구리 전류용량 차트: 부스바 읽기 및 크기 조정 방법 | 부스바 공장

산업용 배전 프로젝트에 적합한 구리 도체 크기를 선택하는 것은 종종 이 바 또는 케이블이 얼마나 많은 전류를 안전하게 전달할 수 있는가라는 한 가지 질문으로 시작됩니다. 구리 전류용량 차트가 답을 제공하지만 올바른 가정 하에서 읽는 경우에만 가능합니다. 온라인에서 찾을 수 있는 일반 차트는 NEC(National Electrical Code)에 따라 도관 내부의 절연 전선용으로 제작되었습니다. 이 수치는 대기 중에 장착된 순동 버스바에는 직접 적용되지 않습니다. 이 기사에서는 두 가지 유형의 차트를 해석하는 방법을 설명하고 미터법 구리 버스바 참조 테이블을 제공하며 선택한 크기가 특정 설치에서 유지되는지 여부를 결정하는 요소를 안내합니다.

전류용량이란 무엇이며 구리 도체에 중요한 이유

전류용량은 도체가 온도 정격을 초과하지 않고 지속적으로 전달할 수 있는 최대 전류량입니다. 물리적 논리는 간단합니다. 도체를 통해 흐르는 전류는 전기 저항으로 인해 열을 발생시킵니다. 생성된 열이 주변 환경으로 발산되는 열과 같을 때 도체는 안정적인 온도에 도달합니다. 그 균형을 초과하면 온도는 절연체의 한계나 금속의 기계적 성질을 넘어 상승합니다.

도체 크기는 전류용량에 영향을 미치는 주요 요인이지만 이것이 유일한 요인은 아닙니다. 주변 온도, 절연 등급, 도체 수 및 설치 방법은 모두 최종 숫자를 이동시킵니다. 구리 전류용량 차트는 이러한 변수를 표 형식으로 캡처하므로 특정 조건에 따라 크기를 선택할 수 있습니다. 전류용량을 정격 전류 또는 단락 용량과 구별하는 것이 중요합니다. 전류용량은 연속적인 정상 상태 한계입니다. 단락 내성 성능은 열 에너지(I²t)를 기준으로 별도로 계산되며 독립적으로 확인해야 합니다.

구리 전류용량 차트를 읽는 방법

미국에서 가장 널리 참조되는 구리선 전류용량 표는 NEC 표 310.15(B)(16) 및 (B)(17)을 기반으로 합니다. 이 표에서는 3개 이하의 전류 전달 도체, 주변 온도 30°C, 최대 전압 2,000V를 가정합니다. 설치가 이러한 가정에서 벗어나면 보정 계수를 적용해야 합니다. 그 전에 표의 어느 열이 지휘자에게 적용되는지 식별해야 합니다.

온도 등급과 그 의미

전류용량 표의 60°C, 75°C 및 90°C 열은 주변 공기 온도가 아니라 도체 절연체의 최대 허용 작동 온도를 나타냅니다. 올바른 열은 절연 유형과 종단점의 온도 등급에 따라 달라집니다. 예를 들어, 90°C 등급의 THHN 전선은 90°C 열을 사용하여 선택할 수 있지만 75°C 등급의 장비에서 종단되는 경우 75°C 열이 최종 전류용량을 결정합니다. 이는 패널 설계 시 대형 오류가 발생하는 일반적인 원인입니다.

차트 가정의 설치 조건

NEC 전류용량 값은 명시된 설치 조건(도관 또는 케이블에 3개 이하의 도체, 주변 온도 30°C, 표에 지정된 대기 또는 도관 설치)에서만 유효합니다. 더 많은 도체를 함께 묶으면 열 방출이 저하되므로 경감 계수를 적용해야 합니다. 주변 온도가 30°C를 초과하는 경우 온도 보정 계수가 필요합니다. 이러한 조정 계수는 NEC 표 310.15(B)(1) 및 310.15(B)(2)에 나와 있으며 규정 준수 설계에 필수입니다.

아래 표는 NEC 표 310.15(B)(16)을 기준으로 한 대표적인 구리선 전류용량을 보여줍니다. 이 값은 도관에 3개 이하의 전류 전달 도체, 주변 온도 30°C, 절연 등급 60°C, 75°C 및 90°C를 가정합니다.

이 값은 건물 배선 및 일반 전기 설비에 사용됩니다. 이는 순동 버스바의 전류 운반 용량을 나타내지 않습니다.

구리선과 구리 버스바: 다양한 응용 분야에 대한 다양한 차트

구리 전류용량 차트를 검색하는 많은 엔지니어들은 와이어 테이블에 착지하여 이를 버스바 선택에 실수로 적용합니다. 이 접근 방식은 부스바의 크기를 크게 줄입니다. 그 이유는 물리적인 가정에 있습니다. 도관 내부의 절연 전선은 단열재가 열 장벽 역할을 하고 도관이 공기 순환을 제한하기 때문에 열 방출이 좋지 않습니다. 자유 대기의 순동 버스바는 대류와 복사를 통해 훨씬 더 효과적으로 열을 방출하므로 동일한 단면적에서 훨씬 더 많은 전류를 전달할 수 있습니다.

구체적인 비교를 통해 이는 명확해집니다. 90°C 절연 처리된 2AWG 구리선은 NEC당 약 130A를 전달합니다. 공개된 구리 버스바 데이터에 따르면 1/4인치 x 2인치(대략 6.35mm x 50.8mm) 크기의 순동 버스바는 자유 대기 온도가 30°C 상승할 때 약 710A를 전달합니다. 두 도체 모두 비슷한 정도의 구리 질량을 포함하지만 부스바의 노출된 표면적과 우수한 냉각 기능으로 인해 5배 이상의 전류를 처리할 수 있습니다. 이것이 부스바 선택 시 절연 등급이 아닌 온도 상승에 따른 다른 참조 테이블을 사용하는 이유입니다.

구리 부스바 전류용량 참조표(미터법 치수)

산업용 부스바 선택의 경우 지배적인 매개변수는 절연 온도 등급보다는 주변 온도보다 높은 온도 상승입니다. 아래 표는 게시된 구리 버스바 전류용량 데이터의 변환을 기반으로 미터법 치수로 순동 버스바에 대한 참조 전류용량을 제공합니다. 값은 60Hz AC에서 작동하고 방사율이 약 0.4(대략 60일 동안 산업 공기에 노출된 표면의 경우 일반적)인 자유 공기 중의 단일 순동 막대를 가정합니다.

이러한 값은 최종 설계 데이터가 아닌 초기 크기 조정을 위한 엔지니어링 참조입니다. 실제 전류용량은 특정 표면 상태, 정확한 합금, 버스바 배열 및 인클로저에 따라 달라집니다. 항상 버스바 제조업체에 문의하거나 테스트를 통해 최종 등급을 확인하십시오.

실제 설치에서 구리 전류용량에 영향을 미치는 요소

참조 차트는 자유 공기에 단일 막대가 있다고 가정합니다. 실제 설치에는 그림이 바뀌는 조건이 도입됩니다. 부스바 크기를 결정하기 전에 네 가지 요소를 고려해야 합니다.

주변 온도 및 온도 상승

온도 상승은 도체의 작동 온도와 주변 공기 온도의 차이입니다. 위의 표에서는 특정 주변 온도를 가정합니다. 설치 장소의 주변 온도가 더 높은 경우 동일한 전류로 인해 전체 도체 온도가 더 높아집니다. 도체를 최대 작동 온도 내로 유지하려면 정격 온도 상승을 줄여야 합니다. 예를 들어, 30°C 주변 온도에서 50°C 상승하도록 설계된 부스바는 총 80°C에 도달합니다. 주변 온도가 40°C인 실내에서는 동일한 전류에서 동일한 바가 90°C에 도달하며 이는 허용 한계를 초과할 수 있습니다.

도체 배열 및 인클로저

병렬로 장착된 여러 부스바는 서로의 냉각을 방해하는 열을 발생시킵니다. 폐쇄된 인클로저 내부의 부스바는 공기 흐름을 제한하여 열 방출을 줄입니다. 밀폐된 버스웨이는 야외에 있는 동일한 베어바보다 전류용량이 상당히 낮습니다. 스위치기어 라인업 또는 버스웨이 실행을 설계할 때 단일 바 자유 대기 데이터에서 추정하는 대신 전체 어셈블리에 대해 제조업체가 게시한 등급을 사용하십시오. 공간이 좁고 열 방출이 제한된 설치의 경우 인클로저와 도체 간격이 의도한 정격에 맞게 설계되었기 때문에 고밀도 소형 버스웨이 시스템이 실용적인 엔지니어링 선택인 경우가 많습니다.

고전류에서의 표피 효과

AC 시스템에서 교류 전류는 도체의 외부 표면 쪽으로 집중됩니다. 이것이 표피 효과입니다. 단면적이 커질수록 유효 전류 운반 면적은 전체 면적에 비해 줄어들어 유효 저항이 증가합니다. AC 애플리케이션용으로 게시된 부스바 전류용량 표에는 바 크기에 따라 증가하는 표피 효과 비율이 포함되어 있습니다. 60Hz에서 120×10mm 바는 단면적이 두 배임에도 불구하고 60×10mm 바 전류의 두 배를 전달하지 않습니다. 더 작은 버스바에서 훨씬 더 큰 버스바로 이동할 경우 차트 메모에 있는 AC 경감 계수를 적용하십시오. 매우 높은 전류의 경우 하나의 거대한 막대 대신 병렬로 연결된 여러 개의 작은 막대를 고려하십시오. 이는 표면적 활용도를 향상시키고 기계적 취급을 용이하게 합니다.

구리 버스바 크기 조정을 위한 실제 단계

전류용량 기준이 있으면 구조화된 절차에 따라 부하 요구 사항을 버스바 크기로 변환합니다. 아래 단계는 산업용 배전 설계에 대한 표준 엔지니어링 관행을 반영합니다.

1. 부하 전류를 결정합니다. 총 연속 부하 전류를 계산하고 향후 확장을 위해 합리적인 마진을 추가합니다. NEC에서는 일반적으로 연속 부하의 125%에 해당하는 도체 크기를 요구합니다. 버스바 시스템의 경우 해당 코드와 프로젝트 사양을 확인하십시오.
2. 설치 조건을 확인하십시오. 주변 온도, 바가 자유 공기에 있는지 밀폐된 버스웨이에 있는지 여부, 평행 바 수 및 시스템 주파수(50Hz 또는 60Hz)를 문서화합니다. 이러한 요인에 따라 적용되는 수정 요인이 결정됩니다.
3. 전류용량 차트에서 예비 크기를 선택합니다. 예상되는 온도 상승 시 전류용량이 필요한 전류에 가장 가깝지만 그 이하가 아닌 부스바 치수를 선택하십시오. 일반적인 실내 스위치기어 응용 분야에는 50°C 상승 컬럼을 사용하고 근처에 민감한 장비가 있는 설치에는 30°C 상승 컬럼을 사용하십시오.
4. 보정 계수를 적용합니다. 주변 온도 및 인클로저 효과에 대한 보정 계수를 차트 값에 곱합니다. 감소된 값이 여전히 부하 전류에 여유를 더한 값을 초과하는 경우 선택이 적절합니다. 그렇지 않은 경우 다음 막대 크기로 올라갑니다.
5. 기계적 및 단락 한계를 확인하십시오. 선택한 바가 사용 가능한 공간에 맞는지, 실제 인클로저 조건에서 온도 상승이 절연 또는 코팅 한계 내에 있는지 확인하십시오. 고장 전류 듀티가 높은 경우 I²t 값을 사용하여 별도의 단락 내열성 점검을 수행하십시오.

밀폐된 버스웨이 내부에 설치된 40°C 주변 온도의 1,000A 부하를 생각해 보십시오. 자유 대기 테이블에서 시작하여 50°C 상승 시 100 × 6mm 바의 정격은 1,290A입니다. 이 구성의 일반적인 밀폐형 버스웨이 경감 계수는 대략 0.8이며 1,032A를 산출합니다. 필요한 안전 여유를 추가하면 1,000A 부하에 대한 여유가 최소화되므로 80 × 10mm 바(1,470A × 0.8 = 1,176) A) 또는 120 × 5mm 바(1,360A × 0.8 = 1,088A)가 더 안전한 시작점이 될 것입니다. 이러한 종류의 조정은 원시 차트 값만으로는 최종 선택에 거의 충분하지 않은 이유입니다.

구리 대 알루미늄 버스바: 구리를 선택해야 하는 경우

구리가 항상 모든 버스바 애플리케이션에 자동으로 적용되는 것은 아닙니다. 구리와 알루미늄 간의 결정은 현재 등급, 공간, 비용 및 환경 노출에 따라 결정됩니다. 구리는 대략 100% IACS 전도성과 뛰어난 내식성을 갖고 있습니다. 이는 동일한 전류에서 구리 막대가 알루미늄 막대보다 작을 수 있음을 의미합니다. IACS가 약 61%인 알루미늄은 동일한 전류를 전달하기 위해 더 큰 단면적(약 1.6배)이 필요하며 무게는 구리의 약 1/3에 불과합니다.

공간이 제한적이고 연결 신뢰성이 중요한 애플리케이션의 경우 구리가 승리합니다. 구리의 안정적인 산화물 층은 전도성을 유지하는 반면, 알루미늄 산화물은 절연체이므로 핫스팟을 방지하기 위해 세심한 표면 준비와 특수 커넥터가 필요합니다. 대기가 공격적인 해안 또는 산업 환경에서는 구리의 자연적인 내식성으로 인해 유지 관리가 줄어듭니다. 반면, 알루미늄의 가벼운 무게는 긴 부스바 작동 및 무게가 설계 제약이 되는 풍력 터빈 타워와 같은 구조물에 매력적입니다. 현재 등급이 보통이고 공간이 여유 있을 때 낮은 비용도 결정적입니다.

원형 단면의 기계적 및 열적 이점을 갖춘 절연된 관형 부스바가 필요한 경우 구리와 알루미늄 모두 실행 가능한 도체 재료입니다. 에폭시 수지 주조 관형 부스바와 같은 절연 시스템의 선택은 열악한 환경에서의 유전체 성능 및 장기적인 신뢰성을 위해 도체 금속보다 더 중요한 경우가 많습니다.