케이블 굵기 결정(CABLE SIZING) - 1

 

플랜트 전기 설계에서 케이블은 매우 중요한 요소입니다. 전기 전체 자재비에서 케이블이 거의 50%를 차지하고 있다는 사실을 많은 사람들이 잘 모릅니다. 케이블에서 경제적인 설계를 하지 못한다면 다른 곳에서 잘해도 프로젝트가 이윤을 확보하기 어렵습니다. 그러므로 엔지니어는 최적의 케이블 굵기 결정을 할 수 있는 충분한 실력을 갖추어야 하겠습니다. 이번 포스팅이 그러한 실력을 키우는데 도움이 되기를 바랍니다. 

 

1. Cable Sizing의 절차

Cable Sizing에는 몇 가지 절차가 있습니다. 한 가지 요건만 만족시키면 되는 것이 아니라 몇 가지 조건을 다 만족시켜야 하기 때문에 각 조건에 따라 밟아야 하는 절차가 있습니다.

1) Cable 포설 방법 결정 - 주로 Cable Tray, Trench, Duct Bank의 3가지 방법이 있음

2) Minimum Cable Sizing - 단락 시 케이블이 견디는 사이즈

3) De-rating factor 결정 - 기준 조건 대비 현장 조건을 비교

4) 1차 Cable Sizng - Voltage Drop 검토

5) Voltage Drop을 만족하는 Cable Size 선정

 

위 과정을 수작업을 통해서 하지 않고 엑셀 테이블에 수식과 데이터를 입력하여 Cable Sizing Sheet를 만들어 적용하거나 상용 프로그램을 사용하는 것이 일반적입니다. 아래와 같은 Table을 전압별 부하특성별 그리고 포설 방법별로 모두 작성합니다. 그래서 보통 10매 내외의 Table을 만들게 됩니다.

300x250

2. 전압 강하 계산 (Voltage Drop Calculation)

Cable에서 발생하는 전압 강하는 매우 중요한 요소입니다. 집에서 사용하는 전등의 경우를 예로 들어보면 적정한 Cable Size가 아닌 더 작은 사이즈의 케이블을 사용해서 전압이 낮아지면 전등의 밝기가 낮아지고 어두워지게 됩니다. 전동기가 기동을 못하는 경우가 발생하고 또 전압이 강하하는 상황이 중복되면 전동기를 돌리던 Magnetic Contactor가 모두 Open 되어 전동기가 모두 멈추는 사고도 발생할 수 있습니다.

 

전압 강하를 계산하는 방법은 간단합니다. 아래의 공식을 적용해서 계산합니다. KEC의 간편 계산식은 실내의 길지 않은 구간에 적용하고 전동기 부하에는 적용하지 않는 것이 좋습니다. 

KEC 핸드북 - 전압강하 계산식

그런데 다음과 같은 경우에 특히 전압 강하가 중요한 요소가 됩니다

1) 케이블 길이가 긴 경우 - 위의 수식에서 보면 "L" 이 케이블의 길이입니다. 케이블이 짧으면 전압 강하가 비례하여 작지만 케이블이 길면 그대로 전압 강하가 커집니다. 일반적으로 케이블 길이가 200m 이하이면 큰 문제가 없지만 200m를 초과해서 300m 정도 되면 케이블 사이즈는 전압 강하에 의해서 결정되는 편입니다. 즉 허용전류가 얼마고 하는 것이 전혀 중요하지 않게 될 정도로 전압 강하 기준을 맞추기 위해서 케이블 사이즈를 키워야 되는 것입니다.

2) 전압이 낮을수록 전압 강하가 문제가 됩니다. 6600V 케이블이면 3%의 전압 강하 기준일 때 198V의 전압 강하가 허용이 됩니다. 그런데 380V 가 되면 11.4V 만 허용이 되기 때문에 전압 강하를 맞추기 위해서 더 굵은 케이블을 사용해야 됩니다. UPS 나 DC110V 등의 라인에서도 전압 강하는 매우 중요한 요소가 됩니다. Control 전압 DC110V도 장거리 라인에서 전압 강하로 인해서 기기가 동작하지 않는 문제가 발생합니다.

 

3) 공장에서 전등 라인도 항상 주의해야 합니다. Local panel에서 첫 번째 전등까지의 길이가 매우 긴 경우가 있을 수 있습니다. 이때는 첫 번째 전등까지는 6sq 등의 굵은 전선을 사용하고 그 이후부터 2.5sq 나 4sq를 사용하는 것이 좋습니다. 요즘은 LED 등을 사용해서 개별 전력이 낮기 때문에 전압 강하 문제에서 좀 더 자유롭습니다.

4) 공장의 높은 구조물에 설치된 엘리베이터 같은 경우 부하를 단순히 Feeder로 생각해서 일반 전압강하 5%를 적용해서 케이블 사이즈를 설계할 수 있는데, 제가 수행했던 프로젝트에서도 같은 일이 발생해서 문제가 되었습니다. 엘리베이터 내에 있는 전동기를 고려하지 않았기 때문입니다. 실제로 시운전 때 엘리베이터가 덜컹거리고 잘 올라가지 않아서 결국 케이블을 재 설치하여 교체한 경험이 있습니다. 숨어있는 전동기 부하를 잘 볼 필요가 있습니다.

5) 전압 강하 허용 기준은 프로젝트 마다 조금씩 다릅니다. 아래 표는 KEC 규정에 나와 있는 전압 강하 기준입니다.

KEC 전압 강하 기준

 

이번 포스팅에서 다룬 주요 내용이 전압 강하였습니다. 실제로 전기 박사 카페등에서 전압 강하 관련하여 많은 질문이 올라옵니다. 이 포스팅의 내용을 잘 이해하면 어떠한 경우에도 전압 강하 문제를 쉽게 이해하고 적용할 수 있을 것을 생각합니다.