수중 전동 장비의 전압강하와 9 V 하한 계산
TMI-Orion Dynamics의 EMA와 액추에이터는 9~24 VDC에서 동작하고, 최대 소비전력은 40~150 W입니다. 사양표만 보면 24 V를 연결하면 끝날 것 같지만, 수중 장비는 케이블이 길고 가늘어서 장비에 도착하는 전압이 한참 낮아질 수 있습니다. 전원 사양을 케이블 끝에 남는 전압으로 읽어야 하는 이유입니다. 이 제품들의 최대 전력에서 전류를 구하고, 구리선의 전압강하를 계산해 9 V 하한을 지키는 방법을 차례로 살펴봅니다.
전류 계산
최대 전력으로 구하는 전류
소비전력을 전압으로 나누면 도체에 흐르는 전류가 나옵니다. 같은 전력이라도 전압이 낮을수록 전류는 커집니다.
| 장비 | 최대 전력 | 24 V일 때 전류 | 12 V일 때 전류 |
|---|---|---|---|
| EMA | 150 W | 6.25 A | 12.5 A |
| ELA (16 mm/s형) | 60 W | 2.5 A | 5.0 A |
| ERLA | 65 W | 2.71 A | 5.42 A |
| ELA (4 mm/s형), ERA | 40 W | 1.67 A | 3.33 A |
표의 최대 전력은 사양서 값이라 모든 장비가 동시에 최대로 움직이지는 않습니다. 그래도 전원 설계는 동시에 동작할 조합의 합에서 출발해야 전원이 모자라지 않습니다. 장비마다 최대 전력과 입력 범위가 다르니, 위 표에서 사용할 장비의 줄만 골라 더하세요.
케이블 저항으로 전압은 얼마나 떨어질까요?
전압강하는 구리선의 왕복 저항에 전류를 곱한 값이라, 선이 길고 가늘수록 커집니다. 구리의 저항률 0.0172 Ω·mm²/m(20 °C)를 적용하면 편도 길이 L(m), 단면적 A(mm²)인 선의 왕복 저항은 2 × L × 0.0172 ÷ A입니다. 0.5 mm² 선 100 m는 약 6.9 Ω, 1.5 mm² 선 10 m는 약 0.23 Ω입니다. 아래 표는 24 V를 공급하고 EMA가 150 W를 소비한다고 가정한 값으로, 전압이 낮아질수록 전류가 늘어나는 정전력 부하로 계산했습니다.
| 선 조건(편도) | 왕복 저항 | 전류 | 장비 단자 전압 |
|---|---|---|---|
| 1.5 mm², 2 m | 0.046 Ω | 6.3 A | 23.7 V |
| 1.5 mm², 10 m | 0.23 Ω | 6.7 A | 22.5 V |
| 1.5 mm², 30 m | 0.69 Ω | 8.2 A | 18.4 V |
| 0.5 mm², 100 m | 6.9 Ω | 계산 불가 | 최대 전달 약 21 W |
마지막 줄은 150 W를 아예 보낼 수 없다는 뜻입니다. 24 V 전원에 6.9 Ω이 직렬로 끼면 부하를 아무리 키워도 전달되는 전력은 24² ÷ (4 × 6.9) ≈ 21 W가 최댓값입니다. 실제 값은 모터 구동부 특성에 따라 달라지므로 표는 어림값으로 참고하세요.
긴 구간은 높은 전압으로 보내고 ROV 안에서 낮춥니다
수 m를 넘는 테더 구간은 높은 전압으로 보내고, 암 가까이에서 24 V로 낮추는 구성이 일반적입니다.
다른 업체 ROV인 Demre MiniROV와 Myra의 공식 페이지를 보면 입력이 230 VAC로 적혀 있습니다. 같은 150 W를 230 V로 보내면 전류가 약 0.65 A로 줄어, 0.5 mm² 선 100 m 구간의 전압강하도 약 4.5 V에 그칩니다(직류로 환산한 단순 계산). 전류가 줄면 전압강하가 작아지고 도체도 가늘게 할 수 있으니, ROV 안의 변환기에서 24 V를 만든 뒤 암까지는 굵고 짧은 선으로 잇는 구성이 유리합니다.
9 V 하한까지 남겨 둘 여유
장비 단자 전압이 9 V(ELA Type 2는 10 V)에 가까우면 부하가 커지는 순간 하한 아래로 내려갈 수 있습니다. 12 V 계통에 EMA를 붙이는 경우를 보면, 1.0 mm² 선 3 m(편도)만으로도 전류가 약 14 A로 늘고 단자 전압은 약 10.5 V까지 내려갑니다. 하한까지 1.5 V밖에 남지 않아 순간적인 부하 증가만으로도 하한에 닿을 수 있습니다. 12 V 계통이라면 굵은 선과 짧은 길이를 우선하고, 가능하면 24 V 계통으로 구성하세요.
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 조건 | 12 V 계통, EMA, 1.0 mm² 선 3 m(편도) |
| 전류 | 약 14 A |
| 장비 단자 전압 | 약 10.5 V |
| 하한까지 여유 | 1.5 V |
커넥터도 같은 눈으로 봐야 합니다. EMA의 입력은 SubConn MCBH8M 커넥터이며, 6.25 A가 전원 접점 몇 개로 나뉘어 흐르는지에 따라 접점당 전류가 정해집니다. 접점 수와 접점당 정격을 SubConn 사양서와 비교해 확인하세요.
전원 용량은 동시에 움직이는 조합으로 정합니다
전원 변환기 용량은 동시에 동작하는 장비의 최대 전력 합에 여유를 더해 정합니다. 예를 들어 EMA(150 W)로 작업하면서 카메라를 ELA 16 mm/s형(60 W)으로 기울이고 ERA(40 W)로 돌리는 조합이라면 합계가 250 W, 24 V에서 약 10.4 A입니다. 여유율을 25%로 잡으면 변환기는 약 313 W 이상이어야 합니다. 25%는 설명을 위한 가정이므로, 실제 여유율은 각 사의 설계 기준에 맞추세요.
| 구성 | 최대 전력 |
|---|---|
| EMA | 150 W |
| ELA 16 mm/s형 | 60 W |
| ERA | 40 W |
| 합계 | 250 W (24 V에서 약 10.4 A) |
| 여유율 25% 적용 변환기 | 약 313 W 이상 |
수중 장비 전원 설계 순서
사양서의 전력에서 출발해 전압강하 계산, 전원 용량 산정, 실측 확인 순서로 진행합니다.
- 사용할 장비의 최대 전력과 입력 전압 범위를 사양서에서 읽습니다.
- 동시에 움직일 조합의 전력 합을 구하고 전류로 바꿉니다.
- 선 길이와 단면적으로 왕복 저항과 전압강하를 계산합니다.
- 장비 단자 전압이 하한(9 V 또는 10 V)보다 충분히 높은지 확인합니다.
- 긴 구간이면 고전압으로 보내고 암 가까이에서 낮추는 구성을 검토합니다.
- 조립 후 무부하와 동작 중 전압을 실측해 계산과 비교합니다.
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자주 묻는 질문
EMA의 입력 전압 범위는 어떻게 되나요?
9~24 VDC이며, 사양표의 특성값은 24 VDC 기준입니다. 최대 소비전력은 150 W로, 24 V에서는 약 6.25 A가 흐릅니다.
ELA·ERLA·ERA 액추에이터도 EMA와 전압 범위가 같나요?
ERLA와 ERA, ELA 기본형은 9~24 VDC이고 ELA Type 2만 10~24 VDC입니다. 최대 전력은 ELA 40 W(4 mm/s형)·60 W(16 mm/s형), ERLA 65 W, ERA 40 W입니다.
EMA를 12 V 전원으로 구동해도 되나요?
입력 범위 안이라 구동은 되지만 여유가 작습니다. 150 W에서는 전류가 12.5 A를 넘고, 얇거나 긴 선에서는 전압강하만으로도 9 V 하한에 가까워집니다. 24 V 계통을 권합니다.
테더가 긴 ROV는 왜 전압을 높여 전력을 보내나요?
같은 전력이라도 전압이 높으면 전류가 줄어 전압강하와 발열이 작아지기 때문입니다. 0.5 mm² 선 100 m에 24 V로는 150 W를 보낼 수 없지만, 230 V로 보내면 전압강하는 약 2% 수준입니다.
수중 장비 전원 설계, (주)테솔 엔지니어가 안내합니다
전원 사양과 케이블 길이, 장비 소비 전류를 알려 주시면 전압강하를 계산해 필요한 전원 구성을 정리해 드립니다. 대표번호 031-713-5988
제품 상담하기참고 자료
- TMI-Orion Dynamics, EMA Electrical Manipulator Arm 5F Datasheet ed12
- TMI-Orion Dynamics, ELA Type 2·ERLA·ERA Datasheet
- HOYTEK, Demre MiniROV·Myra 제품 페이지
