케이블 전압 강하 계산기 | AWG & mm² 전선 크기 도구

케이블 전압 강하 계산기는 전류가 일정 길이의 전선을 통과할 때 손실되는 전압이 얼마인지 계산합니다. 전선의 저항, 길이, 전류를 사용해 전압 강하, 열로 소모되는 전력, 부하에 실제로 도달하는 전압을 구합니다.

모든 전선에는 어느 정도의 저항이 있습니다. 전류가 그 저항을 통과하면 공급 전압의 일부가 반대편 끝의 장치에 도달하기 전에 소모됩니다. 짧고 굵은 전선에서는 전압 손실이 매우 적습니다. 길고 가는 전선에서는 모터가 과열되거나 조명이 어두워지거나 배터리가 완전히 충전되지 않을 만큼 전압이 손실될 수 있습니다.

전압 강하 계산 방법

계산기에는 케이블 길이, 길이 단위(피트 또는 미터), 전선 굵기, 굵기 체계(AWG 또는 mm²), 부하 전류(암페어), 공급 전압(볼트)의 여섯 가지 입력이 필요합니다. 그러면 전압 강하, 강하율, 열로 손실되는 전력, 부하에 전달되는 전압을 표시합니다.

공식

표준 두 도체 회로(부하로 나가는 전선 하나와 돌아오는 전선 하나)에서 전압 강하는 다음과 같습니다.

$V_{drop} = 2 \times I \times \frac{R}{1000} \times L$

• $I$ = 부하 전류(암페어)
• $R$ = 1000피트당(AWG) 또는 1000미터당(mm²) 전선 저항이므로, 피트당 또는 미터당 저항을 구하려면 1000으로 나눕니다.
• $L$ = 한쪽 방향의 케이블 길이(피트(AWG) 또는 미터(mm²))
• 2라는 계수는 전류가 나갔다가 돌아와야 하므로 두 도체를 모두 고려합니다.

전선에서 열로 손실되는 전력은 다음과 같습니다.

$P_{loss} = I^2 \times R_{total}$

여기서 $R_{total}$은 두 도체의 합성 저항입니다(단위는 일관되게 사용하며, $R_{total} = 2 \times \frac{R}{1000} \times L$).

부하에 도달하는 전압은 다음과 같습니다.

$V_{delivered} = V_{supply} - V_{drop}$

공급 전압에서 차지하는 비율로 나타낸 강하율은 다음과 같습니다.

$\%_{drop} = \frac{V_{drop}}{V_{supply}} \times 100$

전선 저항값

미국 전선 규격(AWG) 전선 크기는 NEC 제9장 표 8의 저항값을 사용합니다. 이 값은 일반 건축용 전선의 표준 운전 온도인 75 °C에서 1000피트당 옴으로 제시됩니다.

미터법(mm²) 규격은 20 °C 기준으로 공표된 IEC 60228 도체 저항 한계에서 출발합니다. 구리의 저항은 온도에 따라 증가하므로, 계산기는 각 mm² 값을 AWG 수치와 비교하기 전에 같은 75 °C 기준으로 조정합니다. 이 조정에는 구리의 저항 온도 계수, 20 °C에서 °C당 0.00393을 사용합니다.

$R_{75°C} = R_{20°C} \times [1 + 0.00393 \times (75 - 20)]$

이로 인해 각 IEC 값은 약 1.216배 증가합니다. 예를 들어 6 mm² 전선은 20 °C에서 1000미터당 3.08옴으로 정격이 정해져 있지만, 75 °C로 보정하면 1000미터당 약 3.75옴이 됩니다. 보정하지 않은 20 °C 값을 사용하면 실제 전압 강하를 약 18% 낮게 산정하게 됩니다.

입력한 단위와 관계없이 길이는 자동으로 변환됩니다. AWG 규격은 피트, mm² 규격은 미터로 처리합니다.

계산 예시

주거용 분기 회로

120 V 회로에서 12 AWG 전선 100피트를 사용하며(75 °C에서 1000피트당 1.93옴), 15 A가 흐릅니다.

• 전압 강하: 5.79 V(공급 전압의 4.82%)
• 전력 손실: 86.85 W
• 전달 전압: 114.21 V

이는 분기 회로에 흔히 쓰는 3% 지침을 넘습니다. 10 AWG로 바꾸면 전압 강하가 3.63 V(3.02%)로 줄지만 여전히 3%를 약간 웃돕니다. 8 AWG로 바꾸면 2.29 V(1.91%)가 되어 기준 이내로 여유 있게 들어갑니다.

태양광 직류 회로

48 V 직류 시스템에서 6 mm² 전선 50미터(20 °C에서 1000미터당 3.08옴, 75 °C로 보정하면 1000미터당 약 3.75옴)에 20 A의 전류가 흐릅니다.

• 전압 강하: 7.49 V(공급 전압의 15.61%)
• 전력 손실: 149.83 W
• 전달 전압: 40.51 V

이처럼 큰 전압 강하는 시스템 출력의 상당 부분을 열로 낭비하고 인버터나 배터리 뱅크에 전압이 충분히 공급되지 않게 합니다. 16 mm² 전선으로 바꾸면 전압 강하가 약 2.80 V(5.83%)로, 손실은 약 56 W로 줄어듭니다.

산업용 240 V 회로

240 V 회로에서 6 AWG 전선(1000피트당 0.491옴) 200피트를 통해 40 A의 전류가 흐릅니다.

• 전압 강하: 7.86 V(공급 전압의 3.27%)
• 전력 손실: 314.24 W
• 전달 전압: 232.14 V

이는 3% 지침을 아주 조금 넘을 뿐입니다. 4 AWG로 올리면 전압 강하가 4.93 V(2.05%)로 줄어듭니다.

전선 크기가 낭비 전력에 미치는 영향

전선 크기는 열 손실에 직접 영향을 줍니다. 전력 손실은 전류의 제곱에 비례해 증가하지만 저항에는 선형적으로 비례하기 때문입니다. 20 A의 전류가 흐르는 50피트 구간에서 10 AWG 전선(1000피트당 1.21옴)은 열로 약 48.4 W를 손실하는 반면, 6 AWG 전선(1000피트당 0.491옴)은 같은 전류에서 약 19.6 W를 손실합니다. 더 굵은 전선을 사용하면 원래 전달되지 않고 낭비될 29 W에 가까운 전력을 절약할 수 있습니다.

권장 전압 강하 한도

NEC(미국 전역에서 사용되는 배선 기준인 National Electrical Code)는 엄격한 규정이 아니라 참고 사항으로 다음과 같은 한도를 일반적으로 제시합니다.

• 분기 회로만 해당하는 경우 3%
• 피더와 분기 회로를 합한 경우 5%

이 한도를 초과한다고 해서 자동으로 법을 위반하는 것은 아니지만, 조명이 어두워지거나 모터가 과열되거나 전자 장치가 불안정하게 작동할 수 있습니다. IEEE Std 141도 산업용 및 상업용 전력 시스템에 대해 유사한 지침을 제시합니다.

AWG와 mm² 비교

미국 전선 규격(AWG)은 1857년으로 거슬러 올라가며, 번호가 작을수록 전선이 굵은 역방향 로그 척도를 사용합니다. 게이지 번호가 세 단계 내려가면 단면적이 대략 두 배가 됩니다. 북미 전역에서 표준으로 쓰입니다.

mm² 체계는 구리의 단면적을 제곱밀리미터 단위로 직접 나타냅니다. 따라서 2.5 mm² 전선에는 구리 2.5제곱밀리미터가 들어 있습니다. 세계 대부분의 다른 지역에서 사용됩니다.

제한 사항

이 계산기는 두 도체 직류 회로 또는 단상 교류 회로만 다룹니다. 다음에는 적용되지 않습니다.

• 삼상 회로: √3 계수가 포함된 다른 공식을 사용하며, 같은 전력을 전달하는 단상 회로보다 일반적으로 강하율이 낮습니다.
• 대형 교류 도체: 약 1/0 AWG보다 굵은 도체에서는 유도 리액턴스가 순수 저항에 더해집니다. 이 경우의 임피던스 값은 NEC 제9장 표 9에 나와 있습니다.
• 전선관 점유율과 75 °C를 초과하는 주변 온도: 이 두 조건은 여기서 사용하는 표준 표 값보다 전선의 실제 저항을 높입니다.

계산된 전압 강하가 공급 전압과 같거나 크면 회로는 입력된 전류를 전혀 전달할 수 없습니다. 계산기는 음의 전달 전압을 표시하는 대신 이를 경고합니다.

자주 묻는 질문

전압 강하란 무엇입니까? 전압 강하는 전류가 전선의 저항을 통과할 때 생기는 전압 손실로, 긴 정원용 호스에서 수압이 떨어지는 것과 비슷합니다. 공급 전압의 일부는 부하에 도달하지 못합니다.

어느 정도의 전압 강하 비율이 허용됩니까? 흔히 인용되는 NEC 지침은 분기 회로에서 3%, 간선과 분기 회로를 합쳐서 5%입니다. 이를 넘으면 모터, 조명, 전자 기기가 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

전압 강하를 줄이려면 어떻게 합니까? 더 굵은 전선을 쓰거나, 케이블 길이를 줄이거나, 부하 전류를 낮추거나, 가능하면 공급 전압을 높입니다. 가장 흔한 해결책은 더 굵은 전선입니다.

공식에서 왜 2를 곱합니까? 전류는 한 도체를 통해 부하로 나가고 다른 도체를 통해 돌아옵니다. 두 도체 모두 저항을 더하므로 둘 다 계산에 넣습니다.

전압 강하는 에너지를 낭비합니까? 네. 전압 강하를 일으키는 같은 저항이 $P = I^2 \times R$에 따라 전류의 일부를 열로 바꾸기도 합니다. 그 열은 비용을 냈지만 부하에는 전달되지 않는 에너지입니다.

저항 값은 어느 온도를 기준으로 합니까? 75 °C(167°F)이며, THHN, THWN 같은 일반 건축용 전선 유형의 표준 정격입니다. AWG 값은 NEC 표 8에서 그 온도의 값을 그대로 가져옵니다. mm² 값은 IEC 60228에 공표된 20 °C 수치에서 환산합니다.

이 계산기는 삼상 전력에도 사용할 수 있습니까? 아니요. 두 도체를 쓰는 단상 회로용으로 만들어졌습니다. 삼상 전압 강하에는 √3 계수를 포함한 별도의 공식이 필요합니다.

참고 문헌

1. 미국 국립표준국(현 NIST). Copper Wire Tables, Handbook 100 (1966). NBS Handbook 100 (PDF) — 표준 구리의 온도 계수는 20 °C에서 0.00393입니다. 표 6에 따르면 12 AWG 구리의 저항은 75 °C에서 1,000피트당 1.93옴이며, 게이지 번호가 세 단계 바뀔 때마다 단면적이 두 배가 되거나 절반이 됩니다.