LT & HT 모터용 정밀 케이블 크기 계산: 안전성, 효율성, 비용 절감

LT & HT 모터용 케이블 크기 계산 방법

모터에 적합한 케이블 크기 선택은 설치 및 시운전 중이든 운전 중이든 산업 현장에서 중요한 매개변수입니다. 이는 안전, 비용 최소화, 원치 않는 손실 감소에 매우 중요한 측면입니다. 과소 크기 케이블은 모터 운전 중 타버려 인명, 기계, 인프라 위험, 생산 손실, 교체 비용을 초래할 수 있습니다.

반면 과대 크기 도체는 장기적으로 케이블 비용뿐만 아니라 그들과 함께 사용되는 케이블 종단 재료(러그, 글랜드, 조인트 키트(향후 결함 시), 오버사이즈 케이블 트레이)에도 불필요한 비용을 초래합니다. 더 큰 크기 케이블 포설 인건비도 동일 크기의 작은 케이블보다 높습니다. 이러한 중요한 점들을 고려하여 모터용 적절한 케이블 크기 계산이 중요합니다.

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자세히 들어가기 전에 LT & HT 모터의 주요 차이점을 명확히 하겠습니다.

LT 모터와 HT 모터의 차이점은?

글쎄요, LT(저압, Low Tension = 저전압)와 HT(고압, High Tension = 고전압) 또는 저토크와 고토크라는 단어가 이미 모든 것을 설명합니다.

공급 전압 가용성에 따라 달라지는데, 미국과 EU에서는

LT 모터 범위 = 230V ~ 415V

HT 모터 범위 = 3.3kV, 6.6kV ~ 11kV

LT 모터가 HT 모터보다 더 많은 전류를 필요로 한다는 점을 명심하세요.

다른 지역에서는 LT 모터를 1kV 미만, HT 모터를 1kV 초과로 분류하기도 합니다.

이제 본론인 모터용 케이블 크기 계산 방법을 논의하겠습니다.

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125kW LT 모터 케이블 크기 계산

모터 kW = 125

역률 = 0.8, 효율 = 94%

시스템 전압, V₁ = 415V

케이블 길이 = 200m

부하 전류 = P / (1.732 x V x 역률 x 효율) —> (P = √3 x V x I CosΦ = 3상 회로용)

= 125000 / (1.732 x 415 x 0.8 x 0.94)

≈ 230A

이것은 이상적인 조건에서 케이블이 감당해야 할 풀부하 전류입니다. 하지만 실제 상황에서는 여러 디레이팅 요소를 고려해야 합니다.

케이블의 전류 정격은 주변 온도 40°C 기준으로 정의됩니다. 주변 온도가 이보다 높으면 케이블 전류 용량이 디레이팅됩니다.

케이블이 케이블 트레이에 공기 중에 포설된다고 가정하면,

• 참고: 스테퍼 모터란? 구조, 종류 및 동작 모드

주변 공기 온도 (°C)		20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°
	일반 PVC	1.32	1.25	1.16	1.09	1.00	0.90	0.80	0.80
디레이팅 계수	내열 PVC	1.22	1.17	1.12	1.06	1.00	0.94	0.87	0.80
	XLPE	1.20	1.16	1.11	1.06	1.00	0.95	0.88	0.82

주변 공기 온도 변화에 따른 정정 계수

온도 보정 계수, 케이블이 공기 중일 때 K₁ = 0.88 (50°C 주변 온도 & XLPE 케이블)

케이블 묶음도 케이블 전류 용량을 디레이팅합니다. 많은 케이블이 함께 묶이면 모두 발열하고 열이 제대로 방산되지 않아 케이블 자체와 접촉한 케이블들을 데웁니다. 이는 온도를 더 상승시키므로 묶음 계수에 따라 케이블 전류 용량을 디레이팅해야 합니다.

최악의 시나리오로, 3개 트레이가 평행하게 있고 각각 9개 케이블이 서로 접촉한다고 가정합니다.

랙 수	랙당 케이블 수					랙당 케이블 수
	1	2	3	6	9	1	2	3	6	9
1	1.00	0.98	0.96	0.93	0.92	1.00	0.84	0.80	0.75	0.73
2	1.00	0.95	0.93	0.90	0.89	1.00	0.80	0.76	0.71	0.69
3	1.00	0.94	0.92	0.89	0.88	1.00	0.78	0.74	0.70	0.68
6	1.00	0.93	0.90	0.87	0.86	1.00	0.76	0.72	0.65	0.66

표: 케이블 그룹화 계수(트레이 수 계수), K2 = 0.68 (3개 트레이에 각각 9개 케이블)

총 디레이팅 계수 = K₁ x K₂

= 0.88×0.68 = 0.5984

단일 런으로 1.1kV, 3심, 240㎟, 알루미늄, XLPE, 아머드 케이블을 선택해 봅시다.

표를 클릭하여 확대

1.1kV, 3심, 알루미늄/구리 도체, XLPE 절연, 아머드 케이블 기술 데이터

공기 중 240㎟ XLPE 아머드 알루미늄 케이블의 전류 용량 = 402A

240㎟ 케이블 총 디레이팅 전류 = 402×0.5984 = 240.55A

저항 = 0.162 Ω/km 및
리액턴스 = 0.072 Ω/km

• 참고: 브러시리스 DC 모터: 구조, 작동 원리 & 응용

PVC/XLPE 알루미늄 케이블의 교류 시스템 예상 전압 강하
	(전압 강하 – V/km/A)
도체 공칭 단면적 (㎟)	PVC 케이블		XLPE 케이블
	단상	3상	단상	3상 시스템
1.5	43.44	37.62	46.34	40.13
2.5	29.04	25.15	30.98	26.83
4	17.78	15.40	18.98	16.44
6	11.06	9.58	11.80	10.22
10	7.40	6.41	7.88	6.82
16	4.58	3.97	4.90	4.24
25	2.89	2.50	3.08	2.67
35	2.10	1.80	2.23	1.94
50	1.55	1.30	1.65	1.44
70	1.10	0.94	1.15	1.00
95	0.79	0.68	0.83	0.70
120	0.63	0.55	0.66	0.56
150	0.52	0.46	0.55	0.48
185	0.42	0.37	0.44	0.40
240	0.34	0.30	0.35	0.30
300	0.28	0.26	0.30	0.26
400	0.24	0.22	0.24	0.22
500	0.23	0.20	0.23	0.20
630	0.20	0.18	0.21	0.18
800	0.19	–	0.20	–
1000	0.18	–	0.18	–

전압 강하, V₂ = 0.3 V/km/A (하벨 브로셔 기준)

= 0.3 x 230 x (200 / 1000)

= 13V

모터 단자 전압, V₂ = 415 - 13 = 402V

% 강하 = (V₂ – V₁) / (V₁)

= (415 – 402) x 100 / (415)

= 3.13%

240㎟ 케이블 결정을 위해 케이블 선정 조건 확인

1. 케이블 디레이팅 전류(240.55A) > 부하 풀부하 전류(230A) = OK
2. 케이블 전압 강하(3.13%) < 허용 전압 강하(10%) = OK
3. 케이블 단락 용량(22.56kA) > 해당 지점 시스템 단락 용량(X kA) = OK

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240㎟ 케이블이 세 조건 모두 만족, 따라서 3심 240㎟ 케이블 사용 권장.

• 참고: 모터 효율이란? 및 개선 방법

350kW HT 모터 케이블 크기 계산

저압 시스템에서는 케이블을 전류 용량과 전압 강하 기준으로 선정하지만, 중/고압 시스템에서는 케이블 단락 용량이 중요/결정적 요소입니다. 따라서 HT 모터의 경우 케이블 단락 용량만으로도 케이블 크기를 결정할 수 있으며, 나머지 두 매개변수는 자동으로 만족됩니다.

아래 예제를 고려해 보세요:

모터 kW = 350

역률 = 0.8, 효율 = 94%

시스템 전압, V₁ = 6.6kV

케이블 길이 = 200m

부하 전류 = P / (1.732 x V x 역률 x 효율)

= 350000 / (1.732 x 6600 x 0.8 x 0.94)

= 41A

HT 시스템의 단락 레벨/고장 레벨, I_sh (지속 시간 t=1초) = 26.2kA라고 가정

알루미늄 도체, XLPE 절연 케이블의 경우 =

= 278.72㎟

따라서 근접한 상위 크기 300㎟가 필요합니다.

아래 표에서도 300㎟ 케이블의 단락 용량이 28kA로 우리 고장 레벨보다 높음을 확인할 수 있습니다.

• 참고: 스타-델타 3상 모터 자동 스타터(타이머 포함)

이미지 클릭 시 확대

(6.6kV 비접지 / 11kV 접지 등급)

6.6kV, 3심, 알루미늄/구리 도체, XLPE 절연, 아머드 케이블 기술 데이터

나머지 두 조건도 자동으로 만족됨을 알 수 있습니다.

단일 런으로 6.6kV, 3심, 300㎟, 알루미늄, XLPE, 아머드 케이블 선택

공기 중 케이블 온도 보정 계수 K₁ = 0.88 (50°C 주변 온도 & XLPE 케이블)

케이블 그룹화 계수(트레이 수 계수) K₂ = 0.68 (3개 트레이에 각각 9개 케이블)

총 디레이팅 계수 = K₁ x K₂ = 0.88 x 0.68 = 0.5984

공기 중 300㎟ XLPE 아머드 알루미늄 케이블 전류 용량 = 450A

300㎟ 케이블 총 디레이팅 전류 = 450×0.5984 = 269.28A

저항 = 0.130 Ω/km

리액턴스 = 0.0999 Ω/km

전압 강하 = 0.26 V/km/A (하벨 브로셔 기준)

= 0.26 x 200 x 41 / 1000

= 2.132V

모터 단자 전압, V₂ = 6600 – 2.132 = 6597.868V

% 강하 = (V₁ – V₂) / (V₁)

= (6600 – 6597.8) x 100 / (6600)

= 0.032%

300㎟ 케이블 결정을 위해 케이블 선정 조건 확인

1. 케이블 디레이팅 전류(269.28A) > 부하 풀부하 전류(41A) = OK
2. 케이블 전압 강하(0.032%) < 허용 전압 강하(5%) = OK
3. 케이블 단락 용량(28.20kA) > 시스템 단락 용량(26.2kA) = OK

300㎟ 케이블이 세 조건 모두 만족, 따라서 3심 300㎟ 케이블 사용 권장.

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