KR100878615B1 - 전력 케이블 장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐 시트를 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 모두 감쌈으로써 자계를 차폐할 수 있으며, 열방출 특성이 요구되는 대형 전력케이블인 경우에는 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐망을 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 감쌈으로써 통풍 효과를 겸비하는 전력 케이블 장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로서,
전류가 흐르는 도체와 절연 피막으로 구성되어 있으며, 서로 다른 위상을 갖는 2개 이상의 전력케이블들과, 상기한 전력케이블들을 감싸고 있는 관과, 상기한 관의 외부를 감싸고 있는 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 두께 0.05 ~ 0.2 mm 인 얇은 시트를 포함하여 이루어진다.
투자율, 전력케이블, 시트, 차폐망, 관, 도체, 절연 피막

Description

전력 케이블 장치 및 그의 제조방법{power cable and manufacturing thereof}
이 발명은 전력 케이블 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐 시트를 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 모두 감쌈으로써 자계를 차폐할 수 있으며, 열방출 특성이 요구되는 대형 전력케이블인 경우에는 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐망을 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 감쌈으로써 통풍 효과를 겸비하는 전력 케이블 장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전선으로 발생되는 자계를 차폐하기 위해서는 전선을 차폐재로 감싸는 것이 일반적이다.
등록특허 10-0323201에서는 단상(single phase) 전선을 차폐재로 감싸는 방법이 제시되어 있으나, 차폐하고자 하는 자계의 크기를 고려하지 않아서 차폐 효과를 극대화하지 못하는 문제점이 있다.
공고실용신안 20-0146562에서는 통상적인 전선의 외부를 도전층이 포함된 피복층으로 감싸줌으로써 전자파를 차폐하는 기술이 개시되어 있으나, 이 또한 전선 상(phase)의 개수와 차폐하고자 하는 자계의 크기를 고려하지 않은 문제점이 있다. 더욱이 곡률 반경이 작게 전선들을 감쌀 경우 두께가 두꺼운 차폐 시트로 시공하기에는 매우 어려운 점이 있고, 또한 차폐 시트로 전선을 감싸게 되면 외부와의 열적 차단을 유발하게 되어 전선에서 발생되는 열 방출이 어렵게 되는 문제점이 있다. 그리고, 단상의 전선인 경우에는 차폐재로 감싸더라도 전선으로부터 조금만 거리가 멀어져도 차폐 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐 시트를 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 모두 감쌈으로써 자계를 차폐할 수 있는 전력 케이블 장치 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 열방출 특성이 요구되는 대형 전력케이블인 경우에는 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐망을 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 감쌈으로써 통풍 효과를 겸비하는 전력 케이블 장치 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 제1 구성은, 전류가 흐르는 도체와 절연 피막으로 구성되어 있으며, 서로 다른 위상을 갖는 2개 이상의 전력케이블들과, 상기한 전력케이블들을 감싸고 있는 관과, 상기한 관의 외부를 감 싸고 있는 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 두께 0.05 ~ 0.2 mm 인 얇은 시트를 포함하여 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 제2 구성은, 전류가 흐르는 도체와 절연 피막으로 구성되어 있으며, 서로 다른 위상을 갖는 2개 이상의 전력케이블들과, 상기한 전력케이블들을 감싸고 있는 관과, 상기한 관의 외부를 감싸고 있는 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 선재 굵기 0.05 ~ 5 mm이고 선재간 간격 100 mm 이내의 차폐망을 포함하여 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 제3 구성은, 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 두께 0.05 ~ 0.2 mm 인 얇은 시트를 준비하는 단계와, 주파수가 0에서 1 MHz 이내이며 2상 이상의 전력케이블들을 관안에 설치하는 단계와, 상기한 시트를 이용하여 상기한 관의 외부를 1겹 이상으로 감싸서 상기한 전력케이블들로부터 발생되는 자계를 차폐하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 제4 구성은, 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 선재 굵기 0.05 ~ 5 mm이고 선재간 간격 100 mm 이내의 차폐망을 준비하는 단계와, 주파수가 0에서 1 MHz 이내이며 2상 이상의 전력케이블들을 관안에 설치하는 단계와, 상기한 차폐망을 이용하여 상기한 관의 외부를 1겹 이상으로 감싸서 상기한 전력케이블들로부터 발생되는 자계를 차폐하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 제1 내지 제4 구성은, 상기한 전력 케이블들은 역상 배열, 3상 델타 배열, 3상 수평 배열 중에서 선택되는 어느 하나의 배열로 설치되어 있으면 바 람직하다.
이 발명의 제1 내지 제4 구성은, 상기한 고투자율 금속 재질은 철 함량 95% 이상인 소재, 퍼멀로이(permalloy), 뮤-메탈 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 제1 내지 제4 구성은, 상기한 차폐재는 나선형 또는 직렬로 시공되면 바람직하다.
이 발명의 제1 내지 제4 구성은, 2겹 이상의 시트 혹은 차폐망을 시공할 때, 서로 다른 이종 차폐재(예로서 고투자율 시트와 고전도도 시트의 조합)를 적층하며 시공되면 바람직하다.
이 발명은, 최대투자율 1000 이상인 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐 시트를 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 모두 감쌈으로써 자계를 차폐할 수 있으며, 열방출 특성이 요구되는 대형 전력케이블인 경우에는 최대투자율 1000 이상인 투자율이 높은 금속 재질로 된 차폐망을 이용하여 2상 이상의 전력케이블들을 감쌈으로써 통풍 효과를 갖는다.
이론적, 실험적 관측에 의하면 단상 전선의 주위를 차폐재로 감싸는 방법으로는 차폐 효과가 거의 없다. 이때 자계 벡터의 방향은 전선의 중심을 원의 중심으로 하는 원의 접선 방향이 된다. 무한 길이의 원통형 차폐재일 경우 전선을 흐르는 시변 전류에 의해 생긴 원형 시변 자계에 의해 차폐재 내부에는 원통의 길이 방향 으로 유도 전류가 발생되는데, 이 유도 전류에 의해 새로이 형성된 자계가 원래의 자계를 상쇄시켜 큰 차폐 효과를 나타낸다. 그러나 실제로는 차폐재의 크기를 무한히 크게 할 수 없고 유한한 크기를 갖게 되는데, 이 경우에는 차폐재의 바깥 표면과 안 쪽 표면에 서로 반대 방향의 유도 전류가 발생되어 결과적으로 차폐 효과가 거의 나타나지 않는다.
그러나 2상 이상의 전선이 있는 경우에는 임의의 위치와 이를 중심으로 하는 원 혹은 타원 궤적을 연결하는 자계 벡터로 나타나고 시변 전류의 1 주기 동안 자계 벡터는 1 회전하게 된다. 이에 따라 차폐재 내부에서 발생되는 유도 전류는 원통을 길이 방향으로 2 개 이상의 부분으로 나누어 넓은 면적을 맴도는 환전류 형태로 발생되어 원래의 자계를 크게 상쇄시키게 된다.
이러한 상황에서 전선을 감싸는 차폐재는 시트 형태의 차폐재가 차폐 효과를 가장 크게 나타내지만, 시트 대신에 차폐망으로 감싸더라도 차폐망의 간격이 조밀할 경우 판재 혹은 시트와 유사한 차폐 효과를 거둘 수가 있다. 특히 전력 전송이 매우 큰 대형 전력케이블의 경우에 열 발생이 커서 열 방출이 매우 중요한데, 이러한 경우에는 차폐망을 사용하는 것이 약간의 차폐 효과 저하를 감수하더라도 통풍 효과를 겸비하는 시공 방법이 될 수 있다. 차폐재로서 차폐망을 사용하는 경우에 차폐망의 격자 간격은 차폐하고자 하는 자계의 크기와 저감시키고자 하는 자계 목표치에 따라 유동적으로 적용할 수 있으며, 일반적으로 간격이 조밀할 경우 더 높은 차폐 효과를 거둘 수 있지만 통풍성은 떨어지게 된다.
차폐재로서 시트, 차폐망 선재의 재질은 투자율이 높은 금속 재료여야 하며, 차폐재가 위치하는 지점에서의 자계의 크기가 약 500 mG 이하의 낮은 자계일 경우 니켈을 기본으로 하고 철이 약 20% 혹은 45% 첨가된 퍼말로이(permalloy)나 뮤-메탈 선재를 적용하는 것이 효과적이고, 그 이상의 높은 자계를 차폐하고자 할 때는 철을 기본으로 하는 선철, 전해철, 혹은 규소가 4% 이하로 첨가된 규소강 등을 사용하는 것이 더욱 효과적이다.
이러한 고투자율 재질의 시트, 차폐망을 사용하여 2상 이상의 전력케이블을 감싸는 시공에 있어서, 곡률 반경이 작게 감쌀 경우 두께가 두꺼운 차폐재로 시공하기에는 매우 어려운 점이 있으므로 시트의 두께가 0.2 mm 이하인 얇은 차폐재를 사용하는 것이 시공에 용이하다. 차폐망의 경우는 그 굵기가 좀더 굵어도 되며, 5 mm 이하의 굵기로 된 선재(단면이 원형 혹은 다각형)로 만든 차폐망으로도 시공이 용이하다.
본 발명은 DC 혹은 1 MHz 이하의 주파수를 갖는 시변(time variant) 전류가 흐르고 위상(Phase)이 서로 다른 2개 이상의 전력케이블 인근에서의 자계를 차폐하기 위하여 고투자율 재질의 시트, 차폐망을 시공하기 위한 것으로서, 통상적인 자계 차폐용 판재의 경우 두께가 두꺼워 전력케이블을 감싸기에 어려운 점이 있고 통풍성이 확보되지 않는 단점을 보완하기 위하여, 두께 0.2 mm 이하의 시트 혹은 굵기 5 mm 이내의 선재로 제작된 차폐망을 이용하여 DC 혹은 2상 이상의 AC 전력케이블 인근의 자계를 차폐한다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직 한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1a는 차폐하고자 하는 전력케이블의 배열 예를 든 것으로 전류가 흐르는 도체(1)와 절연 피막(2)으로 구성된 전력케이블이 두 가닥 인접하여 서로 역상 배열(전류의 방향이 서로 반대)되어 있는 경우를 예시한 것이고, 도 1b는 차폐하고자 하는 전력케이블 세 가닥이 인접하여 서로 120도의 위상차를 가진 상태로 3상 배열되어 있는 경우를 예시한 것이다.
도 2a는 관(5)의 내부를 지나는 전력 케이블이 역상 배열되어 있는 경우를 예시한 것이고, 도 2b는 관(5)의 내부를 지나는 전력 케이블이 3상 델타 배열되어 있는 경우를 예시한 것이고, 도 2c는 관(5)의 내부를 지나는 전력 케이블이 3상 수평 배열되어 있는 경우를 예시한 것으로, 관(5)의 재질은 금속 재질일 필요는 없다.
도 3a는 전력케이블 배열의 주변을 둘러싸서 자계를 차폐할 목적으로 하는 고투자율 금속 재질의 시트(9)의 예를 보인 것이고, 도 3b는 전력케이블 배열의 주 변을 둘러싸서 자계를 차폐할 목적으로 하는 고투자율 금속 재질의 차폐망(10)의 예를 보인 것이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b의 차폐재를 이용하여, 도 2b에서와 같이 전력 케이블이 3상 델타 배열되어 있는 경우에 차폐재를 시공하는 예를 든 것으로서, 도 4a는 차폐재를 나선형으로 시공하는 경우를 예시한 것이고, 도 4b는 차폐재를 직렬로 시공하는 경우를 예시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b에서와 같이 차폐재를 시공하는 경우에 있어서 차폐재간에 겹치는 모습을 보여주기 위한 도면으로서, 도 5a는 차폐재를 나선형으로 시공하는 경우의 겹치는 구간(15)을 예시한 것이고, 도 5b는 차폐재를 직렬로 시공하는 경우의 겹치는 구간(15)을 예시한 것이다.
시공에 사용되는 고투자율 시트의 두께는 0.2 mm 이내로 하여야 감싸는 작업이 용이하다. 통상 22.9 kV 배전급 케이블을 감싸는 관(5)의 직경은 약 20 cm 정도이며 이때 시트의 두께가 0.2 mm를 넘게 되면 시공이 매우 힘들어진다. 또한 저렴한 비용으로 차폐 시트를 적용하기 위해서는 고가의 Ni을 주성분으로 하는 퍼멀로이(permalloy) 혹은 뮤-메탈보다 차폐 효과는 다소 떨어지지만 가격이 약 1/10인 상용 규소강판을 적용할 수도 있다. 이러한 상황에서 상용 규소강판을 적용할 경우 현재 상용화되어 있는 규소강판의 두께는 0.23 mm가 최소이며 이를 그대로 적용하기에는 무리가 있다. 따라서 얇은 시트의 제조는 별도로 정해진 방법에 의해 제조된다. 시트의 두께가 두꺼울수록 차폐 효과는 크기 때문에 차폐하고자 하는 목표 자계를 달성하기 위해서 여러 겹의 차폐 시트를 겹쳐서 시공할 수도 있다.
또한 동일한 재질의 차폐재를 여러 겹 겹치는 것보다 그 사이사이에 투자율은 높지 않지만 전기전도도가 높은 재질(예로서 구리나 알루미늄)의 시트를 교대로 삽입함으로써 차폐 효과를 더 향상시킬 수 있다. 이때 시트 및 차폐망 선재의 재질은 철 함량 95% 이상이거나 니켈을 기본으로 하면서 철이 20% 내외 혹은 45% 내외로 함유된 퍼멀로이(permalloy), 뮤-메탈 등이 사용될 수 있다. 이들의 투자율은 외부 자계의 크기에 따라 다르지만 최대 투자율 기준으로 볼 때 퍼멀로이(permalloy), 뮤-메탈은 투자율이 수 만 이상의 특성을 보이고 철계 선재인 경우 수 천 내지는 2만 이내의 투자율 특성을 보인다. 또한 최대 투자율이 발현되는 자계의 크기는 통상 퍼멀로이(permalloy), 뮤-메탈인 경우 500 mG 이하이고 그 이상에서는 철계 선재의 투자율이 더 우수하다. 따라서 실제 적용할 경우에는 500 mG 이하의 낮은 자계에서는 니켈 계열 선재의 차폐 특성이 우수하고 그 이상에서는 철계 선재를 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 기술한 바와 같은 방법에 의해 시공된, 도 2c의 3상 수평식 배열에서의 차폐 효과를 아래의 [표 1], [표 2], [표 3]에 나타내었다. 여기서 차폐 효과는 60 Hz 상용주파수에 대한 결과이다. [표 1], [표 2], [표 3]은 어떠한 차폐재도 적용하지 않았을 때 기준점에서의 자계 값이 각각 998 mG, 509 mG, 107 mG를 나타내는 전류 조건에서 여러 가지 차폐재를 적용한 후의 자계 값을 측정하고 차폐재 적용 전의 자계 값으로 나누어 차폐 효과를 표시한 것이다. 관(5)의 외경은 200 mm, 총 길이는 10 m, 차폐재를 감싼 부분은 관(5)의 중심으로부터 양 방향 3 m 씩 전체 6 m의 길이를 덮도록 하였다. 이때 인접한 시트는 도 5a와 같이 약 5 mm 정도 씩 겹치도록 시공하였다. 자계 값의 측정은 관(5)의 중심으로부터 길이와 수직한 방향으로 36 cm 떨어진 지점을 기준점으로 하였다. 측정기는 미국 이너테크(Enertech)사의 EMDEX II로써 3축 자계 값의 실효치를 보여준다. 차폐재를 감는 방법은 도 4a 및 도 5a 처럼 나선식으로 감는 방법과, 도 4b 및 도 5b 처럼 직렬식으로 감는 방법으로 구분하였다. 5a 및 도 5b는 각 감는 방법에 있어서 서로 겹치는 부분을 나타내었으며, 조금씩 겹치게 하는 것이 차폐 효과에 더 유리하다. 재질에 있어서 PC는 Ni이 78% 포함된 permalloy를, GO(Grain-Oriented)는 방향성 3% 규소강판, NGO(Non Grain-Oriented)는 무방향성 규소강판을 뜻한다.
[표 1] 3상 자계에서 이종 차폐재의 자계 저감 효과(기준점 자계 1000 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 998 0 차폐재 적용 않음
실시예1 NGO 200 0.1 직렬식 416 58
실시예2 NGO/NGO 200 0.1 직렬식 165 83 NGO 2겹 시공
실시예3 PC 100 0.1 나선식 649 35
실시예4 GO 200 0.08 직렬식 448 55
실시예5 GO/PC 200/100 0.08/0.1 직렬식/나선식 237 76 내층 GO/외층 PC
[표 2] 3상 자계에서 이종 차폐재의 자계 저감 효과(기준점 자계 500 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 509 0 차폐재 적용 않음
실시예1 NGO 200 0.1 직렬식 133 74
실시예2 NGO/NGO 200 0.1 직렬식 87.8 83 NGO 2겹 시공
실시예3 PC 100 0.1 나선식 220 57
실시예4 GO 200 0.08 직렬식 129 75
실시예5 GO/PC 200/100 0.08/0.1 직렬식/나선식 45.2 91 내층 GO/외층 PC
[표 3] 3상 자계에서 이종 차폐재의 자계 저감 효과(기준점 자계 100 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 107 0 차폐재 적용 않음
발명예1 NGO 200 0.1 직렬식 50.2 53
발명예2 NGO/NGO 200 0.1 직렬식 41.8 61 NGO 2겹 시공
발명예3 PC 100 0.1 나선식 8.3 92
발명예4 GO 200 0.08 직렬식 26.8 75
발명예5 GO/PC 200/100 0.08/0.1 직렬식/나선식 6.4 94 내층 GO/외층 PC
상기 [표 1], [표 2], [표 3]을 볼 때, PC를 차폐재로 사용하였을 경우, 원래의 자계의 크기가 작을수록 차폐 효과가 큼을 알 수 있다. 이때 차폐 효과는 차폐재를 적용하지 않았을 때의 자계 크기에 비해 저감된 정도를 백분율로 표시한 것이다. 특히 기준점에서의 자계가 107 mG일 때 PC의 차폐 효과는 92% 정도로 매우 크지만, 기준점 자계가 998 mG일 때 차폐 효과는 35%에 불과하다. 반면, GO와 NGO는 낮은 자계에서의 차폐 효과는 PC보다 뒤떨어지지만 높은 자계에서는 차폐 효과가 더 우월함을 알 수 있다. 특히 GO는 기준점 자계 107 mG일 때 NGO보다 더 우수한 차폐 효과를 보인다.
또한 동일한 재질로 2겹을 시공하면 차폐 효과는 더욱 향상되는 바, 기준점 자계가 높을 경우 그 효과가 두드러지는데 NGO 경우 기준점 자계 998 mG일 때 1겹이면 58% 차폐 효과에서 2겹이면 83%까지 향상된다. 이종 차폐재를 시공하는 경우에는 내부를 GO층으로 하고 외부를 PC층으로 하였을 때 가장 차폐 효과가 우수함을 알 수 있다. 기준점 자계 509 mG에서 차폐 효과는 PC 단독일 때 57%, GO 단독일 때 75%이지만 내부를 GO층으로 하고 외부를 PC층으로 하였을 때 91%까지 차폐 효과가 향상된다.
[표 4] 단상 자계에 대한 차폐 효과(기준점 자계 100 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 102.8 0 차폐재 적용 않음
비교예1 Cu 100 0.1 나선식 102.2 0.6
비교예2 PC 100 0.1 나선식 114.8 -12
비교예3 Cu/NGO 100/200 0.1/0.1 나선식 109.6 -6.6 내층 Cu/외층NGO
비교예4 Cu/PC 100/100 0.1/0.1 나선식 114.8 -12 내층 Cu/외층 PC
[표 5] 단상 자계에 대한 차폐 효과(기준점 자계 870 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 873.6 0 차폐재 적용 않음
비교예1 Cu 100 0.1 나선식 860.8 1.5
비교예2 PC 100 0.1 나선식 896.8 -2.7
비교예3 Cu/NGO 100/200 0.1/0.1 나선식 912.0 -4.4 내층 Cu/외층NGO
비교예4 Cu/PC 100/100 0.1/0.1 나선식 883.2 -1.1 내층 Cu/외층 PC
한편, 단상 자계에 대한 차폐 효과는 [표 4], [표 5]에 나타내었다. 기준점 자계가 100 mG 정도로 낮을 경우 Cu는 미세하나마 저감 효과를 보이지만 PC, Cu+NGO, Cu+PC는 오히려 자계 증가 효과를 보이고 있다. 기준점 자계가 870 mG로 높을 경우에도 유사한 현상이 관찰되었지만, 투자율 높은 재료가 적용될 경우 자계 증가 효과는 감소하고 있음을 알 수 있다. 이상에서 단상에서는 전기전도도가 높은 재료가 저감 효과를 보이고 투자율이 높은 재료는 오히려 자계를 증가시키는 현상을 알 수 있다. 즉, 단상에서는 어떠한 조합으로도 자계 저감 효과를 기대하기 어렵다는 점을 알 수 있다.
3상 전력케이블에 전도도가 좋은 재료를 적용할 경우에는 좀더 우수한 저감 효과를 기대할 수 있다. [표 6], [표 7]에 저감 효과를 요약하였는데, 양도체로써 Cu와 고투자율 재료로써 PC, NGO를 적층하여 자계 차폐 효과를 살핀 것이다. 이 결 과로부터 기준점 자계 크기에 관계없이 단독으로 적용하는 것보다 고전도도인 Cu와 혼합 적용할 경우 2내지 4% 정도의 추가 자계 저감 효과를 거둘 수 있다. 특히 전력케이블과 인접한 내측에 고전도도 재료를 적용하는 것이 외측에 적용하는 것보다 더욱 효과적임을 알 수 있으나 추가 저감 효과는 불과 2% 내외로 미미하다. 결과적으로 고전도도 재료와 고투자율 재료의 혼합 적용일 경우 미세하나마 추가 자계 저감 효과를 거둘 수 있으며, 내측을 고전도도 재료를 시공하는 것이 더 좋음을 보여준다.
[표 6] 3상 자계에서 이종 차폐재의 자계 저감 효과(기준점 자계 200 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 198.4 0 차폐재 적용 않음
비교예1 Cu 100 0.1 나선식 194.6 1.9
비교예2 PC 100 0.1 나선식 21.2 89
비교예3 NGO 200 0.1 나선식 97.6 51
실시예1 Cu/PC 100/100 0.1/0.1 나선식 16.6 92 내층 Cu/외층 PC
실시예2 PC/Cu 100/100 0.1/0.1 나선식 20.4 90 내층 PC/외층 Cu
실시예3 Cu/NGO 100/200 0.1/0.1 나선식 90.2 55 내층 Cu/외층NGO
실시예4 NGO/Cu 200/100 0.1/0.1 나선식 92.4 53 내층NGO/외층 Cu
[표 7] 3상 자계에서 이종 차폐재의 자계 저감 효과(기준점 자계 800 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 809.6 0 차폐재 적용 않음
비교예1 Cu 100 0.1 나선식 803.2 0.8
비교예2 PC 100 0.1 나선식 451.2 44
비교예3 NGO 200 0.1 나선식 422.4 48
실시예1 Cu/PC 100/100 0.1/0.1 나선식 438.4 46 내층 Cu/외층 PC
실시예2 PC/Cu 100/100 0.1/0.1 나선식 451.2 44 내층 PC/외층 Cu
실시예3 Cu/NGO 100/200 0.1/0.1 나선식 377.6 53 내층 Cu/외층NGO
실시예4 NGO/Cu 200/100 0.1/0.1 나선식 403.2 50 내층NGO/외층 Cu
자계 차폐 효과를 크게 하기 위한 방법으로 차폐재의 두께를 두껍게 하는 방 법이 있다. [표 8]과 [표 9]는 3상 전력케이블에서 차폐재 두께에 따른 자계 차폐 효과 변화를 보인 것이다. 두께가 증가함에 따라 차폐 효과도 증가하지만, 두께가 두꺼워질수록 저감 비율은 감소하고 있다. 그러나 차폐재 시공에 있어서 두께가 0.4 mm 정도이면 잘 휘어지지 않아 감는 작업이 매우 힘들어지게 된다. 따라서 이와 같이 전력케이블 인근을 차폐재로 감쌀 경우에는 0.4 mm 이상의 두께로 시공하는 것보다 0.1 mm 두께 4회 혹은 0.2 mm 두께 2회 시공으로 유사한 저감 효과를 거두는 것이 바람직하다.
[표 8] 차폐재 두께에 따른 자계 저감 효과(기준점 자계 100 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 100.4 0 차폐재 적용 않음
실시예1 PC 100 0.1 나선식 7.5 93
실시예2 PC 100 0.2 나선식 4.8 95
실시예3 NGO 200 0.1 나선식 62.6 38
실시예4 NGO 100 0.2 나선식 40.6 60
실시예5 NGO 100 0.4 나선식 29.8 70
[표 9] 차폐재 두께에 따른 자계 저감 효과(기준점 자계 1000 mG)
구분 재질 시트 폭 (mm) 시트 두께 (mm) 감는 방법 기준점에서의 자계 (mG) 자계 차폐 효과 (%) 비고
기준예 - - - - 1001 0 차폐재 적용 않음
실시예1 PC 100 0.1 나선식 627.2 37
실시예2 PC 100 0.2 나선식 345.6 65
실시예3 NGO 200 0.1 나선식 566.4 43
실시예4 NGO 100 0.2 나선식 227.2 77
실시예5 NGO 100 0.4 나선식 145.0 86
도 1a 및 도 1b는 이 발명의 일실시예에 따른 전력 케이블 장치의 전력케이블의 배열 예를 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 이 발명의 일실시예에 따른 전력 케이블 장치의 전력 케이블이 관내에 배열되어 있는 형태를 보여주는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 이 발명의 일실시예에 따른 전력 케이블 장치의 차폐재의 예를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 이 발명의 일실시예에 따른 전력 케이블 장치의 차폐재의 시공예를 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 이 발명의 일실시예에 따른 전력 케이블 장치의 차폐재간에 겹치는 모습을 보여주기 위한 도면이다.

Claims (12)

  1. 전류가 흐르는 도체와 절연 피막으로 구성되어 있으며, 서로 다른 위상을 갖는 2개 이상의 전력케이블들과,
    상기한 전력케이블들을 감싸고 있는 관과,
    상기한 관의 외부를 감싸고 있는 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 두께 0.05 ~ 0.2 mm 인 얇은 시트를 포함하여 이루어지며,
    상기한 전력 케이블들은 역상 배열, 3상 델타 배열, 3상 수평 배열 중에서 선택되는 어느 하나의 배열로 설치되어 있으며,
    상기한 고투자율 금속 재질은 철 함량 95% 이상인 소재, 퍼멀로이 (permalloy), 뮤-메탈 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지며,
    상기한 차폐재는 나선형 또는 직렬형중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 이루어지며,
    상기한 차폐재를 2겹 이상으로 시공할 때, 서로 다른 이종 차폐재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 장치.
  2. 전류가 흐르는 도체와 절연 피막으로 구성되어 있으며, 서로 다른 위상을 갖는 2개 이상의 전력케이블들과, 상기한 전력케이블들을 감싸고 있는 관과,
    상기한 관의 외부를 감싸고 있는 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 선재 굵기 0.05 ~ 5 mm이고 선재간 간격 100 mm 이내의 차폐망을 포함하여 이루어지며,
    상기한 전력 케이블들은 역상 배열, 3상 델타 배열, 3상 수평 배열 중에서 선택되는 어느 하나의 배열로 설치되어 있으며,
    상기한 고투자율 금속 재질은 철 함량 95% 이상인 소재, 퍼멀로이 (permalloy), 뮤-메탈 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지며,
    상기한 차폐재는 나선형 또는 직렬형중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 이루어지며,
    상기한 차폐재를 2겹 이상으로 시공할 때, 서로 다른 이종 차폐재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 장치.
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  7. 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 두께 0.05 ~ 0.2 mm 인 얇은 시트를 준비하는 단계와,
    주파수가 0에서 1 MHz 이내이며 2상 이상의 전력케이블들을 관안에 설치하는 단계와,
    상기한 시트를 이용하여 상기한 관의 외부를 1겹 이상으로 감싸서 상기한 전력케이블들로부터 발생되는 자계를 차폐하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기한 전력 케이블들은 역상 배열, 3상 델타 배열, 3상 수평 배열 중에서 선택되는 어느 하나의 배열로 설치되는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기한 고투자율 금속 재질은 철 함량 95% 이상인 소재, 퍼멀로이(permalloy), 뮤-메탈 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지며,
    상기한 차폐재는 나선형 또는 직렬형중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 시공되는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기한 차폐재를 2겹 이상으로 시공할 때, 서로 다른 이종 차폐재로 시공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 장치의 제조방법.
  8. 최대투자율 1000 이상인 고투자율 금속 재질의 선재 굵기 0.05 ~ 5 mm이고 선재간 간격 100 mm 이내의 차폐망을 준비하는 단계와,
    주파수가 0에서 1 MHz 이내이며 2상 이상의 전력케이블들을 관안에 설치하는 단계와,
    상기한 차폐망을 이용하여 상기한 관의 외부를 1겹 이상으로 감싸서 상기한 전력케이블들로부터 발생되는 자계를 차폐하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기한 전력 케이블들은 역상 배열, 3상 델타 배열, 3상 수평 배열 중에서 선택되는 어느 하나의 배열로 설치되는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기한 고투자율 금속 재질은 철 함량 95% 이상인 소재, 퍼멀로이(permalloy), 뮤-메탈 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 이루어지며,
    상기한 차폐재는 나선형 또는 직렬형중에서 선택되는 어느 하나의 형태로 시공되는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기한 차폐재를 2겹 이상으로 시공할 때, 서로 다른 이종 차폐재로 시공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 장치의 제조방법.
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