1. 고장전류 계산목적

2. 고장전류 형태

계통의 고장이 발생한 경우의 고장전류는 그림과 같이 횡축에 대하여 전류가 흐르며 이 전류는 횡축에 대하여 대칭인 대칭(Symmetrical)분 교류전류와 DC 성분으로 나뉘어진다. 고장전류 속에 포함되어 있는 직류분은 회로정수(X/R 비)에 따라 크기가 정해지고 시간과 함께 감쇄한다. 계통에 회전기가 연결되어 있는 경우는 교류 대칭분 고장전류도 시간에 따라 크기가 변화한다. 
계통의 고장전류중 1/2 Cycle 시점의 고장전류를 First Cycle Fault Current라 하고 차단기가 동작하는 수 Cycle 후(3～5 Cycle)의 고장전류를 Interrupting Fault Current, 회전기에 의한 영향이 없어지는 안정된 후의 고장전류를 Steady State Fault Current라 한다.

3. 고장 전류의 기초지식

1) 단락전류의 모델

2) % 임피던스의 정의
    임의의 선로에서 2차측 선로가 단락(zero impedance) 된 가정하에 1차의 정상전압과 주파수를 인가한 조건에서 발생하는 정상전압과 임피던스에서의 전압강하분의 백분율을 말함.

3) 기준 MVA란?
    전원에서 부하측 또는 단락점으로 보낼수 있는 최대용량으로 변전소의 최대 변압기 용량이나 수전측을 기준으로 할때 수전측 최대 변압기 용량으로 결정한다. - 대부분 전력 회사 측에서 수용가측에 보내는 용량으로 한전에서는 100MVA(22~22.9kV 계통)을 주로 사용한다.

4) X/R 값의 의미
    선로 정수로서 저항,인덕턴스,정전용량,누설콘덕턴스등이 존재하는데 전선의 종류, 굵기, 배치등에 따라 정해진다. 과도상태에서는 주로 R과 X의 비로 과도상태의 시정수를 결정하는데 즉 X/R비가 클수록 과도현상이 오래간다. 다시말해 저항성분이 클수록 비대칭치가 빨리 소멸된다.

4. 고장전류 계산

1) 고장전류 계산 방법 및 절차
    고장전류를 구하는 방법은 오옴법, %임피던스법, p.u법이 사용된다. 현장에서는 일반적으로 %임피던스법과 p.u법이 사용되며 p.u=%임피던스/100의 관계가 있다.
    %임피던스란 어떤 임피던스 Z가 있을 때 선간전압을 V[kV], 3상 용량을 P[kVA]라 하면 전류 I(=P/√3V)가 Z에 흐를 때 전압강하 ZI[V]를 상전압의 100분율로 표시한 것이다.

< STEP 1 전력계통 파악 >
   단선결선도를 준비하고 계통구성, 변압기 운전방법, 발전기․전동기 등의 계통운영방법, 결선 등 계통을 파악한다.

< STEP 2 임피던스 조사, Data 변환(Base MVA로 변환) 및 Z-Map 작성 >
· 현장 기기의 명판, 시험성적서, 케이블 포설     방법 등으로부터 각종 기기 및 케이블의 임피던스를 조사한다.
· 조사된 임피던스를 %Z 또는 p.u 단위로 환산하고 이들 Data를 기준용량(Base kVA)의 Data로 변환한다. 대용량 수용가는 p.u 단위를 소용량 수용가 및 저압측 고장전류 계산을 하고자 할 경우는 %Z 단위로 환산하는 것이 유리하다. 기준용량은 대용량 수용가는 100MVA 소용량 수용가는 수전변압기 용량으로 하는 것이 유리하다.
· 임피던스 도 (Impedance Map) 작성기기나 선로의 임피던스, 리액턴스, 저항치 등의 정수를 결정하고 임피던스 도를 작성한다. 이 때, 발전기, 전동기 등 전원의 역할을 하는 것은 무한대 모선으로 간주하여 한전 전원과 병렬 접속한다. 

< STEP 3 임피던스 합성 >
· 사고점에서 본 전원측의 임피던스를 합성한다.
· 고장전류 공급원은 무한대 모선으로 생각한다.
· 임피던스의 합을 구할 때 저항분은 리액턴스를 0으로 하고 합성하며, 리액턴스분은 저항을 0으로 하고 합성한다.
· 합성은 임피던스의 직․병렬에 의한다.  
   직렬합성 Z =  Z1 + Z2         
                          Z1×Z2
   병렬합성 Z = ──────
                          Z1＋Z2 

< STEP 4 각 점에서의 단락전류 산출 >
· 기준전류 산출
          BASE MVA
   In= ──────── [A]
              √3 × E 
22.9kV계통의 100MVA 기준전류 In은 
              P            100,000
   In= ────  =  ─────── = 2,521[A] 
         √3 × E        √3 × 22.9
· First cycle short circuit current
                  Epu
   Isc sym= ───×Ibase
                   Xpu
where, Isc sym：Three－phase symmetrical Zero－fault－impedance (bolted) first－cycle short－circuit rms current (저압 CB, Fuse 등 정격선정에 적용)
                Epu
   Isc tot= ───×1.6×Ibase
                Xpu
 where, Isc tot：Three－phase total (asymmetrical) Zero－fault－impedance (bolted) first－cycle short－circuit rms current (고압차단기 투입용량 선정에 적용)
· Contact－Parting (Interrupting) Duty
            Epu
   Isc = ─── × MF × Ibase
            Xpu
   (고압차단기 차단용량 선정에 적용)

· Short－circuit (Steady State) currents for Time－Delayed Relaying Devices 
             Epu
    Isc = ───      
              Xpu
(보호계전기 한시정정에 적용)
· 여유도 
   실제의 고장전류는 이론값으로 계산한 Data와 차이가 있다. 즉 계통에 고장이 발생하면 Impulse, Jumping 등의 현상으로 계산값보다 클 수가 있다. 또한, 임피던스의 허용오차, 변압기용량 증설, 회전기부하 증설 등으로 사용 중 고장전류가 증가하게 된다. 따라서, 차단기 차단용량 선정시 계산된 고장전류 값에 1.5～2배 정도는 여유를 두는 것이 바람직하다.