차단기 선정, 부하 용량보다 전선 허용전류가 먼저입니다

분전반 상세도를 그리다 보면 차단기 칸에서 한 번씩 멈추게 됩니다. 부하 용량을 계산해 전류는 뽑았는데, 그 값에 가장 가까운 정격을 올리면 되는 건지 애매할 때가 있는데요. 결론부터 말씀드리면, 차단기 정격의 상한은 부하가 아니라 전선이 결정합니다. ■ 첫 번째, 설계전류와 허용전류 사이 KEC 212.4.1은 과부하 보호 조건을 두 개의 식으로 정리해 두었습니다. 설계전류(IB) ≤ 차단기 정격전류(In) ≤ 케이블 허용전류(Iz), 그리고 차단기가 규약시간 안에 확실히 동작하는 전류(I2) ≤ 1.45 × Iz 입니다. 읽어보면 단순한데, 현장에서 걸리는 쪽은 늘 오른쪽입니다. 부하가 늘어 차단기를 한 단계 올려두고 전선 굵기는 그대로 둔 경우인데요. 이러면 사고가 났을 때 차단기보다 전선이 먼저 열을 받습니다. 차단기는 부하를 지키는 장치가 아니라, 그 뒤에 깔린 케이블을 지키는 장치니까요.

■ 그래서 계산은 이렇게 합니다 식만 봐서는 감이 잘 안 오니 숫자를 한 번 넣어보겠습니다. 단상 220 V에 5 kW짜리 부하 하나를 전용 분기회로로 뽑는다고 가정하고, 차단기는 산업용 배선차단기(KS C 8321) 기준으로 보겠습니다. 먼저 설계전류입니다. 5,000 ÷ 220 = 약 22.7 A. 이 값이 IB입니다. 다음이 차단기입니다. IB 이상인 표준 정격을 고르면 됩니다. 산업용 계열은 20 A 다음이 30 A이니 30 A가 답입니다. 20 A로는 부하를 못 버팁니다. 마지막이 전선입니다. Iz가 30 A 이상이어야 하는데요. PVC 절연 구리도체를 공사방법 B1(관 안에 넣는 배선), 2개 부하 도체로 보면 2.5 ㎟가 24 A, 4 ㎟가 32 A입니다. 24 A로는 30 A를 못 받으니 4 ㎟로 갑니다. 검산하면 22.7 ≤ 30 ≤ 32 으로 첫 번째 식을 통과합니다. 두 번째 식은 산업용 배선차단기의 동작전류가 정격의 1.3배이니 I2가 1.3 × 30 = 39 A이고, 허용 한계는 1.45 × 32 = 46.4 A이니 여유가 있습니다.

여기서 짚고 갈 것이 하나 있습니다. 산업용 배선차단기는 동작전류가 정격의 1.3배로 정해져 있어서, 첫 번째 식만 통과하면 두 번째 식은 저절로 따라옵니다. 그래서 실무에서는 In ≤ Iz 하나만 정확히 보면 됩니다. 대신 진짜 함정은 보정계수 쪽인데요. 위의 32 A는 주위온도 30도에 그 관에 다른 회로가 없을 때의 값입니다. 주위온도가 40도면 0.87을 곱하고, 같은 관에 3회로가 함께 들어가면 0.7을 또 곱합니다. 같은 4 ㎟가 32 × 0.87 × 0.7 = 약 19.5 A까지 떨어집니다. 30 A 차단기를 못 받습니다. 6 ㎟(41 A)로 올려도 약 25.0 A라 여전히 모자라고, 10 ㎟(57 A)까지 가야 약 34.7 A로 30 A를 받습니다. 같은 부하, 같은 차단기인데 전선이 4 ㎟에서 10 ㎟로 바뀝니다. 보정계수를 빼먹은 도면과 챙긴 도면의 차이가 여기서 갈립니다. ■ 두 번째, AT는 맞는데 kA가 모자란 경우 정격전류만 보고 넘어가면 놓치는 것이 차단용량입니다. KEC 212.5.5는 정격차단용량이 그 설치점에서 예상되는 최대 단락전류보다 커야 한다고 못 박고 있습니다. 같은 100 A 차단기라도 수전실 가까운 주차단기와 최말단 세대 분전반은 예상 단락전류가 다릅니다. 변압기에 가까울수록 단락전류가 크니, 상부 쪽 차단기의 kA를 가장 신경 써야 하는데요. 다만 전원측에 단락고장전류 이상의 차단능력을 가진 과전류차단기가 있고 두 장치의 통과에너지가 협조되면 예외를 인정합니다. 도면에서는 이 판단의 근거가 남아야 하니, 단락전류 계산서와 한 세트로 검토하는 편이 안전합니다. ■ 세 번째, 주택용이냐 산업용이냐 의외로 자주 지나치는 항목입니다. KEC 212.3.4는 일반인이 접촉할 우려가 있는 장소, 즉 세대 내 분전반과 이에 준하는 장소에는 주택용 배선차단기를 시설하도록 하고 있습니다. 둘은 동작 특성 자체가 다릅니다. 산업용은 정격의 1.05배에서 부동작, 1.3배에서 동작이고, 주택용은 1.13배와 1.45배입니다. 같은 'AT'라도 트립되는 지점이 다르다는 뜻인데요. 여기에 주택용은 순시트립 범위로 B형(정격의 3배 초과 5배 이하), C형(5배 초과 10배 이하), D형(10배 초과 20배 이하)이 나뉩니다. 기동 돌입전류가 있는 전동기나 변압기 부하에 B형을 걸면 정상 상태에서 자꾸 떨어지는 이유가 여기 있습니다.

정리하면 차단기 선정은 세 번 확인하는 일입니다. 전선 허용전류로 상한을 잡고, 그 지점의 단락전류로 차단용량을 잡고, 설치 장소로 주택용과 산업용을 가르는 것. 도면에 숫자 하나를 적기까지 이 세 가지를 다 지나야 하니까요. 근거 「한국전기설비규정(KEC)」 212.3.4·212.4.1·212.5.5, 표 212.3-2~212.3-4 「전기설비 검사·점검 기준(KESC)」 240.2 KS C IEC 60364-5-52 부속서 B (허용전류·보정계수) KS C 8321 배선용차단기 (정격전류 계열)