케이블 허용전류는 케이블 포설 기준, 환경 기준에 대한 보정계수, 설치 방법에 따른 저감계수에 따라 다르게 결정됩니다. 이러한 변수들을 가지고, IEC에 따라 케이블 허용전류 구하는 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
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Toggle포설 기준 : 단심 케이블과 3심 케이블
IEC 60502-2에 제시된 전류 용량은 포설 기준에 따라 다릅니다. 포설 기준이란 어떤 케이블을 어떤 형태로 어디에 설치하는지 나타내는 기준을 의미합니다. 그림을 통해서 더욱 쉽게 이해 할 수 있습니다. 먼저 단심 케이블의 포설 기준에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1) 단심 케이블
우리에게 전기가 어려운 이유는 대부분의 용어가 한자이기 때문입니다. 단심 케이블은 케이블 한 가닥에 구리 혹은 알루미늄 도체가 하나인 것을 의미합니다.
‘기중’은 공기중이라는 의미입니다. 즉, 기중은 땅에 묻히지 않고 공기중에 케이블이 설치되었다는 의미로 해석하시면 됩니다. De는 케이블의 외부 직경을 나타냅니다.
첫 번째 그림은 케이블 삼각포설을 말합니다. 두 번째는 수평포설인데 케이블이 모두 붙어있는 형태이며, 세 번째는 수평포설 중 케이블이 일정한 간격을 두고 떨어져서 설치된 것을 말합니다. 이렇게 케이블이 어떤 방식으로 설치되어 있느냐에 따라 케이블의 허용전류가 달라지게 됩니다.
공기중에 설치된 케이블이 있었다면, 당연히 땅에 묻힌 케이블도 있을 것입니다. 우리는 이것을 땅 속이라는 의미로 ‘지중’ 포설이라고 부릅니다.
케이블을 땅에 묻는 방법은 크게 두 가지입니다. 하나는 케이블에 어떠한 보호도 없이 직매(케이블 자체만 묻어버리는 방식)하는 방식이 있고, 케이블을 보호하기 위해 어떤 관이나 덕트에 넣어 땅에 묻는 방식이 있습니다.
지중 포설도 삼각포설을 했는지, 수평포설을 했는지에 따라서는 케이블 허용전류의 차이가 납니다.
2) 3심 케이블
단심 케이블이 케이블 한 가닥에 도체가 하나 있는 형태였다면, 3심 케이블은 케이블 한 가닥에 도체가 3개 들어있는 케이블임을 쉽게 유추할 수 있을겁니다. 3심 케이블의 설치 방식도 단심 케이블과 큰 차이는 없습니다.
3심 케이블의 포설 기준은 땅에 묻히는 방식이냐 공기중에 설치된 방식이냐로 나뉩니다. 땅에 묻히는 매설 방식의 경우, 케이블이 깊이 0.8m에 묻혀 있을 때를 기준으로 합니다.
다음에는 이러한 포설 기준이 케이블의 허용전류에 어떻게 영향을 미치는지 알아보도록 하겠습니다.
케이블의 허용전류
MV(3.6~30kV) 케이블의 허용전류는 IEC 60502-2에 제시되어 있어, 이를 그대로 따르면 됩니다.
LV(0.6/1kV) 케이블의 경우, 이전에 IEC 60364-5-52에 허용전류에 대한 규정이 있었지만 현재는 폐기되었습니다. 하지만 아직 많은 케이블 업체들이 IEC 60364-5-52에 의거하여 LV 케이블을 생산하고 있기 때문에 해당 코드를 보아도 무방하지만, 케이블 고유의 허용전류를 확인하기 위해서는 업체의 카탈로그를 참고하는 것이 가장 좋습니다. 여기에서는 LS 전선 카탈로그를 참고하여 LV 케이블의 허용전류를 작성하였습니다.
MV Cable (IEC 60502-2)
땅에 묻는 지중 포설의 경우, 직매냐 관에 넣어서 매설했느냐에 따라서도 허용전류 차이가 나지만 요즘은 케이블 보호 차원에서 직매보다 관에 넣는 경우가 대부분이므로 해당 케이스만 기입합니다.
아래 기준을 보시면 기중 30도, 지중 20도라는 문구가 있습니다. 이것은 케이블이 설치된 곳의 주변 온도를 의미합니다. 케이블이 공기중에 설치되면 바깥 날씨가 30도, 땅에 묻히면 땅의 온도가 20도를 기준으로 하였을 때 케이블의 허용전류를 나타낸 것이라고 생각하시면 됩니다. 주변 온도 조건이 달라지면 최종적인 케이블의 허용전류는 달라집니다. 아래에서 자세히 설명하도록 하겠습니다.
읽는 방법을 하나만 예를 들어볼까요. ①케이블 사이즈가 16sqmm인 ②단심 케이블을 ③트레이에 얹은 기중 방식으로 ④삼각포설을 했다면, 케이블 고유의 허용전류는 125A가 됩니다.
LV Cable (LS 전선 카탈로그 기준)
위의 표는 MV Cable에서 허용전류를 읽었던 방식과 똑같이 읽으시면 됩니다. 단심 3선식은 도체가 하나 들어있는 단심 케이블이 세 가닥 깔리는 것을 의미하고, 2심 1선식은 도체가 두 개 들어있는 2심 케이블이 한 가닥, 3심 1선식은 도체가 3개 들어있는 3심 케이블이 한 가닥 깔리는 것을 말합니다.
케이블 업체의 카탈로그에서 포설 방법별로 케이블의 허용전류를 확인할 수 있기 때문에, 우리는 어떤 포설 방식이 어떤 것을 의미하는지만 알고 있으면 허용전류는 쉽게 구할 수 있습니다.
위의 표를 잘 보시면 지중보다는 기중 포설일 때, 케이블 도체끼리 거리가 멀리 떨어져 있을수록 케이블 허용전류가 높은것을 알 수 있습니다. 케이블에 전류가 흐르면 케이블 자체 저항에 의해 열이 발생하는데, 이 열은 공기중에 있을 때 (기중 포설), 열을 내는 도체끼리 서로 떨어져 있을 때 발산이 잘 됩니다. 즉, 열이 적게 나는 환경을 만들어 줄수록 케이블에 전류가 더 잘 흐르겠죠. 그러므로 케이블 허용전류가 열 발산이 잘 되는 환경에서는 더 높아지는 것입니다.
기준에 대한 보정계수
케이블 업체의 카탈로그에 명기된 케이블 허용전류는 포설 환경에 대한 기준이 있었습니다. 기억 나시나요? 주위온도 기중은 30도, 지중은 20도였고, 매설 깊이는 0.8m, 토양의 열저항률도 MV는 1.5 K*m/W, LV는 2.5 K*m/W 였는데요.
케이블이 설치되는 환경이 기준과 다르다면 보정계수, Factor를 적용해야 합니다. 30도의 날씨를 견디는 케이블과 50도의 날씨는 견디는 케이블은 당연히 차이가 있을테니까요. 보통의 경우, 보정계수는 주변 온도 데이터에 대해서 적용하는 경우가 많습니다. 하지만 매설 깊이가 0.8m가 아닌 경우, 토양의 열저항률이 기준과 다른 경우에는 IEC 60502-2의 보정계수를 참고해서 케이블 허용전류를 반드시 보정 해 주어야 합니다.
보정계수를 적용하는 방법은 간단합니다. 예를 들어보겠습니다.
위에 있었던 LV 케이블의 허용전류 표에서 도체 단면적이 25sqmm이고 기중 트레이 포설을 하는 3심 1선식 케이블 허용전류는 127A였습니다. 그런데 케이블이 설치되는 지역의 온도 데이터를 보니 한낮에 40도라고 합니다. 기중 주위온도가 40도 일 때 보정계수는 0.91입니다. 따라서 허용전류가 127A인 케이블을 사용해도, 해당 지역에서는 127 * 0.91 = 115.57A 전류까지만 허용한다는 것을 계산할 수 있습니다.
설치 방법에 따른 저감계수
보정계수, 저감계수라고 해서 어렵게 생각하실 것은 없습니다. 가중치, Factor 정도로 생각 해 주세요. 설치 방법이나 조건에 따라 케이블의 열 발산이 어렵게 되고, 그에 따른 케이블 저항 상승으로 허용전류의 왜곡이 생기게 되므로 이러한 가중치를 고려하게 되는 것입니다.
설치 방법에 따른 저감계수는 IEC 60502-2 Table B.22, Table B.23에 자세히 명기되어 있습니다. 저는 LS 전선 카탈로그에 수록된 표를 가지고 설명하겠습니다.
트레이에 케이블을 설치할 때, 케이블이 한 가닥만 가는 경우는 잘 없습니다. 트레이의 너비에 맞게 여러 가닥의 케이블이 설치 될 것입니다. 열과 저항의 개념으로 볼 때, 케이블이 여러 가닥 가면 당연히 열을 쉽게 발산하지 못해서 케이블 허용전류가 작아질 수 밖에 없다는 것을 유추할 수 있습니다. 트레이 종류를 어떤 것을 썼는지, 트레이를 몇 단 설치했는지에 따라서도 케이블 허용전류는 차이가 납니다.
케이블을 어떻게 설치할 지 결정한 후, 3. 기준에 대한 보정계수에서 Factor를 곱했던 것처럼 똑같이 가중치를 곱해주면 됩니다.
결론
케이블 허용전류는 대부분 케이블의 열 발산과 관련이 있습니다. 열은 결국 저항이 됩니다. 저항은 전류가 흐르는 것을 방해합니다. 케이블이 제 아무리 빵빵한 스펙으로 태어났다고 해도, 열을 잘 식혀주지 못하면 흘릴 수 있는 전류의 값이 작아지는 것입니다. 이를 보정해주기 위해 3, 4에서 고유의 케이블 허용전류에 가중치를 적용했습니다.
원리만 알면 케이블 허용전류를 구하는 것은 어렵지 않습니다. 다음에도 쉽고 재미있는 전기 이야기로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다 🙂
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