차폐접지

차폐

케이블의 도체는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일하여 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽고 도체표면과 전연체 사이에 공극이 생겨 절연성능이 저하한다.

이 약점을 보강하기 위하여 도체위에 반도전성 카본지 등을 감아 전선표면의 전위경도를 균일하게 한다.

절연체 위에는 금속피를 입히는데 케이블이 변형되었을때 절연지와 금속 쉬스간의 밀착을 유지하지 못하여 공극이 생기는 수가 있다.

그러므로 절연체 위에도 도체 차폐와 같은 반도전층을 설치하여 전계의 불균형 발생을 방지한다.

CV케이블에서는 절연체의 특성상 반도전층의 조그마한 돌기나 접촉불량도 문제가 되므로 22kV 이상의 케이블에서는 반도전층도 폴리에틸렌 혼합물로 하고, 절연층 서형과 동시에 상하반도전층을 같이 압출하여 제조한다.

결국 차폐는 도체 차페와 절연 차폐로 구분한다.

차폐기준

단심으로서 2,000V이상, 다심으로서 5,000V 이상의 케이블에는 반드시 차폐시켜야 한다.

차폐의 역할

도체 차폐는 도체와 절연체 사이의 공간에 가해지는 과도한 전압스트레스를 제거하려는 목적으로 절연체에 설치되며 다음과 같은 역할을 한다.

1. 전계를 케이블내로 제한시킴
2. 전압스트레스를 고르게 분포시키고 표면방적을 극소화시킴
3. 가공선으로 또는 유도장애가 우려되는 케이블을 보호함
4. 통신장애를 방지함
5. 전격을 방지함(차폐층을 접지하지 않으면 전격의 위험은 증가될 수 있음)

절연차폐

만약 절연체에 차폐를 하지 않는다면, 전계의 일부는 절연체로 흡수되나 대부분은 대기로 방전되며, 전계가 셀 경우 케이블 표면의 방전은 대기의 공기를 오존으로 환원시키면서 케이블 쟈켓과 절연체를 파괴하게 된다.

또한 케이블이 지표면에 근접하여 있고 그 사이의 공간으로 접압스트레스에 의한 방전이 발생되어 오존을 발생시킨다.

여기서 지표면이란 금속전선관 또는 비금속 전선관이 물기에 젖어있는 경우 등이 해당된다.

마찬가지로 차폐되지 않은 케이블이 축축한 곳에 있거나, 그을림, 그리스 등 도전선의 얇은 막으로 덮혀있게 되어 전계가 국부적으로 제한되면, 대지로 방전되기 쉬운 부분으로 충전전류가 흐르므로 이떄의 방전이 절연체 또는 쟈켓을 손상시킨다.

전격

지하 덕트에 여러개의 회선을 각기 수용한 경우, 충전된 케이블 취급시 강한 전계에 의한 전격을 방지하기 위하여 차폐케이블을 사용하는 것이 이상적이다.

전격을 확실히 예방하기 위해서는 차폐층의 저항이 낮을수록 좋다.

이를 위하여 적당한 굵기의 접지선을 차폐층에 추가시키는 방법이 있으며, 위와 같은 전격예방조치는 지하덕트 내의 케이블 뿐만 아니라, 지상에 포설된 케이블에도 케이블 취급작업이 있으면 가능한 한 적용시켜야 한다.

접지형 차폐케이블

차폐케이블을 포설한 때 차폐층은 반드시 접지되어야 하며 도체가 각기 차폐되었을 때는 각각 모두 접지되어야한다. 접지선이 포함된 케이블은 케이블 양쪽 끝에서 접지선과 차폐층을 연결해야 한다.

안전을 위한 가장 확실한 방법은 차폐층을 케이블 양쪽 끝에서 뿐만 아니라 중간에 연결한 부분에서도 접지시키는 것이다. 그러나 케이블 길이가 짧고 단심일 경우는 한쪽 끝에서만 접지하는 것이 이상적이다.

차폐층을 연결 할떄는 차폐층의 저항이 영구적으로 적어지도록 해야한다.
클램프를 이용한 기계적 연결보다는 납땜이 우수하며 납땜과 볼트, 넛트를 조합하여 연결하는 것이 가장 이상적이다.

도체 차페층의 접지효과

단도체의 차폐층을 접지하는 데는 세심한 배려가 필요하다.

단도페의 경우 도체에 흐르는 전류에 의한 유기전압과 옆의 케이블에 의하여 유기되는 전압에 의하여 다음과 같은 결과를 초래하기 때문이다.

1. 차폐층을 한군데 이상 접지하면 순환전류가 흐르게 되는데 그 전류의 크기는 다른 케이블과의 상호 인덕턴스, 도체에 흐르는 전류크기, 차폐층의 저항에 따라 결정된다.
   그리고 이런 순환전류는 차폐층에 열손실을 유발하여 케이블의 허용전류를 감소시킨다.
2. 차폐선을 한쪽만 접지시키면 차폐층에 전압이 발생되는데 전압의 크기는 다른 케이블과의 상호 인덕턴스, 도체에 흐르는 전류 접지된 부분까지의 차폐층의 길이에 따라 결정된다.
3. 이 전압은 항상 방전에 의한 위험을 내포하고 있으며 안전전압 이상으로 높아지면 인체에 치명적 영향을 주게된다.

차폐층의 다중접지

가능하다면 신뢰도 및 안전을 위하여 차폐층을 다중접지시키는 것이 이상적이다.
이렇게 하면 케이블의 리액턴스도 작아지고 인체에 치명적 영향도 주지 않게 된다.

다중접지에 관한 방법은 절연체 두께, 차폐층 도전성, 도체간격, 흐르는 전류등의 변수가 복잡하므로 구체적으로 나열하기 어렵다.

다만 아래와 같은 경우의 단도체는 차폐층을 다중접지하는 것이 바람직하다.

1. 125mm² 이하의 차폐케이블로서 각상이 각각 독립된 덕트내에 포설된 경우
   ※케이블의 각상의 전선을 자성체 전선관에 각각 포설하는 것은 높은 인덕턴스로 인하여 좋지 못하다.
2. 한 덕트 내에 차폐케이블 3상 모두를 함께 포설하는 경우
3. 다중 차폐층을 갖는 케이블

차폐층 단일접지

아래표는 단도체 차폐층을 한쪽에만 단일접지했을 경우에 발생되는 전압이25V이하로 되기 위한 케이블규격 및 최대길이를 표시한다.

다중접지에 관한 방법은 절연체 두께, 차폐층 도전성, 도체간격, 흐르는 전류등의 변수가 복잡하므로 구체적으로 나열하기 어렵다.

다만 아래와 같은 경우의 단도체는 차폐층을 다중접지하는 것이 바람직하다.

상기표의 길이는 조건에 따라 길어질 수 있다. 예를들면, 케이블의 정격전류 이하로 전류가 흐르거나, 차폐층의 중간부분을 접지시켰을 경우는 길어진다.

케이블에 전류가 흐르면 전항에서 설명한 방와 같이 차폐층에 전압이 유기되고 이 전압에 의해서 와전류가 발생되거나, 순환전류가 차폐층과 대지로 흐르게 된다.
와전유에 의한 손실은 상대적으로작다. 2상케이블의 경우 손실은 대략 도체손실의3~5%정도이다. 3상케이블이 하나의 공통차폐층으로 구성되면 순환전류는 차폐층에 나타나지 않고 단지 와전류만 발생될 따름이다. 그러나, 단심도체의 경우는 도체와 차폐층이 변압기의 원리와 같이 작용을 하기 때문에 상황이 달라진다. 즉 도체는 변압기 1차측과 같이 차폐층은 2차측이 되어 도체에 전류가 흐르면 차폐층에 전압이 유기된다. 이 경우 차폐층의 한쪽 끝을 접지하면 반대쪽에 대지전압이 형성되고 양쪽 끝을 접지하면 순환전류가 흐르는데 이때I²R에 의하여 손실과 열이 발생된다. 이러한 손실의 케이블 규격이 작을 경우 별 문제되지 않으나 도체의 크기가 아주 큰 IPB(Isolated Phase Bus Duct)같은 경우는 동손보다 커지는 경우가 있다.

단심케이블에서 차폐층을 양쪽 접지한 경우 손실은 대략 80mm²에서 7~12%, 1,000mm²에서 46~49%이다.