홍라이프 계산기전선 저항과 전압 강하 계산 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
모든 전선에는 저항이 있어 전원 전압의 일부가 부하에 닿기 전에 전선에서 사라집니다. 이 계산기는 왕복 두 가닥 회로의 전선 저항, 전압 강하, 전원 대비 강하율, 열로 버려지는 전력 손실을 구합니다. 창고나 별채, 전기차 충전기, 저전압 조명, 태양광 설비처럼 배선이 길 때 전선 굵기를 고르는 데 씁니다.
계산 방법
- 저항: R = ρ_T · 2L / A, ρ_T = ρ₂₀ · (1 + α · (T − 20))
- 전압 강하: ΔV = I · R
- 강하율(%): ΔV / V × 100
- 전력 손실: P = I² · R
L은 편도 길이(m)로 전류가 갔다 돌아오므로 2배를 합니다. A는 단면적(mm²), I는 전류(A), V는 전원 전압입니다. 20 °C에서 ρ₂₀은 구리 0.0172 Ω·mm²/m, 알루미늄 0.0282이며, α는 구리 0.00393 /°C, 알루미늄 0.00403 /°C입니다.
원리
도체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다. 길이가 길면 전자가 더 많이 부딪치고, 굵은 전선은 전류가 지나갈 통로가 많기 때문입니다. 비례 상수인 저항률 ρ는 재료의 고유한 성질입니다. 금속은 온도가 오르면 저항이 커지며 상온 부근에서는 거의 직선적으로 변하므로 α 항으로 보정합니다. 저항을 알면 옴의 법칙으로 전압 강하를, 줄의 법칙으로 발열을 구할 수 있습니다.
예제 풀이
- 입력값은 L = 30 m, A = 2.5 mm², I = 16 A, V = 230 V, 구리, 20 °C입니다.
- 온도 보정은 1 + 0.00393 × 0 = 1이므로 ρ = 0.0172입니다.
- R = 0.0172 × 2 × 30 / 2.5 = 0.4128 Ω입니다.
- 전압 강하는 16 × 0.4128 = 6.6048 V입니다.
- 강하율은 6.6048 / 230 × 100 ≈ 2.87%입니다.
- 전력 손실은 16² × 0.4128 = 105.68 W입니다.
| 단면적 (mm²) | 전압강하 (V) |
|---|---|
| 0.625 | 26.4192 |
| 1.25 | 13.2096 |
| 1.88 | 8.8064 |
| 2.5 | 6.6048 |
| 3.12 | 5.28384 |
| 3.75 | 4.4032 |
| 5 | 3.3024 |
결과 해석
많은 배선 기준이 전압 강하를 3~5% 정도로 제한합니다. 예를 들어 IEC 60364-5-52와 한국전기설비규정(KEC)은 저압으로 직접 수전하는 경우 조명 3%, 기타 5%를 제시합니다. 2.87%는 조명 기준 3%를 간신히 만족하는 수준입니다. 강하는 길이와 전류에 비례하고 단면적에 반비례하므로 단면적을 2배로 하면 절반이 됩니다. 운전 온도 70 °C에서는 구리 저항이 20 °C보다 약 20% 커지므로 뜨거운 상태도 함께 확인하는 것이 좋습니다.
흔한 실수
- 편도 길이를 2배 하지 않아 강하를 절반으로 계산하는 경우입니다.
- 삼상 회로에 같은 식을 쓰는 경우입니다. 평형 부하의 선간 강하는 √3 계수를 씁니다.
- 정격 전류가 흐르는 전선을 20 °C로 계산하는 경우입니다.
자주 묻는 질문
전압 강하를 절반으로 줄이려면 전선을 얼마나 굵게 해야 하나요?
단면적을 2배로 합니다. 2.5 mm²에서 실제 규격인 6 mm²로 바꾸면 절반 이하가 됩니다.
저전압 배선에서 강하가 더 문제 되는 이유는 무엇인가요?
같은 전력을 12 V로 보내려면 230 V보다 약 19배의 전류가 필요하고, 강하율은 전류를 전압으로 나눈 값에 비례해 커지기 때문입니다.
알루미늄 전선은 구리보다 불리한가요?
저항률이 약 64% 높아 같은 강하를 얻으려면 단면적이 약 1.6배 필요합니다.
출처: IEC 60364-5-52, Low-voltage electrical installations — Selection and erection of electrical equipment — Wiring systems (Annex G, voltage drop) · IEC 60228, Conductors of insulated cables · 한국전기설비규정(KEC) 232.3.9 수용가 설비에서의 전압강하