電源ケーブルとは何ですか?さまざまな種類の電源ケーブルの説明

とは何ですか 電源ケーブル — 定義とコア構造

あ 電源ケーブル 保護用の外側ジャケット内に封入された 1 つまたは複数の絶縁された電気導体のアセンブリであり、電気エネルギーを電源から負荷に伝達するように設計されています。情報伝送のために低レベルの電圧と電流を伝送する信号ケーブルやデータ ケーブルとは異なり、電源ケーブルは、配電や機器の供給に関連する電流容量、電圧ストレス、熱条件に対処するように特別に設計されています。

電源ケーブルの基本構造は 3 つの機能層で構成されています。の 指揮者 – 通常は撚り線または固体の銅またはアルミニウム – が低抵抗の電流経路を提供します。の 絶縁体 導体の周囲の層は動作電圧に耐え、隣接する導体や周囲の構造への電流の漏れを防ぎます。の アウタージャケット またはシースは、機械的損傷、湿気、化学物質、紫外線、および設置環境に関連するその他の環境要因から内部コンポーネントを保護します。

多くの電力ケーブル構造には、絶縁体とジャケットの間に追加の層が含まれています。中電圧および高電圧ケーブルの金属製スクリーンまたはシールドは、導体の周囲の電界分布を管理します。鋼線またはテープの外装層は、直接埋設または重工業での使用に対して機械的保護を提供します。充填材はケーブルの円形断面を維持し、内部の湿気の移動を防ぎます。これらの層の特定の組み合わせによって、ケーブルの定格電圧、電流容量、設置方法、使用環境が決まります。そのため、仕様や調達の前に、さまざまなタイプの電源ケーブルを理解することが重要です。

電圧クラスごとに異なる電源ケーブルのタイプ

最も基本的な分類は、 電源ケーブルの種類 電圧によって必要な絶縁の厚さ、スクリーンの設計、設置要件が決まるため、電圧定格によって決まります。国際規格で使用される 3 つの主な電圧クラスは次のとおりです。

• 低電圧 (LV) ケーブル - 最大 1 kV: 建物配線、機器接続、産業用盤配線、最終配電回路などに使用されます。構造は比較的単純です。絶縁導体は、多くの場合、PVC または LSOH の外側ジャケットを備え、金属スクリーンはありません。一般的な指定には、NYY、YJV (中国)、N2XY (IEC)、および THHN/THWN (北米) が含まれます。導体断面積の範囲は、照明回路の 1.5 mm² から主配電フィーダの 400 mm² 以上です。
• 中電圧 (MV) ケーブル — 1 kV ～ 35 kV: 公共事業の配電ネットワーク、産業用プラントのフィーダー、風力発電および太陽光発電所の収集システム、都市の地下配電に使用されます。 MV ケーブルには、電界を制御して部分放電を防止するために、導体スクリーン、絶縁スクリーン、および金属シースまたはワイヤー スクリーンが必要です。 XLPE (架橋ポリエチレン) 絶縁は、設置重量が軽く、油漏れの危険がなく、接合が容易なため、新しい MV 設置において紙油絶縁に大きく取って代わりました。
• 高電圧 (HV) および特別高圧 (EHV) ケーブル — 35 kV 以上: 架空送電線が現実的ではない密集した都市部での大規模送電、海底相互接続、地中ケーブルに使用されます。これらの電圧レベルでは構造が大幅に複雑になり、空隙率が極めて低い精密押出絶縁体、湿気を排除するための鉛または波形アルミニウムシース、欠陥箇所での電界強化を避けるための導体と絶縁スクリーンの表面の平滑性の慎重な制御が必要になります。 XLPE 絶縁ケーブルは現在、商用サービスで最大 525 kV で動作します。

絶縁材ごとに異なる電源ケーブルの種類

絶縁材は、温度定格、耐薬品性、柔軟性、耐火性、および長期劣化挙動を決定するため、電力ケーブルの種類が分かれる 2 番目の主軸です。現在使用されている主な断熱システムは次のとおりです。

• PVC（ポリ塩化ビニル）： 世界中で LV ケーブルに最も広く使用されている絶縁材。経済的で加工が容易で、さまざまな温度や柔軟性の要件に合わせて幅広い化合物配合が利用可能です。標準の PVC 絶縁体の定格導体温度は 70°C です。耐熱グレードは90℃に達します。主な制限は、低温での性能の低下（-15°C ～ -20°C 未満では脆くなる）、燃焼時の腐食性塩化水素ガスの放出、および高圧での比較的高い誘電損失です。このため、PVC は 6 kV を超える電圧では使用されません。
• XLPE (架橋ポリエチレン): 現在では、MV、HV、EHV ケーブルの標準絶縁材となっており、LV ケーブルでも使用されることが増えています。架橋により、熱可塑性ポリエチレンは、高温でも特性を維持する熱硬化性材料に変換されます。XLPE ケーブルの定格は通常、連続 90°C、短絡条件下で 250°C であり、PVC よりも大幅に高くなります。 XLPE は、PVC に比べて誘電損失が低く、耐湿性に優れ、長期劣化に優れています。その代償として、材料コストが高くなり、押出プロセスの要求が厳しくなります。
• EPR（エチレンプロピレンゴム）： あ thermoset rubber insulation offering excellent flexibility across a wide temperature range (-50°C to 90°C), superior resistance to ozone and UV, and very good performance in wet conditions. EPR is the preferred insulation for offshore, marine, and mining cables where repeated flexing, wet environments, and temperature extremes are combined. Its higher cost and slightly higher dielectric losses compared to XLPE limit its use in static utility cable installations.
• LSOH / LSZH (低煙ゼロハロゲン): 単一の材料ではなく複合クラスです。ポリオレフィンベースの絶縁体とシースは、燃焼時に煙の発生を最小限に抑え、ハロゲン含有ガスを発生しないように配合されています。トンネル、地下鉄システム、海上プラットフォーム、データセンター、公共の建物など、火災発生時の避難が視界と呼吸可能な空気の維持に依存するような密閉空間では義務付けられているか、強く推奨されています。 LSOH コンパウンドは、これらの環境向けの LV ケーブルの絶縁体と外側ジャケットの両方に使用されます。
• 鉱物絶縁 (MICC ケーブル): 継ぎ目のない銅管内で圧縮酸化マグネシウム粉末に囲まれた銅導体。鉱物絶縁ケーブルは本質的に耐火性があり、最大 1,000 °C の温度でも機能し続けるため、多くの国の建築基準法で非常照明、火災警報システム、スプリンクラー ポンプの供給などの重要な防火回路に必要なケーブル タイプとなっています。

適切な電源ケーブルの選択: 設置方法と環境要因

電圧クラスや絶縁材料以外にも、どの追加ケーブル機能が必要かは設置環境によって決まります。同じ導体断面積と絶縁タイプでも、ケーブルがどのように設置されるか、どこに設置されるかによって、適切な場合もあれば、まったく不適切な場合もあります。

直葬 土壌中では、地盤の動きや掘削による機械的損傷に耐えるために外装ケーブル (鋼線外装またはスチールテープ外装) を使用するか、機械的保護を提供する導管内に設置する必要があります。また、直接埋設ケーブルには、配線の一部が地上にある場合には耐紫外線性の外側シースが必要であり、数十年の使用にわたって水の浸入を防ぐ耐湿構造も必要です。

ケーブルトレイと屋外設置 産業プラントでは、難燃性と点検と交換の容易さが優先されます。ケーブル ラダー システムでは、LSOH または FR-PVC の外側シースを備えたマルチコア ケーブルが標準です。ケーブルがトレイ上で並行して走る場合、電流ディレーティング係数 - 通常 単一ケーブル定格の 0.7 ～ 0.85 グループ化に応じて、隣接するケーブル間の相互加熱を考慮して適用する必要があります。

フレキシブルケーブルとトレーリングケーブル 移動機械、クレーン、ポータブル機器の場合、細いより線導体 (IEC 60228 によるクラス 5 またはクラス 6) と、疲労亀裂を生じることなく繰り返しの曲げに耐える柔軟性の高いゴムまたは TPE 絶縁体およびシースが必要です。これらのケーブルは、定義された最小曲げ半径と有限数の屈曲サイクルに対して定格されています。屈曲用途で固定設置ケーブルを指定することは、産業用電気工学において最も一般的かつ重大な選択ミスの 1 つです。

海底ケーブルと海洋ケーブル 複数の保護要件を同時に組み合わせます。深度での耐圧性、海水の耐薬品性、錨の抵抗や漁具に対する機械的保護、長い AC 海底ケーブルの場合は、容量性充電電流の注意深い管理などです。高電圧 DC (HVDC) 海底ケーブルが、長い洋上風力発電所の輸出接続の標準となっているのは、まさに DC 送電により充電電流の損失が排除され、これにより長い AC 海底ケーブルが約 80 ～ 100 km を超えると実用的ではなくなるためです。