와이어 크기, 구리 와이어 생산, 절연 유형 및 가정용 배선 가이드

전선 크기 측정 방법: AWG, mm² 및 숫자의 의미

와이어 크기는 도체의 단면적, 즉 전류를 전달하는 데 사용할 수 있는 구리(또는 알루미늄)의 양을 측정한 것입니다. 두 가지 시스템이 지배적입니다. 하나는 북미에서 사용되는 AWG(American Wire Gauge) 표준이고 다른 하나는 유럽, 호주 및 기타 세계 대부분 지역에서 사용되는 미터법 mm²(평방 밀리미터) 시스템입니다. 국제 공급망에서 전선을 지정하거나 수입 전기 장비를 사용하는 사람에게는 두 가지를 모두 이해하는 것이 필수적입니다.

AWG: 미국 시스템의 작동 방식

AWG는 직관에 반하는 시스템입니다. 게이지 번호가 높을수록 와이어가 작아집니다. . AWG 4는 중장비 회로에 적합한 대형 도체입니다. AWG 24는 전화 케이블 내부의 미세한 전선입니다. 스케일은 와이어를 생산하는 데 필요한 드로잉 다이 패스 수에서 비롯됩니다. 패스가 많을수록 와이어가 더 얇아지고 게이지 수가 높아집니다. 수학적 관계는 정확합니다. 6AWG 단계가 증가할 때마다 단면적이 절반으로 줄어들고, 3단계 증가할 때마다 직경이 약 절반으로 줄어듭니다.

데이터시트 없이 AWG에서 와이어 크기를 측정하려면 와이어 게이지 도구(보정된 슬롯이 있는 평평한 강철판)를 사용하여 깨끗하게 맞는 가장 작은 슬롯을 찾을 때까지 노출된 도체를 슬롯에 삽입합니다. 이는 AWG를 직접 제공합니다. 또는 디지털 캘리퍼스를 사용하여 노출된 도체 직경을 측정하고 표준 AWG 테이블에 대한 상호 참조를 수행합니다. AWG 12는 직경 2.053mm를 측정합니다. AWG 14는 1.628mm를 측정합니다. AWG 10의 크기는 2.588mm입니다. 절연선 직경을 측정하지 마십시오 — 절연체 두께는 유형 및 전압 정격에 따라 다르며 게이지 판독값이 부정확하게 표시됩니다.

미터법 mm² 시스템

IEC 미터법 시스템은 전류 용량을 직접적이고 직관적으로 측정하는 도체의 실제 단면적(제곱밀리미터)으로 와이어 크기를 지정합니다. 일반적인 주거용 크기는 1.5mm²(조명 회로, 대략 AWG 14에 해당), 2.5mm²(소켓 콘센트 회로, 대략 AWG 12), 4mm²(밥솥 및 샤워기 회로, 대략 AWG 10), 6mm²(서브피드 및 고부하 기기, 대략 AWG 8)입니다. 측정된 직경에서 mm²를 계산하려면: 면적 = π × (직경/2)².

위 표의 전류 등급은 60°C 절연 등급 및 30°C 주변 온도에서 도관의 구리 도체에 대한 NEC(National Electrical Code) 전류 용량 값을 반영합니다. 도관 없이 벽에 묶여 있거나 주변 환경이 높은 환경에서 실행되는 전선은 정격을 줄여야 합니다. NEC는 전류 전달 도체가 3개 이상인 도관에 대해 보정 계수를 0.5배만큼 낮게 지정합니다. 크기가 작은 전선은 즉시 고장이 나지 않습니다. 천천히 과열되어 결함이나 화재가 발생할 때까지 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 절연 성능이 저하됩니다.

구리선이 생산되는 방법: 음극에서 완성된 도체까지

구리선 생산은 정제된 구리 음극(제련된 광석을 전해 정제하여 생산된 99.99% 순수 구리의 평판)으로 시작하여 정확한 직경으로 그려지고 올바른 성질로 어닐링된 완성된 도체로 끝나고 절연 또는 직접 판매를 위해 릴에 감겨지는 다단계 산업 공정입니다. 전 세계 전선 및 케이블 산업은 약 연간 구리 생산량은 2,800만 미터톤입니다. , 이는 금속의 가장 큰 단일 최종 용도 범주가 됩니다.

1단계: 막대로 연속 주조

구리 음극은 약 1,085°C(구리의 녹는점)에서 용광로 또는 유도로에서 용해되어 20세기 중반에 전선 산업을 위해 특별히 개발된 Properzi 또는 CONTIROD 주조라는 공정을 통해 연속 막대로 주조됩니다. 용융된 구리는 홈이 있는 주조 휠과 강철 벨트로 형성된 움직이는 주형에 부어지고 휠에서 빠져나오면서 직경 8mm의 연속 막대로 응고됩니다. 그런 다음 로드는 600°C 이상에서 일련의 압연 스탠드를 통해 즉시 열간 압연되어 와이어 인발의 시작 재료로 사용되는 표준 8mm 구리 로드로 감소됩니다. 연속 주조로 막대를 생산합니다. 균일한 입자 구조와 최소한의 산화물 함유물 — 와이어 파손 없이 안정적인 도면을 만드는 데 필수적입니다.

2단계: 와이어 드로잉

8mm 막대는 와이어 드로잉 기계에서 점점 더 작은 텅스텐 카바이드 또는 다이아몬드 다이를 통해 당겨지며, 각 다이는 직경을 15~25% 줄입니다. 8mm 로드에서 AWG 12(2.05mm)까지의 일반적인 드로잉 순서에는 9~11개의 다이 패스가 필요합니다. 각 패스 작업은 구리를 경화시켜 인장 강도는 증가하지만 연성은 감소합니다. 와이어와 금형 표면 사이의 마찰을 줄이고 마모를 방지하며 소성 변형으로 인해 발생하는 열을 제거하기 위해 드로잉 윤활제(비누 기반 유제)를 지속적으로 도포합니다. 멀티 다이 드로잉 기계는 다음과 같은 와이어 출구 속도로 작동합니다. 초당 20~40미터 가는 와이어의 경우 시간당 수 킬로미터의 완성된 도체를 생산합니다.

3단계: 어닐링

가공 경화된 구리선은 단단하고 부서지기 쉽습니다. 따라서 설치 중에 균열 없이 도체가 구부러져야 하는 전기 배선 용도에는 적합하지 않습니다. 어닐링은 와이어를 200~500°C로 가열하고 변형된 입자 구조를 재결정화함으로써 연성을 회복합니다. 산업적으로는 두 가지 방법이 사용됩니다. 배치 어닐링은 코일형 와이어를 분위기가 제어되는 용광로에 몇 시간 동안 배치하여 매우 균일한 결과를 생성하지만 상당한 작업 시간이 필요합니다. 지속적인 인라인 어닐링은 최종 인발 다이 직후에 전기 저항 가열 영역을 통해 인발 와이어를 통과시켜 라인이 작동하는 동안 몇 초 만에 구리를 재결정화합니다. 이는 속도와 에너지 효율성 면에서 대량 생산에서 지배적인 방법입니다. 적절하게 열처리된 구리선은 25% 이상의 파단 신율과 아래의 저항률을 달성합니다. 1.724μΩ·cm - 어닐링된 구리에 대한 국제 표준 값(100% IACS 전도도).

4단계: 연선 및 절연

단일 단선 도체는 유연성이 낮은 응용 분야(벽의 고정 배선)에 사용됩니다. 가전 ​​제품 코드, 휴대용 도구, 용접 리드와 같은 유연한 케이블의 경우 여러 개의 가는 와이어가 연선 기계에서 함께 꼬여 연선 도체를 형성합니다. 일반적인 AWG 12 연선 도체는 중앙 와이어 주위에 단일 층으로 꼬인 7개의 AWG 22.5 개별 와이어를 사용합니다. 더 미세한 연선(19, 37 또는 133개 와이어)을 사용하면 까다로운 플렉스 사이클 응용 분야에 맞게 점점 더 유연한 도체가 생성됩니다. 그런 다음 완성된 도체는 회전 나사가 있는 가열 배럴인 압출기를 통과하며, 여기서 열가소성 또는 열경화성 절연 재료가 용융되어 도체 위로 압력 압출되어 연속 코팅됩니다.

전선 절연 유형: 재료, 등급 및 선택

전선 절연은 전류가 도체에서 빠져나가는 것을 방지하고 환경 저하를 방지하며 많은 응용 분야에서 기계적 보호 및 난연성을 제공하는 유전체 코팅입니다. 절연 선택에 따라 전선의 전압 정격, 온도 정격, 내화학성 및 적용 가능한 설치 환경이 직접적으로 결정됩니다. 단일 단열재는 모든 매개변수에서 탁월하지 않습니다. 이것이 바로 와이어 산업 전반에 걸쳐 수십 가지 단열재 유형이 존재하는 이유입니다.

PVC(폴리염화비닐)

PVC는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 전선 절연재로, 건물 전선, 제어 케이블 및 기기 코드 절연체의 대부분을 차지합니다. 가격이 저렴하고, 압출이 용이하며, 자기소화성(난연 등급)을 가지며, 오일, 산, 습기에 대한 저항성이 있습니다. 표준 PVC 단열재의 등급은 다음과 같습니다. 60°C 또는 75°C 연속 작동 온도, 90°C 등급 사용 가능. 이 제품의 약점은 저온 성능입니다. 표준 PVC는 -10°C 이하에서 깨지기 쉽습니다. 연소 시 부식성과 독성이 있는 염화수소 가스를 방출합니다. 이러한 이유로 독성 연기가 생명 안전 문제가 되는 일부 건물 응용 분야(플레넘 공간, 터널, 공공 건물)에서는 PVC를 사용하는 것이 금지됩니다. THHN 및 THWN 건물 와이어(북미 주거용 전선관 배선을 위한 표준 선택)는 90°C 건조 온도/75°C 습윤 정격 나일론 재킷 PVC 절연체를 사용합니다.

XLPE(교차결합 폴리에틸렌)

XLPE는 압출 후 폴리에틸렌 사슬을 화학적 또는 물리적으로 가교시켜 녹지 않는 3차원 폴리머 네트워크를 생성함으로써 생산됩니다. 이는 XLPE에 다음과 같은 연속 온도 등급을 제공합니다. 90°C(건식) 및 75°C(습식) , 250°C의 단락 내성 온도로 PVC의 160°C 단락 한계보다 훨씬 우수합니다. XLPE는 PVC보다 유전 손실이 낮기 때문에 PVC의 유전 가열이 작동 주파수에서 문제가 될 수 있는 중전압(1kV~35kV) 및 고전압 전력 케이블의 표준 절연이 됩니다. 지하 및 습한 환경에 적합한 USE-2 및 RHW-2 건물 와이어는 XLPE 단열재를 사용합니다. 이 소재는 연소 시 부식성 가스를 방출하지 않으므로 밀폐된 설치에서 PVC보다 안전상의 이점이 있습니다.

LSZH(저연 제로 할로겐)

LSZH 단열재는 무할로겐 고분자 화합물(일반적으로 폴리올레핀과 미네랄 필러 난연제의 혼합물)을 사용하여 화재에 노출될 때 연기를 최소화하고 할로겐산 가스를 발생시키지 않습니다. 이는 터널, 선박, 해양 플랫폼, 데이터 센터, 대중교통 시스템 등 대피가 어려운 밀폐된 공간에서 매우 중요합니다. 유럽 ​​건축 규정(CPR - 건설 제품 규정)은 화재 반응 성능에 따라 케이블을 분류하며 LSZH 공식은 Cca, B2ca 및 더 높은 성능 등급을 지배합니다. 기계적 강인함은 트레이드오프입니다. LSZH 화합물은 일반적으로 PVC보다 부드럽고 내마모성이 떨어지므로 설치 시 더 주의 깊게 다루어야 합니다.

실리콘고무

실리콘 고무 단열재는 열가소성 단열재가 도달할 수 없는 극한의 온도를 커버합니다. –60°C ~ 180°C , 일부 등급은 제한된 기간 동안 200°C를 견딜 수 있습니다. 실리콘은 극저온에서도 유연하고 화학적으로 불활성이며 자외선에 강하고 연소 시 독성이 없습니다. 이러한 특성으로 인해 오븐 배선, 산업용 용광로 응용 분야, 의료 장비 리드 및 항공우주 배선의 표준이 되었습니다. 비용이 주요 제한 사항입니다. 실리콘 절연 와이어는 동등한 PVC 와이어보다 미터당 3~8배 더 비싸므로 열 성능이 실제로 필요한 응용 분야에만 국한됩니다.

PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)

PTFE(상업적으로 테플론으로 알려져 있음)는 모든 와이어 절연체 중 가장 높은 내화학성을 제공하며 연속 온도 등급은 다음과 같습니다. 260°C 고주파수에서 우수한 유전 특성을 갖습니다. PTFE 절연 와이어는 공격적인 용제나 산이 다른 절연 재료를 파괴할 수 있는 항공우주 배선 하니스(MIL-W-22759 및 동급), 고주파 동축 케이블 및 화학 처리 장비의 표준입니다. 마찰 계수가 매우 낮고 표면이 달라붙지 않아 PTFE 절연 와이어를 도관을 통해 당기고 단단한 하네스에 묶는 것이 더 쉽습니다.

전기 케이블의 유형: 구성 및 적용

전기 케이블은 여러 절연 도체와 접지선, 충진재, 차폐 및 외부 재킷을 특정 설치 환경 및 전기 기능에 맞게 설계된 단일 어셈블리로 결합한다는 점에서 와이어와 다릅니다. 케이블 구성은 응용 분야 전반에 걸쳐 상호 교환이 불가능합니다. 주어진 환경에서 잘못된 케이블 유형을 사용하면 화재 위험, 코드 위반 또는 조기 절연 실패가 발생할 수 있습니다.

NM-B(비금속 외장 케이블)

NM-B(일반적으로 주요 브랜드의 이름을 따서 Romex라고 함)는 북미 전역의 건조한 내부 위치의 주거용 배선을 위한 표준 케이블입니다. 이는 2개 또는 3개의 절연 구리 도체(일반적으로 THHN)와 노출된 접지선으로 구성되며, 종이 분리기로 포장되고 PVC 외부 재킷으로 둘러싸여 있습니다. NM-B는 14/2, 12/2, 10/2(도체 2개 + 접지) 및 14/3, 12/3(도체 3개 + 접지 - 3방향 스위치 회로에 필요)로 제공됩니다. 도체의 정격은 90°C이지만 전류 용량을 60°C로 낮추어야 합니다. 실제로는 외부 재킷의 보온성으로 인해 발생합니다. NM-B는 젖은 장소, 콘크리트에 묻힌 장소, 물리적 손상이 있는 장소에 노출된 장소에서는 사용할 수 없습니다.

UF-B (지하 급전선)

UF-B 케이블은 도관 없이 토양에 직접 매설하도록 설계되었습니다. 도체는 별도의 재킷으로 포장되지 않고 단단한 회색 PVC 화합물에 내장되어 습기 방지 및 파손 방지 어셈블리를 만듭니다. 실외 회로(조경 조명, 별채, 정원 콘센트)에 사용되며 NM-B가 금지된 습한 장소의 실내에서도 사용할 수 있습니다. NEC의 최소 매장 깊이는 다음과 같습니다. UF-B 직접 매립용 24인치 도관 보호가 없으면 도관으로 보호할 때 12인치로 줄어듭니다.

MC 케이블(메탈 클래드 케이블)

MC 케이블은 절연 도체를 유연한 연동 알루미늄 또는 아연 도금 강철 외장으로 감싸서 상업용 및 산업용 건물의 노출된 배선에 적합한 기계적 보호 기능을 제공하며 지역 규정에 따라 NM-B(많은 도시 관할 구역 및 다세대 건물)가 금지되는 주거용 애플리케이션에 적합합니다. 아머는 접지 도체를 대체할 수 없습니다. MC 케이블에는 전용 절연 장비 접지선이 포함되어 있습니다. MC 케이블은 젖은 장소(나열된 피팅 포함), 콘크리트 및 일부 직접 매설 분야에서 사용하도록 승인되어 NM-B가 따라올 수 없는 설치 유연성을 제공합니다.

SE 및 SER 케이블(서비스 입구)

서비스 입구 케이블은 유틸리티 계량기를 주 전기 패널에 연결합니다. SE-R(서비스 입구, 원형)에는 2개의 절연 위상 도체와 1개의 알루미늄 중성 도체가 포함되어 있으며 모두 옥외 노출 등급을 받은 편조 또는 PVC 외부 덮개로 덮여 있습니다. SER은 계량기에서 패널로의 100~400A 공급과 동일한 건물 내의 하위 패널 공급에 사용됩니다. 도관 없이 직접 매장하는 것은 승인되지 않았습니다. 유틸리티 서비스 드롭(변압기에서 계량기까지 연결)의 경우 오버헤드 삼중 케이블(XLPE 절연 처리된 사전 연선 알루미늄 도체)이 표준입니다.

보호 및 차폐된 데이터 케이블

저전압 데이터 및 통신 케이블(Cat6 이더넷, 동축 RG-6, 광섬유 및 구리 추적기)은 규정상 전기 케이블이며 NEC 800 및 820조가 적용됩니다. 플레넘 공간(드롭 천장 위, 공기 조화 플레넘)에서 이러한 케이블은 저연, 저화염 확산 특성을 지닌 CMP 등급(통신 플레넘) 재킷을 사용해야 합니다. 바닥 사이를 수직으로 연결하려면 라이저 정격(CMR) 케이블이 필요합니다. 표준 CM 등급 케이블은 플레넘이 없고 라이저가 없는 내부 공간에서만 허용됩니다. 플레넘에서 라이저 케이블을 교체하는 것은 화재 검사에 실패하고 화재 발생 시 독성 연기가 HVAC 시스템을 통해 순환할 수 있는 흔하고 위험한 설치 오류입니다.

오늘날 가정에서는 어떤 유형의 배선이 사용됩니까?

미국의 현대 주거용 배선은 NEC가 확립하고 지역 건축법에 따라 시행되는 표준화된 시스템을 따릅니다. 2000년 이후에 건설되거나 재배선된 주택의 자재, 케이블 유형 및 회로 구성은 1970년대 이전 배선과 상당히 다르며, 현재 표준을 이해하면 주택 소유자가 오래된 배선을 평가하고 개조를 계획하며 전기 기술자와 의사소통하는 데 도움이 됩니다.

전체적으로 구리 도체

새로운 주택 건설의 모든 분기 회로 배선은 구리 도체를 사용합니다. 구리 부족과 가격 급등으로 인해 1965년에서 1973년 사이에 지어진 주택에 광범위하게 사용된 알루미늄 배선은 더 큰 열팽창, 연결부 산화 경향, 나사 단자 아래의 차가운 흐름으로 인해 수천 건의 주택 화재를 일으켰습니다. 알루미늄은 오늘날에도 암페어-피트당 비용이 저렴하고 표준 나사 단자 대신 나열된 알루미늄 호환 러그를 사용하여 연결되는 서비스 입구 도체 및 대형 피더 케이블(200A 패널, 하위 패널, 레인지 및 건조기 회로)에 여전히 사용됩니다.

1차 분기 회로 배선으로서의 NM-B 케이블

단독 주택의 대부분의 분기 회로(일반 조명, 콘센트, 소형 가전 제품)는 벽 구멍을 통해 장선을 거쳐 프레임에 고정되는 NM-B 케이블로 배선됩니다. 일반적인 새 집에는 다음이 포함됩니다. NM-B 케이블 선형 피트 1,000~2,000피트 20~40개의 분기 회로에 걸쳐 있습니다. 와이어 게이지는 회로 전류량을 따릅니다: 15A 회로(화이트 재킷 NM-B)에서 14AWG, 20A 회로(노란색 재킷)에서 12AWG, 30A 회로(주황색 재킷)에서 10AWG. 재킷 색상 코딩은 제조업체가 채택하고 검사관이 널리 인정하는 표준이지만 NEC에서 공식적으로 요구하지는 않습니다.

고부하 기기용 전용 회로

NEC에는 여러 고부하 주거용 애플리케이션을 위한 전용 회로(단일 콘센트 또는 기기에만 서비스를 제공하는 회로)가 필요합니다. 주방의 각 소형 가전제품(조리대 콘센트의 경우 최소 2개 회로), 냉장고, 식기세척기, 쓰레기 처리기, 전자레인지에는 20A, 120V 전용 회로가 필요합니다. 대형 가전제품에는 전기 레인지(50A, 8 AWG 또는 6 AWG), 의류 건조기(30A, 10 AWG), 중앙 AC 콘덴서(일반적으로 장치 크기에 따라 30~60A), 전기 온수기(30A, 10 AWG) 및 EV 충전기(48A 레벨 2 EVSE의 경우 50A, 6 AWG) 등 240V 회로가 필요합니다. 이러한 240V 회로는 2극 차단기를 사용하고 두 개의 핫 레그, 중성선 및 접지를 전달하는 10/3 또는 6/3 NM-B 케이블을 실행합니다.

GFCI 및 AFCI 보호 요구 사항

현대 주거용 배선 규정에는 표준 차단기 외에 두 가지 유형의 추가 보호가 필요합니다. GFCI(지락 회로 차단기) 보호는 욕실의 모든 콘센트, 싱크대에서 6피트 이내의 주방, 차고, 실외 장소, 좁은 공간, 미완성 지하실, 수영장 근처 등 접지 표면과 활선 도체와의 동시 접촉이 가능한 모든 장소에 필요합니다. GFCI 장치는 핫과 뉴트럴 사이의 전류 불균형을 아주 작게 감지합니다. 4~6밀리암페어 심장 세동이 발생하기 전 25밀리초 이내에 트립됩니다. AFCI(아크 결함 회로 차단기) 보호는 2017 및 2020 NEC 버전에서 거실, 침실, 복도 및 주방의 거의 모든 15A 및 20A 분기 회로에 대해 요구됩니다. 즉, 표준 차단기가 감지할 수 없는 손상된 배선에서 아크 결함의 고주파 전기 신호를 감지합니다.

오래된 주택의 기존 배선 식별

1940년 이전에 지어진 주택에는 접지선 없이 세라믹 손잡이와 튜브를 통해 배선된 개별 천 절연 도체인 손잡이 및 튜브 배선이 포함될 수 있습니다. 이 배선은 방해받지 않고 수정되지 않으면 본질적으로 위험하지 않지만 접지된 콘센트를 지원할 수 없으며 접지가 필요한 최신 가전 제품과 호환되지 않으며 대부분의 주택 소유자 보험 정책에 의해 무효화됩니다. 1940년대~1960년대의 주택에는 일반적으로 부서지기 쉬운 고무 절연 도체가 포함된 2선 회로(접지 없음)가 있었습니다. 두 상황 모두 수리 전이나 회로를 추가하기 전에 자격을 갖춘 전기 기술자의 평가를 받아야 합니다. 천으로 감싼 배선, 접지되지 않은 두 갈래 콘센트 또는 회로 차단기 대신 퓨즈 패널이 있는 주택은 재배선 여부를 평가해야 합니다. — 임의의 표준을 충족하는 것은 아니지만 60~80년 된 배선의 절연 열화는 실제 화재 위험을 나타내기 때문입니다.