Medium-Voltage/Low-Voltage Aerial Insulated Cables Suppliers

업계 지식

공중 절연 케이블이 노출된 오버헤드 도체를 대체하는 이유와 전환에 필요한 사항

노출된 가공 도체를 다음으로 교체 공중 절연 케이블 배전망의 AIC(AIC)는 특정 설치 환경에서 상당히 복합적으로 작용하는 안전성, 신뢰성 및 유지 관리 요소의 조합에 의해 좌우됩니다. 나무 또는 콘크리트 기둥의 노출 도체는 100년 이상 동안 표준 가공 배전 기술이었지만, 식물이 밀집된 지역, 해안 환경 및 고장율이 높은 도시 네트워크에서의 성능으로 인해 1970년대 스칸디나비아에서 시작하여 이후 수십 년 동안 아시아, 아프리카 및 라틴 아메리카 전역에서 점진적으로 채택된 절연 대안이 널리 채택되었습니다.

노출된 도체에 비해 공중 절연 케이블의 주요 기술적 이점은 도체 간 및 도체와 트리 접촉으로 인한 사고 전류 감소입니다. 나무 캐노피를 통과하는 11kV 배전선은 바람 하중 하에서 분기 접촉을 방지하기 위해 각 측면에 2~3m의 여유 통로가 필요합니다. 절연 공중 케이블은 절연체가 접촉 이벤트 기간 동안 접촉 전압을 견디기 때문에 결함 발생 없이 직접적인 분기 접촉을 견딜 수 있습니다. 이를 통해 통행권 폭을 40~60%까지 줄일 수 있어 토지 개간 비용과 숲이 우거진 지역의 환경 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 절연체는 영구적인 접촉 허용 오차를 제공하지 않습니다. 지속적인 분기 압력은 결국 재킷을 마모시키고 도체에 침투합니다. 그러나 잠재적으로 치명적일 수 있는 순간 결함을 정전이 발생하기 전에 감지하고 제거할 수 있는 관리 가능한 느린 발전 조건으로 변환합니다.

단순 공중 시스템에서 단열 공중 시스템으로 전환하려면 프로젝트 계획에서 종종 과소평가되는 하드웨어, 설치 관행 및 보호 시스템 조정의 변경이 필요합니다. 베어 컨덕터 폴 피팅(클램프 상단 절연체, 스풀 절연체 및 크로스암 하드웨어)은 AIC 설치와 호환되지 않습니다. AIC 설치에는 메신저 와이어 지지 시스템, 미리 형성된 나선형 그립, 서스펜션 클램프 및 특정 케이블 외경 및 기계적 인장 등급에 맞게 설계된 스트레인 클램프가 필요합니다. 노출된 도체 결함 전류에 대해 교정된 보호 계전기 설정은 절연 케이블에 대해 재교정되어야 합니다. 절연 케이블은 절연이 결함 발생을 지연시켜 과전류 계전기에서 나타나는 시간-전류 프로파일을 변경합니다. 노출된 도체용으로 설계된 하드웨어에 AIC 도체를 설치하거나 보호 계전기 설정을 조정하지 못하는 유틸리티는 전환 기간 동안 결함 감지 누락 또는 불필요한 트립을 자주 경험합니다.

저전압 공중 묶음 케이블의 메신저 와이어 설계와 처짐 및 장력에 미치는 영향

저전압 공중 번들 케이블(ABC, 일반적으로 0.6/1kV 등급)은 두 가지 기계적 구성, 즉 번들의 전체 기계적 부하를 전달하는 전용 나선 또는 절연 메신저 와이어와 절연 도체 중 하나가 기계적 중성선 역할을 하는 자체 지지 구성으로 제공됩니다. 이러한 구성 간의 선택은 스팬 길이 기능, 설치 장력, 온도 변화에 따른 새그 동작 및 장기적인 기계적 신뢰성에 중요한 영향을 미칩니다.

메신저 지원 ABC에서 메신저 와이어는 일반적으로 전류 요구 사항과 관계없이 선택된 아연 도금 강철 와이어 또는 ACSR(강철 강화 알루미늄 도체)입니다. 메신저는 전체 케이블 묶음의 현수선 하중을 전달하며, 절연 도체는 케이블 타이 또는 사전 성형된 그립을 사용하여 일정한 간격(일반적으로 경간을 따라 0.5~1.0미터마다)으로 메신저에 매달려 있습니다. 메신저의 기계적 설계는 케이블의 최대 설계 범위, 설치 지역에 적용되는 바람 및 얼음 하중 조건, 최대 허용 처짐(지상에서 필요한 기둥 높이 여유 공간에 영향을 줌)에 따라 결정됩니다. 4코어 4×70 mm² ABC 번들을 사용하는 적당한 바람이 부는 지역의 60미터 스팬의 경우 최대 하중 조건에서 메신저 장력은 8~12kN에 도달할 수 있으며 안전계수 3에서 최소 24~36kN의 메신저 파괴 강도가 필요합니다. 여름에 과도한 처짐이 발생하는(열팽창으로 인해 알루미늄 도체가 늘어나는 경우) 소형 메신저를 사용하면 번들이 설계 간격 높이 아래의 구조물이나 식물에 접촉하게 될 수 있습니다.

자체 지지형 ABC는 중성선을 전기 중성선과 기계적 부하 캐리어로 사용하여 별도의 메신저를 제거합니다. 이 구성의 중성 도체는 전체 전차선 부하에 대해 기계적으로 등급이 지정되어야 합니다. 즉, 상 도체에 사용되는 어닐링된 알루미늄 대신 ACSR(알루미늄 도체 강철 강화) 또는 경인발 알루미늄 합금으로 구성되는 경우가 많습니다. 최대 결빙 및 바람 하중 하에서 중성선의 장력은 도체의 정격 장력 한계 내에 있어야 하며, 이는 달성 가능한 최대 범위를 제한합니다. 자체 지지형 LV ABC의 경우 일반적인 최대 범위는 도체 크기 및 지역 부하 등급에 따라 40~80미터입니다. 이러한 범위를 넘어서면 해당 범위에 대한 전압 강하로 인해 더 긴 전기 범위가 허용되더라도 중간 지지 극이 필요합니다. 자체 지지 구성은 설치가 더 간단하지만(별도의 메신저 설치가 필요하지 않음) 특이한 경간 형상이나 무거운 얼음 적재 조건에 대해 메신저 지원 시스템보다 설계 유연성이 떨어집니다.

까다로운 환경에서 고압 공중 케이블을 위한 절연재 선택

중전압 공중 절연 케이블 s(일반적으로 10~35kV)는 지속적인 UV 노출, 광범위한 온도 순환 및 직접적인 기후 접촉 하에서 작동합니다. 이는 지하 또는 실내 케이블 설치의 보호 환경보다 절연재 성능에 훨씬 더 큰 요구 사항을 적용하는 조건입니다. 절연체는 전압 등급에 적합한 절연 강도를 제공하고 30~40년의 사용 수명 동안 광분해 및 열 산화에 저항하며 저온 설치에 적합한 기계적 유연성을 유지해야 합니다. 이러한 요구 사항은 열가소성 재료보다는 가교 폴리머 절연 시스템을 가리킵니다.

XLPE(가교결합 폴리에틸렌)는 높은 유전 강도, 낮은 유전 상수, 적절한 카본 블랙 또는 UV 안정제 첨가제를 사용한 탁월한 UV 저항성, 연속 90°C/단락 250°C의 온도 등급이 결합되어 있어 중전압 AIC용 주요 절연 재료입니다. 열가소성 PE와 달리 XLPE는 고온에서 지속적인 기계적 부하가 가해지면 부드러워지거나 흐르지 않습니다. 이는 여름 최고 부하 시 고온에서 작동할 수 있는 가공 케이블의 중요한 특성입니다. 가교 네트워크는 결정질 용융 온도(~125°C) 이상에서 직선형 PE에서 발생할 수 있는 치수 변화를 방지하여 모든 작동 조건에서 절연 구조와 특성 임피던스를 유지합니다.

EPR(에틸렌 프로필렌 고무)은 낮은 설치 온도에서 더 높은 유연성이 요구되거나 본질적으로 우수한 내습성이 요구되는 응용 분야의 중전압 AIC에 사용됩니다. EPR 절연 AIC 케이블은 –40°C에서 유연성을 유지하며 XLPE 절연 케이블이 위험할 정도로 부서지기 쉬운 북극이나 고지대 환경에서 절연 균열 위험 없이 설치 및 취급할 수 있습니다. EPR의 무정형 분자 구조는 또한 XLPE에 필요한 나무 지연 첨가제 패키지 없이 물 나무 형성에 대한 고유한 저항성을 제공합니다. 이는 단열재 표면의 수분 응결이 일정한 조건인 고습 해안 환경의 AIC 설치와 관련이 있습니다. 트레이드 오프는 EPR의 더 높은 유전 상수(XLPE의 경우 2.8-3.5 대 2.3)로, 이는 케이블의 용량성 충전 전류를 증가시킵니다. 이는 중간 전압에서는 사소한 고려 사항이지만 충전 전류가 측정 가능한 열 용량의 일부를 나타내는 긴 시골 피더 라인과 관련이 있습니다.

중전압 AIC의 외부 재킷은 절연체 위에 도포된 별도의 UV 안정화 검정색 폴리에틸렌 또는 HDPE 층입니다. 재킷의 주요 기능은 UV 보호(2~3% 중량의 카본 블랙은 광범위한 UV 흡수 제공), 가지 접촉으로 인한 마모에 대한 기계적 보호, 새 부리 보호입니다. 이는 케이블 절연체를 쪼아먹는 큰 까마귀나 앵무새가 있는 지역에서 중요한 문제입니다. 새의 공격에 저항할 수 있도록 재킷 경도와 벽 두께가 지정됩니다. 일부 AIC 사양에서는 특히 취약한 지역에서 이러한 고장 모드를 해결하기 위해 최소 재킷 쇼어 D 경도 50~55와 최소 재킷 벽 두께 1.5~2.0mm를 요구합니다.

저전압 및 중압 공중 절연 케이블 구성 비교

저전압과 중전압 모두 공중 절연 케이블 s는 머리 위 실외 서비스용으로 설계되었으며, 다양한 전압 등급, 기계적 부하 요구 사항 및 설치 환경에 따라 여러 매개변수에 따라 구조가 근본적으로 다릅니다. 이러한 차이점을 이해하면 유틸리티 및 프로젝트 엔지니어가 올바른 사양을 만들고 MV 설치에 LV 케이블 방식을 적용하거나 그 반대의 경우를 피하는 데 도움이 됩니다.

중전압 AIC의 반도체 도체 및 절연 스크린에 대한 요구 사항은 가장 중요한 구조적 차이이며 저전압 케이블 사양에만 익숙한 조달 팀이 자주 오해합니다. 도체 스크린이 없으면 연선 표면의 전기장은 연선 가장자리와 표면 돌출부에 집중되어 매우 불균일하며 이러한 집중 지점에서 부분 방전이 시작됩니다. 10kV AIC 케이블에서 차폐되지 않은 도체 표면의 전계 구배는 절연체 평균 전계의 5~10배가 될 수 있으며, 이는 XLPE의 부분 방전 시작 임계값을 훨씬 초과합니다. 반도체 스크린은 부드럽고 연속적인 등전위 표면을 절연체에 제공하여 피크 필드를 평균값 근처로 줄임으로써 이 필드를 균질화합니다. 중전압 AIC 케이블의 도체 스크린을 생략하거나 부적절하게 적용하면(LV 케이블에는 그러한 요구 사항이 없고 구성 단계가 존재하지 않기 때문에 저전압 케이블에서는 발생할 수 없음) 케이블의 서비스 수명을 예상 30~40년에서 잠재적으로 3~5년으로 단축시키는 부분 방전으로 인한 성능 저하가 발생합니다.

공중 케이블 기계 설계를 위한 바람 및 얼음 부하 표준: 지역 기후가 도체 선택을 관리하는 방법

공중 절연 케이블의 기계적 설계(도체 합금, 단면, 연선 설계 및 지원 하드웨어 등급)는 영구적인 변형이나 연선 파손 없이 케이블이 견뎌야 하는 최대 결합된 바람 및 얼음 부하에 따라 결정됩니다. 다양한 지역 표준은 지역 기후 데이터를 기반으로 설계 하중 사례를 정의하며 온대 유럽 기후에 최적화된 케이블 기계 설계를 선택하고 얼음 하중이 높은 캐나다 또는 노르웨이 환경에 설치하는 것은 서비스 첫 몇 년 이내에 과도한 처짐, 커넥터 풀아웃 또는 도체 피로 고장을 초래하는 체계적 설계 오류입니다.

IEC 60826 표준은 가공선 기계 설계를 위한 프레임워크를 제공하고 설계 바람 및 얼음 현상에 대한 반환 기간 50년, 150년 및 500년에 해당하는 세 가지 부하 신뢰성 수준(I, II, III)을 정의합니다. 대부분의 배전 유틸리티 사양은 레벨 I 또는 II 신뢰도를 사용합니다. IEC 프레임워크 내에서 얼음 부하는 동시 풍압과 결합된 도체의 등가 얼음 두께(일반적으로 0mm(얼음 없음), 10mm, 20mm 또는 30mm)를 특징으로 합니다. 95mm² 도체의 30mm 아이스 슬리브는 도체에 약 2.5kg/m의 고정 하중을 추가합니다. 100미터 범위에서 이는 도체와 기둥 하드웨어가 지탱해야 하는 추가 250kg의 현수선 중량에 해당합니다. 이 조건에서 초기 설치 장력과 결합된 최대 도체 장력은 도체의 정격 일일 장력(RET) 미만으로 유지되어야 합니다. 일반적으로 배전망의 알루미늄 합금 도체에 대한 도체의 정격 인장 강도(RTS)의 20-25%입니다.

절연 가공 케이블의 풍하중은 절연 케이블의 외경이 클수록 풍압에 대한 단면적이 더 커지기 때문에 노출되지 않은 도체의 풍하중과 다릅니다. 95mm² 노출 ACSR 도체의 외부 직경은 약 13.5mm입니다. 10kV 서비스용 XLPE로 절연된 동일한 도체의 외부 직경은 28~32mm로 단위 길이당 바람 저항력이 두 배 이상 증가합니다. 절연 케이블 어셈블리의 증가된 공기역학적 직경을 고려하지 않고 도체 단면적을 기준으로 기계적 사양을 제공하는 케이블 공급업체는 설계 풍하중을 체계적으로 과소평가하여 잠재적으로 얼음 부하 없이도 설계 풍 조건에서 케이블의 최대 일일 장력을 초과하게 됩니다. 조달 사양에서는 기계 설계 계산 시 노출된 도체 특성뿐만 아니라 전체 케이블 외부 직경을 고려하도록 명시적으로 요구해야 합니다.

도체 합금 선택은 크리프 개념을 통해 얼음 부하 성능과 직접적으로 상호 작용합니다. 지속적인 장력을 받는 알루미늄 도체는 탄성 신축과는 다른 시간에 따른 신장(크리프)을 경험합니다. 즉, 하중이 제거되면 크리프가 회복되지 않아 서비스 수명 동안 영구적인 늘어짐이 증가합니다. 단련된 알루미늄(유연성을 위해 LV ABC 도체에 사용됨)은 동일한 장력 하에서 경질 알루미늄 합금(AAAC, AAAR)보다 크리프율이 상당히 높습니다. 얼음 부하 이벤트 중에 도체가 주기적으로 높은 장력을 경험하는 얼음이 많은 지역에서 어닐링된 알루미늄 도체를 사용하면 10~15년에 걸쳐 점진적인 처짐 증가가 발생하여 결국 지상고 요구 사항을 위반하게 됩니다. 설치 중 크리프 사전 인장력을 적용한 경질 알루미늄 합금 도체를 지정하는 것은 정기적인 얼음 부하가 있는 지역의 표준 설계 대책입니다.

공중 절연 케이블의 결합 및 종단: 장기적인 신뢰성을 결정하는 관행

공중 절연 케이블의 연결부와 종단은 통계적으로 공중 배전 네트워크에서 조기 고장이 발생하는 가장 일반적인 위치입니다. 모든 전기 및 기계적 사양을 충족하는 적절하게 제조된 케이블은 제대로 실행되지 않은 단일 조인트 또는 잘못된 종단으로 인해 신뢰할 수 없게 될 수 있으며, 가공 설치에서 조인트 오류는 일반적으로 가공선 보호 계전기가 신속하게 감지하고 제거하도록 최적화된 접지 오류보다는 정전을 유발하는 개방 회로 오류를 초래합니다. 공중 케이블 연결 및 종단의 중요한 단계를 이해하면 이러한 작업에 전문 교육 및 도구 사용이 협상 불가능한 이유를 설명합니다.

LV 공중 번들 케이블 조인트

저전압 ABC 조인트는 절연체를 벗겨낼 필요 없이 절연 케이블에 고정되는 피어싱 커넥터(절연 피어싱 커넥터 또는 IPC라고도 함)를 사용하여 만들어집니다. 커넥터 본체에는 전단 헤드 볼트를 사용하여 커넥터에 지정된 값으로 토크를 가할 때 절연체를 관통하여 도체와 접촉하는 스테인레스 스틸 피어싱 톱니가 포함되어 있습니다. 볼트는 정의된 토크에서 떨어져 나가므로 올바른 접촉력이 달성되었는지 촉각으로 확인할 수 있으며 도체 스트랜드를 손상시킬 수 있는 과도하게 조이는 것을 방지할 수 있습니다. 피어싱 커넥터 본체는 침투 지점 주변의 습기 유입을 방지하기 위해 자체 밀봉됩니다. 중요한 설치 매개변수는 전단 토크입니다. 표준 렌치를 사용하고 느낌으로 토크를 추정하면 높은 비율로 과소 압축(높은 접촉 저항) 또는 과압축(스트랜드 손상)되는 일관되지 않게 종료된 조인트가 생성됩니다. IPC는 특정 커넥터 시리즈에 대해 커넥터 제조업체에서 제공하는 보정된 토크 렌치나 독점 토크 제한 드라이버를 사용하여 설치해야 합니다.

MV 공중 케이블 조인트 및 종단

중전압 AIC joints and terminations require restoration of each insulation layer in the correct sequence — conductor screen, insulation, insulation screen, metallic screen, and outer jacket — using materials that are electrically and mechanically compatible with the cable's original construction. Pre-formed cold-shrink or heat-shrink joint kits from reputable manufacturers provide calibrated material volumes and assembly sequences for specific cable families. The most critical step is the preparation of the insulation screen at the joint interface: the transition from screened to unscreened insulation must be smooth and gradual (typically a penciled taper of 15–25 mm length) to prevent field concentration at the screen cutback. An abrupt screen cutback — caused by using cutting tools that score the insulation surface or failing to taper the semiconductor layer — creates a triple point (conductor screen, insulation, and surrounding air meet at a single geometric point) where the electric field concentration can be 10–20 times the average field in the insulation, initiating partial discharge at operating voltage even when the rest of the joint is correctly assembled.

MV AIC의 실외 종단은 추적 대상입니다. 즉, 주기적 습윤과 결합된 오염 침전으로 인해 단열재 표면을 따라 전도성 탄소 경로가 형성되는 현상입니다. 추적은 점진적으로 발전합니다. 절연 표면의 습윤 영역과 건조 영역 경계에서의 건식 밴드 아크는 절연 표면을 국부적으로 탄화시킬 만큼 충분한 에너지를 생성하고, 반복적인 아크 주기는 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐 활성화된 도체를 향해 탄소 경로를 확장합니다. 표준 대책은 추적 저항이 높은 실리콘 고무 웨더 셰드(통전된 도체와 접지된 금속 스크린 사이의 누설 경로 길이를 늘리고 비를 뿌려 지속적인 젖은 오염 층이 형성되는 것을 방지하는 일련의 우산 모양 리브)를 통합하는 열수축 또는 냉수축 옥외 터미네이션 키트를 사용하는 것입니다. 오염이 심한 환경(해안 지역, 산업 지역, 알칼리성 먼지가 있는 사막 지역)에서는 정격 전압 kV당 필요한 연면 거리가 표준 IEC 60071 사양을 초과하여 증가하므로 더 긴 창고 종단 또는 날씨 창고의 오염 방지 실리콘 그리스 처리가 필요합니다.

나 가공선과 공중 절연 케이블 네트워크 간의 결함 감지 및 보호 조정 차이점

배전망을 노출된 가공 도체에서 공중 절연 케이블로 변환하면 보호 계전기 설정, 리클로저 작동 순서 및 오류 감지 철학에 대한 해당 변경이 필요한 방식으로 네트워크의 오류 동작이 변경됩니다. 보호 조정을 검토하고 조정하지 않고 AIC를 설치하는 전력회사는 오류 감지 누락(절연을 지연시키는 고임피던스 오류에 대해 작동하지 않는 보호) 또는 방해 작동(절연 제한 일시적 오류를 잠금이 필요한 영구 오류로 잘못 해석하는 보호) 기간을 자주 경험합니다.

가장 중요한 변화는 도체-도체 및 도체-트리 접촉 결함의 동작입니다. 노출된 가공선에서 바람에 의한 질주 또는 쓰러진 나뭇가지로 인한 상간 접촉은 매우 낮은 임피던스(일반적으로 1Ω 아크 저항 미만)로 볼트 결함을 생성하여 밀리초 단위로 과전류 요소에 의해 쉽게 감지되는 결함 전류를 생성합니다. 절연 공중 케이블에서 동일한 접점은 도체 사이가 직접적으로 발생하지 않고 케이블의 절연 저항과 정전 용량을 통해 흘러야 하는 고장 전류를 생성합니다. 손상되지 않은 절연체를 통한 새로운 접촉의 경우 오류 전류는 노출된 도체 오류에 대해 보정된 과전류 계전기의 픽업 임계값보다 낮은 몇 암페어에 불과할 수 있습니다. 지속적인 전기적 스트레스로 인해 절연이 점진적으로 저하되고 오류 전류가 릴레이 픽업 임계값에 도달할 때까지 몇 분에서 몇 시간에 걸쳐 증가합니다. 이러한 지연된 오류 발생은 노출된 도체 네트워크에서 0.3초 안에 해결되었을 오류가 절연 케이블 네트워크의 릴레이를 트립하는 수준까지 발전하는 데 30~90분이 걸릴 수 있음을 의미합니다. 이로 인해 잠재적으로 지속적인 절연 저하, 케이블 가열 및 케이블이 놓여 있는 건조한 초목에서 화재 발화가 발생할 수 있습니다.

AIC 네트워크에 대한 적절한 보호 철학 변경에는 절연 제한 접촉 오류로 인해 생성된 낮은 수준의 오류 전류를 감지할 수 있을 만큼 민감한 지락 보호 기능을 갖춘 표준 과전류 보호 기능을 보완하는 것이 포함됩니다. 픽업 임계값이 1~5A인 민감한 접지 오류(SEF) 계전기(나선형 네트워크의 표준 접지 오류 보호의 경우 10~50A와 비교)는 손상된 절연을 통해 초기 누설 전류를 감지하고 오류가 전체 절연 파괴 지점으로 발전하기 전에 피더를 트립할 수 있습니다. 균형은 정상적인 시스템 불균형과 고조파 전류에 대한 민감도가 증가한다는 것입니다. 이를 위해서는 긴 단상 탭 측면이 있는 시골 네트워크의 부하 불균형으로 인한 성가신 트립을 방지하기 위해 신중한 SEF 릴레이 임계값 설정과 시간 지연 조정이 필요합니다. 효과적인 접지, 공진 접지(피터슨 코일) 또는 격리된 중성선 등 중전압 네트워크의 중성 접지는 지락 전류의 크기와 적절한 SEF 계전기 감도를 모두 결정하므로 순수 공중 배전에서 절연 공중 배전으로 전환할 때 보호 철학 검토가 접지 시스템 구성과 분리될 수 없습니다.