PLC 전장·제어 노트 4 — 전선 굵기 선정, 축 지름 고르듯 계산하기

제1원리 질문. 전선 굵기는 무엇을 기준으로 정하는가. 전선에 흐를 전류(작용 하중)를 계산하고, 전선이 견딜 수 있는 허용 전류(허용 응력)와 비교해 안전율을 확보하는 절차가 축 지름 선정과 같기 때문이다.

핵심 — 세 단계 절차

교재 3.1절은 전선 선정을 기계의 축 지름 선정과 같은 절차로 설명한다. ① 부하 전류 계산(= 작용 하중 계산), ② 허용 전류 확인(= 허용 응력 확인), ③ 안전율 적용(= 안전 계수)이다.

3상 모터의 정격 전류는 I = P / (√3 × V × cosφ × η)로 구한다. I는 정격 전류(A), P는 모터 출력(W), V는 선간 전압(V), cosφ는 역률(교재 값 약 0.85), η는 효율(교재 값 약 0.9)이다.

공학적 근거 — 예제 검산

7.5 kW 가정 사례는 18.6 A로 2.5 SQ의 20 A에 거의 붙는다. 다음 절의 감소 보정을 적용하면 한 단계 굵은 4 SQ가 필요해질 수 있는 구간이다.

사례 적용 — 허용 전류의 감소 보정

교재는 표의 허용 전류가 참고치이며 절연 종류·주위 온도·배선 방식에 따라 달라지므로 실무에서는 KS C IEC 60364와 전선 제조사 데이터시트로 최종 확인하라고 적는다. 또 덕트에 여러 가닥을 함께 포설하면 방열이 나빠져 허용 전류를 감소 보정해야 하는데, 이를 베어링을 밀폐 하우징에 넣으면 허용 회전수를 낮춰 잡는 것과 같은 논리로 설명한다. 확인 문제의 3.7 kW 답이 ‘1.5 SQ 가능하나 실무는 2.5 SQ 권장’인 것도 계산값과 실무 여유 사이의 거리를 보여 준다.

정리하면 이 절의 흐름은 기계의 강도 계산 순서와 한 줄씩 대응한다. 작용 하중은 부하 전류, 허용 응력은 허용 전류, 안전 계수는 1.25배, 사용 조건 보정은 다가닥 포설 감소 보정이다. 전장 도면의 전선 굵기 표기를 볼 때도 이 네 칸을 거꾸로 따라가면 선정 근거를 확인할 수 있다.

용어 메모

이번 편에 나온 용어를 교재 표기 그대로 영문과 함께 한 줄씩 정리했다.

내 해석 — Rhymbro가 읽은 것

축 지름 선정과 같은 절차라는 설명 덕분에 전선 선정이 ‘표에서 찾는 일’이 아니라 ‘하중·강도·안전율을 맞추는 일’로 보이게 됐다. 특히 덕트 다가닥 포설의 감소 보정은 기계에서 사용 조건 계수를 곱하는 것과 똑같은 구조다.

가정 사례로 7.5 kW를 넣어 보니 계산상 통과가 곧 여유를 뜻하지 않는다는 점이 보였다. 필요 전류가 허용 전류에 붙을수록 주위 온도·포설 조건 보정에 민감해지므로, 교재의 ‘실무 권장’ 한 단계 여유가 의미를 가진다.

한계로, 여기서 쓴 역률 0.85와 효율 0.9는 교재의 대표값이라 실제 모터 명판의 정격 전류가 있다면 그 값을 우선하고, 허용 전류도 규격과 데이터시트로 확인해야 한다.

요약

그래서 나는 무엇을 하기로 했나

이번 주는 교재 식으로 모터 용량별 정격 전류·필요 전류·선정 SQ 표를 파이썬으로 만들어 두고, 허용 전류에 가까운 구간은 따로 표시해 전장 담당자와 검토할 항목으로 남기기로 했다.

개념과 표의 값은 개인 학습용으로 정리한 이차전지 R2R 전장·PLC 제어 통합교재의 해당 절(본문·현장에서는·확인 문제)을 바탕으로 다시 썼다. 교재의 비유와 용어는 그대로 옮겼고, ‘가정’으로 표시한 수치는 설명용이다. 계산은 파이썬으로 검산했다.

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