KEC 규정에 따른 케이블 사이즈 선정(설계)

오늘은 22년 올해부터 시행된 KEC(한국전기설비기준) 규정으로 케이블 사이즈 선정(설계)을 해보겠습니다. 케이블 사이즈를 계산하는 방법은 기존의 전기설비기술기준의 판단기준에 많이들 익숙해져 있으실 텐데요. 이제는 KEC 규정에 좀 더 익숙해 져야 합니다. 한번 찬찬히 알아보도록 하겠습니다.

"KEC(한국전기설지기준)"가 나오기 전의 기준인 "전기설비기술기준의 판단기준"의 내용에 의한 케이블 사이즈 선정의 내용은 아래 포스팅을 참조 해 주시기 바랍니다.

https://mech19.tistory.com/79?category=807449 

분기회로 (저압) 케이블 사이즈 선정

1. KEC(한국전기설비기준) 규정에 따른 케이블 사이즈 선정

먼저 밝혀둘 것은 KEC규정을 쭉~ 봐도 케이블 사이즈 선정에 대해 한꺼번에 정리해 둔 곳이 없습니다. 굉장히 불편해요. 그래서 차단기 용량 선정내용과 더불어 대한전기인협회의 저보다 훨씬 고수분들의 내용의 도움을 받아서 작성하였음을 알려드립니다. 저도 공부할 겸사겸사 해서.. ^^

먼저 케이블 사이즈를 계산하는 방법이 총 6가지가 있습니다. 각각 개별적으로 고려해야 하는 사항들이죠.

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위 조건도 기억하시나요? "KEC(한국전기설비기준) 212.4 과부전류에 대한 보호"에 나와 있는 조건도 입니다. 위 조건도를 간단히 설명하자면 설계전류(부하의 정격전류)Ib는 차단기의 정격전류 In보다 작아야 하며, 차단기의 정격전류 In은 도체의 허용전류(케이블 허용전류)Iz보다 작아야 한다는 내용입니다. 그리고 차단기의 유효동작 전류 I2는 도체의 허용전류(케이블 허용전류)에 1.45배 값보다 낮아야 한다는 내용입니다. 기본적인 케이블의 허용전류 계산은 위 내용을 기본으로 합니다. 그리고 아래 순서대로 계산 후 가장 큰 도체단면적을 가지는 케이블로 선정하면 됩니다.

1) 설계전류(부하의 정격전류) Ib 보다 큰 허용전류를 갖는 케이블을 선정.

2) 차단기의 정격전류 In보다 큰 허용전류를 갖는 케이블을 선정.

3) 부하 운전시의 허용 전압강하를 고려한 도체 단면적을 선정.

4) 전동 부하일 시 기동 시 허용 전압강하율을 고려한 도체 단면적을 선정.

5) 전동 부하일 시 기동전류에 의한 도체의 온도상승을 고려한 도체 단면적을 선정.

6) 고장발생시 단락전류에 의한 도체의 온도상승을 고려한 도체 단면적을 선정.

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2. 케이블 사이즈 계산 예시

그럼 이제 위에서 언급했던 방법대로 하나하나 예시를 들어가며 직접 케이블 사이즈를 계산해 보도록 하겠습니다.

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1) 설계전류(부하의 정격전류) Ib 보다 큰 허용전류를 갖는 케이블을 선정.

저는 회로의 설계전류라는 용어가 익숙하지가 않네요. 부하의 정격전류가 현업에서 훨씬 많이 사용되는 표현인데... 왜 설계전류라고 표현하는지 잘 모르겠습니다. 아마도 IEC에 표현된 영어를 번역하는 과정에서 그렇게 된것 같은데... 여튼 이번에 우리가 예시로 볼 회로의 설계전류 즉 부하의 정격전류는 40A를 기준으로 하겠습니다.

이번 항목의 경우 케이블의 허용전류가 회로의 설계전류보다 크면 되기 때문에 정격전류가 40A이므로 이것보다 큰 허용전류를 가지는 케이블을 선정하면 됩니다. 이때 케이블의 적용 규격 및 포설환경 기준은 아래와 같이 잡겠습니다.

그리고 예시는 LS전선의 F-CV를 기준으로 하며 위와 같은 상황에서의 케이블의 허용전류는 아래와 같습니다. 여러분들이 실제 업무에서 사용하시는 케이블의 스펙은 해당 메이커로 부터 제공받으셔야 합니다. 케이블마다 조금씩 스펙이 상이하기 때문입니다.

위 상황에서 기중 트레이 포설 3심 1선식 기준 42A의 허용전류를 가지는 도체 단면적 4sq의 케이블을 선정하면 됩니다. 그럼 두번째로 넘어가겠습니다.

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2) 차단기의 정격전류 In보다 큰 허용전류를 갖는 케이블을 선정.

지난 시간에 알아보았던 차단기의 정격전류 선정 당시에도 케이블의 허용전류는 차단기의 정격전류보다 커야 했습니다. 그렇게 따져보면 회로의 설계전류(부하의 정격전류)가 40A인 경우 차단기는 이보다 큰 정격전류를 가져야 하기에 차단기의 정격전류는 40A바로 윗값인 50A짜리를 선정해야 합니다.

그렇다면 차단기의 정격전류가 50A이니 케이블의 허용전류는 50A보다 더 커야 합니다. 따라서 아까 위에서 봤던 LS전선의 F-CV 기준트레이 포설 기준으로 54A의 허용전류를 가지는 6sq짜리 케이블을 선정해야 합니다. 자~ 여기서 한가지를 더 고려해야 합니다. 아까 위에서 보았던 아래 조건도를 기억하시나요?

여기서 I2와 Iz와의 관계가 남았습니다. 이 관계는 차단기 선정방법에 대해서 알아볼 때 나왔던 아래 식과 관련있습니다.

여기서 I2는 차단기가 안전하게 작동하는 것을 보장하는 동작전류의 크기이고, Iz는 케이블의 허용 전류 입니다.

I2는 차단기의 정격전류에 위 표에서 나와 있는 차단기의 동작 전류 배수를 곱해서 구하며, 그 크기보다 케이블의 허용전류에 1.45배 한 값이 더 크거나 같아야 한다는 의미입니다. 그럼 차단기의 정격전류가 50A이고 산업용 배선차단기라고 가정하며, 케이블의 허용전류가 54A이므로 아래와 같이 계산됩니다.

그럼 아까 위에서 구한 6sq의 허용전류를 갖는 케이블이 적정했다는 것을 알 수 있습니다. 지금까지의 내용은 "KEC(한국전기설비기준) 212.4 과부하전류에 대한 보호"에 의거한 내용입니다.

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3) 부하 운전시의 허용 전압강하를 고려한 도체 단면적을 선정.

다음은 허용 전압강하를 고려한 계산입니다. 본 내용은 "KEC(한국전기설비기준) 232.3.9 수용가 설비에서의 전압강하"에 의거한 내용입니다. 해당부분을 보면 아래와 같은 표를 확인 할 수 있습니다.

위 상황으로 봤을 때 저압 말단 부하 기준으로 전등부하는 3%, 다른 일반부하 및 전동부하의 경우에는 5%까지 허용이 되는 것을 알 수 있습니다. 그럼 이건 어떻게 계산해야 할까요? 다들 전기기사 공부할 때 많이 봤을 겁니다. 바로 아래의 전압강하 식을 사용하면 됩니다.

직접 계산해보기 까지는 시간이 너무 많이 걸릴 것 같아서 넘어가도록 하겠습니다. 여기서 R값과 X값은 사용할 케이블의 제조사에서 데이터를 얻어야 하고, 부하의 역률과 부하의 무효율은 해당 설비의 제조사에서 데이터를 얻어서 계산해야 합니다. 만약에 전압강하가 표 232.3-1의 기준을 넘어간다면 케이블의 사이즈를 더 키워서 다시 계산해보아야 합니다.

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4) 전동 부하일 시 기동 시 허용 전압강하율을 고려한 도체 단면적을 선정.

지금부터는 전동 부하인 경우에 한해서 사용하는 방법 입니다. 사실 KEC(한국전기설비기준)상으로만 보면 명확한 기준은 없습니다. 232.3.9 에 나와 있는 내용상으로 보면 아래와 같이만 명시되어 있기 때문입니다.

단순히 더 큰 전압강하를 허용할 수 있다는 문구는 너무나 애매합니다. 하지만 IEEE기준을 사용하면 최악의 조건에서 20%를 기준으로 삼을 수 있는데 다른 고수분들은 여기서 좀 더 여유율을 줘서 10~15%로 잡으시더라구요. 그래서 기동시 15%이하의 전압강하를 기준으로 생각하시면 될 것 같습니다. 이 때 사용하는 식은 아래와 같습니다.

만약 계산한 결과값의 전압강하율이 15%를 넘는다면 케이블의 사이즈를 한단계 더 키워서 전압강하율이 20%내로 들어오도록 변경해야 합니다. 이것도 마찬가지로 직접계산하는 것은 넘어가도록 하겠습니다.

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5) 전동 부하일 시 기동전류에 의한 도체의 온도상승을 고려한 도체 단면적을 선정.

자 다음으로 이야기 해야 하는 내용은 기동전류에 의한 케이블의 온도상승에 대한 내용입니다. 이 내용 또한 KEC규정에 명확하게 기준을 제시하고 있지는 않습니다. 하지만 당연히 지켜야 하는 내용이므로 확인해야 합니다. 먼저 아래 식을 보겠습니다

위 식에서 앞서 구했던 S(케이블 단면적)을 넣어서 tm(전동기의 기동시간)을 구해도 되고, tm(전동기의 기동시간)을 넣어서 S(케이블 단면적)을 구해도 됩니다. 둘 중에서 알고 있는 상수를 넣어서 나머지 값을 구하는 것입니다. 중요한 것은 위 식에서 구하거나 정해진 전동기의 기동시간이 실제 전동기의 기동시간보다 길어야 한다는 것입니다.

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6) 고장발생시 단락전류에 의한 도체의 온도상승을 고려한 도체 단면적을 선정.

마지막 6번째는 고장 발생시 단락전류에 의한 케이블의 온도상승을 고려하는 내용입니다. "KEC(한국전기설비기준) 212.5.5 단락보호장치의 특성"에 보면 아래와 같은 내용이 있습니다.

이 내용이 의미하는 바는 단락전류를 신속하게 차단 할 수 있는 보호대책을 강구하되 해당 보호대책이 가동하는 시간동안 케이블이 견뎌야 한다는 의미입니다. 단락전류로 인한 케이블의 소손은 온도에 의한 것이기 때문에 차단기의 차단시간 동안 단락전류에 케이블이 견디는지 확인해야 합니다.

위와 같이 계산 한 뒤에 6가지 항목에서 도출 된 케이블 사이즈 중에서 가장 큰 값을 선정하면 됩니다.

자~ 이렇게 해서 KEC(한국전기설비기준)에 의한 케이블 선정 방법 및 설계 방법을 알아보았습니다. 와... 예전에 전기설비기술기준의 판단기준보다 훨씬 복잡해 졌습니다. 하지만 이로인해 여유율이 줄어들어 최적화 설계에 좀 더 가까워 진게 사실입니다. 일괄적으로 여유율을 크게 잡아야 했던 옛날보다 훨씬 정밀한 내용이지요. 오늘은 여기까지 하겠습니다. 시간나면 6가지 항목이 계산되는 엑셀시트를 만들어 봐야겠어요. 그럼 수고하셨습니다.

 

 

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