부하 센터 및 패널보드 정확한 사이징: NEC 및 IEC 가이드라인

NEC 및 IEC에 따른 부하 센터, 패널보드, 배전반 및 컨슈머 유닛 사이징

계획은 모든 전기 배선 프로젝트의 첫 번째이자 핵심 우선순위이며, 주거용 또는 상업용 애플리케이션에서 배전 시스템을 설계하고 설치할 때 정확한 계산을 기반으로 한 적절한 추정과 분석은 필수입니다. 올바르게 결정된 부하 센터 및 패널보드 크기는 현재 부하뿐만 아니라 향후 발생할 수 있는 부하도 안전하고 원활하게 처리할 수 있기 때문입니다.

따라서 부하 센터와 배전반은 NEC 및 IEC 또는 기타 적용 가능한 지역 코드에 따라 적절히 사이징되어야 합니다(마찬가지로 적절한 전선 및 케이블 사이징, 올바른 크기의 MCB 선택, 플러그 및 아울렛 정격 계산 등). 이번 단계별 가이드에서는 NEC와 IEC에 따라 패널보드(부하 센터, 배전반 또는 차단기 패널)의 적절한 크기를 선택하는 방법을 해결 예제와 함께 보여드리겠습니다.

패널보드, 부하 센터 및 배전반 또는 컨슈머 유닛

동일한 장비를 지칭하는 다양한 용어가 사용됩니다: 부하 센터, 패널보드, 배전반, 컨슈머 유닛. 간단히 말해, 패널보드 또는 배전반은 회로 차단기와 같은 여러 보호 장치의 조합으로, 조명 포인트와 최종 회로 같은 부하 지점에 전력을 안전하게 제어하고 분배하는 데 사용됩니다.

• 미국에서 사용되는 용어: 패널보드, 부하 센터, 브레이커 박스, 서비스 패널, 메인 전기 패널.
• 영국 및 EU에서 사용되는 용어: 배전반(상업용), 컨슈머 유닛(주거용), 차단기 박스, 메인 패널 등.

이미 이전 게시물에서 자세히 다뤘으니, 단계별 튜토리얼로 넘어가겠습니다. 다음 예제는 메인 차단기의 부하 용량 결정뿐만 아니라 가정의 전체 전기 부하 계산에도 활용할 수 있습니다.

패널보드 및 부하 센터 사이징 방법: 120/240V - NEC

미국 주거용 애플리케이션의 일반적인 전압 레벨은 단상 120V와 240V입니다. 분할 변압기 2차 측에서 나온 세 가닥의 전선(검정색의 Hot 1, 빨간색의 Hot 2, 흰색의 중성선)이 미터 박스와 메인 서비스 패널(메인 스위치 차단기)로 진입합니다.

따라서 단상 배전 시스템에서 사용 가능한 전압은 다음과 같습니다:

• 임의의 핫(Hot 1 또는 Hot 2)과 중성선 사이의 전압 = 120V
• Hot 1과 Hot 2 사이의 전압 = 240V

다음 그림은 패널 박스의 전반적인 개요, 도체 간 전압 레벨, 회로 차단기 수를 보여줍니다.

 

참고 1: 다음 예제는 VA(볼트 × 암페어) 즉, 피상 전력을 기준으로 합니다. 역률이 주거용 건물에서 거의 1(단일)이므로 유효 전력(와트)인 피상 전력 × 역률 또는 VA × PF를 사용할 수도 있습니다. 이 경우 VA 단위의 피상 전력은 W(와트) 단위의 유효 전력과 같습니다.

이제 패널보드(부하 센터 또는 배전반)의 적절한 크기를 결정하기 위한 다음 예제를 살펴보겠습니다.

참고 2: 이 예제는 북미, 특히 미국과 캐나다에서 적용되는 NEC를 기반으로 합니다(NEC 및 CEC 준수). IEC 및 영국/EU 예제는 이 예제 바로 뒤에 나옵니다.

다음은 향후 부하 지점을 위한 공간과 120V 및 240V 회로를 포함한 메인 서비스 패널과 그 다양한 부분에 대한 일반적인 개요입니다.

예제:

다음 부하 지점을 가진 1500 ft²(제곱피트) 또는 139.35 m²(제곱미터) 주택 평면도에 적합한 부하 센터 또는 배전반 크기를 계산하세요:

• 에어컨: 240V × 25A = 6000 VA = 6 kVA
• 전기 레인지: 240V × 35A = 9600 VA = 8.4 kVA
• 전기 히터: 240V × 30A = 7200 VA = 7.2 kVA
• 의류 건조기: 240V × 15A = 3600 VA = 3.6 kVA
• 식기세척기: 120V × 10A = 1200 VA = 1.2 kVA
• 음식물 분쇄기: 120V × 8A = 960 VA = 0.96 kVA
• 주방의 소형 가전 회로 2개(냉장고, 블렌더 등)
• 일반 조명, 팬, 욕실 가전 및 향후 부하 등

해결:

지하실과 차고가 없는 평면도를 기준으로 NEC 코드와 관련 표를 사용하여 다양한 가전제품의 전력 정격을 계산해 보겠습니다.

일반 조명 부하:

주거용 일반 조명 부하(비가전 리셉터클 포함, 예: TV, 스탠드 조명 등)의 최솟값은 ft²당 3 VA입니다(NEC 표 220.12).

따라서 1500 ft²(예제에서 주어진 값)의 일반 조명 부하는:

3 VA × 1500 ft² = 4500 VA = 4.5 kVA

소형 가전 부하

커피 메이커, 토스터 등 소형 가전용으로 주방에 최소 두 개의 120V, 20A 소형 가전 회로가 있어야 합니다(NEC 210.11(C)(1). 이 회로들은 1.5 kVA로 정격되어야 합니다(NEC 220.52(A). 따라서 예제 주택의 소형 가전 부하는:

2 × 1500 VA = 3000 VA = 3 kVA

세탁 회로

세탁 구역에는 최소 하나의 120V, 20A 회로가 있어야 합니다(NEC 210.11(C)(2). 세탁 회로의 최소 VA 정격은 1.5 kVA여야 합니다(NEC 220.52(B). 따라서 세탁 구역의 부하 정격:

1500 VA = 1.5 kVA

따라서 일반 조명, 소형 가전, 세탁 회로를 포함한 총 정격:

• 일반 조명 = 4.5 kVA
• 소형 가전 부하 = 3 kVA
• 세탁 회로 = 1.5 kVA

일반 조명 및 소형 가전 총합 = 4.5 kVA + 3 kVA + 1.5 kVA = 9 kVA

수요 계수

모든 전기 기기가 동시에 작동하지 않는다는 것은 잘 알려져 있습니다(온도에 따라 전기 히터 또는 냉장고 중 하나만 사용). 마찬가지로 모든 장비가 항상 연속적으로 켜져 있는 것은 아닙니다(전기 다리미, 온수기, 조명, 팬 등). 이 때문에 최초 3 kVA는 100%로 정격하고, 나머지 부하는 35%의 수요 계수를 적용합니다(NEC 표 220.42).

• 최초 3 kVA × 100% = 3 kVA
• 나머지 6 kVA (9 kVA - 3 kVA) × 35% = 2.1 kVA

일반 조명 및 소형 가전 순 총합 = 3 kVA + 2.1 kVA = 5.1 kVA

대형 가전 부하

연속 및 비연속 운전되는 고전력 대형 가전은 다르게 처리해야 합니다. 위 예제에는 다음과 같은 고전력 가전이 있습니다:

• 에어컨: 240V × 25A = 6 kVA
• 전기 레인지: 240V × 35A = 8.4 kVA
• 전기 히터: 240V × 30A = 7.2 kVA
• 의류 건조기: 240V × 15A = 3.6 kVA

이미 언급했듯이 에어컨과 전기 히터는 동시에 사용되지 않습니다(온도에 따라 하나만 작동). 이 경우 더 큰 정격의 기기를 고려합니다(NEC 220.82(C)). 예제에서 전기 히터(7.2 kVA)가 에어컨(6 kVA)보다 크므로 히터인 7.2 kVA를 고려합니다.

나머지 가전은 100%로 정격하되, 전기 레인지는 단시간 사용하므로 다른 가전에 비해 매우 비연속적입니다. 7.2 kW 전기 히터의 허용 수요 계수는 5.76 kW입니다(NEC 표 220.55). 역률이 1(단일)이라 가정하면 피상 전력 = 유효 전력, 즉 kVA = kW입니다.

• 전기 레인지: = 8.4 kVA
• 전기 히터 = 5.76 kVA
• 의류 건조기: = 3.6 kVA

대형 가전 순 총합 = 8.4 kVA + 5.76 kVA + 3.6 kVA = 17.76 kVA

기타 부하

예제에 주어진 기타 부하는:

• 식기세척기 = 1.2 kVA
• 음식물 분쇄기 = 0.96 kVA

기타 부하 순 정격 = 1.2 kVA + 0.96 kVA = 2.16 kVA

총 부하

부하 지점	kW 또는 kVA 정격
일반 조명, 세탁 및 소형 부하	5.1 kVA
대형 가전 순 부하	17.76 kVA
기타 가전 부하	2.16 kVA
총 부하	25.02 kVA

필요 서비스 용량

미국 주거용으로 공급되는 일반적인 전압 레벨은 120V/240V입니다. 따라서 최고 전압 레벨을 사용하여 필요 서비스(암페어)를 다음 공식으로 결정할 수 있습니다.

I = P / V

여기서:

• I = 전류(암페어)
• P = 전력(와트) (PF = 1일 때 kVA)
• V = 전압(볼트)

값 대입:

I = 25.02 kVA / 240V

I = 104.25A

즉, 필요 서비스는 105A입니다. 하지만 향후 확장과 안전 계수도 추가해야 합니다.

향후 부하:

향후 확장을 위해 최소 두 개의 분기 회로 공간을 추가하는 것이 중요합니다. 최소 10A씩 2개의 차단기 공간을 추가하면 2 × 10A = 20A

총 암페어 = 20A + 104.25A = 124.25A

안전 계수

부하 센터 내 차단기 작동이 온도 상승에 영향을 받으므로 총 암페어에 20% 안전 계수를 추가하는 것이 권장됩니다.

순 총 암페어 = 20% + 124.25A = 149A

적절한 부하 센터 또는 배전 패널 크기 = 150 암페어

위 계산에 따르면, 부하 센터 또는 패널보드의 적정 크기는 계산값에 가장 가까운 표준 규격인 150A입니다.

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배전반 사이징 방법: 3상, 400V - IEC

다음 예제에서는 영국, EU 및 영연방 국가 등 IEC 규정을 따르는 국가에서 주로 적용되는 3상 400V 배전반의 적정 크기 계산 방법을 보여드리겠습니다.

예제:

가정의 예상 총 부하가 50 kVA인 경우 적절한 3상 배전반 크기는? 부하는 단상 및 3상 시스템(400V 및 230V AC)의 조합으로 에어컨, 냉장고, 전기 레인지, 워터 펌프, 세탁기, 일반 조명 등이 포함됩니다. 역률 0.9를 고려하세요.

해결:

먼저 3상 전류 공식을 사용하여 필요 암페어를 구합니다.

P = √3 × V × I × Cos φ

I = P / (√3 × V × Cos φ)

값 대입:

I = 50 kW / (√3 × 400V × 0.9)

I = 80.18A

수요 또는 다양성 계수:

일반적인 다양성 계수는 연결 부하의 80%입니다(IEC 60439 참조). 이 경우,

80% × 80.18A = 64.15 A.

향후 확장:

안전 계수의 일반적인 경험칙은 20%입니다. 필요시 추가하세요.

20% × 64.15A = 76.98 A

안전 계수

최소 안전 범위는 20-25%입니다. 계산된 부하 전류에 추가합니다:

25% × 76.98 A = 96.22 A

이제 3상 400V 배전반용 MCCB의 가장 가까운 표준 정격은 100A이며, 이는 50 kW 부하를 처리하기에 적합한 크기입니다.

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컨슈머 유닛 사이징 방법: 단상, 230V - IEC

다음 예제에서는 주거용 부하를 처리하기 위한 단상 230V AC 컨슈머 유닛 또는 차고 유닛과 관련 MCB/MCCB의 적정 크기 산출 방법을 보여드리겠습니다.

예제:

가정의 예상 총 부하가 12 kVA인 경우 적절한 단상 컨슈머 유닛 크기를 구하세요.

해결:

일반적인 부하를 가진 주택의 역률은 일반적으로 1(단일)로 간주됩니다. 따라서 총 부하 kVA = kW, 즉 역률이 없으므로 피상 전력이 와트 단위의 유효 전력과 같습니다.

먼저 단상 회로의 전류 공식을 사용하여 부하 전류를 계산합니다.

P = V × I × Cos φ

I = P / (V × Cos φ)

값 대입:

I = 12 kW / (230V × 1)

I = 52.17A

수요 또는 다양성 계수:

일반적인 다양성 계수는 연결 부하의 80%입니다(부하 유형에 따라 IEC 60439에서 적절한 % 선택). 이 경우,

80% × 52.17A = 41.74 A

향후 확장:

안전 계수의 일반적인 경험칙은 20%입니다. 필요시 추가하세요.

20% × 41.74A = 50 A

안전 계수

최소 안전 범위는 20-25%입니다. 계산된 부하 전류에 추가합니다:

25% × 50 A = 62.5 A

따라서 단상 230V 컨슈머 유닛용 MCCB의 가장 가까운 표준 정격인 63A를 선택할 수 있습니다. 계산에 따르면 이 63A MCB 또는 MCCB가 주택의 12kW 부하를 처리하기에 적합한 크기입니다.

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