Jam ratio

왜 배우는가: 잼 레이쇼는 관로에 케이블을 포설하기 전에 시공 가능 여부를 판단하는 기본 지표이다. 설계와 시공 단계에서 관로 내경과 케이블 외경을 비교하는 실무 절차의 출발점이 된다. 기출에서 정의와 판별 계산이 함께 물어졌으므로 정의식과 구간값을 정확히 알아 두어야 한다.

출제 이력: 제139회 1교시 5번, 제113회 1교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

잼 레이쇼는 관로 내경을 케이블 외경으로 나눈 값으로, 포설 중 케이블이 관로 안에서 물리는지 판단하는 지표이다.

답안을 쓸 때 정의 문장과 함께 아래 키워드를 자연스럽게 연결하면 채점 항목을 놓치지 않는다.

• 잼 레이쇼(Jam ratio)
• 관로 내경
• 케이블 외경
• 잼 현상(Jamming)
• 쐐기 작용
• 포설 장력

2. 개념 풀이

쉬운 말로 설명하면, 케이블을 관로에 밀어 넣을 때 여러 가닥이 한 단면에서 서로 겹쳐 같은 자리에 끼어 버리는 현상이 있다. 이것을 잼 현상(Jamming)이라 한다. 잼 레이쇼는 이 위험이 얼마나 큰지를 숫자로 나타낸 값이다.

정식 정의는 관로의 안지름을 케이블의 외경으로 나눈 무차원 비이다. 식은 다음과 같다.

$\text{Jam ratio} = \frac{D}{d}$

여기서 D는 관로 내경[mm], d는 케이블 외경[mm]이다. 두 값의 단위가 같아서 비 자체에는 단위가 없다.

원리는 쐐기 작용으로 설명한다. 케이블 여러 본이 관로 단면에 함께 들어가면 서로 접촉한 상태에서 한 가닥이 다른 케이블과 관로 벽 사이에 끼게 된다. 포설 장력이 커질수록 끼임 힘도 커지고, 결국 케이블이 더 나아가지 못하고 멈춘다. 관로 내경이 케이블 외경에 비해 작을수록 쐐기 작용이 강해지고, 여유가 클수록 케이블이 자유롭게 움직여 잼이 줄어든다.

판별 기준은 3본 동시 포설을 기준으로 잡는다. 잼 레이쇼가 관련 기준이 정한 위험 구간에 들면 잼 위험이 크다고 본다. 구간 밖이면 위험이 상대적으로 낮다. 구간의 양 끝은 판정의 경계이므로 계산값이 구간 안에 들어가는지를 반드시 확인한다.

포설 장력은 드럼에서 케이블을 풀어 관로에 넣을 때 걸리는 인장력이다. 잼이 생기면 포설 장력이 짧은 구간에서 급격히 올라가므로 케이블 외피 손상의 직접 원인이 된다.

마지막으로 케이블의 공칭단면적은 도체의 전류 용량과 전압강하를 정할 때 쓰는 값이다. 잼 레이쇼 계산에는 쓰지 않는다. 잼 판별에는 외경만 사용하므로, 문제에서 단면적과 외경이 함께 주어지면 외경을 골라 계산한다.

3. 등장 배경과 필요성

지중 송전과 배전에서 케이블은 관로나 전력구에 넣어 시설한다. 도심 지중화가 진행되고 한 관로에 여러 회선을 넣는 경우가 늘면서, 포설 시 공간 여유를 미리 판단하는 일이 중요해졌다. 관로 안의 여유가 부족한 상태에서 무리하게 포설하면 공사 품질과 공기에 바로 영향을 준다.

잼이 생기면 포설 장력이 한계를 넘어서 케이블 외피와 차폐층이 손상될 수 있다. 관로 벽과의 마찰로 외장이 벗겨지는 경우도 생긴다. 손상된 케이블은 절연 성능이 떨어져 운전 중 사고로 이어질 수 있다. 공사가 중단되면 공기가 늘어나고, 케이블을 되빼거나 관로를 다시 시공하는 비용이 추가로 든다.

이런 위험을 줄이려면 설계와 시공 단계에서 관로 내경과 케이블 외경의 비를 미리 확인해야 한다. 판정이 불리하면 관로 내경을 키우거나, 한 관로에 넣는 본수를 줄이거나, 케이블 배열을 바꾸는 대책을 세운다. 잼 레이쇼는 이 확인 과정을 하나의 숫자로 정리해 주는 도구이다.

또한 관로의 굴곡부, 경사, 윤활제 사용 여부도 잼 위험을 키우는 조건이다. 굴곡이 많은 구간에서는 같은 잼 레이쇼라도 포설 장력이 더 크게 걸린다. 따라서 잼 레이쇼 하나만으로 결론을 내리지 않고, 포설 조건과 함께 종합적으로 판단하는 태도가 필요하다.

이 절에서 정리한 정의와 판별 기준은 뒤의 계산 예제와 관련 기준 설명에서 그대로 사용된다.

4. 구성요소·원리·절차

잼 레이쇼(Jam ratio)는 관로 내경을 케이블 외경으로 나눈 값이다. 관로 안에 케이블 여러 본이 들어갈 때 단면이 쐐기처럼 물리는 쐐기 물림 현상을 판단하는 무차원 지표다.

$\text{잼 레이쇼}=\frac{D}{d}$

여기서 D는 관로 내경(mm), d는 케이블 외경(mm)이다. 케이블 외경은 절연체와 시스를 포함한 바깥지름을 쓴다. 공칭단면적은 도체 크기를 나타낼 뿐 이 식에는 들어가지 않는다.

구성요소는 다음과 같이 정리한다.

원리는 기하학으로 설명한다. 외경 d인 케이블 3본이 관로 벽에 모두 접하도록 놓이면, 관로 내경의 이론적 최소값은 D_{min}=d\left(1+\frac{2}{\sqrt{3}}\right)\approx 2.15d 이다. 즉 D/d가 2.15 근처이면 3본이 간신히 들어가는 상태다. 실무에서는 굴곡부와 포설 장력 변동 때문에 케이블이 특정 배열로 물리는 구간을 따로 본다. 이 구간이 관련 기준이 정한 잼 위험 구간이다.

잼 레이쇼가 관련 기준이 정한 위험 구간에 들면 3본 동시 포설 시 잼 위험 구간이다.

잼이 발생하면 케이블 사이 마찰이 커져 포설 장력이 급증한다. 장력은 굴곡부에서 누적되어 더 커지고, 그 결과 시스 찢김과 절연 손상, 케이블 파손이 생긴다. 따라서 잼 레이쇼 검토는 포설 전 설계 단계에서 끝내야 한다.

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 관로 내경 D를 설계 도면에서 확인한다.
• 케이블 외경 d를 제조사 치수표에서 확인한다. 시스를 포함한 값을 쓴다.
• D/d를 계산하고 단위를 mm로 맞춘다.
• 계산값을 판정 구간에 대입해 잼 위험 여부를 가린다.
• 위험 구간이면 관로 규격 상향, 본수·배열 분산, 포설 장력 관리, 윤활제 사용 중에서 대책을 고른다.

5. 관련 법령·기준·표준

잼 레이쇼 판정 기준은 법령 조문에 정해진 값이 아니라 케이블 포설 설계와 시공 실무에서 쓰는 기준이다. 관로 내경과 포설 조건은 발주처 시방서와 전기설비 설계기준에 따른다. 케이블 외경은 제조사 시험성적서와 전력케이블 관련 KS 규격의 치수를 쓴다.

판정 구간은 다음과 같다. 기준값은 3본 동시 포설을 전제로 한다.

표의 판정은 직선 구간 기준이다. 굴곡이 많은 관로는 구간별 장력을 따로 계산한다.

핵심 기준은 다음 두 가지다.

• 잼 위험 구간: 잼 레이쇼가 기준이 정한 범위에 드는 경우(3본 동시 포설 기준)
• 최소 내경 이론값: 외경의 약 2.15배(3본이 모두 접하는 경우)

계산 예로 관로 내경 200mm, 케이블 외경 63.8mm이면 잼 레이쇼는 200 ÷ 63.8 = 3.13이다. 이 값은 2구간에 들어가므로 3본 포설 시 잼 위험이 있다. 공칭단면적 800mm²는 외경 계산에 쓰지 않는다.

잼 레이쇼 자체의 기준 개정 연혁은 알려진 자료가 없다. 관로 설계 기준이 바뀌면 그 내용은 발주처 시방서 개정을 통해 반영된다.