배선의 용량을 결정하는 것은 전체 시스템의 효율적인 운용을 위해 대단히 중요한 사항이다.
그럼에도 불거하고 낮은 시스템 전압인 경우 무시되는 경향이 있다.
일반적인 주택 전기 시스템(220v교류)에서 배선선택의 가장 중요한 사항은 전류용량이며 여기서 최우선 고려되는 사항은 화재위험에 대비한 안전성이다.
이와는 다르게 12v/24v 시스템에서 최대의 고려 사항은 전력 손실 이다. 예를 들어 12v에서 배선에 의한 전압강하가 1v일 경우 220v경우의 1v 전압강하보다 20배의 전력손실을 초래한다
일반 배선 용량 결정 차트
이 차트는 대표적 직류회로 혹은 일부 간단한 교류회로(모터와 같은 유도성부하가 아닌 저항성부하의 단상회로)에의 적용을 염두에 둔것이다
단계 1: 다음의 것을 계산한다.
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VDI = (AMPS x FEET)/(%VOLT DROP x VOLTAGE)
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VDI = 전압강하 인덱스 ( 배선의 저항에 기초한 참고수치)
FEET = 일방 배선 길이 (1 미터 = 3.28 피드)
%VOLT DROP = 허용 전압 강하 (예를 들어 3%인 경우 수자3을 기입)
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단계 2: 차트에서 적당한 배선 용량을 결정한다.
자체 산정한 VDI와 차트의 VDI와 비교를 하여 결정한다.
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배선 사이즈
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면적 mm2
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동
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알미늄
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규격번호(미국 표준)
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VDI
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전류용량
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VDI
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전류 용량
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16
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1.31
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1
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10
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비 추천
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14
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2.08
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2
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15
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12
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3.31
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3
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20
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10
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5.26
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5
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30
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8
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8.37
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8
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55
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6
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13.3
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12
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75
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4
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21.1
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20
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95
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2
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33.6
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31
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130
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20
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100
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0
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53.5
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49
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170
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31
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132
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00
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67.4
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62
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195
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39
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150
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000
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85.0
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78
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225
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49
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175
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0000
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107
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99
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260
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62
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205
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미터 사이즈
(단면적에 의한 산출)
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동
(VDI x 1.1 = mm2)
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알미늄
(VDI x 1.7 = mm2)
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표준 규격 사이즈: 1 1.5 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 mm2
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사례:
24V/20A부하, 배선거리 100피드( 30.5미터), 3% 전압 강하 시
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VDI = (20x100)/(3x24) = 27.78
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동배선인 경우 근접 VDI 값은 31이다.
즉 #2 AWG배선 사이즈 혹은 35mm2를 의미한다.
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전기용품의 부하에 따른 허용 전압 강하 설정
일반적으로 약 2~3%의 전압 강하를 염두에 두고 배선의 용량을 결정한다. 만약 상기의 것들을 모두 충분히 고려하여 산정한 배선의 구입 비용이 비싸다고 느껴지신 다면 다음의 사항들을 고려해볼 만 하다. 서로 다른 전기 회로들은 다른 허용 전압강하 치수를 가지고 있다.
백열전구,할로겐등: 이 제품들의 경우 비록 5%의 전압강하일지라도 결국 10%의 발광 손실을 초래한다. 이 등들의 경우 사용되는 필라멘트 특성상 5%의 전력 감소로 인한 조명 감소 외에 조명색의 변화로 비롯되는 조명밝기의 감소가 더 해지기 때문이다..
형광등: 비교적 정확히 전압강하에 비례하여 밝기가 감소한다. Voltage drop causes a nearly proportional drop in light output. 형광등은 같은 밝기의 백열전구나 할로겐등의 1/2 혹은 1/3의 전력을 소비한다.
직류 모터:오늘날 DC 모터는 재생에너지이용의 일환으로 물 펌프와 같은 용도로 많이 쓰이고 있다. DC모터는 교류모터에 비해 10~50%높은 효율을 지니고 있다. 더욱이 인버터의 사용으로 인한 비용 절감을 꾀할수 있다.
또한 유도성 교류모터와는 달리 시동시의 서지 전력이 훨씬 작다.. DC모터의 경우 시동시의 전압강하는 단지 부드러운 시동을 의미한다. 교류모터는 대용량의 시스템에서 주로 쓰이며 과도한 서지 전력으로 인해 배선에서의 전압강하는 곧 시동의 실패나 혹은 모터의 파괴를 초래할 수도 있다.
판넬 직결 물 펌프: 이 경우 시스템전압(예를 들어 24V)이 아니라 실제 작동전압(약 34V)을 고려하여 배선 용량을 결정해야 한다. 배터리 없이 사용하기 때문에 동작전압은 태양광 판넬 어레이의 피크 전압의 전후가 된다.
배터리 충전 시스템: 이 경우 전압 강하는 매우 심각한 결과를 초래한다. 배터리를 충전시키기 위해서는 배터리의 전압보다 높은 전압을 인가해야 한다. 때문에 태양전지의 16~18V의 최대전력전압으로 제작된다.만약 5%이상의 전압 강하가 발생하면 배터리와 판넬사이의 전압차이를 줄여줌으로서 충전전력감소를 초래하며 이때의 감소 손실은 5%를 훨씬 웃돈다. 때문에 일반적인 권고 허용전압강하는 2~3%이하로 하고 있다.
풍력발전 시스템: 풍력발전기는 거의 모든 경우 폭풍이나 강풍 같은 경우에만 최대 공칭능력에 도달하게 된다. 따라서 100% 능력에 도달할 때가 거의 드물다. 이때의 손실을 허용하고 설계한다면 배선비용 비용을 크게 줄일 수 있다. 즉 10%의 허용전압강하를 염두에 두고 설계하여도(물론 설계자의 의도에 따라 달라질 수 있다.) 무리가 없다
기타 비용절감을 위한 테크닉
알미늄배선은 일부 경우 동보다 경제적일 수 있다. 물론 사이즈는 보다 커야 하지만 동보다 단가가 싸고 가볍기 때문에 자주 사용이 된다. 또한 터미널단자의 재질이 알미늄일 경우 연결점에서의 손실이 최소화되고 안전성이 보다 높아진다. 한편 알미늄은 동보다 유연성이 떨어지며 수중펌프경우에는 사용할 수 없다
고전압 태양광모듈: 피크파워전압을 보다 높이 설정하여 배선에서의 전압강하를 보상해주는 경우에는(예를 들어 BP-585, BP-590 규격 판넬) 큰 사이즈의 배선을 구입하는 비용보다 저렴하게 설계가 가능하다.
