전압 강하가 중요한 회로의 와이어 저항 계산

전기 회로 설계 시 허용전류 정격은 화재 안전만 다룰 뿐 전압 강하는 다루지 않습니다. 많은 응용 분야, 특히 전원 공급 장치 설계에서는 부하에 도달하는 전압이 지정된 임계값 이하로 떨어지지 않아야 합니다. 도체의 저항은 화재 위험 한계보다 훨씬 낮더라도 성능을 저해하는 전압 강하를 유발할 수 있습니다.

와이어 저항 설계

부하 측에서 최소 220V를 유지해야 하고 전원이 230V인 회로를 고려해 봅시다. 배선에서 총 10V 이하만 강하할 수 있습니다. 두 도체(공급 및 귀환)가 있으므로 각각 5V 이하로 강하해야 합니다. 옴의 법칙(R = V/I)을 사용하면 25A 부하에 대해 도체당 최대 허용 저항은 0.2Ω입니다:

특정 와이어 크기의 저항을 결정하기 위해 다음 관계를 사용합니다:

여기서 ρ는 재료의 비저항, l은 길이, A는 단면적입니다. 더 긴 도체는 저항을 증가시키고, 더 큰 단면적은 저항을 감소시킵니다.

아래 표는 20°C에서 일반적인 도체들의 비저항을 나열합니다. 구리는 은 다음으로 가장 전도성이 높은 재료 중 하나로 강조 표시되어 있습니다.

20°C에서의 비저항

* 강철 합금: 99.5% 철, 0.5% 탄소.

값은 Ω-cmil/ft 단위로 제시되며, 와이어 길이가 피트, 단면적이 원형 밀로 측정될 때 편리합니다. 미터법 작업에서는 ρ를 Ω-m 또는 Ω-cm로 표현할 수도 있으며, 변환 계수는 1.66243 × 10⁻⁹ Ω-m per Ω-cmil/ft입니다.

계산 예시

앞선 예시를 사용하여, 2,300피트 길이에서 0.2Ω 이하의 저항을 제공하는 도체가 필요하다고 가정합니다. 구리를 가정하면 공식은 다음과 같습니다:

단면적을 구하면 116,035 cmil이 나옵니다. 표준 와이어 크기 표를 참조하면 2/0(133,100 cmil) 와이어가 요구사항을 충족하지만, 1/0(105,500 cmil)은 충족하지 못합니다. 14-AWG 와이어는 25A 부하에 대해 허용전류를 만족하지만, 2,300피트에서 5.651Ω(왕복 11.301Ω)의 저항으로 전압이 허용 한계 이하로 떨어뜨립니다.

예를 들어, 14-AWG 구리의 면적은 4,107 cmil입니다. ρ = 10.09 Ω-cmil/ft일 때 도체당 저항은

총 회로 저항 11.301Ω이 되어 230V 공급에서 25A 전류를 20.35A로 감소시킵니다.

버스바 저항 예시

맞춤형 고체 알루미늄 바(단면 4cm × 3cm, 길이 125cm)의 단면적은:

ρ = 2.65 × 10⁻⁶ Ω-cm를 사용하면 끝단 간 저항은:

큰 단면적 덕분에 버스바는 동등한 와이어 게이지보다 훨씬 낮은 저항을 제공하여 매우 효율적입니다.

핵심 요약

• 저항은 길이에 비례해 증가하고 단면적에 반비례해 감소합니다.
• 비저항(ρ)은 R = ρ·l/A 공식에 사용되는 고유 재료 특성입니다.
• Ω-cmil/ft와 Ω-m/Ω-cm은 변환 계수 1.66243 × 10⁻⁹로 상호 변환 가능합니다.
• 전압 강하가 중요한 경우, 와이어 크기 선정 전에 정확한 저항 계산을 수행하십시오.

관련 워크시트

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