고압케이블 일반사항

고압케이블 일반사항

가. 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.

나. 케이블의 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.

다. 고압케이블의 종류

[표1] 실용되고 있는 고압케이블

품명	기호
가교폴리에틸렌절연 비닐외장케이블 가교폴리에틸렌절연 폴리에틸렌 외장케이블 에틸렌프로필렌고무절연 비닐외장케이블 에틸렌프로필렌고무절연 클로로프렌 외장케이블 부틸고무절연 클로로프렌 외장케이블	CV CE PV PN BN

기호중 최초문자는 절연체 다음은 외장의 재료의 부호이다.

[표2] 고압케이블용 재료일람

용도	종류	두께㎜
		3.3KV	6.6KV
절연용	가교폴리에틸렌 부틸고무 에틸렌프로필렌고무	2.5~6.0 3.0~7.0 2.5~6.0	4.0~7.0 5.0~8.0 4.0~7.0
시이즈용	폴리염화비닐 폴리에틸렌 클로로프렌고무	D : 시이즈 下徑

[표3] 특수 케이블과 용도

종류	특징,용도 등
CV케이블	관로,직접매설,암거등의 일반용
가공케이블	CV케이블과 메신저와이어를 일체화한 것으로 현지에서 멧심하여 일체화하는 것도 있다.
강관개장케이블	직접매설용, 강관으로 보강했기 때문에 지중의 방호가 불필요하고 耐油, 내 약품성 케이블로서 사용이 가능하다.
DC케이블	CV케이블을 경질 폴리에틸렌 관에 넣은 것으로 직접매설용
연피케이블	耐油, 내 약품용, 차폐층에 연피를 해서 가름이나 약품을 차단한다

다. 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

접지방식	특징
	케이블의 길이에 비례하는 유기전압이 발생하며, 따라서 케이블 길이에 제약이 있다. 회로가 구성되지 않으므로 순환전류가 흐르지 않는다.
	유기전압이 발생하지 않는다. 각상의 차폐층을 회로로 하는 순환전류가 흘러 허용전류가 약간 저하된다.(발열로 인한 온도상승에 기인함)
	유기전압이 발생하지 않는다. 각상의 차폐층을 회로로 하는 순환전류가 흘러 허용전류가 약간 저하된다.(발열로 인한 온도상승에 기인함)

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

라. 케이블 포설 및 취급상의 주의사항

CV케이블은 과거에 많이 사용했던 종이케이블과는 달리 가볍고 가용성도 우수하지만 성능은 차폐층이 완전한 상태가 아니면 소기의 성능을 유지할 수 없기 때문에 이 부분에 손상을 주는 것은 절대 피하여야 한다. 즉, 무리하게 케이블을 구부리거나 케이블에 과도한 압력을 가하는 것은 금물이다. 또 바깥층은 절연층과 차폐층의 기계적인 보호의 역할 이외에 내부에서 침수를 막는 역할도 있어 시이즈 자체에 손상을 주는 것도 철저히 피하여야 한다. 만일 바깥층에 상처를 준 경우 그 상처가 차폐층 이내에 손상을 주지 않았나를 확인하고 방수테이프로 완전하게 보수하여야 한다.

케이블 포설방법
케이블을 포설하는 경우 그 공사방법 루우트 등의 확인, 안전성 등을 사전에 충분히 검토해야 한다.

◆ 허용곡률반경
케이블은 그 성능이 손상하지 않도록 표와 같은 곡률반경을 확보하여야 한다. 그렇지 않은 경우 장기간 사용중에 열화의 원인이 되기 때문에 공사중 및 최종적으로 케이블을 고정했을 때 이 값 이상으로 구부리지 않도록 충분히 유의하여야 한다.

[표] 케이블의 허용 곡률반경

구분	단심케이블	다심케이블
600V 케이블 3.3/6.6KV 케이블 분할도체	케이블 완성외경의 8배 10배 12배	6배 8배 -

- 고압트리플렉스형케이블은 같은 사이즈의 단심케이블의 완성외경의 7.5 배로 한다.
- 단심 케이블의 외장을 벗긴 선심 혹은 트리플렉스형 케이블의 3선심을 푼 각선심은 단심케이블과 같이해도 된다. 단, 3.3KV 케이블은 각 선심의 8배까지 구부려도 된다.

◆ 포설장력
케이블 포설시 장력은 풀링아이부착의 경우 다음 값 이하로 유지하여야 한다.
- 동도체의 경우
T(㎏) = 7×(케이블도체 단면적 : ㎟)×심선수
- 알루미늄도체의 경우
T(㎏) = 4×(케이블도체 단면적 : ㎟)×심선수
단, 네트포설의 경우는 1500㎏을 한도로 하고 (a) 또는 (b)식으로 구한 값이 이보다 작은 경우에는 작은 쪽의 값을 한도로 한다.

- 포설장력의 산출

구분	산출식
직선부의 장력		L : 직선부 길이m W : 케이블 중량(㎏/m) f : 마찰계수(관로인입의 경우 0.5, 강관파이프 견이의 경우 0.2) T : 소요장력(㎏)
굴곡부의 장력		T1 : 굴곡부 입구까지의 장력㎏ T2 : 굴곡부 출부까지의 장력㎏ f : 마찰계수 θ : 굴곡부의 굴곡각도(라이언) e : 자연대수 따라서 가령 마찰계수를 0.5로 하면 아래와 같다. θ = 20° T2 = 1.2 T1 θ = 45° T2 = 1.5 T1 θ = 90° T2 = 2.2 T1

직선부와 굴곡부가 다수 있는 경우라도 굴곡부 입구까지는 직선부의 식으로 T1을 구하고, 굴곡부는 윗식으로 구하는 것을 반복하면 된다. 이와같이 검토한 결과 만약 포설장력이 케이블의 허용치를 넘는 경우에는 그리스 등으로 마찰을 경감케 한다(마찰 경감제를 사용하는 경우의 마찰계수는 60%정도로 된다). 만약 계산장력이 허용치에 가까운 경우는 장력계를 사용하여 포설중의 감시를 할 필요가 있다.
◆ 케이블의 허용측압
케이블은 굴곡부에 인입할 때 측압을 받게 된다. 측압으로 시이즈에 외상이 일어나는 일은 절대로 피해야 하며, 이 때문에 관로의 상태 등이 충분히 양호한 상태인 것이 필요하다. 그러나 배관의 길이가 길거나 굴곡부가 많을 때에는 다음 식으로 발생측압을 검토하여 허용치 이상여부를 확인하여야 한다.

- T : 케이블 장력㎏,
- R : 굴곡부의 반경,
- W : 케이블 중량(㎏/m)
허용측압 P 는 단심케이블 혹은 3심케이블에서는300㎏/m, 트리플랙스형 케이블에서는 250㎏/m 정도이다.

◆ 케이블의 침수방지
케이블을 물이 있는 관로 등에 넣는 경우 케이블 끝 부분의 방수처리는 충분히 유의하여야 한다. 비닐테이프 등에 의한 방수처리는 매우 어렵기 때문에 비닐캡을 쓸 필요가 있으며 또 케이블을 옥외(맨홀속 포함)에 방치하는 경우에도 이와같은 처리를 해 놓아야 한다.

◆ 와이어 네트
와이어네트의 허용장력은 1500㎏이나 이 값을 확보하기 위해서는 네트는 케이블에 500㎜ 이상 씌워 케이블에 균일하게 장력이 걸리도록 끝은 바인드하여야 한다. 또한 케이블은 방수가 중요하기 때문에 포설중에 케이블 단부의 방수처리가 파손되지 아니하도록 세심한 주의를 요한다.

◆ 기타 포설시 유의사항

암거 또는 개거 등에 포설하는 경우 케이블끼리의 간격은 미리 확인해 놓고 케이블을 고정할 때 이것을 유지할 필요가 있다. 케이블은 보통 허용전류에 의해 사이즈가 결정되어 있어 만약 설계시 이상으로 케이블을 접근시키면 과열해서 열화의 원인이 되는 수도 있다.
케이블 드럼을 취급할 때에는 과도한 충격을 주지 아니하여야 한다. 또한 드럼을 회전시에는 표시된 회전방향으로 굴려야 하며, 만약 반대방향으로 굴리면 감겨있는 케이블이 헐거워져서 kink 등의 원인이 되는 우려가 있다.
포설공사 현상에서는 케이블루트중 콘크리트 증 케이블을 상하게 할 우려가 있는 기회가 많기 때문에 포설 직전에 이의 점검을 할 필요가 있다. 또한 관로내의 청소가 필요하며 특히 기설관로의 경우 이음새가 어긋남이 있는 경우가 있으므로 점검해 놓는다.

◆ 외부 반도전층 박리요령

전기설비 기술기준

별표7 고압케이블의 규격