전압강하·P형 수신기 회로

왜 배우는가: 전압강하는 긴 배선에서 경종과 표시등이 정격 전압을 얻지 못하게 만들어 화재 경보가 제때 울리지 않게 한다. P형 수신기 회로의 감시 원리를 알아야 배선 설계와 점검, 회로 불량 판단을 할 수 있어서 시험에서 계산과 결선 문제로 반복해 나온다.

출제 이력: 제133회 4교시 4번, 제125회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전압강하는 전선 저항과 전류로 생기는 전압 손실이고, P형 수신기 회로는 수신기와 현장 장치를 한 회로로 묶어 화재 신호와 선로 고장을 감시하는 회로다.

핵심 키워드

• 전압강하(Voltage Drop): 전원 전압과 부하 단자 전압의 차이
• P형 수신기: 경계구역 단위로 감지기 회로를 묶어 신호를 받는 수신기
• 종단저항: 회로 끝에 달아 선로 단선과 단락을 감시하는 저항
• 감시전류: 평상시 종단저항을 통해 흐르는 미세한 전류
• 회로저항: 배선 자체의 저항으로 전압강하의 원인
• 릴레이저항: 감지기가 동작하면 회로에 연결되어 전류를 바꾸는 소자
• 발신기 세트: 수동 발신기, 경종, 표시등, 응답램프를 한 함에 모은 장치

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 전압강하는 전선이 길수록 전기가 지나가며 전압이 조금씩 빠지는 현상이다. 물이 긴 호스를 지나며 수압이 떨어지는 것과 같다. 정식 정의는 전원 측 전압에서 부하 단자의 전압을 뺀 값이며, 전류와 배선 저항의 곱으로 계산한다. 이때 전압강하는 전선의 굵기, 길이, 흐르는 전류에 따라 커진다.

P형 수신기 회로는 한 회로에 여러 감지기와 발신기를 병렬로 붙이고, 회로 끝에 종단저항을 단다. 평상시에는 이 저항을 통해 작은 감시전류가 흐른다. 선이 끊기면 전류가 멈추고, 선이 단락되면 전류가 크게 늘어난다. 수신기는 이 변화를 보고 화재 신호와 선로 고장을 구분한다. 감지기가 동작하면 회로 전류가 변해 수신기가 화재로 판단한다.

계산에서는 회로저항과 릴레이저항을 합쳐 전체 저항을 본다. 감시전류는 회로전압을 전체 저항으로 나눈 값이므로 저항이 바뀌면 값도 바뀐다. 예를 들어 회로전압이 DC 24V 이고 종단저항이 10kΩ 이면 평상시 전류는 거의 종단저항에 의해 정해진다. 이 관계를 알면 배선이 길어질 때 전류와 전압이 어떻게 변하는지 설명할 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 화재경보 설비는 감지기마다 전선을 따로 끌었다. 건물이 커지면서 전선 수와 공사비가 급격히 늘었다. 그래서 여러 감지기를 한 회로로 묶는 방식이 쓰였다. 이 방식은 배선을 줄이지만, 회로가 길어지고 장치가 많아지면 전압과 전류가 함께 변하는 문제가 생긴다.

특히 다층 건물이나 원거리 부지에서는 수신기와 현장 장치 사이 거리가 길다. 가상의 예로, 지상 여러 층의 공장동이 수신기와 수백 미터 떨어져 있다고 하자. 이때 배선 저항이 누적되어 경종과 표시등에 도달하는 전압이 낮아질 수 있다. 전압이 낮으면 경종 음량이 줄고 표시등이 어두워져 피난 경보가 약해진다. 이는 설비가 설치되어도 실제 기능을 못 하는 상태이므로 설계 단계에서 막아야 한다.

또 P형 수신기는 회로 단위로 화재를 판단하므로 회로가 끊기거나 단락되면 여러 장치가 동시에 영향을 받는다. 그래서 배선의 전기적 상태를 주기적으로 확인하는 것이 중요하다. 화재안전기준은 자동화재탐지설비의 구성과 배선을 규정한다. 현행 기준은 자동화재탐지설비 및 시각경보장치의 화재안전기술기준(NFTC 203)이며 2026년 3월 1일부터 시행된다.

경보설비는 평상시 점검이 어렵고 화재 때만 작동하므로, 회로 상태를 상시 감시하는 종단저항 방식이 필요하다. 이 방식은 선로 고장을 조기에 알리고, 화재 때 확실한 신호 전달을 돕는다. 결국 전압강하 계산과 회로 감시 원리는 설비가 실제로 작동하는지 확인하는 기본 도구가 된다.

4. 구성요소·원리·절차

P형 수신기 회로는 수신기에서 나가 감지기와 발신기를 거쳐 다시 수신기로 돌아오는 왕복 배선이다. 수신기는 회로 말단의 종단저항으로 회로 상태를 감시하고, 경보 시에는 경보회로로 표시등과 경종에 전원을 공급한다. 표시등과 경종은 경보회로에 병렬로 연결되므로 부하전류와 전압강하를 함께 검토해야 한다.

표에서 보듯 감시 단계에서는 전류가 적고, 경보 단계에서 경종과 표시등의 부하전류가 한꺼번에 흐른다. 따라서 전압강하 검토는 경보 시 최대 부하전류를 기준으로 해야 한다.

감시전류는 종단저항, 릴레이저항, 배선저항을 합한 회로저항으로 정해진다. 식은 $I = V ÷ (R_종단 + R_릴레이 + R_배선)$ 이며, V는 회로전압(V), R은 각 저항(Ω)이다. 감지기 동작 시 종단저항이 회로에서 빠지는지는 회로 구성에 따라 다르며, 수신기는 회로 전류 변화를 화재 신호로 판별한다.

전압강하의 원리는 전선 저항에 전류가 흘러 생기는 전압 손실이다. 전선 1본의 저항은 R = ρL ÷ A 로 구하고, 왕복 2본이므로 전압강하는 다음과 같다.

$ΔV = 2 × ρ × L × I ÷ A$

ΔV는 전압강하(V), ρ는 도체 고유저항(Ω·mm²/m), L은 편도 길이(m), I는 부하전류(A), A는 전선 단면적(mm²)이다. 구리 도체의 고유저항은 20℃에서 약 0.0172Ω·mm²/m로 보는 것이 일반적이다.

가상의 예로 편도 400m, 2.5mm² 구리선에 전류 0.5A가 흐르는 경우를 계산한다. 주어진 값은 L = 400m, A = 2.5mm², I = 0.5A, ρ = 0.0172이다. 대입하면 ΔV = 2 × 0.0172 × 400 × 0.5 ÷ 2.5 = 2.75V다. 24V 대비 약 11%이므로 회로 말단에서 경보 전압이 크게 낮아질 수 있어 기준과 비교가 필요하다.

단상2선식은 위 식의 왕복 2본 구조를 그대로 쓴다. 3상 회로에서는 적용 방식에 맞는 전압강하식을 사용한다.

• 회로별 부하전류를 합산한다. 경종 개수 × 50mA, 표시등 개수 × 30mA를 더한다.
• 수신기부터 말단 부하까지 편도 길이를 산정한다.
• 사용 전선의 단면적과 고유저항으로 저항값을 확인한다.
• 전압강하를 계산하고 기준값과 비교한다.
• 기준을 넘으면 굵기 증대, 회로 분할, 전압 상향 중 하나를 택해 재계산한다.

5. 관련 법령·기준·표준

자동화재탐지설비의 설치 기준은 「소방시설 설치 및 관리에 관한 법률」(약칭 소방시설법)과 화재안전기술기준(NFTC 203)에 있다. 2022-12-01부터 화재안전기준이 화재안전성능기준(NFPC)과 화재안전기술기준(NFTC)으로 나뉘었다. 전기 설비의 전압강하는 한국전기설비규정(KEC)을 따르며, 2021-01-01부터 시행됐다. 전원회로 배선은 내화배선, 그 밖의 배선은 내화배선 또는 내열배선으로 하는 것이 소방 배선 기준의 기본 방향이다.

문항 조건의 부하전류와 저항값은 계산 전제로만 쓰고 기준값으로 혼동하지 않는다.

기준값은 개정에 따라 바뀔 수 있으므로 값과 함께 조건과 출처를 쓴다. 특히 감시 전류 기준과 종단저항 방식은 설계 도서와 기준서의 현행본을 대조해야 한다.