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케이블 전압 강하 계산기

케이블 배선의 전압 강하를 계산합니다. 공급 전압, 부하 전류, 와이어 게이지(AWG), 거리를 입력하여 전압 강하(V 및 %), 전력 손실, NEC 3%/5% 준수 여부를 확인합니다.

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공식

Vdrop=I⋅2⋅d⋅R/km1000V_{drop} = I \cdot \frac{2 \cdot d \cdot R_{/km}}{1000}
I— Load current (A)
d— One-way cable length (m)
R_km— Wire resistance per km (from AWG) (Ω/km)
V_drop%— Drop as percentage of supply (%)

작동 방식

케이블 양단의 전압 강하는 도체 저항으로 인해 소스 (패널/PSU) 와 부하 사이의 전압 감소입니다.옴의 법칙에 따라 V_Drop = I x R_total, 여기서 R_total은 왕복 저항 (출력+리턴 컨덕터) 입니다.단상 또는 DC 회로의 경우 총 케이블 저항은 2 x 길이 x R_per_km/1000이며, 전류가 두 도체를 통해 흐르기 때문에 단방향 거리의 두 배가 됩니다.NEC (국가 전기법, 제210.19조 정보 참고 4) 에서는 허용 가능한 성능에 대해 분기 회로의 경우 최대 3% 의 전압 강하와 총 5% (피더+분기) 의 전압 강하를 권장합니다.이는 권장 사항일 뿐 요구 사항은 아니지만 이를 초과하면 장비 성능 저하, 발열 증가, 모터 토크 감소, LED/조명 깜박임 현상이 발생합니다.와이어 저항은 재질 (구리: 1.72e-8옴-m, 알루미늄: 20C에서 2.82e-8옴-m), 단면적 및 온도에 따라 달라집니다.AWG (아메리칸 와이어 게이지) 는 대수입니다. 3게이지가 증가할 때마다 저항이 두 배로 증가합니다 (면적이 절반으로 줄어듭니다).구리가 20°C 이상인 경우 온도는 저항을 약 0.393% /C 증가시킵니다.케이블 길이가 긴 경우 (태양광 어레이, EV 충전, 대형 모터) 전압 강하를 위해서는 NEC 표 310.16의 최소 전류 용량 등급을 초과하는 대형 도체가 필요한 경우가 많습니다.

계산 예제

문제: 12V DC 태양광 시스템은 30미터의 12AWG 구리 케이블을 통해 15A 부하를 공급합니다.전압 강하를 계산하여 3% 권장치를 충족하는지 확인하십시오.

해결 방법: 1.시스템 파라미터: V_전원 = 12V, I = 15A, d = 30m (단방향), 와이어 = 12AWG 구리

  1. 12AWG 구리 저항: 5.211옴/km (NEC 챕터 9, 표 8에 따름)
3.왕복 거리: 2 x 30m = 60m (DC 또는 단상) 4.총 저항: R = 2 x 30 x 5.211/1000 = 0.3127 옴 5.전압 강하: V_DROP = 15A x 0.3127 옴 = 4.69V 6.백분율: 4.69/12 x 100 = 39.1% 7.부하 시 전압: 12 - 4.69 = 7.31V 8.케이블의 전력 손실: P = I^2 x R = 225 x 0.3127 = 70.3W

평가: 39.1% 하락은 12V 시스템의 경우 치명적입니다!시스템이 작동하지 않습니다.

해결 방법: 3% 드롭 시 최대 케이블 길이 = (0.03 x 12 x 1000)/(2 x 15 x 5.211) = 2.3m.

수정 사항: 2AWG (0.5127옴/km) 로 업그레이드: V_DROP = 15 x 2 x 30 x 0.5127/1000 = 0.46V = 3.84%.아직 미미한 수준입니다. 더 나은 해결 방법: 시스템 전압을 48V로 높이거나 (그러면 15A가 낮은 전류에서 허용 가능한 강하로 동일한 전력을 공급함) 장비를 패널 가까이로 재배치하십시오.

실용적인 팁

  • ✓최대 3% 강하 (3.6V) 시 120V 구리 회로에 대한 빠른 참조: 14AWG = 15A 최대 14m, 12AWG = 20A 최대 11m, 10AWG = 30A 최대 11m.240V 회로 (7.2V 드롭 버짓) 의 경우 거리가 두 배로 늘어납니다.12V DC 시스템의 경우 거리는 120V 값의 1/10입니다. 따라서 저전압 태양광 및 자동차 시스템에는 의미 있는 거리에 관계없이 매우 두꺼운 케이블이 필요합니다.
  • ✓알루미늄 도체는 동일한 게이지에서 구리 저항의 1.61배입니다.동일한 성능을 얻으려면 알루미늄을 2AWG 크기로 늘리십시오 (예: 4AWG 구리를 사용하는 경우 2AWG 알루미늄을 사용).알루미늄은 더 큰 도관이 필요함에도 불구하고 더 가볍고 저렴하기 때문에 서비스 입구 케이블 (SE, SER) 및 대형 피더에 많이 사용됩니다.갈바닉 부식을 방지하려면 항상 알루미늄 등급 단자 (AL/CU 표시) 를 사용하십시오.
  • ✓태양광 설비의 경우 저전압 및 고전류 조건 모두에서 에너지가 손실되기 때문에 전압 강하가 특히 중요합니다.정격 전류가 3% 감소한다는 것은 매일 생성되는 에너지의 3% 가 케이블에서 열로 손실된다는 것을 의미합니다.25년이 넘는 기간 동안 이로 인해 평생 상당한 에너지 손실이 발생합니다.많은 태양광 설계자들은 초기 배선 비용이 높아져 수명 기간 ROI를 높일 수 있다는 점을 감안하여 1-2% 의 비용 절감을 목표로 하고 있습니다.'최대 길이 3% '출력을 사용하여 케이블 크기를 확인하십시오.
  • ✓병렬 컨덕터는 유효 저항을 줄입니다.두 개의 동일한 케이블을 병렬로 연결하면 저항 (및 전압 강하) 이 절반으로 줄어듭니다.NEC 310.10 (H) 에서는 1/0AWG 이상의 도체를 병렬로 연결할 수 있습니다.단일 케이블로는 두껍지 않은 큰 부하 (예: 100m에서 200A) 의 경우 작은 케이블을 두 번 병렬로 연결하는 것이 대개 더 실용적이며 단일 대형 케이블보다 저렴할 수 있습니다.각 병렬 컨덕터의 길이, 재질 및 단자가 동일해야 합니다.

흔한 실수

  • ✗리턴 컨덕터를 설명하는 것을 잊어버림 (거리를 두 배로 늘림).DC 또는 단상 AC 회로에서는 전류가 양쪽 도체 (핫 및 뉴트럴/리턴) 를 통해 흐릅니다.총 저항은 단방향 케이블 저항의 2배입니다.이는 가장 일반적인 오류이며 실제 전압 강하가 계산된 값의 두 배에 달합니다.3상 밸런스 부하에서만 2 대신 sqrt (3) 의 계수를 사용합니다.
  • ✗NEC 표 310.16 정격 전류용량을 사용하여 장시간 사용 시 케이블 크기 조정표 310.16은 도체가 과열 없이 전달할 수 있는 최대 전류 (열 제한) 를 나타내지만 전압 강하를 고려하지는 않았습니다.12AWG 와이어의 전류용량 등급은 20A이지만, 120V에서 20A로 50m 이상 주행하면 8.7% (3% 초과) 로 떨어집니다.전압 강하를 항상 전류 용량과 별도로 확인하십시오. 장기간 사용할 경우 일반적으로 전압 강하로 인해 도체의 크기가 커야 합니다.
  • ✗저항에 대한 온도 영향을 무시합니다.구리 저항은 20°C 이상에서 최대 0.393% /C 증가합니다.뜨거운 다락방 (60C) 에서는 저항이 15.7% 증가합니다.태양광에 노출된 상태에서 케이블이 75C에 도달하는 태양광 설비의 경우 저항이 21.6% 증가합니다.바로 이러한 이유로 NEC 표 8의 값이 20°C가 아닌 75°C (섭씨 20도 아님) 입니다.중요한 계산 (대형 태양광 어레이, 데이터 센터) 의 경우 예상 작동 온도의 저항 값을 사용하십시오.
  • ✗3상 시스템에 단상 전압 강하 공식을 적용합니다.밸런스 3상 부하의 경우 V_Drop = sqrt (3) x I x R x L/1000 (라인 투 라인 드롭) 또는 이와 동등한 값의 경우 배율은 2가 아닌 1.732입니다.단상 공식 (승수 = 2) 을 사용하면 3상 하락을 15% 과대평가할 수 있습니다.참고로, 3상의 경우 전류가 다른 두 단계를 통해 되돌아오기 때문에 '길이'는 여전히 단방향 거리입니다.

자주 묻는 질문

NEC는 분기 회로의 경우 최대 3% 의 전압 강하를, 피더+브랜치를 결합한 경우 총 5% 의 전압 강하를 권장합니다 (필수 아님) (210.19 정보 참고 4 및 215.2 정보 참고 2).120V의 경우: 3% = 3.6V 강하, 5% = 6V 강하.240V의 경우: 3% = 7.2V, 5% = 12V.12V DC (태양광/자동차) 의 경우: 3% = 0.36V.참고: 이는 정보 참고 사항이며 필수 요구 사항은 아닙니다.그러나 많은 현지 관할 구역 및 프로젝트 사양에서 이를 적용합니다.민감한 장비 (VFD, PLC, 의료 기기) 에는 1~ 2% 의 더 엄격한 제한이 필요할 수 있습니다.
5가지 접근 방식: (1) 와이어 게이지 증가 (가장 일반적) — 3AWG마다 저항이 절반으로 증가합니다. (2) 케이블 길이를 줄여 패널 또는 장비를 더 가까이 재배치합니다. (3) 시스템 전압 증가 — 동일한 전력 공급에 대해 240V는 120V의 1/4 강하, (4) 병렬 도체 사용 — 케이블 두 개로 강하를 절반으로 줄입니다. (5) 전류 감소 — 고전압 또는 저전력 장비 사용재배선이 불가능한 기존 설치의 경우 새 케이블을 사용하는 것보다 옵션 3-5가 더 비용 효율적일 수 있습니다.
예, 저항 부하의 경우 DC와 동일합니다.AC 회로의 경우 임피던스 (저항뿐만 아니라) 도 중요합니다. Z = sqrt (R^2 + X_L^2), 여기서 X_L은 케이블의 유도 리액턴스입니다.60Hz의 소형 컨덕터 (14-10AWG) 의 경우 리액턴스는 무시해도 될 정도입니다.강철 도관에 있는 대형 도체 (4/0+) 의 경우 유도 리액턴스는 유효 임피던스에 20-30% 를 추가할 수 있습니다.이 계산기는 저항만 사용하는데, 이는 주거용/소규모 상업용 배선 (14-6AWG) 에 적합합니다.대형 산업용 피더 (도관 기준 500 kcmil) 의 경우 리액턴스를 포함하는 NEC Chapter 9 표 9를 사용하십시오.
동일한 전력 공급의 경우 12V 시스템은 120V 시스템의 10배 전류를 전달합니다 (P=V*I).전압 강하는 V_Drop = I*R이므로 전류가 10배 높으면 동일한 케이블에서 전압 강하가 10배 증가합니다.또한 전력 소비량은 12V에서 0.36V에 불과하지만 120V에서는 3.6V에 불과합니다.종합적인 효과: 12V 시스템에서 동일한 전력 소비율 제한 내에서 동일한 전력을 공급하려면 약 100배 낮은 저항 (훨씬 두껍고 짧은 케이블) 이 필요합니다.태양광 어레이, 데이터 센터 및 EV 충전이 효율성을 위해 더 높은 전압 (48V, 380VDC 또는 400VAC) 을 사용하는 이유가 바로 여기에 있습니다.

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