🟡 [전력공학] 단락전류·차단용량 계산 — %임피던스법 기출패턴 완벽분석

단락전류·차단용량 계산 — %임피던스법 기출패턴 완벽분석

전기기사 합격연구소 · 2026년 05월 28일

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이수진

전기공학 전공 · 전기산업기사 필기 92점 합격 · 수험 멘토

이론 과목 중심 학습으로 필기 고득점, 직장인 병행 합격 경험

전기공학을 전공하고 직장 다니면서 전기산업기사를 준비했습니다. 이론이 어렵게 느껴지는 분들을 위해 공식 유도 과정부터 차근차근 풀어드립니다. 학습 참고용 콘텐츠이며, 공식 기출문제는 Q-net에서 확인하세요.

본 콘텐츠는 학습 참고용이며, 실제 시험 출제와 다를 수 있습니다.

단락전류와 차단용량 계산 문제는 전기산업기사·전기기사 필기 시험에서 매 회차 빠짐없이 출제됩니다. 특히 %임피던스법은 3회 중 2회 이상 직접 계산 문제로 나올 만큼 출제 비중이 높습니다. 이 개념 하나만 제대로 잡으면 전력공학 파트에서 안정적으로 점수를 챙길 수 있습니다. 이 포스트에서는 공식 유도부터 기출 패턴, 실전 풀이까지 한 번에 정리합니다. 이 글의 내용은 학습 참고용으로 작성되었으며, 실제 시험 및 전기 설비 적용 시에는 반드시 한국전기설비규정(KEC)과 공식 기준을 확인하시기 바랍니다.

핵심 개념 정리 — 이 주제의 기초부터

%임피던스법은 전력 계통에서 단락전류를 계산할 때 가장 많이 쓰이는 방법입니다. 핵심은 이겁니다: 실제 임피던스 값(Ω)을 직접 쓰지 않고, 기준 임피던스에 대한 백분율(%)로 환산해서 계산한다는 점입니다. 왜냐하면 변압기처럼 전압이 변하는 기기가 포함된 계통에서는 1차 측과 2차 측 임피던스를 단순 합산할 수 없기 때문입니다. %임피던스를 쓰면 전압 레벨이 달라도 동일한 기준으로 합산이 가능합니다. 하은이 처음 이 개념을 공부할 때 "왜 굳이 %로 바꾸냐"고 물었는데, 이 이유를 명확히 알아야 공식이 자연스럽게 외워집니다. %임피던스의 정의부터 잡겠습니다. %Z = (Z × In / Vn) × 100 입니다. 여기서 Z는 실제 임피던스(Ω), In은 정격전류(A), Vn은 정격전압(V)입니다. 기준 용량(Pn, kVA 또는 MVA)을 이용한 표현으로는 %Z = (Z × Pn) / (Vn²) × 100 으로 바꿔 쓸 수 있습니다. 이 두 식은 서로 같은 식이니 상황에 맞게 골라 쓰면 됩니다. 단락전류(Is)는 다음과 같이 구합니다. Is = (100 / %Z) × In 입니다. 즉 %Z가 작을수록 단락전류는 커집니다. 예를 들어 정격전류 100A, %Z = 5%라면 Is = (100/5) × 100 = 2,000A가 됩니다. 차단용량(Ps)은 Is에 정격전압을 곱해서 구합니다. 3상 계통 기준으로 Ps = √3 × Vn × Is 입니다. 단위는 [VA], 실무에서는 [MVA]로 환산해 씁니다. %임피던스법으로 바로 구하면 Ps = (100 / %Z) × Pn 도 성립합니다. 이 식이 시험에서 가장 자주 나옵니다. 기준 용량이 다를 때 %Z 환산도 반드시 알아야 합니다. %Z2 = %Z1 × (Pn2 / Pn1) 입니다. 기준 용량을 바꿀 때 %Z도 비례해서 바뀝니다. 이 환산 공식을 모르면 복수 변압기 문제에서 반드시 틀립니다.

핵심 공식 총정리 — 암기 필수

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StudyBot — 핵심 요약

출제빈도: ★★★ 매회출제 · 2026년 05월 28일

📋 핵심 공식

• %임피던스 = (I_n × Z / V_n) × 100 = (P_n × Z / V_n²) × 100 [%]
• 단락전류 I_s = I_n × (100 / %Z) = (100 / %Z) × (P_n / √3 × V_n) [A]
• 차단용량 P_s = √3 × V_n × I_s = P_n × (100 / %Z) [MVA]

⚠️ 자주 틀리는 포인트

• %Z를 합산할 때 기준용량이 서로 다른 경우 동일 기준용량으로 환산하지 않고 그대로 더하는 실수
• 단락전류 계산 시 선간전압(V_n)을 써야 하는데 상전압을 대입하거나 √3 계수를 빠뜨리는 실수

💡 암기 팁

"단락전류는 정격전류의 100을 %Z로 나눈 것"으로 기억하고, 차단용량은 정격용량에 똑같이 (100/%Z)를 곱하면 끝

공식명	공식	적용 조건	주의사항
%임피던스 기본 정의	%Z = (Z × Pn / Vn²) × 100	단상 또는 3상 공통 (Vn은 선간전압, Pn은 3상 용량)	Vn 단위 V, Pn 단위 VA 통일 필수
단락전류 (정격전류 이용)	Is = (100 / %Z) × In	계통 %Z가 주어진 경우	In은 단락 발생 지점의 정격전류
단락전류 (전압·임피던스 직접)	Is = Vn / (√3 × Z) (3상), Is = Vn / Z (단상)	%Z가 없고 실제 Z(Ω)가 주어진 경우	3상은 반드시 √3 포함, 단상은 제외
3상 단락용량 (차단용량)	Ps = √3 × Vn × Is = (100 / %Z) × Pn	3상 계통 차단기 선정 계산	Pn과 Ps의 단위(MVA, kVA) 일치 확인
기준 용량 변환 시 %Z 환산	%Z2 = %Z1 × (Pn2 / Pn1)	두 기기의 기준 용량이 다를 때	합산 전에 반드시 같은 기준으로 환산 후 더함
직렬 계통 합성 %Z	%Z합 = %Z1 + %Z2 + ... (같은 기준 용량)	전원 → 변압기 → 선로 직렬 구성	기준 용량이 다를 경우 환산 먼저
차단기 차단전류 여유율	차단전류 ≥ Is × 1.25 (산업기사 기준 적용)	차단기 선정 문제	KEC 규정 기준 확인 필요

기출유형 분석 — 이렇게 출제됩니다

기출 문제를 100문제 이상 분석해 보면 크게 세 가지 패턴으로 나뉩니다. 이 패턴을 먼저 파악하면 문제를 보는 순간 어떤 공식을 꺼낼지 바로 판단됩니다. 패턴 1 — %Z와 기준 용량이 바로 주어지는 유형 "변압기 용량 500kVA, %Z = 4%, 3상 단락용량은?" 식으로 수치를 그대로 넣는 문제입니다. 계산 순서: ① 공식 Ps = (100 / %Z) × Pn 확인 → ② 단위 통일(kVA or MVA) → ③ 대입. 여기서 자주 틀립니다: Pn을 MVA로 주고 답을 kVA로 물을 때 단위 환산을 빠뜨리는 경우. Ps = (100/4) × 500 = 12,500kVA = 12.5MVA 가 정답입니다. 패턴 2 — 기준 용량이 다른 두 기기를 합산하는 유형 "전원 측 %Z = 3%(기준 1,000kVA), 변압기 %Z = 5%(기준 500kVA), 합성 %Z는?" 이런 문제입니다. 계산 순서: ① 공통 기준 용량 설정(보통 큰 값 or 문제에서 지정) → ② 각 %Z 환산 → ③ 합산 → ④ 단락전류 또는 단락용량 계산. 기준을 1,000kVA로 잡으면, 변압기 %Z를 5% × (1,000/500) = 10%로 환산 후 합산 → %Z합 = 3 + 10 = 13%. 패턴 3 — 실제 임피던스(Ω)가 주어지고 단락전류를 구하는 유형 선로 임피던스나 변압기 임피던스를 Ω로 직접 주고 단락전류를 구하는 문제입니다. 계산 순서: ① 3상인지 단상인지 확인 → ② Is = Vn / (√3 × Z) 또는 Is = Vn / Z 선택 → ③ 대입. 실전 팁: 이 유형에서는 Vn이 선간전압인지 상전압인지 반드시 확인하세요. 3상 22,900V 계통에서 Is = 22,900 / (1.732 × 5) = 2,645A처럼 계산합니다. 하은이 패턴 2 유형을 처음 봤을 때 "기준 용량을 뭐로 잡아야 해요?"라고 물었는데, 어떤 기준으로 잡아도 최종 단락전류·단락용량은 같습니다. 단, 기준 용량을 잡은 뒤 모든 %Z를 그 기준에 맞게 환산하는 과정을 빠뜨리지 않는 것이 핵심입니다.

실전 문제풀이 — STEP별 상세해설

[문제 1] 단일 변압기 차단용량 계산 3상 변압기의 정격용량이 1,000kVA, 정격전압 22.9kV/380V, %임피던스 5%일 때, 2차 측 3상 단락전류와 단락용량을 구하시오. STEP 1. 2차 측 정격전류 In 계산 In = Pn / (√3 × V2) = 1,000,000 / (1.732 × 380) = 1,000,000 / 658.16 ≒ 1,520A STEP 2. 단락전류 Is 계산 Is = (100 / %Z) × In = (100 / 5) × 1,520 = 20 × 1,520 = 30,400A STEP 3. 단락용량 Ps 계산 Ps = (100 / %Z) × Pn = (100 / 5) × 1,000 = 20,000kVA = 20MVA 검산: Ps = √3 × 380 × 30,400 = 1.732 × 380 × 30,400 ≒ 20,000,000VA = 20MVA ✓ 왜 이렇게 푸냐면: STEP 2와 STEP 3 중 하나만 구하면 나머지는 간단히 검산 가능합니다. 시험장에서 검산 습관을 들이면 계산 실수를 잡아낼 수 있습니다. --- [문제 2] 기준 용량이 다른 계통 합성 %Z 계산 송전계통의 전원 임피던스 %Zs = 2%(기준 2,000kVA), 변압기 %Zt = 6%(기준 1,000kVA)가 직렬로 연결되어 있다. 기준 용량 2,000kVA로 환산한 합성 %Z와 단락용량을 구하시오. STEP 1. 변압기 %Z를 기준 용량 2,000kVA로 환산 %Zt' = 6% × (2,000 / 1,000) = 6% × 2 = 12% STEP 2. 합성 %Z 계산 %Z합 = %Zs + %Zt' = 2 + 12 = 14% STEP 3. 단락용량 계산 Ps = (100 / 14) × 2,000kVA = 7.143 × 2,000 ≒ 14,286kVA ≒ 14.3MVA 왜 이렇게 푸냐면: 기준 용량을 통일하지 않고 6%와 2%를 바로 더하면 8%가 나오는 오답을 냅니다. 환산 먼저, 합산 나중이 절대 원칙입니다. --- [문제 3] 차단기 차단용량 적정 여부 판단 위 문제 2 계통에서 차단기의 정격차단용량이 15MVA이다. 이 차단기는 적정한가? STEP 1. 계산된 단락용량 확인 Ps ≒ 14.3MVA STEP 2. 차단기 정격차단용량과 비교 15MVA ≥ 14.3MVA → 차단기 차단용량이 단락용량보다 크므로 적정합니다. STEP 3. 결론 서술 차단기는 단락 시 발생하는 최대 에너지를 차단할 수 있어야 합니다. 차단용량 < 단락용량이면 차단기가 파괴될 수 있으므로 반드시 단락용량 이상의 차단기를 선정해야 합니다. 관련 기준은 한국전기안전공사(KESCO)의 전기안전 자료와 한국산업인력공단 Q-net의 출제기준을 함께 참고하세요.

자주 틀리는 실수 TOP 3

1. 기준 용량이 다른 %Z를 환산 없이 바로 합산하는 실수 패턴 2 문제에서 가장 많이 발생합니다. 예를 들어 %Zs = 3%(기준 2,000kVA), %Zt = 5%(기준 1,000kVA)를 그냥 더해서 8%로 계산하는 경우입니다. 올바른 풀이: 먼저 기준 용량을 2,000kVA로 통일 → %Zt' = 5% × (2,000/1,000) = 10% → %Z합 = 3 + 10 = 13%. 환산 없이 합산하면 단락전류가 실제보다 크게 계산되어 차단기를 과소 선정하는 치명적 오류로 이어집니다.
2. 3상 단락전류 계산 시 √3 누락 또는 위치 오류 Is = Vn / (√3 × Z) 에서 √3을 빠뜨리고 Is = Vn / Z로 계산하는 경우입니다. 또는 반대로 단상 문제에 √3을 곱하는 실수도 많습니다. 여기서 자주 틀립니다: 문제가 3상 계통인지 단상 계통인지 지문에서 먼저 확인하는 습관을 들이세요. 3상 22,900V, Z = 5Ω인 경우 Is = 22,900 / (1.732 × 5) = 2,645A가 맞습니다. √3 없이 계산하면 4,580A가 나와 오답입니다.
3. 단위 혼용 (kVA와 MVA, V와 kV)으로 인한 자릿수 오류 Ps = (100 / %Z) × Pn 공식에서 Pn을 500kVA로 대입해야 하는데 0.5(MVA)를 대입하거나 반대로 섞어 쓰는 경우입니다. 암기 포인트: 문제에서 준 단위를 공식 전체에 통일해서 쓰고, 마지막 답만 단위를 변환합니다. 예를 들어 Pn = 1,000kVA, %Z = 5%이면 Ps = (100/5) × 1,000 = 20,000kVA → 20MVA로 환산하는 순서를 지킵니다. 중간에 단위를 바꾸면 반드시 틀립니다.

암기 꿀팁 + 시험장 체크리스트

• 암기 포인트 — "백분의 백은 정격이고, 배수는 단락이다": Is = (100 / %Z) × In 공식에서 %Z가 100이면 Is = In(정격전류), %Z가 5이면 Is = 20 × In(단락전류는 정격의 20배). %Z가 작을수록 단락전류는 커진다는 개념을 이 문장 하나로 기억하세요.
• 암기 포인트 — %Z 환산 공식은 "용량 비례": %Z2 = %Z1 × (Pn2 / Pn1). 기준 용량이 2배가 되면 %Z도 2배. 기준 용량이 절반이 되면 %Z도 절반. 단순 비례입니다. 하은이 이 공식을 "새 기준 / 원래 기준 = %Z도 같은 비율" 로 외워서 실수를 줄였습니다.
• 실전 팁 — 시험장 입장 전 A4 한 장에 쓸 것: ① Ps = (100/%Z) × Pn, ② Is = (100/%Z) × In, ③ %Z2 = %Z1 × (Pn2/Pn1), ④ Is(3상) = Vn/(√3×Z). 이 4개만 손으로 쓰고 들어가세요. 나머지 공식은 이 4개에서 유도됩니다.
• 실전 팁 — 계산기 사용 시 √3 = 1.732로 고정 입력: 시험장에서 √3 버튼 대신 1.732로 직접 치는 연습을 해두세요. 계산기 오작동으로 √3 값이 잘못 나오는 경우를 방지합니다.
• 시험장 체크리스트 — 문제 풀기 전 3초 확인: ① 3상 / 단상 구분 표시 → ② 기준 용량 단위(kVA/MVA) 동그라미 → ③ 구하는 것이 단락전류인지 단락용량인지 밑줄. 이 3가지를 습관화하면 단위·공식 선택 실수가 절반 이하로 줄어듭니다.
• 암기 포인트 — 차단용량 선정 기준은 "단락용량 이상": 차단기 정격차단용량 ≥ 계통 단락용량. 이 부등호 방향을 반드시 기억하세요. 관련 기술 기준 자료는 한국전기기술인협회(KENIA)의 기술자료와 산업통상자원부 전기설비 기술기준에서 확인할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q. %Z가 클수록 단락전류가 작아지는 이유가 뭔가요?

A. Is = (100 / %Z) × In 공식에서 %Z가 분모에 있기 때문입니다. %Z가 클수록 임피던스가 크다는 의미이고, 임피던스가 크면 전류 흐름이 제한되어 단락전류가 감소합니다. 변압기 %Z가 크면 단락 시 기기 보호에 유리하지만, 전압 강하가 커지는 단점이 생깁니다.

Q. 기준 용량은 항상 큰 값으로 통일해야 하나요?

A. 꼭 그럴 필요는 없습니다. 어떤 기준으로 통일해도 최종 단락전류·단락용량 값은 동일하게 나옵니다. 다만 문제에서 기준 용량을 명시하면 그 값으로 환산하고, 명시하지 않으면 계산이 편한 값(보통 둘 중 큰 값 또는 10의 배수)을 선택하면 됩니다.

Q. 단락용량과 차단용량은 같은 개념인가요, 다른 개념인가요?

A. 다른 개념입니다. 단락용량(고장용량)은 계통에서 실제 단락 시 발생하는 전력[MVA]이고, 차단용량은 차단기가 안전하게 차단할 수 있는 최대 용량[MVA]입니다. 차단기 선정 시 차단용량이 단락용량보다 반드시 커야 합니다. 시험에서는 "차단기가 적정한가"를 묻는 유형으로 이 둘의 비교를 출제합니다.

지금 당장 해야 할 행동은 하나입니다. 오늘 배운 공식 4개를 손으로 종이에 적고, 위 문제 3개를 공식 없이 처음부터 풀어보는 것입니다. 공식을 눈으로 읽는 것과 손으로 직접 계산하는 것은 시험장에서 완전히 다른 결과를 냅니다. 하은이 이 방법으로 처음 틀렸던 패턴 2 유형을 3회 반복 후 완벽하게 풀어냈습니다. 오늘 한 번, 내일 또 한 번 풀면 다음 회차 시험에서 이 파트는 틀릴 이유가 없습니다.

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📚 전기산업기사 필기 기출문제집 📚 공학용 계산기 fx-570EX

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📚 참고 자료

Q-netKEC전기안전공사한국전력

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