전원 케이블 설명: 전기 케이블링 및 와이어 절연 유형

무엇입니까 전원 케이블 ?

전원 케이블은 부하가 건물, 기계, 인프라 또는 소비자 장치인지 여부에 관계없이 소스에서 부하로 전기 에너지를 전송하도록 설계된 절연 전기 도체입니다. 모든 전원 케이블은 두 가지 기능을 동시에 수행합니다. 저항 손실을 최소화하면서 전류를 전도하고 사람, 장비 또는 환경과의 접촉을 방지하는 절연 및 보호 구조 내에 해당 전류를 안전하게 유지하는 것입니다.

가장 기본적인 수준에서 전원 케이블은 다음과 같이 구성됩니다. 지휘자 그리고 절연층 . 실제로 산업, 상업 및 인프라 응용 분야에 사용되는 대부분의 케이블은 정의된 기계적 또는 전기적 목적을 수행하는 여러 도체, 반도체 스크린, 금속 차폐, 장갑층 및 외부 피복을 통합하여 훨씬 더 복잡합니다. 케이블의 구조는 전달해야 하는 전압, 처리해야 하는 전류, 작동할 설치 환경, 사용 수명 동안 직면하게 될 기계적 응력에 따라 결정됩니다.

전원 케이블은 전압 정격에 따라 크게 세 가지 범주로 분류됩니다. 저전압(LV) 건물 배선, 기기 연결 및 경공업 배전에 사용되는 최대 1kV 등급의 케이블; 고압(MV) 산업용 배전 및 유틸리티 공급 장치에 사용되는 1kV ~ 36kV 등급의 케이블; 그리고 고전압(HV) 송전망 및 대규모 전력 인프라에 사용되는 36kV 이상의 정격 케이블. 각 전압 등급에는 고유한 도체 크기 표준, 절연 두께 요구 사항, 설계 및 사용을 관리하는 설치 코드가 있습니다.

도체 재료는 거의 보편적으로 다음 중 하나입니다. 구리 또는 알루미늄 . 구리는 뛰어난 전도성(대략 58MS/m 대 알루미늄의 35MS/m), 더 높은 인장 강도 및 연결 지점의 부식에 대한 더 나은 저항성을 제공하므로 대부분의 고정 배선 및 유연한 케이블 응용 분야에서 선호되는 도체입니다. 알루미늄은 상당히 가볍고 전도도 단위당 비용이 낮기 때문에 무게와 재료 비용이 주요 고려 사항인 가공 송전선과 대규모 지하 배전 케이블을 지배하고 있습니다.

전기 케이블의 유형

전기 케이블링은 단일 제품 범주가 아니라 전압 등급, 설치 방법, 환경 노출 및 기계적 요구 사항의 특정 조합에 맞게 최적화된 광범위한 구성 제품군입니다. 배전 및 건물 배선에서 가장 중요한 케이블 유형은 아래에 설명되어 있습니다.

비외장 PVC 또는 XLPE 케이블(NYY/N2XY)

PVC 또는 XLPE 절연 및 PVC 외피를 갖춘 비외장 저전압 케이블은 건물 서비스, 경공업 배선 및 도관의 직접 매립 응용 분야에서 가장 널리 설치되는 케이블 유형입니다. NYY 지정(PVC 절연, PVC 외장) 및 N2XY 지정(XLPE 절연, PVC 외장)은 유럽 및 대부분의 국제 시장에서 사용되는 IEC 명명 규칙을 따릅니다. 이 케이블은 단일 코어 및 멀티 코어 구성으로 제공되며 도체 단면적은 1.5 mm² ~ 300 mm² 이상입니다. XLPE 절연 변형은 동일한 도체 크기에서 PVC 등가물보다 더 높은 전류 정격을 제공합니다. , 가교 폴리에틸렌 단열재의 우수한 열 성능으로 인해.

외장 케이블(SWA 및 AWA)

외장 케이블은 절연체와 외부 피복 사이에 기계적 보호층을 통합합니다. 강철 와이어 장갑(SWA) 케이블은 절연 코어 어셈블리 주위에 나선형으로 감긴 아연 도금 강철 와이어 층을 사용하여 찌그러짐, 설치류 공격 및 우발적 충격에 대한 저항력을 제공합니다. SWA는 기계적 손상이 발생할 수 있는 산업 환경에서 도관 없는 직접 매설, 지하 배전 및 표면 장착을 위한 표준 선택입니다. 알루미늄 와이어 장갑(AWA) 케이블은 강철 대신 알루미늄 와이어를 사용하여 무게를 줄이고 알루미늄 도체 케이블의 갈바니 부식 위험을 제거합니다. 따라서 강철 외장이 AC 시스템에서 허용할 수 없는 와전류 손실을 발생시키는 지하 단일 코어 케이블에 선호됩니다.

미네랄 절연 케이블(MICC/MI 케이블)

미네랄 절연 케이블은 압축된 산화마그네슘(MgO) 분말을 절연 재료로 사용하며, 구리 도체와 이음매 없는 구리 또는 스테인리스 스틸 외부 피복 사이에 포장되어 있습니다. 결과는 다음과 같은 케이블입니다. 탁월한 내화성 — MgO는 불연성이며 금속 외장은 어떤 화재 조건에서도 타거나 유독 가스를 방출하지 않습니다. MI 케이블은 1,000°C를 초과하는 온도에서 회로 무결성을 유지하며 많은 건축 규정에서 화재 경보 회로, 비상 조명, 연기 추출 시스템 및 기타 생명 안전 배선에 의무적으로 사용됩니다. 이들의 한계는 더 높은 비용, 제한된 유연성, 밀봉된 종단이 필요한 절단 끝 부분의 습기 유입에 대한 민감성입니다.

유연한 후행 케이블

유연한 케이블은 가전 코드, 휴대용 도구, 연장 리드 및 기계 후행 리드와 같은 이동식 연결에 필요한 굽힘 반경 및 플렉스 사이클 내구성을 달성하기 위해 함께 꼬인 수십에서 수백 개의 개별 얇은 와이어로 구성된 미세한 연선 도체를 사용합니다. 연선 등급에 따라 유연성이 결정됩니다. IEC 60228에 따른 클래스 5(가는 연선) 및 클래스 6(극세 연선) 도체는 자주 구부러지는 애플리케이션에 사용되는 반면, 클래스 2(연선)는 고정 배선의 표준입니다. 유연한 케이블 절연체와 외장은 순전히 열 성능을 위해 최적화된 것이 아니라 마모, 오일 및 반복적인 굴곡에 대한 저항성을 위해 만들어졌습니다.

중압 및 고전압 XLPE 케이블

1kV 이상에서는 케이블 구성이 훨씬 더 복잡해집니다. MV 및 HV 케이블에는 다음이 필요합니다. 지휘자 screens and insulation screens - 도체 위와 절연체 외부 표면 위에 직접 도포된 반도체 재료의 얇은 층 - 도체 표면과 절연체-외피 경계면에서 전계 집중을 평활화하기 위해. 이러한 스크린이 없으면 연선 도체의 불균일한 기하학적 구조로 인해 시간이 지남에 따라 절연 성능이 저하될 만큼 국부적인 전기장이 강화됩니다. XLPE는 우수한 내습성, 가벼운 무게, 더 높은 도체 온도(연속 90°C 대 PVC의 경우 70°C)에서 작동할 수 있는 능력으로 인해 지난 30년 동안 종이-오일 절연 케이블(PILC)을 대체해 온 전 세계 MV 및 HV 케이블의 주요 절연 소재입니다.

전력 도체가 있는 데이터 및 신호 케이블(하이브리드 케이블)

하이브리드 케이블은 전원 도체와 신호 또는 데이터 도체를 단일 외피 내에 결합하여 전력과 통신이 모두 동일한 종단점에 도달해야 하는 산업 기계, CCTV 시스템, 건물 자동화, 재생 에너지 모니터링 등의 응용 분야에서 설치 복잡성을 줄여줍니다. 전원 및 신호 요소는 물리적으로 분리되어 있으며 신호 회로를 손상시키는 전력 도체의 전자기 간섭을 방지하기 위해 케이블 내에서 개별적으로 차폐되는 경우가 많습니다.

전선 절연의 종류

와이어 절연은 전류가 의도한 경로에서 빠져나가는 것을 방지하는 도체를 둘러싸는 재료 층입니다. 절연체는 작동 전압의 전기적 스트레스, 부하 시 도체 온도의 열적 스트레스, 설치 환경에 의해 부과되는 기계적 또는 화학적 스트레스를 견뎌야 합니다. 절연재 선택은 케이블 사양에서 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 이는 작동 온도 등급, 전류 전달 용량, 내화학성, 화재 동작 및 서비스 수명을 결정합니다.

PVC(폴리염화비닐)

PVC는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 케이블 절연 및 외장재로, 저압 케이블 생산량의 대부분을 차지합니다. 이 제품의 지배력은 적절한 유전 강도, 습기 및 다양한 화학 물질에 대한 우수한 저항성, 합리적인 기계적 인성, 표준 압출 장비에서의 가공 용이성 등 저렴한 비용으로 유리한 특성 조합에서 비롯됩니다. 표준 PVC 절연체는 다음의 연속 도체 온도에 대해 평가됩니다. 70°C , 90°C 및 105°C 응용 분야에 사용할 수 있는 특수 제제가 있습니다.

PVC의 주요 한계는 화재 행동입니다. PVC 연소는 염화수소 가스 및 기타 독성 할로겐화 화합물을 방출하며 PVC 케이블은 화재 상황에서 짙은 검은 연기를 생성합니다. 이것이 바로 PVC가 많은 사양 범주에서 PVC를 대체하는 저연무할로겐(LSZH) 요구 사항이 있는 유럽에서 특히 높은 점유율, 제한된 공간, 터널 및 대중 교통 인프라가 있는 건물에서 사용이 점점 더 제한되거나 금지되는 이유입니다.

XLPE(교차결합 폴리에틸렌)

XLPE는 폴리에틸렌의 고분자 사슬을 가교시켜 열가소성 물질을 열경화성 물질로 변환하여 생산됩니다. 가교는 온도가 상승함에 따라 점진적으로 부드러워지는 표준 폴리에틸렌이나 PVC와 달리 높은 온도에서 녹거나 흐르지 않는 3차원 폴리머 네트워크를 생성합니다. 그 결과 다음의 연속 도체 온도 등급을 받은 절연 재료가 탄생했습니다. 90°C (전원 케이블) 및 단락 온도는 최대 250°C입니다. 이는 PVC의 연속 70°C 및 단락 회로 한계 160°C와 비교됩니다.

XLPE의 더 높은 온도 정격은 주어진 도체 크기에서 케이블의 전류 전달 용량을 직접적으로 증가시킵니다. 95mm² XLPE 절연 케이블은 동일한 설치 조건에서 PVC 절연을 사용하는 동일한 도체 크기보다 약 15~20% 더 많은 전류를 전달합니다. XLPE는 또한 우수한 유전 특성을 제공하므로 모든 중압 및 고전압 케이블에 선택되는 절연재입니다. 한계에는 PVC에 비해 재료 및 처리 비용이 더 높고 가교가 되돌릴 수 없다는 사실이 포함됩니다. 즉, XLPE 케이블 조각 및 스크랩은 재용해를 통해 재활용할 수 없습니다.

LSZH / LS0H(저연 제로 할로겐)

LSZH 단열재 및 외장재는 무할로겐 열가소성 또는 열경화성 폴리머로 제조됩니다. 일반적으로 알루미늄 삼수화물(ATH) 또는 수산화마그네슘을 난연제로 채운 폴리올레핀 혼합물을 기반으로 합니다. 화재에 노출되면 LSZH 소재는 연기를 최소화하고 할로겐산 가스를 생성하지 않습니다. 이는 밀폐된 공간에서 생존 가능성과 대피 조건을 크게 향상시킵니다. PVC 케이블을 태울 때 발생하는 염화수소는 건물 화재 시 무력화의 주요 원인입니다. , 열과 화염 자체와는 무관합니다.

LSZH 케이블은 대부분의 선진 시장에서 터널, 공항, 기차역, 데이터 센터, 해군 선박 및 다인실 건물에 의무적으로 사용됩니다. PVC와 비교하여 절충점은 더 높은 비용이며, 일부 제제에서는 저온에서 유연성이 감소합니다. 이는 추운 기후 또는 냉장 환경에서의 설치와 관련이 있습니다.

EPR(에틸렌 프로필렌 고무)

EPR은 넓은 온도 범위(일반적으로 -40°C ~ 90°C 연속)에서 탁월한 유연성, 오존, 자외선 및 풍화에 대한 탁월한 저항성 및 우수한 유전 특성을 제공하는 합성 고무 절연재입니다. EPR 케이블은 PVC 및 XLPE가 상당히 경화되는 추운 조건에서 유연성을 유지하므로 EPR은 광산 케이블, 해양 및 해양 응용 분야, 용접 케이블, 실외 또는 열악한 환경에서 반복적인 굽힘이 필요한 모든 설치에 선호되는 단열재입니다. EPR은 또한 유연성으로 혼잡한 케이블 경로에 설치를 단순화하는 중압 케이블의 절연체로도 사용됩니다.

실리콘고무

실리콘 고무 단열재는 예외적인 온도 범위에서 작동합니다. 일반적으로 -60°C ~ 180°C 지속적으로, 일부 등급은 200°C 이상 등급입니다. 대부분의 다른 절연 재료가 부서지기 쉬운 극저온에서도 유연성을 유지하며 PVC 또는 EPR을 저하시키는 온도에서도 전기적 특성을 유지합니다. 실리콘 절연 케이블은 용광로 배선, 발열체, 항공우주 및 방위 산업, 고온 산업 장비에 사용됩니다. 실리콘은 더 단단한 단열재에 비해 기계적 강도가 상대적으로 낮으며 표면 마모를 방지하기 위해 조심스럽게 취급해야 하지만 고온 응용 분야에서는 실행 가능한 유일한 단열 옵션인 경우가 많습니다.

PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)

PTFE는 일반적인 와이어 절연재 중 가장 높은 내화학성을 제공합니다. 이는 기본적으로 최대 260°C의 온도에서 모든 산, 염기 및 용매에 대해 불활성입니다. PTFE 절연 와이어는 실험실 장비, 화학 처리 장비, 항공 우주 배선 및 공격적인 화학 물질이나 극한의 온도에 노출되면 다른 절연 재료가 파괴되는 모든 응용 분야에 사용됩니다. PTFE는 가격이 비싸고 가공이 어렵기 때문에 저렴한 대안으로는 고유한 특성 조합을 복제할 수 없는 특수 용도로만 사용이 제한됩니다.

산화마그네슘(광물 절연)

위의 케이블 유형 섹션에서 설명한 대로 압축 MgO 분말은 미네랄 절연 케이블의 절연 매체 역할을 합니다. 이는 일반적으로 사용되는 유일한 불연성 케이블 절연체입니다. 타지 않고, 가스를 방출하지 않으며, 다른 모든 절연 유형을 파괴할 수 있는 화재 조건에서도 품질이 저하되지 않습니다. 이 애플리케이션은 전문화되어 있지만 화재 상황에서 회로 무결성이 생명 안전 요구 사항인 경우에는 매우 중요합니다.

설치 환경에 따라 케이블 및 절연체 선택이 결정되는 방식

단일 케이블 유형이나 절연 재료가 보편적으로 최적인 것은 없습니다. 올바른 사양은 항상 전기적 요구 사항과 케이블이 수명 동안 유지되어야 하는 물리적 환경의 조합에 의해 결정됩니다.

• 도관 없이 직접 매장 토양 습기, 토양 화학물질 및 간헐적인 기계적 교란에 대한 저항력이 있는 견고한 외피를 갖춘 외장 케이블(SWA 또는 AWA)이 필요합니다. XLPE 단열재는 내습성과 더 높은 전류 용량으로 인해 PVC보다 선호됩니다.
• 밀폐된 건물 및 공공 장소 화재 안전 규정에 따라 특히 탈출 경로, 공장실, 케이블이 대량으로 연결되는 매달린 천장 위 구역에서 LSZH 케이블이 점점 더 많이 요구되고 있습니다.
• 야외 노출 달리기 UV 안정화 피복(검은색 폴리에틸렌 또는 UV 방지 PVC)이 필요하며 기계적 손상 위험이 있는 케이블의 경우 외장 또는 도관 보호가 필요합니다.
• 고온 환경 — 용광로, 엔진 또는 배기 시스템 근처 — 주변 온도와 부하 시 도체 온도 상승에 대한 정격 케이블이 필요합니다. 실리콘 또는 EPR 절연은 일반적으로 주변 온도가 70°C를 초과하는 경우 지정됩니다.
• 화학적 노출 — 제약, 석유화학 또는 식품 가공 공장에서 — 표준 PVC 또는 XLPE는 특정 용매 및 오일에 노출될 때 부풀어 오르거나 갈라지거나 유전체 무결성을 잃을 수 있으므로 존재하는 특정 화학 물질에 대한 저항력이 있는 PTFE 단열재 또는 특수 복합 피복이 필요할 수 있습니다.

설치 환경, 케이블 구조 및 절연재 사이의 이러한 관계를 이해하는 것은 올바른 케이블 사양의 기초입니다. 잘못된 환경에 맞는 케이블을 선택하는 것은 조기 케이블 고장의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. — 그리고 배전 응용 분야에서 케이블 오류는 계획되지 않은 가동 중지 시간, 접근할 수 없는 경로의 비용이 많이 드는 교체 및 잠재적인 안전 사고를 의미합니다.