인버터 켜면 전선이 뜨겁다? 92.6A 기준으로 계산하는 전선 굵기와 퓨즈 위치
차박 전기 배선을 직접 해 보려고 하면 가장 먼저 부딪히는 질문이 전선은 얼마나 굵은 것을 쓰고 퓨즈는 몇 암페어를 달아야 하느냐는 것입니다.
인터넷에는 표가 많지만 표를 그대로 따라 하다가 전선이 뜨거워지거나 인버터가 자꾸 꺼지는 문제를 겪는 분이 적지 않습니다. 이 문제의 원인은 대개 전류와 전선 길이, 전압 강하를 함께 계산하지 않았기 때문입니다. 차박 12V 배선에서 전류를 구하는 방법과 전선 굵기와 전압 강하 계산, 퓨즈 선정 기준, 설치 위치와 주의사항을 순서대로 풀어 드립니다. 수치는 가정이므로 실제 부품의 사양과 허용 전류표로 다시 확인하시고 보호장치를 우회하는 방법은 다루지 않습니다.
전류를 구하는 방법부터 시작하겠습니다. 전기에서 전력은 전압과 전류의 곱이므로 전류는 전력을 전압으로 나누어 구합니다. 12V 계통에서 정격 60W 전기장판은 60W를 12V로 나눈 5A이고 정격 1,000W 인버터가 최대 출력을 낼 때는 1,000W를 12V로 나눈 약 83A입니다. 인버터의 변환 효율을 90퍼센트로 가정하면 배터리에서 나가는 전류는 83A를 0.9로 나눈 약 92.6A가 되어 교류 출력보다 직류 쪽 전류가 더 큰 점을 반드시 반영하셔야 합니다. 단위 W는 순간 전력, Wh는 에너지, A는 전류이므로 섞어 쓰지 마세요.
전선이 굵어야 하는 이유는 두 가지입니다. 첫 번째는 열입니다. 전류가 흐르면 전선의 저항 때문에 열이 나고 허용 전류보다 많은 전류가 흐르면 피복이 녹거나 불이 날 수 있습니다. 두 번째는 전압 강하입니다. 전선이 가늘고 길면 전선 양 끝의 전압 차이가 커져 기기가 받는 전압이 떨어지고 인버터가 저전압 보호로 꺼집니다. 허용 전류는 전선의 단면적과 피복 종류, 묶음 여부, 주변 온도에 따라 달라지므로 제조사의 허용 전류표를 확인하셔야 하고 이 글에서는 숫자를 정하지 않습니다.
전압 강하는 간단한 식으로 계산합니다. 구리 전선의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례하며 구리의 비저항을 약 0.0175 옴 제곱밀리미터 매 미터로 보면 전선 하나의 저항은 0.0175에 왕복 길이를 곱하고 단면적으로 나눈 값입니다. 가정을 하나 세워 보겠습니다. 배터리에서 인버터까지 편도 1.5미터이므로 양극과 음극을 합친 왕복 길이는 3미터이고 전류는 92.6A입니다. 단면적 16제곱밀리미터 전선은 저항이 약 0.0033옴이고 전압 강하는 약 0.30V로 12V의 약 2.5퍼센트입니다. 25제곱밀리미터는 약 0.19V, 10제곱밀리미터는 약 0.49V, 6제곱밀리미터는 약 0.81V로 계산됩니다.
발열도 계산해 보세요. 전선에서 열로 사라지는 전력은 전류의 제곱에 저항을 곱한 값입니다. 같은 92.6A에서 16제곱밀리미터 전선은 약 28W, 6제곱밀리미터 전선은 약 75W가 열이 됩니다. 75W는 작은 전열기에 가까운 열이어서 좁은 곳에 묶여 있는 가는 전선이 뜨거워지는 이유를 설명합니다. 이 계산은 가정한 전류와 길이에 대한 것이고 실제 발열은 전선의 묶음 상태와 환기에 따라 달라집니다. 전압 강하는 일반적으로 3퍼센트 안팎 이하를 권장하는 경우가 많으나 기준은 설계와 기기에 따라 달라집니다.
퓨즈의 역할은 전선을 지키는 일입니다. 퓨즈는 기기를 지키기보다 전선이 과열되기 전에 끊어져 화재를 막는 장치이므로 퓨즈의 정격 전류는 전선의 허용 전류를 넘지 않아야 하고 부하의 정상 전류보다는 여유가 있어야 합니다. 예를 들어 정상 전류가 92.6A라면 퓨즈는 이보다 크고 전선의 허용 전류보다는 작은 값에서 고릅니다. 정상 전류의 1.25배 안팎을 기준으로 삼는 설명이 흔하지만 이는 일반적인 경험칙이므로 부하의 순간 전류와 제조사 설명서를 함께 확인하세요.
퓨즈의 종류와 전압 정격도 확인하세요. 낮은 전류의 부하는 자동차용 블레이드형 퓨즈로 충분한 경우가 많고, 인버터처럼 큰 전류가 흐르는 곳에는 대전류용 퓨즈나 차단기를 쓰는 경우가 많으나 정격 범위는 제품마다 다릅니다. 직류용으로 만들어진 퓨즈인지 반드시 확인하세요. 교류용으로 만든 퓨즈는 직류에서 끊어질 때 불꽃이 꺼지지 않을 수 있습니다. 퓨즈 홀더와 단자도 전류에 맞는 규격이어야 하고 접촉이 불량하면 그곳에서 열이 나므로 조임과 압착 상태를 점검하세요.
설치 위치는 배터리에 가깝게 합니다. 퓨즈는 전선이 배터리 양극에서 나온 직후에 달아 그 이후의 모든 구간을 보호하도록 하는 것이 일반적인 권장 방식입니다. 퓨즈를 배터리에서 멀리 달면 그 사이 구간에서 합선이 나도 보호받지 못합니다. 음극 쪽에도 같은 굵기의 전선을 쓰고 접지는 한곳에 모으는 버스바를 쓰면 정리와 점검이 쉬워집니다. 전선은 날카로운 모서리를 지나가지 않게 보호관을 씌우고 진동에 닿아 닳지 않도록 고정하세요.
전선 길이를 줄이는 설계도 효과적입니다. 같은 전류에서 전선 길이가 절반이 되면 전압 강하와 발열도 절반이 되므로 인버터와 배터리를 가까이 두는 배치가 굵은 전선을 쓰는 것보다 비용이 적게 드는 경우가 많습니다. 위의 계산에서 편도 1.5미터를 0.75미터로 줄이면 6제곱밀리미터 전선의 전압 강하는 약 0.81V에서 약 0.41V로 줄어듭니다. 다만 배터리와 인버터를 좁은 곳에 모으면 열이 갇히므로 환기 공간을 함께 확보해야 합니다.
여러 부하는 퓨즈 박스로 나누세요. 조명과 환기팬, 충전 단자처럼 전류가 작은 부하는 부하마다 퓨즈를 따로 달아 한 곳의 문제가 다른 곳으로 번지지 않게 하세요. 모든 부하의 정격을 합산해 전체 전류를 계산하고 주 전선과 주 퓨즈가 이 합계를 감당하는지 확인해야 합니다. 가정으로 조명 12W, 환기팬 5W, 충전 단자 60W를 합치면 77W이고 12V에서 약 6.4A이므로 작은 전선으로도 가능하지만 인버터는 별도의 굵은 선으로 분리하는 것이 안전합니다.
안전 수칙을 반드시 지켜 주세요. 퓨즈가 끊어졌을 때 더 큰 정격의 퓨즈나 철사로 바꾸는 일은 절대 하지 마세요. 끊어진 이유를 먼저 찾아야 하며 합선인지 과부하인지 구분하세요. 작업 전에는 배터리의 음극을 먼저 분리하고 금속 공구가 양극과 차체에 동시에 닿지 않게 하세요. 연결부는 압착 단자와 열수축 튜브로 마감하고 전선을 꼬아서 테이프만 감는 방식은 피하세요. 전기 작업에 자신이 없으면 전문가에게 맡기시기 바랍니다.
설계를 문서로 남기세요. 회로도에 각 부하의 정격과 전선 굵기와 길이, 퓨즈 정격을 적어 두면 문제가 생겼을 때 원인을 찾기 쉽고 부품을 바꿀 때 계산을 다시 하기도 편합니다. 시공한 뒤에는 부하를 걸고 연결부의 온도를 손이나 적외선 온도계로 확인해 이상한 열이 있는지 점검하세요. 정기적으로 단자의 조임과 부식 상태를 확인하고 그 날짜를 기록하세요.
12V 배선은 표를 따라 하는 일이 아니라 전류와 길이, 전압 강하를 직접 계산하는 일입니다. 전류를 구하고 전압 강하를 3퍼센트 안팎으로 맞추는 굵기를 고르며 퓨즈는 전선을 지키도록 배터리 가까이에 다는 세 가지를 기억하시면 구성이 바뀌어도 스스로 판단하실 수 있습니다.
