케이블 굵기 선정 방법 정리 ㅣ KEC·IEC 기준, 전압강하·과전류·기동·단락

 

 

플랜트 및 수용가 설비에서 케이블 굵기(전선 단면적)는 단순히 부하전류만으로 결정되지 않습니다.

KEC(한국전기설비규정)와 IEC 60364에서는 다음 사항을 종합적으로 고려해야 한다고 규정하고 있습니다.

다음과 같이 케이블 굵기 기준은 한가지로 정해지지 않았습니다. 정상 운전시 전류, 전압강하, 기동 시 일시 전압강하, 고장 시 열적 내량이 서로 다른 상정조건을 갖기 때문입니다.

실무는 보통 다음 순서로 검토를 하고 있습니다.

 

• 과전류 보호 조건 (허용전류 기준)
• 수용가 설비에서의 전압강하 (정상시 전압강하)
• 전동기 기동전류에 의한 전압강하율 (일시 전압강하)
• 단락전류에 의한 절연체 허용온도 도달시간 고려 (단락전류 열적내량)

 

목차

 

1. 과부하전류에 대한 보호

과전류 보호 장치(차단기, 퓨즈)는 케이블 과전류로 손상되지 않도록 보호해야 합니다.

 

1.1 KEC 212.4 과부하전류에 대한 보호

 

 

 

위 조건은 'KEC(한국전기설비규정) 212.4 과부하전 보호 설계 조건도'에 나와있는 그림입니다.

다음과 같은 순서로 계산하여 케이블 굵기를 선정하면 됩니다.

 

1) 회로의 설계전류(부하의 정격전류) Ib 계산

2) Ib보다 크거나 동일한 차단기 정격전류 선정

3) 필요 기준허용전류 Iz_ref 계산

4) 보정계수 구하기 (주위온도, 토양, 복수회로 등)

5) 차단기 용량보다 크거나 동일한 케이블의 허용전류(Iz_ref x 보정계수) 선정

6) 차단기 용량 x 정격전류의 배수 ≤ 1.45 x Iz에 맞는 케이블 허용전류 선정

 

1.2 케이블 굵기 계산 예시

용량 : 30 [kW]

전압 : 380 [V]

상 : 3 [PH]

역률 : 0.9

효율 : 0.9

 

1) 회로의 설계전류(부하의 정격전류) Ib 계산

 

회로의 설계전류(부하의 정격전류)는56.27 [A]입니다.

 

2) Ib보다 크거나 동일한 차단기 정격전류 선정

설계전류 56.27 [A] 보다 크거나 동일한 차단기 선정을 해야 됩니다.

아래 그림에서 125AF 차단기를 사용한다는 조건에서 60AT를 선정할 수 있습니다.

 

3) 필요 기준허용전류 Iz_ref 계산

회로의 설계전류(부하의 정격전류) : 56.27[A] 

차단기 정격전류 : 60 [A]

중에서, 큰 값인 60A를 선정하여 진행하도록 하겠습니다.

 

4) 보정계수 구하기 (주위온도, 토양, 복수회로 등)

보정계수는 주위온도, 케이블 집합(배열), 토양 열저항, 매설깊이 등의 저감계수를 곱하여 나올 수 있습니다.

(계수값은 KEC/KS C IEC 60364-5-52 부록 표를 참고하시면 됩니다.)

<관련 블로그 추가>

 

케이블 절연체 : XLPE

주위온도 : 40℃

시공방법 : 기중, 복수의 다심케이블, 케이블 트레이 2단

 

 

 

5) 차단기 용량보다 크거나 동일한 케이블의 허용전류(Iz_ref x 보정계수) 선정

차단기 용량은 60A보다 크거나 동일한 케이블 허용전류를 선정하여야 하며,

3번에서 구한 60A x 0.66=39.6A로, 차단기 용량보다 작으므로 다시 선정하여야 합니다.

 

시공방법에 해당하는 허용전류는 'IEC 60364-5-52 Table B.52.12'에서 확인할 수 있습니다.

(실제 공급업체에서 제작하는 케이블과 허용전류 값은 상이하므로, 설계 전에 Vendor에서 케이블 데이터를 받아보는 것도 좋을 것입니다.)

 

100A x 0.66 = 66A로, 차단기 60A보다 큰 값을 확인할 수 있으며,

케이블 굵기 16mm 2로 선정할 수 있습니다.

 

 

6) 차단기 용량 x 정격전류의 배수 ≤ 1.45 x Iz에 맞는 케이블 허용전류 선정

케이블 허용전류에 의한 케이블 굵기를 선정하였지만, 규약시간 이내에 유효하게 동작할 수 있는 조건도 만족을 하여야 합니다.

 

I2는 제조사 곡선(또는 규정 값)에서 해당 프레임/세팅의 장시간 동작 전류를 확인하여야 하지만,

실무에서는 MCCB 열동부 기준 근사값으로 계산합니다.

'IEC 60364-5-52 Table B.52.12'에서 허용전류 값을 활용하여 케이블 굵기를 계산해 보겠습니다.

 

조건 : 산업용 배선차단기 사용

차단기 용량 60A x 1.3 = 78A보다 크거나 동일하면 됩니다.

 

1.45 x 케이블 허용전류 54A(6mm2) = 78.3 [A]

1.45 x 케이블 허용전류 75A(10mm2) = 108.75 [A]

1.45 x 케이블 허용전류 100A(16mm2) = 145 [A]

 

최소 조건으로 만족하는 케이블 굵기는 6 [mm2] 입니다.

 

 

2. 수용가설비에서의 전압강하

2.1 KEC 232.3.9 수용가 설비에서의 전압강하

 

 

 

[전기/시설관리] - 전압강하 계산 ㅣ KEC 232.3.9 / IEC Annex G

전압강하 계산 ㅣ KEC 232.3.9 / IEC Annex G

 

 

2.2 KS C IEC 60364-5-52 (525 수용자설비에서의 전압강하)

KEC와 동일하다고 보시면 됩니다.

2.3 케이블 굵기 계산 예시

KEC와 KS C IEC 60364-5-52 부속서 G는 동일한 전압강하 수식을 명시하고 있습니다.

이 식은 통상 쓰는 

과 상응하며,

로 보시면 됩니다.

 

보통 알고 있는 전압강하식으로 계산을 한다면,

길이 : 0.1 [km]

K : 3상(루트 3)

Ib : 56.27 [A]

R, X : 16 [mm2] 값 적용

역률 : 0.9

 

5 [%] 이내를 만족하는 3.49 [%] 계산되었습니다.

그래서 전압강하식을 적용한 케이블 굵기는 16 [mm2] 입니다.

 

 

 

과부하전류에 대한 보호와 수용가설비에서의 전압강하에서 계산된 최대 굵기 16 [mm2] 를 적용하여 사용하시면 됩니다.

 

 

 

3. 전동기 기동전류에 의한 전압강하율

 

4. 단락전류에 의한 절연체 허용온도 도달시간 고려