼센트 임피던스'전압강하' 단순 임피던스(단위 옴)보다 전압 강하율에 가까운 개념이라고 생각됩니다.

 

 

2. % Z 확인방법

 

Yz 공식

그림과 같이 정격전류를 흘려 기기에서 발생하는 전압강하 e를 측정하고, 이때 e를 임피던스 전압강하라고 합니다. 그게 정격전압의 몇 % 인지 구하면 % Z입니다.

변압기 단락시험

보통 위 그림과 같은 단락시험을 통해서 구합니다. 2차측을 단락시켜 회로내 부하가 해당 기기만 존재하게하고, 전류계의 값이 정격전류때 전압계의 값을 측정합니다. 다른 기기가 없기 때문에, 정격전류시의 전압계값이 임피던스전압강하(e)가 되고 이것을 이용하여 %Z를 구합니다.

 

3. % Z 쓰는 이유

 

임피더스 자체를 이용하는 옴법보다, % Z를 쓰는 이유는 다음과 같습니다.

1) 변압 시에도 값의 크기 동일

보통 계통을 보면 22kV->154kV->22.9kV-> 220V 식으로 계속 전압이 변성됩니다. 옴법의 경우 이때마다 계속 계산을 다시 해야 합니다. 임피던스가 전압 비에 따라 변동되니까요. 하지만 % Z는 정격전압에 대한 % 입니다. 즉 변압기에 의해 정격전압(154kV->22.9kV)이 바뀌어도, 정격전압에 대한 전압강하 비율에 해당하는 % Z는 변동 없이 같은 값이 됩니다. (덕분에 고장해석 등에 있어서 옴법보다 계산이 용이합니다.) 이게 % Z는 1차 측에서 본 값과 2차 측에서 본 값이 같다. 는 의미입니다. (기술사나 학부 서적 보면 간간히 나오는 이야기) (사실 % Z보다는 PU 법이 많이 쓰입니다. 책이야 다 % Z지만)

2) 계통이나 기기 특성의 경우 전압강하 중요.

임피던스 자체보다는 전압강하 사용이 되는 경우가 많습니다. 정격전압은 정해져 있는 건데.. 이게 전압강하로 떨어지면 제 성능을 발휘하지 못하는 거지요. 그래서 면밀한 확인이 필요합니다.

 

 

4. % Z의 활용 1 (전압강하)

바로 위 내용과 같이 전압이 저하되면 제성능을 못 냅니다. 전등은 어두워지고(광속은 전압 제곱에 비례) 전동기는 토크가 떨이 지고(토크는 전압 제곱에 비례) 컴퓨터 같은 전자기기는 정지하게 됩니다. 그래서 내선규정이나 IEC 같은 곳에서는 전압강하%를 정하고 간선, 분기선 따위에서 해당 값 이내로 전압저하가 생기게 관리합니다. 그리고 이때 % Z 활용해서 기준을 정하지요.

 

 

5. % Z의 활용 2 (변압기 병렬운전)

변압기 병렬

 

변압기 병렬운전도 전압적 측면에서 생각하면 간단합니다. 변압기가 병렬이니 단자 전압이 같아야 하고, 틀리면 같아지게 전류가 변하며, 그게 용량 분배이거든요. 순서대로 다시 이야기드리면.. 변압기 병렬운전 시 무부하 시 단자 전압이 두대 동일 부하를 걸어도 단자 전압은 두대 동일해야 함 그렇게 되려면 전압강하가 똑같이 발생해야 됨 즉 % Z가 크면 전압강하가 크니, 부하 적게 분담 % Z가 작으면 전압강하가 작으니, 부하를 많이 분담합니다. (부하분담과 % Z 반비례. 여기서 부하는 부하 전류로 봐도 무방) 뭐 좀 더 깊이 들어가면 역률과 X/R에 대한 사항도 따져야 하지만, 일반적인 사항은 대충 이렇습니다.

 

6. %Z의 활용 3 (단락전류 계산)

단락전류 계산

 

위에서 계속 이야기한 것처럼. 결국 % Z는 전압 강하와 밀접한 관련이 되었습니다. 이것을 KVL과 옴 법칙을 섞어 적용하면 눈에 매우 익은 Is=100/%Z × In식이 나옵니다. 이것도 좀 순서대로 풀이를 해보자면 정상상태에서는 기기에서 In이 흐르고, e가 발생합니다. 하지만 단락사고가 난다면 후단 기기는 모두 제거됩니다. 그리고 남아 있는 기기에 Vn이라는 전압강하가 생겨야지요. (키르히호프 전압 법칙 : KVL) 전압강하 e = Z× I고, Z는 고정인데 e가 Vn이 되니 흐르는 전류도 증가되는데 이게 단락전류 Is입니다. 그리고 이런 고장해석도 % Z라는 값을 이용하여 해석됩니다. 이와 같은 사항 이외에도 다양한 사용이 있겠지만 일단 3가지 사항만 예를 들어 봤습니다.

 

7. 결론

 

%Z는 시험에도 나오고, 일하면서 많이 보고 쓰이지만 이게 정확히 무엇을 뜻하고, 어떻게 쓰이는지 나오는 책은 찾기가 힘든 것 같아서 제가 공부하면서 이해했던 부분에 대하여 한번 적어봤습니다. (어느 정도 제 개인적인 해석이 들어간 부분을 고려하셔서 보시면 될 거 같습니다.)