Tray 포설 시의 Cable Sizing 방법

이번 포스팅은 Cable Tray에 설치하는 경우의 실제 계산을 해보도록 하겠습니다. Cable Tray 포설은 국내나 해외 모두 많이 사용하는 방식이며 특히 동남아 같이 비가 많이 오는 지역에서는 아주 선호하는 방식입니다. 따라서 Tray 포설에 대한 정확한 이해와 Cable Sizing 방법을 숙지하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있습니다 

 

1. Correction Factor (보정계수) 적용

본 계산은 IEC60364-5-52를 적용합니다. 이 표준은 Correction Factor (보정계수)를 이용하여 케이블의 사이즈를 구하는 방식입니다. 보정계수를 계산하는 4가지 절차가 있습니다.

1) Cable의 설치 방법을 결정합니다. Tray, Trench, Duct bank 등이 있습니다.

2) 표준이나 케이블 회사의 자료에서 정격 전류를 선정합니다. 그러면 일차로 케이블 사이즈가 나옵니다.

3) 실제의 케이블 설치 조건을 확인합니다. 주위온도, 토지열저항, 기타

4) 표준이나 케이블 업체의 조건과 실제 케이블 설치 조건을 비교하여 보정계수를 산출합니다.

이 보정계수에는 4가지가 있습니다.

(1) 주위 온도 보정계수 (Ft)

(2) 땅에 묻는 경우 토지 열저항에 따른 보정계수 (Fs)

(3) 땅에 묻는 깊이에 따른 보정계수 (Fd)

(4) 케이블의 회로 수에 따른 Group 저감계수 (Fg)

4가지 계수를 모두 곱하여 최종 보정계수를 산출합니다.

Fa = Ft x Fs x Fd x Fg

 

2. Cable의 설치 방법 확인

 

아래의 그림에서는 플랜트에서 사용하는 주요 Cable 설치 방법 3가지만 보여주고 있습니다. 건물 내에 설치하는 여러 방법들은 IEC 나 KEC의 Table을 참조하여 적용하시면 됩니다.

 

1) IEC 60364-5-52 의 주요 케이블 설치 방법 (DUCT BANK, TRENCH, TRAY)

2) KEC 규정에 따른 설치 방법 (TRAY, DUCT BANK, TRENCH)

300x250

3. Cable Tray 포설 샘플 예제를 가지고 Cable 사이즈를 구하는 절차를 따라가 보겠습니다.

샘플 예제는 다음과 같습니다. 아래의 예제는 전압 380V를 적용하고 Cable의 길이는 350m 기준입니다.

Cable의 임피던스 값은 KEC 핸드북에 있는 자료를 이용해도 됩니다. 허용전류 Table을 어느 자료를 사용하는가에 따라 임피던스 값도 같은 기준의 자료를 이용해야 합니다.

1) Derating Factor를 계산을 합니다.

Fa = Ft x Fs x Fd x Fg

여기서 Ft (온도 보정 계수)는 KEC핸드북에 예제와 같이 주위온도 40도 Table을 적용하기 때문에 온도에 대한 보정계수는 적용하지 않습니다.

Fs와 Fd는 땅에 매설하는 경우 적용되므로 여기서는 무시합니다. 나머지 Fg만 계산하면 됩니다.

아래의 Table 에서 Ladder Tray 1단 6열에 해당하는 0.79를 적용합니다.

Derating Factor를 이용해서 필요한 전류값을 구합니다.

필요전류값 = 정격전류 / Derating Factor = 92.3 / 0.79 = 116.9 A

 

2) 위의 예제와 맞는 Cable 허용전류 Table을 KEC핸드북에서 찾습니다.

기준은 Cable의 포설 방법은 Tray 포설이며 (E & F). 주위온도는 40도 기준이고, 구리 도체이며, XLPE 절연전선입니다. KEC 핸드북에서 다음과 같은 Table을 찾습니다. 그리고 1)항에서 계산된 116.9A에 해당하는 전선의 굵기를 찾습니다. 아래 Table에서 3번 방식이 적합하므로 35SQ 가 선정이 됩니다.

 

3) 전동기 부하이기 때문에 운전 시 전압 강하와 기동시의 전압 강하 조건을 충족하는 Cable 사이즈를 찾아야 합니다.

먼저 운전시 전압 강하를 계산합니다. 위에서 주어진 Cable의 임피던스 데이터를 이용해서 계산합니다. 이 임피던스 데이터는 1kM 당의 값이므로 350m 면 0.35를 곱하게 됩니다.

ΔU=√3∗L∗In(Rcosψ+Xsinψ)

ΔU=√3∗0.35∗92.3(0.668x0.88+

0.077x0.47)= 34.92 > 20.75V

35SQ에 대하여 운전 시 전압 강하를 계산한 결과 기준 5%인 20.75V 보다 높은 34.92V 가 나와서 35SQ는 적용할 수 없는 것으로 확인되었습니다. 이 경우 한 단계 높은 사이즈를 적용해서 계산하여 전압강하가 기준보다 낮을 때까지 계속 계산해야 합니다.

ΔU=√3∗0.35∗92.3(0.49x0.88+

0.076x0.47)= 26.13 > 20.75V (50sq)

ΔU=√3∗0.35∗92.3(0.342x0.88+

0.075x0.47)= 18.81 < 20.75V (70sq)

계산을 한 결과 70SQ가 되어야 운전시 전압강하를 만족하는 것을 확인했습니다.

 

KEC 핸드북에 간편 전압 강하 계산식이 나와 있습니다.

이 수식에서 3상3선식을 이용해서 전선의 단면적을 계산해 보겠습니다.

A = (30.8 x L x I) / (e x 1000) = (30.8 x 350 x 92.3) / (380 x 0.05 x 1000) = 52.36 SQ

50SQ가 넘기 때문에 79SQ가 선정이 됩니다. 결과는 동일하지만 전동기용 케이블 선정에는 에러가 많아 보입니다. 일반 간선의 간략 설계에는 적용해도 될 것 같습니다.

 

그리고 기동시의 전압 강하에 대해서도 계산을 해야 합니다. 기동시는 15%의 전압 강하가 허용이 됩니다.

ΔU=√3∗L∗Is(Rcosψ′+Xsinψ′)

여기서는 기동시의 역률을 적용합니다.

ΔU=√3∗0.35∗553.8(0.342x0.33+

0.075x0.94)= 61.56< 62.25V (70sq)

 

70SQ에 대한 계산 결과 기동시에도 전압 강하 조건을 만족하는 것을 확인하였습니다. 그래서 최종적으로 70SQ를 선정합니다.

 

Cable Tray 포설의 경우에는 길이가 길어지면 Derating Factor에 의한 Cable Sizing보다는 전압 강하에 의한 Cable Sizing이 더 중요해집니다. Tray 포설의 Derating Factor가 다른 방식에 비해서 높기 때문에 Cable에 발생하는 열보다는 전압의 더 많이 관여를 하게 되는 것입니다. 이를 고려하면 가급적 Cable의 길이가 너무 길지 않도록 처음부터 배치를 잘하는 것이 매우 중요한 것을 알 수 있게 됩니다.