소방설비기사(기계) 전선 굵기 계산, 시험에 나오는 공식 총정리!

소방설비기사(기계) 전선 굵기 계산

소방설비기사(기계) 자격증을 준비하신다면 ‘전선 굵기 계산’과 ‘구조 공식’은 절대 놓쳐선 안 될 핵심 개념이에요. 특히 실기와 필기 시험 모두에서 반복 출제되는 만큼, 공식 암기뿐만 아니라 실무적인 적용법까지 정확히 이해하셔야 해요. 이 글에서는 전선 허용 전류, 부하 전류, 배선 길이에 따른 전선 굵기 선정 기준까지 체계적으로 정리했어요. 자주 나오는 공식은 실제 문제 유형과 함께 제공해, 독학하시는 분들도 막힘 없이 학습하실 수 있어요.

• 1. 소방설비기사(기계) 시험에서 전선 굵기가 중요한 이유
• 2. 전선 허용 전류와 부하 전류의 이해
• 3. 전선 굵기 계산 공식과 적용 예시
• 4. 자주 출제되는 전기 구조 공식 모음
• 5. 전선 규격 선택 시 실수하기 쉬운 포인트
• 6. 도면 해석과 공식 적용 실전 팁

1. 소방설비기사(기계) 시험에서 전선 굵기가 중요한 이유

소방설비기사(기계)를 준비하시면서 ‘전선 굵기’라는 개념을 처음 접했을 때, “전기는 전기기사 시험에서 다루는 거 아닌가요?”라고 의문을 가지셨던 분들도 많으셨을 거예요. 그런데 실제 시험에서는 기계 분야라고 하더라도 소방기계설비에 사용되는 펌프나 전동기, 제어장치의 운전 및 시공을 위해 전기 요소가 반드시 포함되기 때문에, 전선 굵기와 관련된 계산 문제나 개념이 자주 출제되곤 해요.

특히 실기시험에서는 펌프의 부하 전류를 기준으로 전선 규격을 선택하거나, 배관 내 전선의 개수를 계산하는 문제가 꾸준히 등장하고 있어요. 이런 문제들은 단순히 공식만 외운다고 해결되기보다는, 실제 전기설비의 구조를 이해하고 실무에서 어떻게 사용되는지를 아는지를 평가하는 성격이 강하답니다. 따라서 전선 굵기 계산은 단순 계산 과정을 넘어서, 시험 합격의 당락을 좌우하는 핵심 포인트라고 보셔도 무방해요.

또한 전선 굵기의 개념은 단지 전기 흐름만을 의미하지 않아요. 전선의 굵기는 허용 전류 용량, 전압 강하, 열 발생 여부 등 여러 가지 안전성과 효율성과도 밀접한 연관이 있어요. 예를 들어, 전선이 너무 얇다면 부하 전류를 견디지 못해 과열이 발생할 수 있고, 심하면 화재 위험으로까지 이어질 수 있거든요. 이런 점에서 소방설비기사 시험에서 전선 굵기를 평가하는 것은 단순 지식 확인이 아니라, 실질적 안전 역량을 점검하는 의미라고 이해하셔야 해요.

실제로 현장에서는 펌프를 설치할 때 모터의 정격 전류를 기준으로 배선 공사를 해야 하고, 이때 허용 전류를 초과하지 않는 전선 굵기를 선택해야 해요. 만약 계산을 잘못하면 과부하가 걸려 설비가 고장 나거나, 전기안전법 위반으로 시공 불량 판정을 받을 수도 있어요. 이러한 실무의 흐름이 시험 문제로 연결된다고 생각하시면, 왜 이 부분이 중요한지를 체감하시게 될 거예요.

더불어, 국가기술자격 시험이 실무 중심으로 개편되면서, 단순 암기보다는 계산→판단→선택의 3단계 문제 유형이 많아졌어요. 특히 실기 문제에서는 단순히 정답을 고르기보다는 직접 전선 굵기를 계산하고, 정답을 스스로 도출해내는 유형이 증가하는 추세예요. 따라서 이 부분을 정확히 이해하고 연습해두시면 다른 수험생보다 한발 앞서가실 수 있어요.

2. 전선 허용 전류와 부하 전류의 이해

전선 굵기를 올바르게 계산하려면 가장 먼저 이해하셔야 할 개념이 바로 전선 허용 전류(A)와 부하 전류(A)예요. 이 두 가지 개념은 단순히 숫자 계산이 아니라, 전기 설비의 안전과 직결되는 핵심 요소이기 때문에 개념부터 정확히 잡고 가시는 것이 좋아요. 그리고 이 개념은 소방설비기사(기계) 실기 시험에서도 자주 응용 문제로 등장하는 부분이라, 반드시 구분해서 이해하셔야 해요.

먼저 전선의 허용 전류(Ampacity)란, 해당 전선이 장시간 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류 값을 의미해요. 예를 들어 2.5㎟ 전선의 허용 전류가 20A라고 하면, 이 전선은 20A 이하의 전류를 흘릴 때 안전하게 사용할 수 있다는 뜻이지요. 이 값을 초과하면 전선에 과열이 발생할 수 있고, 절연 피복이 녹거나 심한 경우 화재로 이어질 위험도 생기게 되니 굉장히 중요한 수치예요.

전선의 허용 전류는 전선의 단면적(㎟), 전선 종류(동선인지, 알루미늄인지), 배선 방식(노출배선,관배선 등), 온도 조건, 주변 환경 등에 따라 달라져요. 그렇기 때문에 시험에서도 ‘조건에 따른 허용 전류를 선택하라’는 문제가 출제되기도 해요. 특히 국가기술표준원에서 발간한 전기설비 기준에 명시된 전선 허용 전류표를 참고해서 출제되는 경우가 많기 때문에, 전선 단면적에 따른 기본 허용 전류는 외워두시는 것이 좋아요.

반대로 부하 전류는 해당 설비가 작동할 때 실제로 흐르는 전류를 의미해요. 예를 들어 펌프의 정격출력이 2.2kW이고, 전압이 220V일 때 부하 전류는 특정 공식을 통해 계산되게 돼요. 이때 계산된 부하 전류보다 허용 전류가 더 큰 전선을 선택해야 안전하게 설비를 운전할 수 있답니다. 시험에서는 보통 부하 전류를 계산한 후 그에 맞는 전선 굵기를 고르는 문제가 자주 나오지요.

부하 전류를 계산하는 공식은 다음과 같아요:
단상 2선식: I = P / (V × η × 역률)
3상 3선식: I = P / (√3 × V × η × 역률)
여기서 I는 전류(A), P는 출력(kW), V는 전압(V), η는 효율(보통 0.8~0.9), 역률은 보통 0.8로 사용돼요. 시험에서는 효율과 역률을 함께 주거나 생략하는 경우가 있으니, 조건을 잘 읽고 적용하셔야 해요.

시험에서 가장 흔한 실수 중 하나가 바로 부하 전류만 계산하고 그 값에 딱 맞는 허용 전류를 가진 전선을 선택하는 것이에요. 하지만 실무에서는 전선 허용 전류는 반드시 여유 있게 잡아야 해요. 안전 여유율을 고려하지 않으면 실기시험에서 감점이 되거나, 실제 현장에서 설계 불량으로 간주될 수 있어요.

3. 전선 굵기 계산 공식과 적용 예시

전선 굵기를 계산할 때 가장 먼저 해야 할 일은 앞에서 배운 부하 전류(I)를 구하는 것이에요. 그리고 이 부하 전류를 기준으로, 해당 전류를 안전하게 통과시킬 수 있는 전선의 허용 전류(A)를 비교해서 전선 단면적을 결정하게 되지요. 공식 자체는 어렵지 않지만, 단위나 조건에 따라 실수하기 쉬운 부분이 많기 때문에 계산 과정을 단계별로 정확히 이해하고 계시는 게 중요해요.

먼저 전선 굵기를 결정하는 기본 공식은 다음과 같아요:
전선 허용 전류 ≥ 부하 전류 × 보정계수
여기서 보정계수는 온도, 배선 방식, 전선 수 등에 따라 적용하는 계수인데, 시험에서는 대부분 1.0 또는 주어진 조건으로 계산하게 돼요. 예를 들어, 보정계수가 1.25로 주어지면 허용 전류는 부하 전류보다 최소 25% 이상 여유가 있어야 하는 거예요.

다음은 부하 전류 계산 예시예요:
문제 예시: 정격 출력이 3.7kW, 역률 0.8, 효율 0.85, 전압 220V인 단상 펌프의 부하 전류는 얼마인가요?
I = P / (V × η × 역률) = 3,700 / (220 × 0.85 × 0.8) ≒ 24.89A
이 경우 부하 전류는 약 24.9A가 되겠지요. 여기에 여유를 둬야 하므로 허용 전류가 최소 30A 이상인 전선을 선택하셔야 해요.

다음 단계는 허용 전류에 맞는 전선 굵기를 선택하는 것이에요. 아래는 시험에 자주 활용되는 대표적인 전선 굵기와 허용 전류표예요:

• 1.5㎟ → 약 15A
• 2.5㎟ → 약 20A
• 4㎟ → 약 30A
• 6㎟ → 약 37A
• 10㎟ → 약 50A

이 경우에는 4㎟ 전선이 적절하겠지요. 실제 시험에서는 위와 같은 전선 허용 전류표가 주어지거나 암기된 상태로 풀어야 해요.

또 하나 중요한 것은 전선의 길이에 따라 전압 강하를 고려해야 할 수도 있다는 점이에요. 예를 들어, 전선이 30m 이상 길게 설치된다면 단순히 허용 전류만 보고 전선을 선택하면 안 돼요. 이 경우에는 전압 강하율을 따져서 더 굵은 전선을 선택해야 할 수도 있답니다. 시험에서도 이런 문제는 "전압 강하 고려 시 적절한 굵기"라는 식으로 출제되기도 해요.

실제 문제의 예를 하나 더 살펴볼게요:
예시: 5.5kW 3상 전동기를 사용하고, 전압은 380V, 효율 0.85, 역률 0.8인 경우의 부하 전류는?
I = P / (√3 × V × η × 역률) = 5,500 / (1.732 × 380 × 0.85 × 0.8) ≒ 12.07A
이 경우에도 계산된 전류보다 여유 있는 2.5㎟ 이상, 조건에 따라 4㎟ 전선을 사용하는 게 적절할 수 있어요.

이처럼 전선 굵기 계산은 한 번만 보고 넘어가기엔 출제 빈도가 높고, 조건 해석력까지 요구되는 문제 유형이에요. 따라서 공식을 외우는 것에만 그치지 마시고, 다양한 예제를 반복해서 풀어보며 감을 익히시는 것이 중요하답니다. 다음 장에서는 시험에 자주 나오는 전기 구조 공식을 한눈에 정리해 드릴게요. 암기 포인트까지 같이 표시해 드릴 테니 끝까지 잘 따라와 주세요!

4. 자주 출제되는 전기 구조 공식 모음

소방설비기사(기계) 시험에서는 기계설비 중심이긴 하지만, 실제로는 전기 구조 공식이 자주 출제돼요. 특히 실기시험에서는 계산 문제, 설계 배선 문제, 도면 해석 문제 등에 전기 공식이 응용되어 나오는 경우가 많기 때문에 이 단원은 절대 가볍게 넘기시면 안 돼요. 오늘은 그중에서도 시험에 ‘자주’ 그리고 ‘반복적으로’ 출제되는 대표 공식을 정리해 드릴게요. 암기 포인트와 함께 실전 적용 팁도 함께 알려드릴게요.

1. 부하 전류 공식 (필수)

• 단상 2선식: I = P / (V × η × 역률)
• 3상 3선식: I = P / (√3 × V × η × 역률)

시험에서는 효율(η)과 역률이 주어지지 않을 때는 0.85와 0.8을 기본값으로 적용하는 경우가 많아요. 이때 √3은 1.732로 대입하셔야 해요. 주로 모터나 펌프의 전류를 구하는 데 사용돼요.

2. 전력 공식

• 단상: P = V × I × 역률
• 3상: P = √3 × V × I × 역률

이 공식은 역산 문제로 자주 나오는데요, 전류(I)가 주어졌을 때 전력(P)을 구하거나, 역률이 변할 때 전력량이 어떻게 되는지를 파악하는 데 사용돼요. 소방용 수중펌프 계산 문제에서 자주 출제돼요.

3. 전압 강하 공식

• 단상: ΔV = 2 × I × L × R
• 3상: ΔV = √3 × I × L × R

전선이 길어질수록 전압 강하가 커지기 때문에, 전압 강하율을 2~4% 이내로 유지해야 한다는 조건이 함께 출제돼요. L은 전선의 길이(m), R은 저항값(Ω/km)인데, 이 값은 표로 주어지거나 암기형으로 출제되기도 해요.

4. 전선 허용 전류 기준

대표적인 전선 규격별 허용 전류는 다음과 같이 정리하시면 좋아요 (암기 필수):

• 1.5㎟ → 15A
• 2.5㎟ → 20A
• 4㎟ → 30A
• 6㎟ → 37A
• 10㎟ → 50A

이 수치는 시험에 자주 나오는 ‘선택형 문제’에서 전선 크기를 판단하는 기준이 되니 꼭 외워두셔야 해요. 실기에서는 주어진 부하 전류를 계산한 후, 이 허용 전류표를 근거로 올바른 굵기를 찾는 문제가 꼭 한 문제씩 출제되거든요.

5. 역률 관련 공식

역률 개선 시 이득 계산 공식: ΔP = P × (cosθ₁ - cosθ₂)

이 공식은 전기기사 시험에서도 나오는 고급 개념이지만, 소방설비기사에서도 가끔 단답형 개념 문제로 출제돼요. 역률이 개선되면 전력 손실이 줄어든다는 개념을 이해하고 계시면 충분해요.

시험 전 이 공식들을 전부 A4 한 장으로 정리해보시는 걸 추천드려요. 시험 전날 마지막 복습 자료로도 좋고, 오답노트를 만들기에도 아주 유용하답니다. 다음 장에서는 이런 공식들을 적용할 때 가장 많이 하는 실수 유형과 전선 규격 선택 시 주의할 점에 대해 알려드릴게요.

5. 전선 규격 선택 시 실수하기 쉬운 포인트

전선 규격을 선택할 때는 단순히 부하 전류만 보고 ‘딱 맞는’ 굵기를 고르는 경우가 많지만, 시험이나 실무에서는 이 판단이 오히려 가장 흔한 실수가 될 수 있어요. 전선 규격을 잘못 선택하면 시험에서는 오답 처리로 이어지고, 실무에서는 화재 위험, 과전류로 인한 장비 손상, 안전기준 위반 등의 심각한 문제가 발생할 수 있기 때문에 매우 신중하게 판단하셔야 해요.

가장 흔한 실수는 허용 전류 값에 딱 맞는 전선을 고르는 것이에요. 예를 들어, 계산된 부하 전류가 20A인데 허용 전류도 정확히 20A인 2.5㎟ 전선을 선택하는 경우죠. 언뜻 보면 맞는 것 같지만, 현실에서는 전선의 온도 상승, 배관 내 다른 전선과의 간섭, 전압 강하 등 다양한 외부 요인이 존재하기 때문에, 반드시 여유를 둔 전선 규격을 선택해야 해요. 일반적으로는 허용 전류 ≥ 부하 전류 × 1.25 정도의 여유를 두는 것이 안정적이에요.

또 다른 실수는 전선 길이에 따른 전압 강하를 고려하지 않는 경우예요. 배선 길이가 30m 이상 길어질 경우, 아무리 굵기가 맞아도 전압이 손실돼서 장비가 제대로 작동하지 않을 수 있어요. 이런 경우에는 전선 허용 전류뿐 아니라 전압 강하 공식을 함께 적용해서 전선 크기를 한 단계 이상 올려야 안전하답니다. 시험에서도 이런 상황이 자주 출제되므로, "배선 길이 40m" 같은 조건이 나온다면 반드시 주의하셔야 해요.

또한, 전선을 선택할 때는 사용 전압(220V, 380V 등)과 상수(단상/3상)도 정확히 확인하셔야 해요. 전압에 따라 부하 전류가 달라지고, 3상 시스템에서는 √3이 포함되어 계산 방식이 달라지기 때문에, 전압 조건을 혼동하면 전류 계산부터 전선 선택까지 모두 틀리게 되거든요. 특히 실기시험에서 조건을 빠르게 읽지 못하면 단위 오류나 상수 혼동으로 실수할 가능성이 높아요.

그리고 아주 사소해 보이지만 중요한 부분이 전선 종류에 따라 허용 전류가 달라진다는 점이에요. 예를 들어 동선과 알루미늄선은 같은 단면적이라도 전류 용량이 다르며, 단심선과 다심선, 케이블 타입에 따라도 기준이 달라지기 때문에 문제에 나오는 전선의 종류까지 꼭 확인하셔야 해요. 시험 문제에서 ‘CV 케이블’ 또는 ‘VCTF 연선’ 등으로 지칭된다면, 해당 기준표를 적용해 판단해야 하죠.

마지막으로, 실수 예방을 위한 팁을 드리자면 “1단계 더 큰 전선을 상정하는 습관”을 들이시는 것이 좋아요. 계산 결과가 허용 전류 경계값에 가깝다면, 무조건 한 단계 위의 전선을 선택해보세요. 예를 들어 부하 전류가 29.8A이고, 4㎟ 전선 허용 전류가 30A라면, 안전 여유를 두고 6㎟를 선택하는 식이지요. 이는 실제 시공에서도 적용되는 원칙이기 때문에 시험에서도 정답 처리가 되는 경우가 많아요.

6. 도면 해석과 공식 적용 실전 팁

소방설비기사(기계) 실기시험에서는 단순 계산을 넘어서 도면 해석 능력까지 요구되는 문제가 자주 출제돼요. 특히 배선도, 펌프 회로도, 모터 연결도 등에서 전선 굵기를 직접 판단해야 하는 문제 유형이 많아지고 있어요. 단지 수식을 적용하는 것만으로는 정답을 맞히기 어려운 경우가 많기 때문에, 도면 안에 숨어 있는 단서들을 정확히 해석하는 능력이 필요해요.

가장 먼저 하셔야 할 일은 부하 위치와 전원 위치를 정확히 찾는 것이에요. 예를 들어 펌프제어반에서부터 수중펌프까지 연결된 전선의 길이를 파악한 후, 해당 부하의 전력을 읽고, 전선 길이 + 부하 전류 + 전압이라는 세 가지 요소를 중심으로 접근하시면 돼요. 도면에는 배선 길이가 단위 없이 나와 있는 경우도 많은데, 이럴 땐 문제에 주어진 ‘스케일’이나 ‘축척’을 활용해서 실제 길이를 추정해야 해요.

그 다음은 도면에 표시된 기호와 단위를 이해하셔야 해요. 예를 들어, ‘CV 6㎟ × 3C’라는 표기를 보면 이는 6㎟ 굵기의 전선을 3심으로 사용했다는 뜻이고, ‘VCTF 2.5㎟ × 2C’는 연선 전선으로 2심이라는 의미예요. 시험에서는 이 전선 정보로부터 허용 전류를 유추하거나, 과전류 보호장치의 용량을 묻는 문제가 자주 나오기 때문에 전선 코드 해석 능력이 필수예요.

도면 문제에서는 단서가 문제 지문 안에 숨어 있는 경우도 많아요. 예를 들어 “본 펌프는 5.5kW 3상 모터이며, 배선 길이는 35m, 사용 전선은 CV 4㎟이다”라고 했을 때, 전선 허용 전류만 고려하면 맞는 선택처럼 보이지만, 전선 길이를 반영한 전압 강하까지 고려하면 실수할 수 있어요. 따라서 문제를 푸실 때는 항상 다음 질문을 스스로에게 던져보세요:
– 전선 길이가 길지는 않은가?
– 부하 전류에 비해 전선 허용 전류는 충분한가?
– 설치 방식은 노출배선인가? 관배선인가?
– 전압 강하나 보정계수를 따로 고려해야 하는가?

실전에서는 또 한 가지, 과전류 차단기 용량과 전선 크기를 연결하는 문제도 많이 나와요. 예를 들어, 20A의 차단기를 사용할 경우 몇 ㎟ 전선을 사용해야 안전한지를 판단해야 하는 문제인데요. 이럴 때는 차단기 용량이 허용 전류보다 작아야 한다는 원칙에 따라 전선을 역산해서 선택해야 해요.

또한, 도면에서 전선 수가 4개 이상일 경우 보정계수를 적용해야 할 수도 있어요. 예를 들어 ‘4C 이상 동시 사용 시 0.8의 보정계수를 곱한다’는 조건이 있을 경우, 허용 전류를 0.8로 나눈 값 이상이어야 부하 전류를 감당할 수 있어요. 이처럼 실제 시험에서는 이런 세부 조건까지 고려해야 하기 때문에 연습문제를 통해 다양한 상황을 경험해보시는 것이 매우 중요해요.

정리하자면, 도면 해석 문제는 단순히 공식을 암기한 사람보다, 도면의 흐름을 읽고 판단할 수 있는 사람에게 유리하게 작용해요. 따라서 기출문제에서 도면 유형을 집중적으로 분석하고, 각각의 단위, 배선 방식, 부하 전력 조건들을 스스로 정리해보는 습관을 들이시면 좋답니다. 이렇게 실제를 반영한 훈련을 꾸준히 하시면, 실기시험에서도 막힘 없이 문제를 풀어나가실 수 있을 거예요.