소방전기일반-전압강하와 허용전류 계산식, 실기까지 이어지는 필수 공식 암기 노트

📋 목차

• ⚡ 전압 강하: 기본 개념과 공식
• 🔌 허용 전류: 안전을 위한 계산
• 🧮 실전 계산 예시
• 📝 필수 공식 총정리
• ❓ 자주 묻는 질문 (FAQ)

소방 전기 분야에서 합격의 당락을 좌우하는 중요한 계산 문제들, 바로 전압 강하와 허용 전류 계산입니다. 이 두 가지 개념은 단순히 공식을 암기하는 것을 넘어, 실제 현장에서의 안전과 직결되는 만큼 정확한 이해가 필수적입니다. 본 글에서는 관련 공식들을 명확하게 정리하고, 실제 문제에 어떻게 적용되는지 다양한 예시와 함께 상세히 설명해 드리겠습니다. 소방 전기 실기 시험을 준비하는 여러분의 든든한 합격 길잡이가 되어 드릴게요!

⚡ 전압 강하: 기본 개념과 공식

전압 강하(Voltage Drop)란 전류가 전기 회로를 통해 흐를 때, 전선 자체의 저항 성분 때문에 발생하는 전압의 손실을 의미합니다. 마치 수도관을 통해 물이 흐를 때 마찰로 인해 압력이 낮아지는 것과 같은 원리죠. 소방 설비에서는 전원으로부터 부하까지 전력을 공급하는 과정에서 발생하는 전압 강하가 일정 기준치를 넘어서면 설비의 정상적인 작동을 방해할 수 있습니다. 따라서 법규에서는 허용 가능한 전압 강하의 최대치를 규정하고 있으며, 이를 반드시 준수해야 합니다.

전압 강하를 계산하는 가장 기본적인 공식은 옴의 법칙(Ohm's Law)을 기반으로 합니다.

전압 강하 (e) = 전류 (I) × 저항 (R)

여기서, e는 전압 강하(V), I는 회로에 흐르는 전류(A), R은 회로의 총 저항(Ω)입니다.

실제 소방 전기 계산에서는 전선의 길이, 단면적, 재질(고유저항) 등을 고려하여 전선의 저항(R) 값을 구해야 합니다. 전선의 저항은 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있습니다.

전선 저항 (R) = (고유저항 (ρ) × 전선 길이 (ℓ)) / 전선 단면적 (A)

여기서, ρ는 전선의 고유저항(Ω·㎟/m), ℓ는 전선 길이(m), A는 전선 단면적(㎟)입니다. 동선의 경우 고유저항은 약 0.0175 Ω·㎟/m 정도입니다.

 

🔌 허용 전류: 안전을 위한 계산

허용 전류(Allowable Current)는 전선이 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류값을 의미합니다. 전선에 전류가 흐르면 저항에 의해 열이 발생하는데, 이 열이 과도하게 축적되면 전선의 피복이 녹거나 화재의 위험이 있습니다. 따라서 전선의 종류, 굵기(단면적), 설치 환경(온도, 포설 방식 등)에 따라 법규로 정해진 허용 전류 이하로만 전류를 사용해야 합니다.

허용 전류를 계산하는 공식은 여러 가지가 있지만, 기본적인 개념은 다음과 같습니다.

허용 전류 (I) ≥ (부하 전력 (P) / 전압 (V)) / 역률 (cosθ) (단상 2선식의 경우)

여기서, I는 허용 전류(A), P는 부하의 소비 전력(VA 또는 W), V는 전압(V), cosθ는 역률입니다. 3상 3선식의 경우 √3이 추가로 곱해집니다.

실제 실기 시험에서는 전선의 단면적에 따른 허용 전류 표를 참고하여, 계산된 전류값이 해당 전선의 허용 전류보다 작거나 같도록 전선 굵기를 선정하는 것이 중요합니다.

 

🧮 실전 계산 예시

다산에듀 기출문제에서 발췌된 예시를 통해 실제 계산 과정을 살펴보겠습니다.

예시 1: 전압 강하 계산
문제: 단상 2선식 회로에서 부하 전류 2A, 전선 길이 90m, 전선 단면적 2.5㎟, 동선의 고유저항 0.0175 Ω·㎟/m 일 때 전압 강하는?

1. 전선 저항 (R) 계산:

R = (0.0175 Ω·㎟/m × 90 m) / 2.5 ㎟ = 0.63 Ω

2. 전압 강하 (e) 계산:

e = I × R = 2 A × 0.63 Ω = 1.26 V

예시 2: 허용 전류 및 전선 굵기 선정
문제: 비상 조명용 부하 14,500VA, 전압 220V인 회로에 사용되는 분기 회로의 최소 전선 굵기를 선정하시오. (단, 전선 허용 전류 표 참조)

1. 분기 회로 전류 (I) 계산:

I = P / V = 14,500 VA / 220 V ≈ 65.9 A

2. 전선 굵기 선정:

계산된 전류 65.9A 이상을 수용할 수 있는 전선 굵기를 허용 전류 표에서 찾습니다. 예를 들어, 10㎟ 전선의 허용 전류가 70A라면, 이 전선 굵기를 선정할 수 있습니다.

 

📝 필수 공식 총정리

소방 전기 계산 문제 풀이에 필요한 핵심 공식들을 한눈에 정리했습니다.

1. 전압 강하 (e)

e = I × R

2. 전선 저항 (R)

R = (ρ × ℓ) / A

3. 전류 (I)

단상: I = P / V
3상: I = P / (√3 × V)

4. 전선의 단면적 (A)

A = (ρ × ℓ) / R (허용 전압 강하를 고려하여 계산)

5. 전선 굵기 선정

계산된 전류(I) ≤ 전선 단면적(A)의 허용 전류

 

❓ 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1. 전압 강하 공식에서 '2'는 무엇을 의미하나요?

A1. 단상 2선식 회로에서 전압 강하를 계산할 때 곱하는 '2'는 전기가 공급되는 왕복 경로(전원 → 부하 → 전원)를 모두 고려하기 때문입니다. 즉, 가는 선과 오는 선 각각의 저항에 의한 전압 강하를 합산하는 것입니다.

 

Q2. 전선의 고유저항 값은 항상 동일한가요?

A2. 전선의 고유저항은 재질에 따라 다릅니다. 일반적으로 동선은 약 0.0175 Ω·㎟/m, 알루미늄선은 약 0.028 Ω·㎟/m 정도의 값을 가지며, 문제에서 주어지거나 일반적인 값으로 암기해야 합니다.

 

Q3. 허용 전류 표는 어디서 확인할 수 있나요?

A3. 허용 전류 표는 전기설비 기술기준, 내선규정 등 관련 법규 및 기술 기준에서 확인할 수 있습니다. 시험 문제에서 보통 표의 일부가 제시되거나, 암기해야 하는 경우가 많습니다.

 

Q4. 전압 강하 허용 기준은 어떻게 되나요?

A4. 일반적으로 비상 전원으로부터의 전압 강하는 정격 전압의 10% 이내, 평상시 전원으로부터의 전압 강하는 3% 이내로 규정하고 있습니다. 소방 설비의 종류에 따라 조금씩 다를 수 있으므로, 관련 규정을 확인하는 것이 중요합니다.

 

Q5. 3상 회로의 전압 강하 계산은 어떻게 하나요?

A5. 3상 3선식 회로의 전압 강하는 일반적으로 단상 2선식과 유사하게 계산하되, 전류 계산 시 3상을 고려합니다. 전압 강하 공식은 e = √3 × I × R (단, R은 한 선당 저항) 또는 e = 3 × I × R (단, R은 등가 저항) 등으로 표현될 수 있습니다. 문제에서 주어지는 조건에 따라 적절한 공식을 사용해야 합니다.

 

Q6. 전선 굵기 선정 시 고려해야 할 다른 요소는 없나요?

A6. 허용 전류 외에도 전압 강하 허용 기준을 만족하는지, 그리고 기계적인 강도나 환경적인 요인(내열성, 내화학성 등)도 함께 고려해야 합니다. 하지만 실기 시험에서는 주로 허용 전류와 전압 강하를 기준으로 선정합니다.

 

Q7. 전력 P가 kW로 주어졌을 때 어떻게 계산해야 하나요?

A7. 전력 P가 kW로 주어졌다면, 전류 계산 시 단위 통일을 위해 1000을 곱하여 VA 또는 W로 변환해야 합니다. 예를 들어, 10kW는 10,000W 또는 10kVA가 됩니다.

 

Q8. 역률이 다른 경우, 허용 전류 계산은 어떻게 달라지나요?

A8. 역률(cosθ)은 유효 전력(W)과 피상 전력(VA)의 비율을 나타냅니다. 전류 계산 시 역률로 나누어 주는 것은, 실제 부하에 필요한 유효 전력을 공급하기 위해 더 큰 피상 전력(VA)을 공급해야 하기 때문입니다. 역률이 낮을수록 더 큰 전류가 필요하게 됩니다.

 

Q9. 전압 강하 계산 시 여러 개의 부하가 연결된 경우 어떻게 계산하나요?

A9. 여러 개의 부하가 직렬 또는 병렬로 연결된 경우, 각 부하의 전류와 해당 구간의 전선 저항을 고려하여 전체 전압 강하를 계산해야 합니다. 일반적으로 각 구간별 전압 강하를 계산하여 합산하는 방식을 사용합니다.

 

Q10. 소방 전기의 전압 강하가 중요한 이유는 무엇인가요?

A10. 소방 설비는 화재 발생 시 생명과 안전을 지키는 필수적인 역할을 합니다. 전압 강하가 기준치 이상으로 발생하면 감지기가 오작동하거나, 경종이 울리지 않거나, 스프링클러 펌프가 제대로 작동하지 않는 등 치명적인 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 정확한 계산과 규정 준수가 매우 중요합니다.

 

Q11. 전선의 길이가 길어질수록 전압 강하는 어떻게 되나요?

A11. 전선의 저항은 길이에 비례하므로, 전선의 길이가 길어질수록 저항 값도 커집니다. 따라서 동일한 전류가 흐를 때 전압 강하 역시 커지게 됩니다.

 

Q12. 전선의 단면적이 커지면 전압 강하는 어떻게 되나요?

A12. 전선의 저항은 단면적에 반비례하므로, 단면적이 커질수록 저항 값은 작아집니다. 따라서 동일한 전류가 흐를 때 전압 강하는 작아지게 됩니다.

 

Q13. '단자 전압'이란 무엇인가요?

A13. 단자 전압은 전압 강하를 고려한 후, 부하단에서 실제로 측정되는 전압을 의미합니다. 즉, '공급 전압 - 전압 강하'로 계산됩니다.

 

Q14. 소방 전기 실기 시험에서 전압 강하 관련 문제는 자주 출제되나요?

A14. 네, 전압 강하와 허용 전류 계산 문제는 소방 설비 기사 및 전기 분야 자격증 실기 시험에서 매우 빈번하게 출제되는 핵심 유형입니다. 반드시 숙지해야 합니다.

 

Q15. '보수율'은 전압 강하 계산과 어떤 관련이 있나요?

A15. 보수율은 주로 축전지 용량 계산 시 사용되는 개념으로, 전압 강하 계산과는 직접적인 관련은 없습니다. 하지만 전반적인 전기 설비의 효율성을 나타내는 지표로 이해할 수 있습니다.

 

Q16. 전선관 내 전선 점유율은 허용 전류에 영향을 주나요?

A16. 네, 전선관 내 전선 점유율이 높으면 전선에서 발생하는 열이 외부로 방출되기 어려워져 전선의 온도가 상승합니다. 이로 인해 실제 허용 전류가 감소할 수 있으므로, 관련 규정에 따라 전선관 내 전선 점유율을 제한하고 있습니다.

 

Q17. 특정 부하의 전력(P)이 주어졌을 때, 전류(I)를 어떻게 구하나요?

A17. 부하의 종류(단상, 3상)와 전압(V)을 알면 전력(P) 공식에서 전류(I)를 구할 수 있습니다. 단상: I = P / V, 3상: I = P / (√3 × V) 입니다. 여기서 P는 VA 단위 또는 W 단위로 사용됩니다.

 

Q18. 전압 강하 계산 시 '2 x I x R' 공식에서 '2'는 항상 곱해지나요?

A18. '2 x I x R'은 단상 2선식 회로에서 전압 강하를 계산할 때 사용되는 공식입니다. 3상 회로나 다른 회로에서는 계수가 달라지거나 다른 방식을 사용하므로, 회로 종류에 따라 정확한 공식을 적용해야 합니다.

 

Q19. 계산 문제에서 소수점 처리는 어떻게 해야 하나요?

A19. 소수점 처리는 문제의 요구사항이나 출제 기관의 기준에 따라 달라질 수 있습니다. 일반적으로 계산 과정에서는 소수점 이하 셋째 자리까지 계산하고, 최종 답안은 문제에서 요구하는 자릿수(예: 둘째 자리까지 반올림)에 맞춰 작성하는 것이 좋습니다.

 

Q20. 전압 강하와 허용 전류 계산 실력 향상을 위한 팁이 있다면?

A20. 다양한 유형의 기출문제를 반복적으로 풀어보면서 각 공식의 의미와 적용 방법을 익히는 것이 중요합니다. 계산 과정에서 실수를 줄이기 위해 차근차근 단계를 밟아 풀이하는 연습을 하고, 관련 규정이나 표를 숙지하는 것도 큰 도움이 됩니다.

 

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📝 요약

소방 전기 분야의 핵심인 전압 강하와 허용 전류 계산은 안전과 직결되는 중요한 문제입니다. 전압 강하는 옴의 법칙(e=IR)과 전선 저항 공식을 활용하며, 허용 전류는 부하 전류가 전선의 허용치를 넘지 않도록 계산해야 합니다. 다양한 계산 예시와 총정리된 필수 공식들을 통해 문제 풀이 능력을 향상시키고, FAQ를 통해 궁금증을 해소하여 실기 시험 합격에 한 걸음 더 다가가시길 바랍니다.