전압강하 계산기 | 단상·3상·DC 전선 전압강하

전압강하 계산기란?

전압강하 계산기는 전원에서 부하까지 전류가 흐를 때 전선의 저항과 리액턴스로 인해 발생하는 전압강하(V)와 전압강하율(%)을 계산하는 도구입니다. 전압, 전류, 배선 거리, 전선 굵기를 입력하면 단상·3상·DC 회로의 전압강하와 부하단 예상 전압을 확인할 수 있습니다.

배선 거리가 길어지거나 부하 전류가 커지면 전압강하도 커집니다. 전압이 지나치게 낮아지면 조명 밝기 저하, 전동기 성능 저하, 전자기기 오동작 등의 원인이 될 수 있기 때문에 전선 굵기와 배선 거리를 결정할 때 전압강하를 함께 검토하는 것이 중요합니다.

전압강하란?

전압강하란 전선에 전류가 흐를 때 전선의 저항과 리액턴스에 의해 전원에서 공급한 전압보다 부하에 실제로 도달하는 전압이 낮아지는 현상을 말합니다. 영어로는 Voltage Drop이라고 하며, 전원과 부하 사이의 전압 차이를 보통 볼트(V) 또는 전압강하율(%)로 나타냅니다.

예를 들어, 전원에서 220V를 공급했지만 배선 끝의 부하에서 214V가 측정된다면, 전선 구간에서 6V의 전압강하가 발생한 것입니다. 이를 전압강하율로 나타내면 약 2.73%입니다.

\Delta V = V_{\mathrm{source}} - V_{\mathrm{load}}

여기서

V_{\mathrm{source}}

는 전원 측 전압,

V_{\mathrm{load}}

는 부하 측 전압이며, 두 전압의 차이인

\Delta V

가 전압강하입니다.

전압강하는 모든 배선에서 어느 정도 발생할 수 있으며, 특히 전선이 길거나, 전류가 크거나, 전선 굵기가 작은 경우 더 커집니다. AC 회로에서는 도체 저항뿐 아니라 리액턴스와 역률도 전압강하에 영향을 줄 수 있습니다.

전압강하가 커지면 부하에 필요한 전압이 충분히 공급되지 않아 조명이 어두워지거나, 전동기의 토크와 성능이 떨어지거나, 일부 전자기기가 불안정하게 동작할 수 있습니다. 따라서 장거리 배선이나 전류가 큰 회로에서는허용 전압강하 범위 안에 들어오는지 확인하는 것이 중요합니다.

전압강하 계산식

전압강하는 회로 방식에 따라 계산식이 달라집니다. AC 회로에서는 도체 저항

R

뿐 아니라 리액턴스

X

와 역률

\cos\phi

를 함께 고려할 수 있습니다.

단상 전압강하 계산식

\Delta V = 2 I (R\cos\phi + X\sin\phi)L

3상 전압강하 계산식

\Delta V = \sqrt{3} I (R\cos\phi + X\sin\phi)L

DC 전압강하 계산식

\Delta V = 2IRL

여기서

\Delta V

는 전압강하(V),

I

는 부하전류(A),

R

은 도체 저항(Ω/km),

X

는 리액턴스(Ω/km),

L

은 전원에서 부하까지의 편도 거리(km)입니다. 3상 회로에서는 선간전압을 기준으로 전압강하율을 계산합니다.

전압강하율 계산 방법

전압강하율은 공급 전압에 비해 실제 전압이 얼마나 감소하는지를 백분율로 나타낸 값입니다.

\text{전압강하율}(\%) = \frac{\Delta V}{V} \times 100

예를 들어, 공급 전압이 220V이고 전압강하가 6.6V라면 전압강하율은 3%입니다. 계산기에서는 전압강하뿐 아니라 부하단 예상 전압과 허용 기준 초과 여부도 함께 확인할 수 있습니다.

간편 계산과 정밀 임피던스 계산의 차이

간편 계산은 전선 재질과 단면적으로 도체 저항을 추정하고 리액턴스를 제외하여 빠르게 전압강하를 계산하는 방식입니다. 구리와 알루미늄 전선은 다음 근사식을 사용합니다.

R_{\mathrm{Cu}} \approx \frac{23.7}{S}

R_{\mathrm{Al}} \approx \frac{37.6}{S}

S

는 전선 단면적(mm²)입니다. 전선 굵기가 커질수록 저항이 작아지므로 같은 거리와 전류 조건에서는 전압강하도 감소합니다.

케이블 제조사 데이터시트에 실제 저항과 리액턴스 값이 있다면 정밀 임피던스 계산을 선택해

R

과

X

를 직접 입력하는 것이 좋습니다. 특히 굵은 케이블, 긴 배선, 전동기 부하처럼 리액턴스와 역률의 영향이 커지는 회로에서는 실제 케이블 데이터를 사용하는 편이 적절합니다.

KEC 전압강하 기준

KEC의 수용가 설비 전압강하 기준은 수전 방식과 설비 종류에 따라 다르게 적용됩니다. 이 전압강하 계산기에서는 기준을 선택하면 실제 계산된 전압강하율과 자동으로 비교할 수 있습니다.

저압 수전 · 조명: 3% 이하
저압 수전 · 기타: 5% 이하
고압 이상 수전 · 조명: 6% 이하
고압 이상 수전 · 기타: 8% 이하

배선설비의 길이가 100m를 초과하면 100m를 넘는 구간에 대해 1m당 0.005%를 추가할 수 있으며, 증가분은 최대 0.5%까지 적용됩니다.

예를 들어, 기본 허용 전압강하율이 3%이고 배선 길이가 150m라면, 100m를 초과한 50m에 대해

50 \times 0.005\% = 0.25\%

가 추가되어 계산기에서는 3.25%를 기준으로 비교합니다.

전선 굵기는 어떻게 계산하나요?

전압강하는 전선의 단면적과 직접적인 관계가 있습니다. 같은 전류와 거리라면 전선 굵기가 클수록 저항이 작아지고 전압강하도 감소합니다.

이 계산기의 간편 계산에서는 1.5, 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50mm² 등 일반적인 전선 단면적을 작은 순서부터 대입해 선택한 허용 전압강하율을 만족하는 최소 전선 굵기를 찾아 표시합니다.

따라서 현재 사용하려는 전선이 전압강하 측면에서 충분한지 확인하거나, 현재 거리와 부하전류 조건에서 어느 정도의 전선 굵기가 필요한지 비교할 수 있습니다.

전압강하만으로 전선 굵기를 결정하면 안 됩니다.

실제 전선 선정에는 허용전류, 차단기 정격, 단락전류, 포설방법, 주위온도, 집합 보정계수, 케이블 종류와 제조사 데이터를 함께 검토해야 합니다. 이 계산기의 전선 굵기 결과는 전압강하 검토를 위한 참고값입니다.

전압강하 계산 예시

예를 들어, 220V 단상 회로에서 구리 2.5mm² 전선을 사용하고, 부하전류가 20A, 전원에서 부하까지의 편도 거리가 30m라고 가정해볼 수 있습니다.

계산기는 선택한 전선의 저항과 역률을 이용해 전압강하를 계산하고, 이를 220V 공급전압과 비교해 전압강하율과 부하단 예상 전압을 표시합니다.

같은 조건에서 배선 거리가 길어지거나 부하전류가 커지면 전압강하는 증가하고, 반대로 전선 단면적을 크게 하면 전압강하는 감소합니다. 따라서 장거리 배선이나 전류가 큰 부하일수록 전압강하 검토가 중요합니다.

최대 배선거리 계산

전압강하율은 전선 길이가 길어질수록 증가합니다. 따라서 허용 전압강하 기준을 정하면 현재 전류와 전선 굵기로 배선할 수 있는 최대 거리도 계산할 수 있습니다.

이 계산기에서는 현재 입력 조건과 선택한 KEC 기준을 바탕으로 허용 전압강하율을 넘지 않는 최대 편도 배선거리를 함께 표시합니다. 긴 간선, 공장 설비, 창고, 농막, 태양광·배터리 배선 등 전원과 부하 사이의 거리가 먼 경우 참고할 수 있습니다.

전압강하가 커지는 주요 원인

배선 거리가 길 때 — 전선 전체 저항이 증가합니다.
부하전류가 클 때 — 전류에 비례해 전압강하가 증가합니다.
전선 굵기가 작을 때 — 단면적이 작을수록 도체 저항이 커집니다.
역률이 낮을 때 — AC 회로에서는 저항뿐 아니라 리액턴스 영향도 달라집니다.
도체 재질이 다를 때 — 같은 단면적이라도 구리와 알루미늄의 저항이 다릅니다.

자주 묻는 질문

Q. 전압강하 계산기에서 배선 거리는 왕복 길이로 입력하나요?
A. 아니요. 전원에서 부하까지의 편도 거리를 입력합니다. 단상과 DC 계산식의 2배 계수에 왕복 전류 경로가 이미 반영되어 있습니다.
Q. 3상 380V 전압강하 계산 시 어떤 전압을 입력하나요?
A. 3상 모드에서는 선간전압을 입력합니다. 380V 계통이라면 380V를 입력하면 됩니다.
Q. 전압강하율은 어떻게 계산하나요?
A. 전압강하를 공급전압으로 나눈 뒤 100을 곱합니다. 예를 들어, 220V에서 4.4V가 낮아졌다면 전압강하율은 2%입니다.
Q. 전선 굵기를 크게 하면 전압강하가 줄어드나요?
A. 네. 같은 재질이라면 전선 단면적이 커질수록 저항이 작아지므로 동일한 전류와 거리 조건에서 전압강하가 감소합니다.
Q. 역률을 모르면 어떻게 하나요?
A. 부하의 명판이나 제조사 자료에서 역률을 확인하는 것이 가장 좋습니다. 조명이나 전자기기, 전동기 등 부하 종류와 운전 상태에 따라 역률이 달라질 수 있습니다.
Q. 계산 결과가 5% 이하면 무조건 괜찮나요?
A. 아닙니다. 허용 전압강하율은 수전 방식과 설비 종류에 따라 달라집니다. 또한 전동기 기동과 특정 설비에는 별도의 검토가 필요할 수 있으므로 실제 설계에서는 적용 규정과 기기 사양을 함께 확인해야 합니다.
Q. 전압강하 계산으로 차단기와 전선까지 결정할 수 있나요?
A. 전압강하는 전선 선정 조건 중 하나입니다. 허용전류, 차단기 정격, 단락 보호, 포설 조건, 온도 보정 등을 함께 검토해야 합니다.