홍라이프 계산기전압강하 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
긴 전선은 부하에 전력이 닿기 전에 전압 일부를 잃어 조명이 어두워지거나 전동기가 느려지거나 기기가 멈출 수 있습니다. 이 계산기는 IEC 60364-5-52 방법으로 직류, 단상, 평형 3상 회로의 전압강하를 전류, 선로 길이, 단면적, 도체 재질로 구하고 허용 한도와 비교합니다.
계산 방법
u = b × (ρ₁ × L ÷ S × cos φ + λ × L × sin φ) × I
강하율(%) = 100 × u ÷ U₀
- b는 직류·단상 2(왕복 도체), 3상 1(상-중성선 강하, 선간 강하는 √3 × u)입니다.
- ρ₁은 사용 온도에서의 저항률로 구리 0.0225, 알루미늄 0.036Ω·mm²/m입니다.
- λ = 0.08mΩ/m는 미터당 리액턴스, L은 편도 길이(m), S는 단면적(mm²), I는 전류, cos φ는 역률입니다.
- U₀는 상-중성선 전압이며, 전선 손실 = (2 또는 3) × I² × R입니다.
원리
도체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다(R = ρL ÷ S). 옴의 법칙에 따라 그 위에서 잃는 전압은 I × R입니다. 단상이나 직류 회로는 전류가 갔다가 돌아오므로 도체 두 가닥만큼 강하가 생깁니다. 평형 3상 회로는 중성선에 전류가 흐르지 않아 상마다 도체 한 가닥만 셉니다. 교류에서는 전선의 작은 인덕턴스도 영향을 주며, 그 크기가 부하의 위상각에 따라 달라지므로 cos φ와 sin φ가 들어갑니다.
예제 풀이
기본값인 단상 230V, 16A, 30m, 구리 2.5mm², 역률 1, 한도 3%로 계산합니다.
- 도체 한 가닥 저항 = 0.0225 × 30 ÷ 2.5 = 0.27Ω입니다.
- 역률 1이면 sin φ = 0이므로 u = 2 × 0.27 × 16 = 8.64V입니다.
- 강하율 = 100 × 8.64 ÷ 230 = 3.76%입니다.
- 부하 전압 = 221.4V입니다.
- 3%를 넘으므로 아니요 — 더 굵은 전선이나 짧은 배선을 쓰십시오가 나옵니다.
- 전선 손실 = 2 × 16² × 0.27 = 138.2W입니다.
| 공급 전압 (V, 삼상은 선간 전압) | 전압 강하 (%) |
|---|---|
| 57.5 | 15.03% |
| 115 | 7.51% |
| 172 | 5.01% |
| 230 | 3.76% |
| 288 | 3.01% |
| 345 | 2.5% |
| 460 | 1.88% |
결과 해석
IEC 60364-5-52는 공공 저압 배전망에서 공급받는 경우 조명 3%, 기타 5% 이하를 권장하며, 자체 수전 설비는 더 높은 한도를 둡니다. 우리나라 KEC도 저압 수전 시 같은 3%, 5% 한도를 둡니다. 한도를 넘으면 단면적을 키우는 것이 가장 간단하며, 이 예에서 4mm²로 바꾸면 약 2.3%가 됩니다.
흔한 실수
- 편도 길이 대신 왕복 길이를 넣는 경우
- 20°C 저항률을 써서 운전 온도의 강하를 작게 잡는 경우
- 허용전류와 보호 장치 조건도 만족해야 한다는 점을 잊는 경우
자주 묻는 질문
단상은 왜 강하를 두 배로 하나요?
전류가 가는 도체와 돌아오는 도체를 모두 지나기 때문입니다.
굵은 전선을 쓰면 에너지도 절약되나요?
네. 저항이 줄어 전압강하와 함께 I²R 손실도 줄어듭니다.
역률은 왜 중요한가요?
교류에서는 전선 리액턴스에 의한 강하가 부하의 sin φ에 따라 더해지기 때문입니다.
출처: IEC 60364-5-52:2009, Annex G (voltage drop in consumers' installations) · Korea Electro-technical Code (KEC) 232.3.9