고압케이블(High Voltage Cable)의 구조 / 차폐층의 접지방식

고압케이블(High Voltage Cable)의 구조 / 차폐층의 접지방식

1. 고압케이블의 개요

수전설비에 사용되는 고압케이블에 대한 일반사항을 기술한다. CV케이블을 기준으로 하여 설명하며, CV케이블 이외의 각종 케이블의 기본구조는 거의 다름이 없으며 단지 외장만이 그 목적에 따라서 변경되고 있다고 생각하면 무리가 없다. 예를 들면 연피케이블은 석유화학공장 기타 약품이나 기름이 흙속에 포함되는 경우 비닐외층이 침식되어서 절연체에 영향을 미칠 위험성이 있기 때문에 연피를 해거 기름이나 약품이 절연체까지 영향을 주지 않도록 한 것으로 연피내부의 구조는 CV케이블의 구조와 같다.

 

2. 고압케이블의 기본구조

· CV케이블의 구조는 그림과 같다

도체(동 또는 알루미늄 연선)위에는 차폐층이 있고 여기에는 압출반도전층(절연체와 같은 방법으로 반도전성 가교폴리에틸렌을 압출하고 피복한 층) 혹은 반도전성 테이프를 사용한다. 이 위에 가교 폴리에틸렌 절연체가 압출 피복되고 다시 절연체 표면에는 반 도전성테이프 및 동테이프가 감겨서 외부차폐층을 구성하며 이 위에 布 테이프를 감고 비닐외장을 한다.

· 케이블은 장기간에 걸쳐 고전압을 가해서 사용하나 이 전압은 내외 차폐층 사이에 있는 절연체에도 가해져 있다. 차폐층은 이 전압이 절연체에 균일하게 가해지도록 한 것이다. 이 차폐층이 불완전하면 절연체에 국부적으로 전압이 가해져 성능저하의 원인이 된다. 또 차폐층과 절연체와의 경계에 틈새가 있으면 이 틈새에서 방전이 일어나기 때문에 절연체가 침식되어 역시 성능저하를 초래한다(코로나 열화) 이와같은 차폐층은 케이블의 성능을 유지하기 위해 이것이 상하지 아니하도록 유의하여야 한다.

· 케이블 절연체에 가해지는 전계는 도체 위쪽이 크기 때문에 압출 반도전층이 사용되고 있으나 이것은 테이프식의 반도전층에 비해서 미끈한 표면이 되어 성능상 좋다.

 

3. 고압케이블의 종류

[표1] 실용되고 있는 고압케이블

기호중 최초문자는 절연체 다음은 외장의 재료의 부호이다.

 

[표2] 고압케이블용 재료일람

 

[표3] 특수 케이블과 용도

 

4. 케이블 차폐층의 접지

고압케이블에는 안전과 성능을 고려하여 동 테이프 등으로 금속차폐층을 설치한다. 이 차폐층은 전압이 절연체에만 균일한 전계로 가해지도록 하여 내전압 성능을 향상시키거나 부분방전 또는 충전전류에 의한 트래킹현상을 방지하거나 통신선으로의 유도를 방지하는 등의 중요한 역할을 한다.

그러나 이와같은 역할을 수행하기 위해서 차폐층은 접지되어야 하며, 만일 비 접지상태인 경우에는 케이블의 성능면에서 문제가 될 뿐만 아니라 인체에도 위험을 초래하게 된다.

1) 차폐층을 접지하지 않을 경우의 현상

차폐층의 접지가 정상으로 되어 있으면 도체와 대지 사이에 전압을 인가한 경우 도체와 외부 반도전층 및 차폐층 사이가 인가전압과 거의 동일한 전압이 된다. 즉, 차폐층은 대지와 동일한 전위가 되어 안전한 상태로 유지된다. 그러나 접지가 되어 있지 않으면 케이블 도체와 차폐층 사이 및 차폐층과 대지 사이에 정전용량에 의한 인가전압이 달라지게 된다. 이들 전압의 크기는 정전용량의 크기에 반비례한다.

 

실제 부설상태에서는 통상 C1에 비해 C2가 작기 때문에 차폐층에 발생하는 전압 V2는 인가전압 V에 가까운 값이 된다. 이와같이 접지를 하지 않는 경우에는 파폐층에 매우 높은 전압이 발생하여 위험한 상태가 된다. 또한 접지를 했더라도 접지선의 접속불량 또는 단선이 발생한 경우는 접지하지 않은 것과 동일한 상태가 되어 상당히 위험하다.

 

2) 케이블 차폐층의 접지방식

케이블 차폐층의 접지방식에는 크게 일단 접지방식과 양단접지방식이 있다.

2-1) 일단접지방식

케이블 루트의 끝에서 차폐층을 접지하고 다른 쪽 끝은 접지하지 않는 방식이다. 이 경우 대지 ~차폐층~대지의 폐회로를 형성하지 않으므로 차폐층에는 전류가 흐르지 않아 차폐층에는 전력손실이 생기지 않는다. 단, 접지하지 않는 측의 종단 차폐층에는 항상 유기전압이 발생하며, 포설조건에 따라서는 종단부의 절연보강이나 심선 서지에 대한 시즈 피뢰기설치 등의 대책이 필요하다.

- 케이블 길이에 비례해서

2-2) 양단 접지방식

케이블의 양쪽 끝에서 접지하는 방식으로 케이블의 양 끝이 접지되어 있기 때문에 일단접지방식과 같은 유기전압은 발생하지 않는다. 단 대지~치폐층~대지의 폐회로가 형성되므로, 차폐층에 전류가 흘러 전력손실(차폐층의 발열)이 생겨 케이블의 허용전류를 감소시킨다.

2-3) 접지방식의 비교

2-4) 접지방식의 선정

상기의 두 방식 각각의 장점을 고려하여 채택하여야 하며, 또한 케이블의 지락보호를 위한 관통형 영상변류기를 채택하는 경우에는 보호계전기의 동작을 검토하여야 한다. 따라서 현재에는 유기전압이 50V를 넘지 않는 범위내에서의 일단접지방식의 채용이 일반적이다.

단, 단심케이블에서 케이블의 길이가 긴(300m 초과) 때에는 비접지측의 차폐층에 유기되는 전압이 높아져서 사람이 접촉시 위험을 초래할 우려가 있으므로 별도 검토할 필요가 있다.

- 3심케이블의 경우 양단접지

- 단심케이블의 경우 편단접지