전기 설비를 안전하고 효율적으로 설계하려면 전기 부하 계산이 필수입니다. 부하 용량을 정확히 산정하고, 전류 계산을 통해 적절한 차단기와 전선을 선정해야 합니다. 이 글에서는 부하 설비 용량 산정, 전류 계산 공식, 차단기 및 전선 굵기 선정, 부하 계산서 작성까지 단계별로 쉽게 설명하겠습니다.
1. 부하 설비 용량 산정 방법 🏢🔋
부하 설비 용량을 계산하는 기본 공식은 다음과 같습니다.
부하 용량 (VA) = 바닥 면적 (㎡) × 표준 부하 밀도 (VA/㎡)
예를 들어, 바닥 면적이 500㎡이고 표준 부하 밀도가 30VA/㎡라면:
💡 총 부하 = 500㎡ × 30VA/㎡ = 15,000VA
이렇게 산정된 부하 용량을 기반으로 전기 설비를 설계합니다.
2. 부하 전류 계산 공식 ⚙️🔢
부하 전류를 계산하는 공식은 회로 유형에 따라 다릅니다.
✅ 단상 회로:
I = P / (V × η)
✅ 삼상 회로:
I = P / (√3 × V × η)
📌 예제
1️⃣ 단상 220V에서 2kW 부하, 역률 0.9인 경우
- I = 2000W / (220V × 0.9) ≈ 10.1A
2️⃣ 삼상 380V에서 5kW 부하, 역률 0.9인 경우 - I = 5000W / (√3 × 380V × 0.9) ≈ 8.4A
이 공식을 활용하면 단상과 삼상 부하의 전류를 쉽게 계산할 수 있습니다.
3. 단상 및 삼상 부하 전류 계산 ⚡📊
앞서 배운 공식을 활용하여 추가 예제를 확인해 보겠습니다.
✅ 단상 부하 계산 (220V, 역률 0.95)
✔ 3kW 부하 → I = 3000W / (220V × 0.95) ≈ 14.3A
✅ 삼상 부하 계산 (380V, 역률 0.95)
✔ 10kW 부하 → I = 10000W / (√3 × 380V × 0.95) ≈ 15.3A
단상과 삼상 부하는 전압과 역률을 고려하여 계산해야 합니다.
4. 차단기 용량 산정 방법 🔧🛠
차단기 용량을 계산할 때는 부하 전류에 여유율(125%)을 적용합니다.
차단기 정격 전류 = 부하 전류 × 1.25
📌 예제
✔ 부하 전류가 20A인 경우
- 차단기 정격 전류 = 20A × 1.25 = 25A
부하 전류보다 작은 차단기를 사용하면 과부하 시 차단기가 자주 내려가는 문제가 발생할 수 있으므로 주의해야 합니다.
5. 전선 굵기 선정 기준 📏🔗
전선 굵기는 허용 전류(Ampacity)에 따라 결정됩니다. 전선의 재질과 단면적, 설치 환경에 따라 허용 전류가 달라지므로 정확한 선정이 필요합니다.
✅ 일반적인 전선 굵기 예시 (구리 전선 기준)
| 전선 단면적(㎟) | 허용 전류(A) |
|----------------|------------|
| 2.5㎟ | 약 18
22A |
| 4㎟ | 약 27
30A |
| 6㎟ | 약 34
38A |
| 10㎟ | 약 45
52A |
📌 예제
✔ 부하 전류가 30A인 경우
- 허용 전류가 30A 이상인 4㎟ 구리 전선을 선택합니다.
설치 환경(배관 내 배선, 온도 조건 등)에 따라 전선 허용 전류는 달라질 수 있으니, 전선 선정 시 KS 규격을 확인하는 것이 중요합니다.
6. 부하 계산서 작성 방법 📄✍
부하 계산서는 전력 요구 사항을 문서화하는 중요한 과정입니다.
📌 예제
| 부하 종류 | 전력(W) |
|---|---|
| 조명 | 500W |
| 콘센트 | 1000W |
| 에어컨 | 2000W |
| 총 부하 | 3500W |
단상 220V, 역률 0.9를 가정할 때,
I = 3500W / (220V × 0.9) ≈ 17.7A
이렇게 계산된 부하를 토대로 차단기, 전선 등의 용량을 결정합니다.
🔎 Q&A: 전기 부하 계산에 대한 궁금증 해결!
Q1. 단상과 삼상의 차이점은 무엇인가요?
👉 단상(1상)은 주로 가정용(220V), 삼상(3상)은 공장·상업시설(380V)에서 사용됩니다. 삼상 전력은 효율이 높아 대형 전기 설비에 적합합니다.
Q2. 전선 굵기는 왜 중요한가요?
👉 부하 전류보다 작은 전선을 사용하면 과열 및 화재 위험이 발생할 수 있습니다. 적절한 굵기의 전선을 선택해야 합니다.
Q3. 부하 계산 시 역률(η)은 왜 고려해야 하나요?
👉 실제 소비되는 전력과 공급받는 전력의 차이를 반영하는 값입니다. 일반적으로 0.8~0.95를 적용합니다.
Q4. 차단기 용량은 꼭 125%를 적용해야 하나요?
👉 일반적인 설계 기준이지만, 특정 환경에서는 다른 여유율을 적용할 수도 있습니다.
Q5. 삼상 부하 계산에서 √3을 사용하는 이유는?
👉 삼상 전력은 세 개의 상(Phase)으로 공급되며, 선간전압과 상전압 사이의 관계 때문에 √3을 사용합니다.
✅ 마무리
전기 부하 계산은 안전하고 효율적인 전기 설비 설계를 위한 핵심 과정입니다. 이번 글에서 다룬 부하 용량 산정, 전류 계산 공식, 차단기 및 전선 선정 방법, 부하 계산서 작성을 참고하면 정확한 부하 계산이 가능합니다.
⚡ 전기 설비를 설계할 때, 부하 계산을 정확히 수행하여 안전을 확보하세요! 💡"