전선 굵기 계산기 (AWG)

전선 굵기 계산기란?

전선 굵기 계산기는 전기 기술자가 분전반 앞에서 실제로 던지는 질문에 답합니다. 이 회로에는 어떤 굵기의 도체가 필요한가? 부하도 알고, 거리도 알고, 공급 전압도 알고, 도중에 얼마만큼의 전압을 잃어도 되는지도 압니다. 모르는 것은 굵기뿐입니다.

대부분의 전압 강하 도구는 반대 방향으로 작동합니다. 먼저 전선 굵기를 지정하게 한 다음 몇 볼트가 손실되는지 알려주므로, 알맞은 도체를 찾는 일이 추측 게임이 됩니다. 12 AWG를 시도해 6.6% 강하를 보고, 10 AWG를 시도해도 여전히 과하고, 8 AWG를 시도하니 겨우 허용 범위. 이 페이지는 방정식을 뒤집습니다. 설계가 요구하는 도체 단면적을 직접 풀고, AWG 사다리를 올라가 한계를 만족하는 가장 작은 표준 굵기를 바로 제시합니다. 시행착오가 필요 없습니다.

결과는 먼 쪽 끝에서도 쓸 만한 전압을 전달하면서 가장 저렴하고, 가장 가늘며, 가장 쉽게 입선할 수 있는 도체입니다.

전압 강하 기준 선정과 허용 전류 기준 선정은 다릅니다

도체 굵기는 완전히 별개인 두 질문이 결정하며, 이 둘을 혼동하는 것이 긴 회로에서 가장 흔한 실수입니다.

• 허용 전류는 전선이 과열 없이 전류를 흘릴 수 있는지 묻습니다. 이는 안전의 문제로 NEC 표 310.16, 절연물 온도 정격, 주위 온도, 다발 배선이 좌우합니다.
• 전압 강하는 부하를 제대로 돌릴 만큼의 전압이 경로를 살아남는지 묻습니다. 이는 성능의 문제이며 NEC는 이를 강제 규정이 아니라 정보성 주석에서 다룹니다.

짧은 회로에서는 거의 언제나 허용 전류가 결정합니다. 구리 12 AWG는 20 A에 적합하고 30피트 정도는 손실이 무시할 만합니다. 긴 회로에서는 전압 강하가 완전히 주도권을 잡습니다. 분리된 차고까지 200피트 뻗는 20 A 회로는 발열 관점에서 12 AWG로도 완벽히 합법이지만, 끝단의 부하는 107 V만 볼 수도 있습니다. 이 계산기는 전압 강하를 기준으로 굵기를 정합니다. 허용 전류는 항상 따로 확인하고 둘 중 큰 굵기를 사용하세요.

전압 강하를 무시한 결과는 실제로 나타납니다. 전압이 모자란 유도 전동기는 같은 토크를 내려고 더 많은 전류를 끌어 권선을 태우고, 백열등은 광출력이 급격히 떨어지며, LED 드라이버는 불규칙하게 동작하고, 저항식 히터는 전압의 제곱에 비례해 출력을 잃습니다. 전압 5% 손실은 열의 거의 10%를 앗아갑니다. 잃어버린 볼트는 벽 속에서 열로 타 버립니다.

계산기는 어떻게 작동하나요?

이 도구는 옴의 법칙의 서큘러 밀 표현과 NEC 9장 표 8에 실린 도체 특성을 사용합니다. 고전적인 전압 강하 근사와 같은 토대를, 단면적에 대해 풀도록 재배열한 것입니다.

1단계 — 저항률 상수. $K$는 단면적 1 서큘러 밀, 길이 1피트인 도체의 저항으로, 단위는 피트당 옴-서큘러 밀이며 온도는 75 °C입니다.

$$K_{\text{copper}} = 12.9 \qquad K_{\text{aluminum}} = 21.2$$

알루미늄의 상수는 약 64% 더 높으며, 같은 작업에 알루미늄이 눈에 띄게 굵은 도체를 요구하는 이유가 바로 이것입니다.

2단계 — 상 계수. 전류는 완전한 회로를 돌아야 합니다. 직류와 단상 교류는 한쪽 도체로 가서 다른 쪽으로 돌아오므로 편도 길이가 두 번 계산됩니다. 평형 삼상 계통에서는 선전류가 120° 어긋나 부분적으로 상쇄되므로 계수가 $\sqrt{3}$으로 낮아집니다.

$$n_{\text{DC}} = 2 \qquad n_{\text{single}} = 2 \qquad n_{\text{three}} = 1.732$$

3단계 — 잃어도 되는 전압. 백분율 한계가 볼트 수로 바뀝니다.

$$V_{\text{allowed}} = V_{\text{source}} \times \frac{P_{\text{max}}}{100}$$

기본값은 3%로, NEC 210.19(A) 및 **215.2(A)**의 정보성 주석에 나오는 분기 회로 목표치입니다(간선과 분기 회로를 합쳐 5%).

4단계 — 단면적에 대해 풀기. 이것이 바로 역산입니다. 전압 강하 공식을 도체 단면적에 대해 재배열하면 다음이 됩니다.

$$CM_{\text{required}} = \frac{n \times K \times I \times L}{V_{\text{allowed}}}$$

여기서 $I$는 암페어 단위 부하 전류, $L$은 피트 단위의 편도 회로 길이입니다.

5단계 — 사다리 오르기. 계산기는 표준 AWG 굵기를 작은 것부터 훑어 표의 단면적이 $CM_{\text{required}}$ 이상이 되는 첫 굵기에서 멈춥니다.

번호가 거꾸로 간다는 점에 유의하세요. 번호가 작을수록 전선은 굵습니다.

6단계 — 실제 수치 알려주기. 선택된 도체는 거의 언제나 꼭 필요한 것보다 크므로 실제 강하는 한계 아래로 내려갑니다. 계산기는 단면적을 미터법으로 환산하고 참값 강하를 다시 계산합니다.

$$A_{\text{mm}^2} = CM \times 0.0005067$$ $$V_{\text{drop}} = \frac{n \times K \times I \times L}{CM_{\text{selected}}}$$

계산 예시

예시 1 — 100 ft 떨어진 20 A 분기 회로

단상 20 A 부하가 120 V 분전반에서 100 ft(30.48 m) 떨어져 있습니다. 구리 도체, 목표 3%.

허용 손실:

$$V_{\text{allowed}} = 120 \times \frac{3}{100} = 3.6$$

필요 단면적:

$$CM_{\text{required}} = \frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 100}{3.6} = 14{,}333.33$$

14,333.33 서큘러 밀 이상인 표의 첫 굵기는 16,510 CM의 8 AWG입니다. 미터법으로는 다음과 같습니다.

$$A_{\text{mm}^2} = 16{,}510 \times 0.0005067 = 8.37$$

그리고 실제로 발생하는 강하:

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times 12.9 \times 20 \times 100}{16{,}510} = 3.13$$ $$P_{\text{actual}} = \frac{3.13}{120} \times 100 = 2.60$$

즉 8 AWG 구리, 8.37 mm², 손실 3.13 V — 공급 전압의 2.60%로 3% 목표 안에 여유 있게 들어옵니다. 허용 전류만 따지면 12 AWG로 충분했겠지만, 두 단계를 올리게 만든 것은 거리입니다.

예시 2 — 삼상 알루미늄 간선

삼상 40 A 부하가 240 V 전원에서 250 ft 떨어진 곳까지 알루미늄으로 이어집니다. 목표 3%.

$$V_{\text{allowed}} = 240 \times \frac{3}{100} = 7.2$$ $$CM_{\text{required}} = \frac{1.732 \times 21.2 \times 40 \times 250}{7.2} = 50{,}997.78$$

50,997.78 CM를 넘어서는 첫 굵기는 52,620 CM의 3 AWG, 즉 26.66 mm²입니다. 실제 강하:

$$V_{\text{drop}} = \frac{1.732 \times 21.2 \times 40 \times 250}{52{,}620} = 6.98$$ $$P_{\text{actual}} = \frac{6.98}{240} \times 100 = 2.91$$

3 AWG 알루미늄, 강하 2.91%. 여기서는 상반된 두 효과가 작용했습니다. 알루미늄의 높은 저항률이 굵기를 밀어 올렸고, 2 대신 1.732인 삼상 계수가 이를 다시 끌어내렸습니다.

예시 3 — 표의 굵기에 정확히 떨어지는 경우

가끔 요구값이 표의 항목에 정확히 일치합니다. 120 V에서 한계 **2.15%**로 구리 100 ft에 6.53 A를 흘리는 경우를 봅시다.

$$V_{\text{allowed}} = 120 \times \frac{2.15}{100} = 2.58$$ $$CM_{\text{required}} = \frac{2 \times 12.9 \times 6.53 \times 100}{2.58} = 6{,}530.00$$

이는 12 AWG의 단면적과 정확히 같습니다. 비교가 “이상”이므로 계산기는 10 AWG로 올라가지 않고 12 AWG를 선택합니다. 3.31 mm²이며, 실제 강하는 허용치와 정확히 같아집니다.

$$V_{\text{drop}} = \frac{2 \times 12.9 \times 6.53 \times 100}{6{,}530} = 2.58$$

120 V의 2.15%로 설계가 한계선에 정확히 걸칩니다. 전류를 6.6 A로 올리면 요구값은 6,600 CM이 되어 12 AWG로는 더 이상 감당할 수 없고, 답은 10 AWG로 건너뜁니다.

예시 4 — 표의 끝을 넘어서는 경우

120 V에서 3% 목표로 500 ft 떨어진 200 A 부하:

$$CM_{\text{required}} = \frac{2 \times 12.9 \times 200 \times 500}{3.6} = 716{,}666.67$$

이는 가장 큰 AWG 굵기인 4/0 단면적의 세 배가 넘습니다. 계산기는 잘못된 굵기를 내놓는 대신 이 회로가 표의 범위를 벗어났음을 알려줍니다. kcmil 도체, 병렬 배선, 또는 훨씬 합리적인 선택으로 더 높은 공급 전압이 필요합니다.

실무 참고 사항

• 편도 거리를 입력하세요. 계수가 이미 직류 및 단상 회로에 대해 두 배로 계산합니다. 분전반과 부하 사이의 직선거리가 아니라, 벽을 타고 오르고 장선을 따라가며 장애물을 우회하는 실제 배선 경로대로 측정하세요.
• 전선을 굵히는 것보다 전압을 올리는 편이 낫습니다. 전력은 전압 곱하기 전류이므로 같은 와트를 공급하는 240 V 회로는 전류가 절반이고 게다가 쓸 수 있는 볼트가 두 배입니다. 백분율 강하로 보면 네 배 개선을 공짜로 얻는 셈입니다. 예시 4는 240 V에서는 3/0 문제이고 480 V에서는 사소한 일입니다.
• 알루미늄은 대략 두 단계만큼의 대가를 치릅니다. 구리의 12.9에 대해 $K = 21.2$이므로 같은 강하를 얻으려면 약 64% 더 큰 단면적이 필요합니다. 길이당 값이 싸고 입선이 가벼워 간선에서는 여전히 유리한 경우가 많으니, 더 굵은 전선관 비용만 미리 잡아 두세요.
• 백분율 목표를 조이면 비쌉니다. 필요 단면적은 허용 강하에 반비례합니다. 한계를 3%에서 1.5%로 절반으로 줄이면 필요한 서큘러 밀이 두 배가 되며, 보통 세 단계에 해당합니다. 엄격한 한계는 민감한 장비에 남겨 두세요.
• 이것은 직류 저항 근사입니다. 도체의 리액턴스, 75 °C를 넘는 온도 상승, 역률을 무시합니다. 대다수 분기 회로와 짧은 간선에는 충분히 정확합니다. 긴 회로, 아주 굵은 도체, 나쁜 역률에는 NEC 9장 표 9의 교류 임피던스 값을 사용하세요. 결과는 견실한 설계 추정치이지 기술 검토의 대체물이 아닙니다.
• 결과를 양방향으로 확인하세요. 굵기가 정해지면 전압 강하 계산기로 확인하고, 옴의 법칙 계산기로 허용 전류를 따지고, 부하는 와트 암페어 변환 계산기로 환산하세요.

자주 묻는 질문

3% 한계는 법적 의무인가요? 아닙니다. NEC에서는 정보성 주석으로 등장하는 지침이며 강제 규정이 아닙니다. 다만 일부 지역 개정, 전력회사 요구사항, 장비 사양이 이를 구속력 있게 만들기도 하고, 더 엄격한 한계를 두는 곳도 있습니다. 분기 회로 3%, 전체 5%로 설계하면 거의 모두를 만족시킵니다.

전선이 굵어지는데 번호는 왜 작아지나요? American Wire Gauge는 봉재가 최종 지름에 이를 때까지 통과하는 신선 다이스의 개수를 셉니다. 통과 횟수가 많을수록 가늘어지고 번호는 커집니다. 눈금이 1 AWG에서 끝나면 1/0, 2/0, 3/0, 4/0으로 이어지며 뒤로 갈수록 굵어집니다.

서큘러 밀이란 무엇인가요? 지름이 1밀, 즉 1000분의 1인치인 원의 면적입니다. 전선 표가 이를 쓰는 이유는 서큘러 밀 단위 면적이 밀 단위 지름의 제곱 그 자체여서 $\pi$가 전혀 필요 없고, 도체 비교가 아주 쉬워지기 때문입니다.

미터법으로 입력할 수 있나요? 가능합니다. 길이 항목을 미터나 킬로미터로, 전류 항목을 밀리암페어나 킬로암페어로 바꾸면 계산기가 내부적으로 NEC 상수가 기대하는 피트와 암페어로 환산합니다. 단면적 결과도 mm², cm², in² 사이로 전환됩니다.

답이 제 차단기가 요구하는 것보다 큰데 잘못된 건가요? 아닙니다, 바로 그것이 핵심입니다. 허용 전류와 전압 강하는 서로 독립적인 제약이며 긴 회로에서는 전압 강하가 이깁니다. 20 A 차단기는 12 AWG를 충분히 보호하지만, 100 ft에서는 부하가 쓸 만한 전압을 받도록 여전히 8 AWG가 필요합니다. 항상 두 답 중 큰 쪽을 시공하세요.