Trench 포설 방법은 중동에서 많이 사용하는 방법입니다. 이 방법은 땅을 많이 파야하는 구조로 되어 있고 또 케이블 포설이 다 끝나야 Backfill을 할 수 있기 때문에 시공에도 어려움이 많습니다. 그러나 비가 오지 않는 중동의 경우에는 공사비를 절감하고 케이블을 쉽게 포설할 수 있기 때문에 많은 장점이 있습니다. 혹시 중동 프로젝트를 맡는다면 이 Trench 포설 시의 Cable Sizing을 놓칠 수 없을 겁니다.
1. 토지 열저항 (Soil Thermal Resistivity)
땅에 케이블을 포설할 때 검토해야 할 가장 중요한 요소가 토지 열저항입니다. 토지의 전기적 저항인 토지 비저항은 접지를 할 때 얼마나 전류가 땅으로 잘 흐르는가에 대한 수치라면 토지 열저항은 케이블에서 발생한 열이 얼마나 땅으로 잘 흘러가는가에 대한 수치입니다.
이 값은 발주처가 제공하든가 아니면 토목에서 지질 조사할 때 같이 조사한 값을 적용합니다. 그래서 케이블이 설치될 지역에 대하여 토지 열저항을 측정해 줄 것을 토목에 미리 요청해 두어야 합니다.
토지 열저항의 단위는 ℃-cm/W 이거나 ℃-m/W 를 사용합니다. 그리고 미국에서는 RHO라고 표현을 합니다.
공기의 열저항이 아주 높습니다. 그래서 토양에 공기가 많으면 열저항이 높아집니다. 대신 물이 많으면 공기가 빠져서 열저항이 줄어듭니다.
위의 그림에서 보면 평균 토양은 90 ( ℃-m/W로 표시하면 0.9)입니다. 보통 일반적인 토양의 경우 150 정도 적용하면 됩니다. IEC 표준에는 250을 기준으로 케이블 허용 전류를 표시하고 있습니다. 중동에서는 간혹 300을 적용하라고 하는 경우도 있습니다.
2. Trench 포설 샘플 예제를 통해서 케이블 굵기 결정하기
아래 샘플 예제는 Tray 포설 시와 동일한 부하에 대하여 Trench 포설 시 어떤 영향이 있는지를 확인하게 됩니다.
1) Derating Factor 계산
Fa = Ft x Fs x Fd x Fg
Derating factor를 계산하기 전에 KEC 핸드북에서 현장 조건과 가장 유사한 조건의 표를 선택한 후에 추가로 필요한 Derating factor를 찾아야 합니다. 여기서 2) 항에서 보여주는 표와 같은 Table을 선택했습니다.
Ft는 지중의 온도가 30도 기준인 아래 표를 적용하므로 필요가 없고
토지 열저항에 대한 계수 Ts는 아래의 Table을 통해서 0.96을 찾을 수 있습니다.
지중 매설 깊이에 대한 감소 계수인 Fd는 저압 케이블에 대한 IEC 60364-5-52에는 규정이 없고 고압 케이블에 대한 표준인 IEC 60502-2에 정의된 아래의 표에 따릅니다. 이 규정은 저압 케이블의 경우에 적용하지 않을 수 있습니다. KEC핸드북에도 이 표는 포함되어 있지 않습니다. 여기서는 이 규정을 적용하겠습니다. Fd는 1m 깊이에 매설하므로 0.98의 값을 찾을 수 있습니다.
Grouping factor Fg는 다음의 표에서 구할 수 있습니다. 케이블 6가닥이 붙어있는 경우이므로 0.5의 값을 찾을 수 있습니다. 만약 12개의 케이블 중에서 전류가 흐르는 것과 Standby 선이 교대로 설치되었다면 아래에서 0.55의 값을 적용할 수 있습니다.
총 감소 계수를 계산하면
Fa = Ft x Fs x Fd x Fg = 1 x 0.96 x 0.98 x 0.5 = 0.47
필요한 전류 용량을 계산하면
Ir = Im / Fa = 92.3 / 0.47 = 196.38 A
2) 필요 전류에 의한 케이블 굵기 선정
아래의 표에서 Trench 설치 방법인 D2를 찾아서 케이블 사이즈를 확인하면 95SQ가 필요하다는 것을 알 수 있습니다.
3) 전압 강하 조건
전동기 부하이기 때문에 운전 시 전압 강하와 기동 시의 전압 강하 조건을 충족하는 Cable 사이즈를 찾아야 합니다. 먼저 운전 시 전압 강하를 계산합니다. 임피던스 값 데이터는 케이블 회사나 KEC에서 찾을 수 있습니다.
ΔU=√3∗0.35∗92.3(0.246x0.88+
0.073x0.47)= 14.03 < 20.75V (95sq)
전압 강하 조건을 만족합니다. 그러므로 95SQ로 선정이 됩니다. 이번에는 KEC핸드북의 간편 전압강하식은 검토하지 않겠습니다. KEC의 간편식은 옥내 배선이나 일반 부하 배선에 한정하여 적용하는 것이 좋습니다.
그리고 기동 시의 전압 강하에 대해서도 계산을 해야 합니다. 기동 시는 15%의 전압 강하가 허용이 됩니다.
ΔU=√3∗L∗Is(Rcosψ′+Xsinψ′)
여기서는 기동 시의 역률을 적용합니다.
ΔU=√3∗0.35∗553.8(0.246 x 0.33+0.073 x 0.94)
= 50.29 < 62.25V (95sq)
기동시의 전압 강하 조건도 만족하므로 최종적으로 95SQ로 결정이 되었습니다.
케이블 사이징은 간단하지 않습니다. 고려해야 할 조건도 많습니다. 실제로 Grouping Factor의 경우 표준에 나오지 않는 형태의 배열도 많아서 그런 경우에는 어떤 factor를 적용해야 할지 분명하지 않을 경우도 있습니다. 경험과 각종 표준들의 자료를 복합적으로 적용해야 하는 경우도 있습니다.
이제 Cable Tray 포설 방식과 땅을 파서 케이블을 포설하는 Trench 방식에 대해서 검토했습니다. 다음 포스팅에서는 미국에서 주로 사용하는 Duct bank 방식에 대해서 검토해 보도록 하겠습니다.
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