전력계통해석은 전력계통을 구성하는 전력공급설비와 전력사용설비의 전기적 데이터를 이용하여 전력계통에서 발생할 수 있는 이상 현상을 시뮬레이션 하여 얻은 결과를 기초로 정적 또는 동적특성을 분석하여 최적의 전력계통이 구성될 수 있도록 수행하는 기술검토라고 할 수 있다. 저자는 지난 이십여 년간 설계, 감리, 안전관리 및 전력계통해석 분야에 종사하는 전기기술자를 대상으로 한 컴퓨터 프로그램인 SKM Power Tools for Windows를 이용한 강의 경력과 국내외 다양한 Project 수행경험을 바탕으로 하여 전력계통해석 분야에 쉽게 접근할 수 있도록 각 해석분야별로 상세한 기초이론기술과 Power Tools를 활용한 해석방법 등에 대하여 상세한 설명과 도해를 본 도서에서 제공하여 쉽게 이해할 수 있도록 하였다.

제 1 장. Power System Analysis 개요 1. Power System Analysis 개요 1.1 전력품질 저하 요인 1.2 전력품질 저하로 인한 전력장애 1.3 전력계통해석의 필요성 2. Demand Load Studies 2.1 Demand Load의 계산 2.2 Design Load의 계산 3. Feeder&Transformer Sizing Studies 4. Load Flow Analysis 5. Comprehensive Short Circuit Stuides 5.1 분석 내용 5.2 분석결과 적용 6. ANSI/IEEE Fault Short Circuit Studies 7. IEC 60909 Short Circuit Studies 8. IEC 61363 Short Circuit Studies 9. Single phase & Unbalanced 3 Phase Studies 10. DC System Analysis 11. Protective Device Coordination 11.1 보호계전지 정정 11.2 과전류 보호협조 11.3 분석 내용 11.4 분석 결과 적용 12. Low Voltage Overcurrent Protection 12.1 과부하에 대한 보호 12.2 단락 보호장치의 특성 13. Equipment Evaluation Study 13.1 분석 내용 13.2 분석결과 적용 14. Transient Motor Starting 14.1 분석 내용 14.2 분석결과 적용 15. Hamonic Analysis 15.1 분석 내용 15.2 분석결과 적용 16. Ground Grid Design 17. Arc Flash Evaluation Studies 17.1 Arc Flash Study 수행 내용 17.2 Arc Flash 발생원인 17.3 Arc Flash Study 수행 목적 18. Transient Stability Analysis 18.1 분석 내용 18.2 분석 및 결과 적용 19. Reliability Analysis 19.1 분석 내용 19.2 분석 및 결과 적용 제 2 장. Demand Load Studies 1. 개요 2. 분석 용어 2.1 Connected Load(연결부하) 2.2 Demand Load Value(수요부하의 크기) 2.3 Demand Factor(수용률) 2.4 Design Load Value(설계부하의 크기) 2.5 Long Continuous Load Factor(장시간 연속부하계수) 2.6 Continuous Load(연속부하) 2.7 Non-Coincident Demand(동시에 발생하지 않는 최대수요부하) 2.8 Coincident Demand(동시에 발생하는 최대수요부하) 2.9 Net Branch Diversity 2.10 Diversity Factor(부동률) 3. Demand Load와 Design Load의 계산 3.1 Demand Load의 계산 3.2 Design Load의 계산 4. Demand Load Library 5. 응용 예제 5.1 동시에 발생하지 않는 최대수요부하의 계산 5.2 전동기부하의 설계부하 계산 5.3 한 개의 Bus에 여러 대의 전동기 설계부하 계산 5.4 MCC에 할당된 전동기부하 5.5 Panel Schedule에서 단상 비전동기부하 5.6 역률이 다른 부하 5.7 단일 전동기 구성요소로 여러 대의 전동기 운전 5.8 전동기의 기동 5.9 계통에 다중 Loop의 존재 6. Power Tools를 이용한 Demand Load Study 6.1 전력계통도에서 각 설비의 Data 입력 6.2 계산 설정 6.3 Demand Load Study의 실행 6.4 Demand Load Study의 Report 제 3 장. Sizing Studies 1. Sizing Study의 목적 2. Engineering Methodology 2.1 Feeder Sizing 2.2 Transformer Sizing 2.3 Transformer Feeders 3. PTW에서 적용방법 4. Power Tools를 이용한 Sizing Study 4.1 Sizing Data 입력 4.2 Demand Load Study Report 4.3 Sizing Study의 설정 4.4 Sizing Study의 실행 4.5 Sizing Study의 Report 열기 4.6 Sizing Study Report 4.7 Data Block Report 제 4 장. Load Flow Analysis 1. 조류계산의 분석내용 및 적용 1.1 분석내용 1.2 조류계산의 적용 1.3 조류계산의 입력 데이터 2. 전력조류 계산식 3. Component 특성 3.1 부하특성 3.2 Source Model 4. 전력조류 계산의 기본 알고리즘 4.1 부하 모선에서의 전압 수정 4.2 발전기 모선에서의 전압 수정 5. 전압강하의 계산 6. 부하의 종류 6.1 Motor Load 6.2 Non-Motor Load 7. 운전조건의 설정 8. Load Flow Study Setup 8.1 System Modeling 8.2 Swing Generator Impedance 8.3 Utility and Impedance Tolerance 8.4 Solution Method 8.5 Newton Method Voltage Mismatch 8.6 Load Specification 8.7 Solution Criteria 9. 응용 예제 9.1 Voltage Drop and Power Losses 9.2 Modeling Transformer Losses 9.3 Load Specifications 9.4 Net Branch Diversity Load 9.5 전력조류 계산 10. Power Tools을 이용한 조류계산 10.1 전력계통도에서 각 설비의 Data 입력 10.2 'Balanced System Studies'의 ‘Setup'창 열기 11. Load Flow Study Report 11.1 Data Block Report 11.2 Load Flow & Voltage Drop Analysis Report 제 5 장. Comprehensive Short Circuit Studies 1. 3상단락고장계산 1.1 고장전류의 계산목적 1.2 % Impedance에 의한 3상 단락고장전류의 계산식 1.3 3상 단락정류의 계산 순서 2. 1선지락고장계산 2.1 접지계통에서의 1선지락고장 2.2 비접지계통에서의 1선지락고장 3. 선로정수 3.1 도체의 교류저항 3.2 인덕턴스 3.3 정전용량 3.4 케이블 임피던스 계산 예시 4. Power Tools을 활용한 고장계산 4.1 One-Line 그리기 4.2 설비 데이터 입력 4.3 단락고장회로 계산조건의 설정 4.4 Data Block Report 제 6 장. ANSI Fault Short Circuit Studies 1. 개요 2. 고장전류 공급원 3. 단락회로 Reactance 및 보호장치 동작책무 4. ANSI Multiplying Factor 5. 고장전류 계산방법 5.1 고압차단기의 First Cycle Short Circuit Current 5.2 저압차단기와 Fuse에 적용되는 순시차단전류 5.3 고압차단기의 차단전류 6. Power Tools에 의한 ANSI Fault Calculation 6.1 One-Line에 Component 특성 입력 6.2 A Fault Short Circuit Study Option 6.3 ANSI Fault SC Study Data Block Report 6.4 ANSI Fault Short Circuit Analysis Report 제 7 장. IEC 60909 Short Circuit Studies 1. 개요 2. 계산시 고려사항 3. 용어의 정의 4. 고장전류의 특성 4.1 일반특성 4.2 단락고장전류 계산 조건 4.3 계산방법 4.4 최대단락전류 4.5 최소단락전류 5. 전기설비의 단락회로 임피던스 5.1 Network Feeder 5.2 변압기 5.3 Overhead Line and Cable 5.4 단락전류 제한 리액터 5.5 동기기 5.6 Power Station Unit 5.7 비동기전동기 5.8 정지형 Converter 5.9 콘덴서 및 비회전 부하 6. 계산방법 6.1 초기대칭 단락고장전류의 계산 6.2 단락고장정류의 Peak값 계산 6.3 단락전류의 직류성분 6.4 대칭 단락 차단전류의 계산 6.5 안정상태의 단락전류의 계산 7. Power Tools에 의한 IEC 60909 Fault Calculation 7.1 Balanced System Studies 7.2 IEC 60909의 선택 7.3 IEC 60909의 계산 설정 7.4 계산수행 및 오류 체크 7.5 Data Block으로 결과 보기 7.6 IEC 60909 SHORT CIRCUIT ANALYSIS REPORT 8. 차단기의 선정 8.1 고전압회로 차단기 8.2 저압 배선차단기(Molded Case Circuit Breaker) 8.3 저압 기중차단기(Air Circuit Breaker) 8.4 저압차단기의 차단정격 9. 전력퓨즈(Power Fuse)의 선정 9.1 Fuse의 역할과 기능 9.2 Fuse의 정격 9.3 한류특성 9.4 전력 Fuse의 시간-전류 특성 9.5 Fuse의 종류 9.6 Fuse의 선정 9.7 전력 Fuse의 적용 제 8 장. IEC 61363 Short Circuit Studies 1. 적용범위 2. 분석 용어 2.1 용어의 정의 2.2 분석 문자의 정의 3. 사전정보 3.1 계산의 정확성 3.2 기본적인 가정 3.3 계산방법 4. 계통의 구성요소 및 계산방법 4.1 계통의 능동소자 4.2 비능동소자 5. 가정의 간략화 5.1 동기기 5.2 비동기전동기 6. 등가화된 발전기의 적용 6.1 계산의 가정 6.2 등가전동기의 계산 6.3 등가화된 발전기의 계산 7. 계통계산 7.1 능동소자에 연속적으로 연결된 비능동소자의 효과 7.2 발전기 모션에서의 단락회로전류 7.3 발전기 모션에 연결된 2차 모선에서의 단락회로 전류 7.4 변압기 7.5 가변속도 구동에 사용되는 반도체 변환기 7.6 계산절차 8. 결과의 적용 및 해석 8.1 1kV 이하의 계통 8.2 1kV 이상의 계통 9. Power Tools을 이용한 고장계산 9.1 Component Data 입력 9.2 Study Option 9.3 Data Block SC Report 9.4 Standard Report, No Calculation Details 제 9 장. SIngle Phase and Unbalanced 3-Phase Studies 1. Unbalanced 3-Phase Studies 1.1 One-Line 생성 및 설비데이터 입력 1.2 Unbalaced Studies 실행 2. Single Phase Study 제 10 장. DC System Analysis 1. 축전기용량계산 1.1 축전지용량계산식 1.2 Battery Sizing Analysis 2. DC Load Flow 2.1 DC Load Flow Study Setup 2.2 DC Load Flow Study 3. DC Short Circuit(ANSI) 3.1 Battery의 단락전류계산 3.2 정류기의 단락전류계산 3.3 DC 발전기의 단락전류계산 3.4 Power Tools을 이용한 고장계산 4. DC Short Circuit(IEC) 4.1 Study Standard 선택 4.2 Battery 설정 4.3 DC Motor Data 입력 4.4 DC Study Setup 4.5 Calculation 4.6 DC SC Study 결과 제 11 장. Protective Device Coordination 1. 개요 1.1 분석내용 1.2 분석결과 적용 2. 기본적인 고려사항 2.1 단락전류(Short Circuit Current) 2.2 전력조류 중의 전류(Load Flow Current) 2.3 변류기의 선정 2.4 번류기의 포화특성 3. 보호대상 설비 및 보호장치의 특성 3.1 보호대상 설비의 특성 3.2 보호장치의 종류 및 특성 4. 변류기 4.1 변류기의 분류 4.2 변류기의 정격 4.3 변류기의 오차 4.4 변류기의 과전류 특성 4.5 ANSI 표준의 변류기 4.6 변류기의 선정 5. 보호계전기 정정방법 5.1 보호계전기 정정의 목적 5.2 보호계전시스템의 기능 5.3 보호계전기의 정정시 고려할 사항 5.4 보호계전기의 정정방법 6. 보호계전기 정정계산 6.1 수전설비 보호계전기(PD-0001) 정정계산 6.2 변압기 보호계전기(PD-0002) 정정계산 6.3 전동기 보호계전기(PD-0003) 정정계산 6.4 발전기 보호계전기(PD-0004) 정정계산 6.5 변압기 2차측 모선 보호계전기(PD-0005) 정정계산 6.6 전동기 분기회로 보호용 MCCB(PD-0007)의 정격전류 선정 6.7 배전간선 보호용 MCCB(PD-0006)의 정격전류 선정 7. 보호계전기 정정계산 실습 7.1 수전설비 보호용 보호계전기(PD-0001) 정정계산 7.2 변압기(TR-0001) 보호용 보호계전기(PD-0002) 정정계산 7.3 변압기(TR-0002) 보호용 보호계전기(PD-0003) 정정계산 7.4 변압기(TR-0003) 보호용 보호계전기(PD-0004) 정정계산 7.5 전동기 보호용 보호계전기(PD-0005) 정정계산 8. 비율차동계전기 정정계산 8.1 개요 8.2 비율특성의 정정방법 8.3 보상변류기 사용시 정정계산 8.4 보조변류기를 내장한 비율차동계전기의 정정계산 8.5 Interposing CT 사용시 정정계산 8.6 디지털 비율차동게전기 9. Power Tools에 의한 보호협조 검토 9.1 보호장치 데이터 입력하기 9.2 보호장치간 보호협조 검토 제 12 장. Low Voltage Overcurrent Protection 1. 분기회로 도체 단면적 및 과전류차단기의 선정 1.1 분기회로의 설계전류 산출 1.2 분기회로의 도체의 단면적 선정 1.3 분기회로의 과전류보호 1.4 분기회로의 단락보호 1.5 분기회로의 과전류(단락) 보호협조 2. 분기회로 계산 2.1 일반부하의 분기회로 계산 2.2 전동기부하의 분기회로 계산 3. 간선의 단면적 및 과전류차단기의 선정 3.1 간선의 설계전류 3.2 간선의 단면적 선정 3.3 과전류차단기의 정격전류 선정 3.4 도체의 단면적 조정 4. 간선계산 4.1 일반부하의 간선계산 4.2 전동기부하의 간선계산 5. 단락보호 검토 6. 단락고장전류 계산 예시 7. 과전류보호 설계 예시 7.1 전동기 분기회로 7.2 배전회로 제 13 장. Equipment Evaluation Stuides 1. 평가대상 설비의 기준값 설정 1.1 Voltage Rating 1.2 Interruipting Fault Duty 1.3 Withstand, Momentary, Closing and Latching Duty 1.4 Load Flow Current 1.5 Design Load Current 1.6 Generator Size 1.7 Bus Voltage Drop 1.8 Branch Voltage Drop 1.9 Device Voltage Drop 2. Evaluation Criteria 3. Input Data Criteria 4. Running Failed Input Evaluation 5. Running Equipment Evaluation 6. Equipment Evaluation Report 7. Running Failed Equipment Evaluation 8. Power Tools을 활용한 Equipment Evaluation 8.1 One line 생성 및 Component Data 입력하기 8.2 Equipment Evaluation 실행 8.3 Failed Input Equipment Evaluation 8.4 Failed Equipment Evaluation 제 14 장. Motor Starting Analysis 1. 개요 1.1 분석내용 1.2 분석결과 적용 2. 전동기 기동해석에 요구되는 조건 2.1 전동기의 기동시 전압강하의 허용한도 2.2 소용량 전원계통에 연결된 전동기 3. 전동기의 특성 3.1 전동기의 속도-토크 특성 3.2 유도전동기의 속도-토크 특성 3.3 유도전동기의 기동시간 3.4 전동기의 기동전류와 기동시간 3.5 전동기의 기동전류에 의한 전압강하와 기동토크 4. 부하의 속도-토크 특성 4.1 정토크 부하 4.2 제곱토크 부하 4.3 정출력 부하 5. 전동기 및 부하 특성의 Library 생성 5.1 전동기 특성의 Library 생성 5.2 부하 특성의 Library 생성 6. PTW을 이용한 Transient Motor Starting 6.1 One-Line Input Data 6.2 Motor Starting Load Flow 6.3 Select Component 6.4 전동기 및 부하특성 선택 6.5 Dynamic Event 설정 6.6 TMS RUN 6.7 TMS Study 결과 6.8 변압기의 Tap 조정 6.9 Cable Size의 조정 6.10 역률개선 제 15 장. Harmonic Analysis 1. 개요 2. 고조파의 발생 2.1 고조파의 정의 2.2 고조파 발생원 3. 고조파 장애 3.1 기기에의 영향 3.2 통신장애 3.3 중성선의 고조파전류 확대 3.4 계통공진 4. 고조파 제한규정 4.1 한국전력공사 전기공급약관 4.2 IEEE Std 519-1999 고조파전류 및 전압 제한 기준 4.3 KS C IEC 61000-3-6 고조파전압 제한 기준 5. 고조파 저감대책 5.1 필터설치 5.2 위상변위(Phase Shift) 장치 5.3 중성선 고조파 저감장치(NCE:Neutral Current Eliminator) 5.4 변환장치의 다펄스화 5.5 단락용량의 증대 5.6 계통분리 5.7 리액터(ACL, DCL) 설치 5.8 고조파를 고려한 변압기 용량 선정 5.9 고조파를 고려한 발전기 용량 선정 6. 고조파 분석 6.1 고조파 분석 용어 6.2 Harmonic Source의 Library 생성 6.3 고조파 발생원의 Data 입력 6.4 Study Component의 선택 6.5 Harmonic Analysis Study 6.6 고조파 분석 결과 검토 제 16 장. Ground Grid Design & Analysis 1. 접지의 목적 2. 접지설계의 기본순서 3. 접지선의 단면적 산정 3.1 접지도체의 전류용량 계산식 3.2 접지도체 단면적 계산의 간략식 3.3 KS C IEC 60364-5-54에 의한 보호도체의 최소단면적 4. 접지설계의 기본요소 4.1 감전전류의 한계 4.2 접촉전압과 보폭전압 4.3 대지의 저항률 4.4 접지극의 접지저항 계산 5. IEC 60364 접지설비 및 보호도체 5.1 일반사항 5.2 대지에 대한 접속 5.3 보호도체(PE) 5.4 보호접지설비 5.5 기능 목적의 접지설비 5.6 보호 및 기능목적 겸용 접지설비 5.7 등전위 본딩용 도체 5.8 건축물내의 1000V 이하 접지계통의 종류 6. 접지설계(Ground Grid Design) 6.1 접지설계의 개요 6.2 접지설계의 기본요소 6.3 접지설계의 순서 7. 접지설계 사례 7.1 메시접지전극의 설계 사례 7.2 메시도체와 봉상의 병용접지전극의 설계 사례 7.3 접지봉의 추가 설치 설계 사례 7.4 접지봉을 병용 설치한 직사각형 Mesh 7.5 접지봉을 병용 설치한 L형 Mesh 8. Power Tools을 이용한 접지설계 및 분석 8.1 접지설계 Data 입력 8.2 접지설계의 분석 8.3 접지동봉이 있는 Grid 8.4 접지전극의 추가 설치 제 17 장. Arc Flash Evaluation 1. 개요 2. Arc Flash 분석 용이 3. Arc Flash의 발생원인 및 수행목적 4. Arc Flash 계산식 4.1 IEEE 1584-2018 4.2 IEEE 1594-2002(NFPA 70E 2018 Annex D.4) 4.3 NFPA 70E-2018 5. 노출된 충전부로부터 전격 위험(Shock Hazard) 6. 개인안전 보호구 7. Arc Flash Warning Label 8. Power Tools에 의한 Arc Flash Evaluation 8.1 One line 생성 및 Component Data 입력 8.2 보호장치 정정계산 Data 입력 8.3 Arc Flash Evaluation 실행 8.4 Arc Flash Study Options 8.5 Arc Flash Evaluation Result 9. Work Permit 10. PPE Table 11. Bus Detail Data 제 18 장. Transient Stability 1. 개요 2. 정상상태의 송전전력 3. 고장시 송전전력 및 전달 임피던스 4. 회전체의 운동방정식 5. 과도안정도 해석방법 5.1 등면적법에 의한 안정도 해석 5.2 단단법에 의한 안정도 해석 6. 과도안정도 계산방법 7. 과도안정도 향상대책 8. Power Tools을 활용한 과도안정도 해석 8.1 One-Line 8.2 설비 Data 입력 8.3 Simulation Component 선택 8.4 Source model Setup 8.5 Dynamic Event Data Input 8.6 Simulation 제 19 장. Reliability Analysis 1. 개요 2. 사고발생률과 고장 정지시간 3. 신뢰도 계산식 3.1 Load Point Indices(부하점 지수) 3.2 IEEE 시스템 지수 4. Reliability Study Setup 5. Utility System Evaluation 6. 신뢰도 계산 예제 6.1 Input Data 6.2 예제1 Fuse 없는 방사상 전력공급계통 6.3 예제2 측면 Fuse의 효과 6.4 예제3 Fuse와 Disconnects Switches의 효과 6.5 예제4 보호실패의 효과 6.6 예제5 전송 제한 없는 송전부하의 영향 6.7 예제6 전송제한을 포함하는 송전부하의 영향 참고문헌 찾아보기