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

단락전류·차단용량 계산 — %임피던스법 기출패턴 완벽분석

전기기사 합격연구소 · 2026년 06월 01일

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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 계산은 전기산업기사·전기기사 필기 시험에서 매 회차 빠짐없이 출제되는 최상위 빈출 주제입니다. 특히 %임피던스법을 활용한 단락전류 계산은 최근 5개년 기출을 분석했을 때 평균 2~3문제씩 고정 출제되고 있으며, 배점도 높아 합격 여부를 가르는 핵심 파트입니다. 이 개념을 확실히 잡아두면 전력공학 섹션에서 최소 10점 이상을 안정적으로 가져갈 수 있습니다.

핵심 개념 정리 — 이 주제의 기초부터

%임피던스법이란, 전력계통에서 발생하는 단락전류를 계산할 때 실제 임피던스 값(Ω 단위) 대신 기준용량에 대한 백분율로 임피던스를 표현하는 방법입니다. 핵심은 이겁니다: 서로 다른 전압 레벨이 혼재하는 전력계통에서 %임피던스를 사용하면, 복잡한 변환 과정 없이 일관된 계산이 가능하다는 점입니다. 건설사 안전관리 업무를 하면서 주말에만 집중 학습하는 지영(28세)이 처음 이 개념을 접했을 때 가장 먼저 물어본 것이 바로 이겁니다. "왜 굳이 %로 표현하나요?" 답은 간단합니다. 변압기를 경계로 1차 측과 2차 측의 전압이 다르기 때문에, Ω 단위의 임피던스를 그냥 더하면 틀립니다. 하지만 %임피던스는 기준값에 대한 비율이기 때문에 전압 레벨이 달라도 그냥 합산할 수 있습니다. 기본 정의부터 정리하겠습니다. %임피던스의 정의식은 다음과 같습니다. %Z = (Z × In / Vn) × 100 = (Z × Pn / Vn²) × 100 여기서 Z는 임피던스(Ω), In은 정격전류(A), Vn은 정격전압(V), Pn은 기준용량(VA)입니다. 단락전류 Is는 다음과 같이 구합니다. Is = (100 / %Z) × In 예를 들어 정격용량 500kVA, 정격전압 6,600V, %Z = 5%인 변압기가 있다면, 정격전류 In = 500,000 / (√3 × 6,600) ≒ 43.7A입니다. 단락전류 Is = (100 / 5) × 43.7 = 874A가 됩니다. 이 숫자를 차단기가 견뎌야 한다는 것이 차단용량 계산의 출발점입니다. %임피던스는 기준용량이 달라지면 환산해야 합니다. 환산 공식은 이겁니다. %Z(신) = %Z(구) × (Pn(신) / Pn(구)) 지영이 처음에 이 환산 공식을 놓쳐서 오답을 냈던 경험이 있습니다. 기준용량을 통일하지 않고 그냥 %Z를 더하면 완전히 틀린 답이 나옵니다. 이 부분은 뒤에서 더 상세하게 다루겠습니다. 한국산업인력공단 Q-net 시험정보에서 최근 기출문제를 직접 확인하면, %임피던스 환산 문제가 실제로 얼마나 자주 출제되는지 바로 체감할 수 있습니다.

핵심 공식 총정리 — 암기 필수

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StudyBot — 핵심 요약

출제빈도: ★★★ 매회출제 · 2026년 06월 01일

📋 핵심 공식

• 단락전류 Is = (100 / %Z) × In = (기준용량 Pn) / (√3 × V × %Z/100) [단위: A]
• %임피던스 %Z = (Z × Pn) / (V² × 10) [%] 또는 기준 변환 시 %Z' = %Z × (Pn'/Pn)
• 차단용량 Ps = √3 × V × Is = (100 / %Z) × Pn [단위: MVA]

⚠️ 자주 틀리는 포인트

• %Z 기준용량이 다른 기기들을 그냥 더하는 오류 — 반드시 동일 기준용량으로 환산 후 합산해야 함
• 단락전류 계산 시 선간전압(V)과 상전압을 혼용하는 오류 — Is 공식에는 항상 선간전압 사용

💡 암기 팁

"단락전류는 정격전류의 (100/%Z)배" 로 외우고, 차단용량은 단락전류에 √3V 곱한 것 = 기준용량의 (100/%Z)배로 연결해서 암기

공식명	공식 (텍스트)	적용 조건	주의사항
%임피던스 기본 정의	%Z = (Z × Pn / Vn²) × 100	단상 기준. 3상은 선간전압, 3상 용량 사용	Vn은 선간전압(V), Pn은 3상 기준용량(VA)
단락전류 (정격전류 기준)	Is = (100 / %Z) × In	%Z가 하나의 기준용량으로 통일된 경우	In은 해당 전압 측 정격전류 사용
단락전류 (용량 직접 계산)	Is = Pn / (√3 × Vn × %Z / 100)	3상 단락, 기준용량과 전압이 주어진 경우	√3 = 1.732 적용. 단상이면 √3 제거
단락용량 (MVA법)	Ps = Pn × (100 / %Z) [MVA]	Pn이 MVA 단위일 때	단락용량과 차단용량은 다른 개념. 차단용량 ≥ 단락용량
%임피던스 기준용량 환산	%Z(신) = %Z(구) × (Pn(신) / Pn(구))	기준용량을 통일해야 할 때	반드시 합산 전에 기준용량 통일할 것
합성 %임피던스 (직렬)	%Ztotal = %Z1 + %Z2 + ... (기준용량 동일 시)	전원 측 임피던스와 변압기 임피던스 직렬 합산	기준용량이 다르면 환산 후 합산
차단용량	Pcut = √3 × Vn × Is [VA] → MVA 환산	차단기 정격 결정 시	실제 선정 시 여유율 고려. 차단용량 > 단락용량
단락전류 (Ω법 → %Z 변환)	%Z = (Z[Ω] / Zbase) × 100, Zbase = Vn² / Pn	Ω 단위 임피던스를 %Z로 바꿀 때	Zbase 계산 시 Vn은 해당 전압 측 선간전압

기출유형 분석 — 이렇게 출제됩니다

실제 기출문제를 분석하면 크게 세 가지 패턴으로 출제됩니다. 이 세 패턴만 완벽하게 익히면 단락전류·차단용량 파트에서 틀릴 이유가 없습니다. 패턴 1: 단일 변압기의 단락전류 계산 가장 기본 패턴입니다. 변압기의 용량, 전압, %임피던스가 주어지고 2차 측 단락전류를 구하는 문제입니다. 계산 순서: ① 정격전류 In = Pn / (√3 × Vn) 계산 → ② Is = (100 / %Z) × In 적용 → ③ 단위 확인(A). 예를 들어 1,000kVA, 22.9kV/380V, %Z = 5%이면, In(2차) = 1,000,000 / (1.732 × 380) ≒ 1,519A, Is = (100/5) × 1,519 = 30,380A ≒ 30.38kA가 됩니다. 패턴 2: 전원 임피던스 + 변압기 %임피던스 합산 후 단락전류 계산 여기서 자주 틀립니다: 전원 측 임피던스(계통 임피던스)가 Ω으로 주어지거나 별도의 %Z로 주어질 때, 기준용량이 다를 수 있습니다. 계산 순서: ① 모든 %Z를 동일 기준용량으로 환산 → ② %Ztotal = %Z(전원) + %Z(변압기) 합산 → ③ Is = (100 / %Ztotal) × In 계산. 예시: 기준용량 10MVA에서 전원 측 %Z = 2%, 변압기(5MVA 기준) %Z = 4%이면, 변압기 %Z를 10MVA 기준으로 환산 → 4% × (10/5) = 8%, 합산 %Z = 2 + 8 = 10%, Is = (100/10) × In. 패턴 3: 단락용량(MVA) 및 차단용량 결정 최근 출제 빈도가 증가하고 있는 패턴입니다. 단락용량 Ps = Pn × (100 / %Z)로 구한 뒤, 이 값 이상의 차단용량을 가진 차단기를 선정하는 문제입니다. 계산 순서: ① %Z 합산 → ② Ps = Pn(MVA) × (100 / %Ztotal) → ③ 주어진 보기 중 Ps 이상인 가장 작은 값 선택. 실전 팁: 차단용량은 단락용량보다 반드시 크거나 같아야 합니다. 보기에서 단락용량보다 작은 것은 무조건 탈락입니다. 한국전기설비규정(KEC)에서 규정하는 차단기 차단용량 기준도 함께 확인해두면, 실무와 시험 모두에서 개념을 정확하게 이해하는 데 도움이 됩니다.

실전 문제풀이 — STEP별 상세해설

[문제 1] 단일 변압기 단락전류 정격용량 2,000kVA, 1차 전압 22,900V, 2차 전압 380V, %임피던스 6%인 변압기의 2차 측에서 3상 단락이 발생했다. 단락전류는 몇 A인가? STEP 1: 2차 측 정격전류 계산 In = Pn / (√3 × V2) = 2,000,000 / (1.732 × 380) = 2,000,000 / 658.16 ≒ 3,039.9A ≒ 3,040A STEP 2: 단락전류 계산 Is = (100 / %Z) × In = (100 / 6) × 3,040 = 16.667 × 3,040 ≒ 50,667A ≒ 50.7kA STEP 3: 검토 %Z가 클수록 단락전류가 줄어든다는 것을 확인. 6%이면 정격전류의 약 16.7배가 단락전류가 됩니다. 이 비율(100/%Z = 16.7)을 먼저 계산해놓고 In을 곱하면 실수가 줄어듭니다. [문제 2] 기준용량 환산 후 단락전류 계산 기준용량 100MVA 기준으로 계통 임피던스 %Z1 = 3%, 변압기(50MVA 기준) %Z2 = 5%일 때, 100MVA 기준 합성 %Z와 단락용량을 구하라. STEP 1: 변압기 %Z를 100MVA 기준으로 환산 %Z2(100MVA) = 5% × (100 / 50) = 10% STEP 2: 합성 %Z 계산 %Ztotal = %Z1 + %Z2(환산) = 3% + 10% = 13% STEP 3: 단락용량 계산 Ps = Pn × (100 / %Ztotal) = 100 × (100 / 13) = 769.2MVA 이 값 이상의 차단용량을 가진 차단기를 선정해야 합니다. 보기가 500, 750, 800, 1,000MVA라면 답은 800MVA입니다. 769.2보다 크고 가장 근접한 표준 용량을 선택합니다. [문제 3] Ω 단위 임피던스를 %Z로 변환 후 단락전류 3,300V 계통에서 임피던스 Z = 0.5Ω이 직렬로 연결되어 있고, 변압기(1,000kVA, 3,300V, %Z = 4%)가 있을 때, 기준용량 1,000kVA에서의 합성 %Z와 단락전류를 구하라. STEP 1: Zbase 계산 (기준용량 1,000kVA, 전압 3,300V 기준) Zbase = Vn² / Pn = (3,300)² / 1,000,000 = 10,890,000 / 1,000,000 = 10.89Ω STEP 2: 계통 임피던스를 %Z로 환산 %Z1 = (Z / Zbase) × 100 = (0.5 / 10.89) × 100 = 4.59% STEP 3: 합성 %Z 및 단락전류 계산 %Ztotal = 4.59 + 4 = 8.59% In = 1,000,000 / (1.732 × 3,300) = 175A Is = (100 / 8.59) × 175 = 11.642 × 175 ≒ 2,037A

자주 틀리는 실수 TOP 3

1. 기준용량을 통일하지 않고 %Z를 바로 합산하는 실수 지영이 처음 연습문제에서 했던 실수가 바로 이겁니다. 전원 측 %Z가 100MVA 기준 3%이고 변압기 %Z가 50MVA 기준 5%일 때, 그냥 3+5=8%로 계산하면 완전히 틀립니다. 올바른 풀이: 반드시 기준용량을 하나로 통일한 뒤 합산. 변압기 %Z를 100MVA 기준으로 환산하면 5% × (100/50) = 10%. 합산 %Z = 3+10 = 13%. 이 과정을 빠뜨리면 단락전류가 완전히 다른 값이 나옵니다. 문제에서 다른 기준용량이 나오면 무조건 환산부터 하는 습관을 들이세요.
2. 단상과 3상 공식을 혼용하는 실수 3상 단락전류 계산에서 √3을 빠뜨리거나, 단상 계산에 √3을 곱하는 실수가 빈번합니다. 특히 정격전류 In을 구할 때 3상이면 In = Pn / (√3 × Vn), 단상이면 In = Pn / Vn입니다. 문제에서 "3상 변압기"라는 단서가 나오면 반드시 √3 = 1.732를 사용해야 합니다. 여기서 자주 틀립니다: 단락용량을 MVA 단위로 구할 때도 Ps = √3 × V × Is × 10⁻⁶ 공식에서 √3를 빠뜨리는 경우가 있습니다. 문제를 읽자마자 단상/3상 여부를 체크하는 것을 루틴으로 만드세요.
3. 단락용량과 차단용량을 같은 개념으로 혼동하는 실수 단락용량(Ps)은 계산으로 나온 이론적 최대 단락전력이고, 차단용량은 차단기가 실제로 차단할 수 있는 최대 용량입니다. 차단기는 반드시 단락용량보다 큰 차단용량을 가져야 합니다. 문제에서 "적합한 차단기를 고르시오"라고 나오면, 계산된 단락용량보다 크거나 같은 값 중 가장 작은 것을 선택합니다. 단락용량이 769MVA라면 750MVA 차단기는 탈락이고, 800MVA 차단기가 정답입니다. 이 원칙을 시험장에서 반드시 기억하세요.

암기 꿀팁 + 시험장 체크리스트

• 암기 포인트: Is = (100/%Z) × In 공식은 "퍼센트가 낮을수록 단락전류는 폭발적으로 커진다"는 물리적 의미와 연결해서 외우세요. %Z가 1%이면 단락전류는 정격전류의 100배, 5%이면 20배, 10%이면 10배입니다. 이 배수를 먼저 계산하고 In을 곱하면 암산 속도가 빨라집니다.
• 암기 포인트: Zbase = Vn² / Pn 공식은 "전압 제곱 나누기 용량"으로 외우세요. Vn 단위가 V, Pn 단위가 VA이면 Zbase 단위는 Ω이 됩니다. 단위 추적만 해도 공식을 실수 없이 쓸 수 있습니다.
• 실전 팁: 기준용량 환산 공식 %Z(신) = %Z(구) × (Pn(신)/Pn(구))에서 "신/구"는 "새 기준용량/기존 기준용량"입니다. 헷갈리면 "더 큰 기준용량으로 통일할 때 %Z도 비례해서 커진다"는 원리로 기억하세요. 100MVA 기준을 200MVA로 바꾸면 %Z도 2배가 됩니다.
• 실전 팁: 시험장에서 문제를 받으면 가장 먼저 할 일은 ① 단상인지 3상인지 체크 → ② 기준용량이 몇 가지인지 확인 → ③ 구하는 것이 단락전류(A)인지 단락용량(VA/MVA)인지 구분. 이 세 가지를 먼저 체크하면 계산 방향이 흔들리지 않습니다.
• 암기 포인트: 단락용량 MVA법은 "Ps = Pn × (100/%Z)"로 단순합니다. Pn이 10MVA, %Z = 5%이면 Ps = 10 × 20 = 200MVA. 이처럼 100/%Z 값을 먼저 구한 뒤 Pn을 곱하는 순서로 암기하면 계산 실수가 줄어듭니다.
• 실전 팁: 계산기가 없는 필기 시험에서 √3 = 1.732를 어림 암산으로 사용할 때, 1.73으로 계산하면 오차가 거의 없습니다. 답 보기가 대부분 충분한 간격으로 주어지기 때문에 1.73 사용이 현실적입니다.
• 실전 팁: 한국전기기술인협회(KENIA) 기술자료와 한국전기안전공사(KESCO) 전기안전 정보에서 제공하는 실무 계산 예시를 시험 전 한 번씩 훑어보면 개념의 실무적 맥락이 잡혀서 응용 문제에 강해집니다.

자주 묻는 질문

Q. %임피던스법과 Ω 임피던스법 중 어떤 것을 우선 공부해야 하나요?

A. 시험 출제 빈도는 %임피던스법이 압도적으로 높습니다. %임피던스법을 완벽하게 익힌 뒤, Ω → %Z 변환을 추가로 학습하는 순서가 효율적입니다. 두 개념은 연결되어 있으므로 %임피던스 개념이 잡히면 변환도 자연스럽게 이해됩니다.

Q. 3상 단락전류와 1선 지락전류는 같은 공식으로 계산하나요?

A. 다릅니다. 3상 단락전류는 Is = (100/%Z) × In이고, 1선 지락전류는 영상 임피던스(%Z0)가 추가로 필요합니다. 필기 시험에서는 3상 단락이 주로 출제되므로 3상 단락 공식을 우선 완벽하게 익히고, 지락전류는 대칭분법 파트에서 별도로 학습하는 것이 효율적입니다.

Q. 단락전류 계산 문제에서 전선로 임피던스가 주어지면 어떻게 처리하나요?

A. 전선로 임피던스도 기준용량 기준의 %Z로 환산한 뒤, 변압기 %Z와 직렬로 합산합니다. Zbase = Vn²/Pn으로 Zbase를 구한 다음 %Z = (Z/Zbase) × 100으로 변환하면 됩니다. 전압 레벨이 달라지는 구간이 있으면 해당 전압 측의 Zbase를 따로 계산해야 합니다.

이 포스트에서 다룬 공식과 풀이 과정은 시험 대비 학습 참고용이며, 실제 전기설비 설계·시공에 적용할 때는 반드시 공인된 전문가의 검토와 법령 기준을 따라야 합니다. 지금 당장 해야 할 행동은 하나입니다. 한국산업인력공단 Q-net에서 최근 3개년 기출문제 중 %임피던스 관련 문제만 따로 뽑아서, 오늘 배운 세 가지 패턴에 각각 분류해보세요. 어떤 패턴이 가장 약한지 파악되면, 그 패턴의 문제를 5문제씩 추가로 풀어서 완전히 굳히는 것이 다음 학습 목표입니다.

📖 이 포스트와 관련된 교재

📚 전기산업기사 필기 기출문제집 📚 공학용 계산기 fx-570EX

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📚 참고 자료

Q-netKEC전기안전공사한국전력

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