케이블 굵기는 열로 정해진다: 허용전류와 전압강하Cables are sized by heat: ampacity and voltage drop

한 줄 요약 In one line

케이블 굵기는 "도체가 허용 온도를 넘지 않는가"(허용전류)와 "끝에서 전압이 충분한가"(전압강하) 두 질문으로 정해지고, 여기에 보호장치와의 협조와 단락 강도가 더해집니다.

Cable size answers two questions — does the conductor stay below its temperature limit, and is the voltage at the far end adequate — plus protection coordination and short-circuit withstand.

왜 열이 기준인가 Why heat is the limit

전류가 흐르면 도체 저항으로 열(I²R)이 생기고, 그 열은 절연물·주변 공기·흙을 통해 빠져나갑니다. 절연물마다 견딜 수 있는 최고 온도가 있어(PVC 70 °C, XLPE 90 °C), 열이 잘 빠지는 설치방법일수록 같은 굵기로 더 많은 전류를 흘릴 수 있습니다. KS C IEC 60364-5-52는 이를 설치방법(A1~G)별 허용전류 표(부속서 B)와 보정계수로 정리했습니다.

계산 순서 The procedure

1. 설치방법 고르기(표 B.52.1~3): 벽 속 전선관(A1), 표면(C), 천공 트레이(E), 지중(D) 등
2. 보정계수 곱하기: 주위온도(표 B.52.14·15), 토양 열저항률(B.52.16), 여러 회로 집합(B.52.17~21), 고조파(부속서 E)
3. 필요 기준값: I0 ≥ Ib / (k온도 × k집합 × …)를 만족하는 가장 작은 단면적
4. 과부하 보호 협조(60364-4-43 433.1): Ib ≤ In ≤ Iz, I2 ≤ 1.45·Iz
5. 전압강하 확인(부속서 G): u = b·(ρ1·L/S·cosφ + λ·L·sinφ)·Ib
6. 단락 강도 확인: 단락 시 도체 온도 상승(S ≥ √(I²t)/k)

여러 조건 중 가장 굵은 결과가 최종 단면적입니다.

손계산 예 Worked example

3상 380 V, 설계전류 Ib = 260 A(약 145 kW, cosφ 0.85), XLPE 다심 케이블, 천공 트레이(설치방법 E), 주위 40 °C, 같은 트레이 한 층에 4회로, MCCB 보호, 길이 80 m.

1. 주위온도 계수(표 B.52.14, XLPE, 40 °C): k = 0.91 — 이론식 √((90 − 40)/(90 − 30)) = 0.913과 같은 크기
2. 집합 계수(표 B.52.17 항목 4, 4회로): k = 0.77
3. 필요 기준값: I0 ≥ 260 / (0.91 × 0.77) = 371.1 A
4. 허용전류 표(B.52.12): 구리 150 ㎟, 알루미늄(B.52.13) 240 ㎟
5. 보호 협조(MCCB, I2 = 1.30·In): 구리 185 ㎟ → Iz = 456 × 0.701 = 320 A, In = 315 A, I2 = 410 A ≤ 1.45·Iz = 463 A ✓ — 허용전류만 보면 150 ㎟지만 In ≥ Ib인 표준 정격 315 A가 그 Iz를 넘어 한 단계 키움. 알루미늄도 같은 이유로 240 → 300 ㎟(In 315 A)
6. 전압강하(구리 185 ㎟, 80 m): u = 3.0 V = 1.38 % · 알루미늄 300 ㎟: 1.37 % (부속서 G 사설 수전 동력 한도 8.0 %)

결과: 구리 185 ㎟ 또는 알루미늄 300 ㎟. 상도체 무게(80 m, 3가닥)는 구리 약 395 kg, 알루미늄 약 194 kg으로, 알루미늄이 굵어도 약 51 % 가볍습니다.

Ib = 260 A, XLPE on a perforated tray at 40 °C with 4 circuits: required I0 = 371.1 A, copper 185 mm² or aluminium 300 mm²; voltage drop 1.38 % (Cu) and 1.37 % (Al) over 80 m; aluminium is about 51 % lighter.

전압강하는 왜 따로 보나 Why voltage drop is separate

허용전류는 "타지 않는가", 전압강하는 "제대로 작동하는가"의 문제입니다. 짧은 케이블은 허용전류가, 긴 케이블은 전압강하가 굵기를 정합니다. 위 예에서 길이를 늘리면 어느 순간 전압강하가 기준이 됩니다. KS C IEC 60364-5-52 부속서 G는 저압 수전 3 %(조명)·5 %(기타), 사설 수전 6 %·8 %를 권장하며, 100 m를 넘으면 1 m마다 0.005 %(최대 0.5 %)를 더해 줍니다.

실무 팁과 자주 하는 실수 Tips and common mistakes

• 집합 계수를 빼먹는 실수가 가장 흔합니다. 트레이에 케이블이 많으면 계수가 0.7 이하로도 내려갑니다.
• 3배수 고조파가 많은 부하(LED 조명, IT 기기)는 중성선 전류가 상전류보다 커질 수 있습니다(부속서 E). 이때는 중성선 전류로 굵기를 정합니다.
• 표에 없는 온도나 개수는 보간하지 말고 불리한 쪽 표값을 쓰는 것이 안전합니다(계산기도 그렇게 합니다).
• 위 숫자는 허용전류 계산기와 전압강하 계산기의 같은 함수로 만들었습니다. 같은 조건을 넣어 확인해 보세요.