기초: 옴의 법칙

모든 전압 강하 계산은 전기 공학의 가장 기본적인 관계 중 하나인 옴의 법칙을 기반으로 합니다. 1827년 게오르크 옴이 발견한 이 법칙은 회로 내 전압, 전류 및 저항 사이의 직접적인 관계를 확립합니다. 전문적인 전기 설계에서 사용되는 더 복잡한 전압 강하 공식을 깊이 파고들기 전에 이 기초를 이해하는 것이 중요합니다.

옴의 법칙

V = I × R

V = 전압(볼트)

I = 전류(암페어)

R = 저항(옴)

전압 강하의 맥락에서 우리는 도체 자체에 이 법칙을 적용합니다. 도체는 저항기로 작용하며(매우 작지만), 흐르는 전류가 그 길이를 따라 전압 강하를 생성합니다. 이것이 도체의 총 저항에 전류를 곱하여 전압 강하를 계산할 수 있는 이유입니다.

단상 및 DC 전압 강하 공식

단상 AC 회로 및 DC 회로의 경우, 전압 강하 공식은 전류가 왕복 도체 모두를 통과한다는 것을 고려합니다. 이것이 2를 곱하는 이유입니다. 회로의 총 길이에는 2개의 도체가 포함됩니다.

단상/DC 공식

Vd = (2 × I × L × R) / 1000

Vd = 전압 강하(볼트)

I = 전류(암페어)

L = 편도 길이(피트)

R = 저항(1000피트당 옴)

계수 2는 왕복 전류 경로를 나타냅니다. 전류는 전원에서 하나의 도체를 통해 부하로 흐르고 다른 도체를 통해 돌아옵니다. 두 도체 모두 총 전압 강하에 기여합니다. 1000으로 나누는 것은 저항 단위를 1000피트당 옴에서 피트 단위의 길이와 일치하도록 변환하기 위한 것입니다.

계산 예: 주거용 EV 충전기

배전반에서 150피트 떨어진 곳에 48암페어 레벨 2 EV 충전기를 설치하고 6 AWG 구리선(R = 0.491 Ω/kft)을 사용합니다.

Vd = (2 × 48 × 150 × 0.491) / 1000

Vd = (14,400 × 0.491) / 1000

Vd = 7,070.4 / 1000

Vd = 7.07볼트

Vd% = (7.07 / 240) × 100 = 2.95%

결과: 6 AWG 구리선은 분기 회로의 3% 권장 사항을 간신히 충족합니다.

3상 전압 강하 공식

3상 시스템은 도체 간에 120° 위상 관계가 있기 때문에 다른 승수를 사용합니다. 2 대신 √3(약 1.732)를 사용합니다. 이 계수는 평형 3상 시스템에서 위상 간의 벡터 관계를 고려합니다.

3상 공식

Vd = (√3 × I × L × R) / 1000

√3 = 1.732(위상 계수)

I = 선 전류(암페어)

L = 편도 길이(피트)

R = 저항(1000피트당 옴)

평형 3상 시스템에서 3개 도체의 전류는 크기가 같지만 위상이 120° 떨어져 있습니다. √3 계수는 3상 구성에서 전압의 벡터 덧셈에서 비롯됩니다. 선간 전압 계산의 경우 이 계수는 상량과 선량 간의 관계를 올바르게 고려합니다.

계산 예: 산업용 모터 피더

480V 3상 100마력 모터가 124암페어를 끌어옵니다. 피더 길이는 400피트이며 2/0 AWG 구리선(R = 0.0967 Ω/kft)을 사용합니다.

Vd = (1.732 × 124 × 400 × 0.0967) / 1000

Vd = (85,900.8 × 0.0967) / 1000

Vd = 8,306.6 / 1000

Vd = 8.31볼트

Vd% = (8.31 / 480) × 100 = 1.73%

결과: 우수한 전압 강하로 NEC 권장 사항을 완전히 준수합니다.

백분율 전압 강하

볼트 단위의 절대 전압 강하는 유용하지만, 백분율 전압 강하는 시스템 전압에 관계없이 회로 성능을 평가하는 표준화된 방법을 제공합니다. NEC 권장 사항은 백분율로 표현되며, 이것이 규정 준수 확인의 가장 실용적인 형태입니다.

백분율 공식

Vd% = (Vd / Vsource) × 100

여기서 Vsource는 정격 공급 전압(120V, 240V, 480V 등)입니다

120V에서 3%의 전압 강하는 3.6볼트에 해당하는 반면, 480V에서 3%는 14.4볼트에 해당합니다. 백분율 표현을 통해 관련 전압 수준에 관계없이 직접 비교 및 규정 준수 검증이 가능합니다.

저항 값: NEC 9장 표 8

전압 강하 계산에 사용되는 도체 저항 값은 NEC 9장 표 8에서 가져옵니다. 이 표는 75°C에서 구리 및 알루미늄 도체의 DC 저항 값을 제공합니다. 단순화된 공식을 사용하는 대부분의 실용적인 전압 강하 계산에서 이러한 DC 저항 값은 허용 가능한 정확도를 제공합니다.

전선 크기	구리(Ω/kft)	알루미늄(Ω/kft)
14 AWG	3.14	5.16
12 AWG	1.98	3.25
10 AWG	1.24	2.04
8 AWG	0.778	1.28
6 AWG	0.491	0.808
4 AWG	0.308	0.508
2 AWG	0.194	0.319
1/0 AWG	0.122	0.201
4/0 AWG	0.0608	0.100

이 값은 직류 저항을 나타냅니다. 교류 회로의 경우, 특히 대형 도체나 고주파의 경우 표피 효과와 근접 효과로 인해 실효 저항이 약간 더 높을 수 있습니다. 그러나 600V 이하의 일반적인 배전 회로의 경우 이러한 효과는 최소화되며 9장 표 8 값이 적절한 설계 정확도를 제공합니다.

온도 보정 계수

도체 저항은 온도에 따라 변합니다. NEC 표 8의 값은 75°C에서 제공되지만 실제 작동 온도가 크게 다른 경우 보정이 필요할 수 있습니다. 구리의 경우 저항은 온도가 1°C 상승할 때마다 약 0.393% 증가합니다.

온도 보정 공식

R₂ = R₁ × [1 + α(T₂ - T₁)]

R₂ = 새 온도에서의 저항

R₁ = 기준 온도에서의 저항

α = 온도 계수(구리: 0.00393)

T₂, T₁ = 새 온도 및 기준 온도

극한 온도 환경(뜨거운 다락방, 추운 기후의 야외 설치 등)의 경우 온도 보정을 통해 전압 강하 계산이 더 정확해집니다. 표준 실내 설치의 경우 75°C 값이 충분한 정확도를 제공합니다.

고급 고려 사항: AC 저항 및 리액턴스

더 정확한 교류 전압 강하 계산에는 도체의 리액턴스와 저항을 모두 고려해야 합니다. 리액턴스는 인덕턴스에서 비롯되며 대형 도체나 장거리 회로에서 중요해집니다.

정확한 AC 전압 강하 공식

Vd = I × L × (R × cos(θ) + X × sin(θ)) / 1000

R = AC 저항(Ω/kft)

X = 리액턴스(Ω/kft)

cos(θ) = 역률

sin(θ) = 무효 역률

이 공식은 전류와 전압 사이의 위상각을 고려합니다. 역률이 1.0에 가까운 경우(순수 저항성 부하) 단순화된 공식이 충분한 정확도를 제공합니다. 산업 장비에서 흔히 볼 수 있는 역률이 낮은 대형 모터 부하의 경우 리액턴스 항이 계산 정확도를 향상시킵니다.

리액턴스를 포함해야 하는 경우

500 MCM 이상의 대형 도체의 경우
역률이 0.85 미만인 모터 회로의 경우
300피트 이상의 장거리 피더의 경우
높은 정확도가 필요한 중요한 응용 프로그램의 경우

계산기 사용해보기

이제 공식을 이해했으므로 전문 전압 강하 계산기를 사용하여 실제로 적용해 보십시오. 회로 매개변수를 입력하면 NEC 규정 준수 확인과 함께 즉각적이고 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

지금 전압 강하 계산하기

전압 강하 계산 공식 설명