電源ケーブル

電力ケーブルは電気ケーブルであり、通常は全体を被覆してまとめられた1 つ以上の電気導体の集合体です。この集合体は電力の伝送に使用されます。電力ケーブルは、建物内に永久配線として設置したり、地中に埋め込んだり、頭上を走らせたり、露出させたりすることができます。熱可塑性被覆内に束ねられ、建物内に敷設されることを意図した電力ケーブルは、 NM-B (非金属被覆建物ケーブル) として知られています。

フレキシブル電源ケーブルは、ポータブルデバイス、モバイルツール、機械に使用されます。

1882年にニューヨークでトーマス・エジソンが開発した最初の配電システムでは、銅棒を黄麻で巻き、ビチューメン化合物を充填した硬質パイプに入れていました。^{[1]加硫ゴムは1844年に}チャールズ・グッドイヤーによって特許を取得していましたが、ケーブル絶縁に応用されたのは1880年代になってからで、照明回路に使用されました。^{[2]ゴム絶縁ケーブルは、1897年に}ナイアガラの滝発電プロジェクトのために設置された11,000ボルト回路に使用されました。

1895年までに、大量含浸紙絶縁中電圧ケーブルは商業的に実用化されました。第二次世界大戦中、数種類の合成ゴムとポリエチレン絶縁体がケーブルに使用されました。^[3]

北米の典型的な住宅およびオフィスの建設では、次のようなさまざまな技術が採用されてきました。

• 初期の裸線と布張りのワイヤーはステープルで取り付けられていた
• ノブとチューブの配線、1880年代から1930年代、アスファルトを含浸させた布または後にゴム絶縁体を使用
• 一般的な商標「BX」で知られる装甲ケーブル - 布で覆われた2本のゴム絶縁導体を備えた柔軟な鋼製シース^[4] - 1906年に導入されましたが、オープンな単一導体よりも高価です。
• 織り綿布（通常はタールを含浸）のジャケットとワックス紙の充填材を備えたゴム絶縁電線 - 1922年に導入
• Romex などのブランドが製造する、現代の 2 線または 3 線 + アースPVC 絶縁ケーブル(例: NM-B) ^{[引用が必要]}
• アルミ線は1960年代から1970年代にかけて銅の安価な代替品として使用され、現在でも使用されていますが、腐食、柔らかさ、接続部のクリープのため、適切に設置しないと安全ではないと現在では考えられています^{[誰が？ ] 。 [5]}
• アスベストは1920年代から1970年代にかけて一部の布線の電気絶縁体として使用されていましたが、健康リスクのため使用が中止されました。^{[6] [7]}
• テックケーブル、PVC被覆装甲ケーブル

現代の電力ケーブルには様々なサイズ、材質、種類があり、それぞれ用途に合わせて作られています。^[8]業界では、大きな単一絶縁導体も電力ケーブルと呼ばれることがあります。^[9]

ケーブルは、導体、絶縁体、保護ジャケットという 3 つの主要コンポーネントで構成されています。個々のケーブルの構成は、用途によって異なります。構造と材質は、主に次の 3 つの要素によって決まります。

• 絶縁体の厚さを決定する動作電圧。
• 導体の断面積を決定する電流容量。
• 温度、水、化学物質や日光への曝露、機械的衝撃などの環境条件によって、ケーブルの外側ジャケットの形状と構成が決まります。

直接埋設または露出設置用のケーブルには、ケーブルの周囲に螺旋状に巻かれたワイヤや、ケーブルの周囲に巻かれた波形テープなどの金属装甲が含まれる場合もあります。装甲は鋼鉄またはアルミニウムでできており、アースに接続されていても、通常の動作中に電流を流すためのものではありません。電力ケーブルは、1 つ以上の導体を含む電気コンジットやケーブル トレイなどのレースウェイに取り付けられることがあります。建物内で使用することを意図している場合、非金属被覆建物ケーブル (NM-B) は、耐熱性の熱可塑性絶縁シース内に 2 つ以上のワイヤ導体 (および接地導体) が封入されています。このケーブルは、装甲建物ケーブルよりも軽量で、取り扱いが容易で、シース作業が容易であるという利点があります。^[10]

電力ケーブルでは、より線の銅またはアルミニウム導体が使用されますが、小型電力ケーブルでは、1/0 までのサイズの単線導体が使用される場合があります。(銅ケーブルの詳細については、「銅線とケーブル」を参照してください。 ) ケーブルには、回路の中性線または接地 (アース) 接続用に使用される非絶縁導体が含まれる場合があります。接地導体は、機器の筐体/シャーシをアースに接続して、感電から保護します。これらの非絶縁バージョンは、裸導体または錫メッキ裸導体として知られています。アセンブリ全体は、円形または平らです。形状を維持するために、非導電性のフィラー ストランドがアセンブリに追加される場合があります。用途に応じて、充填材を非吸湿性バージョンで作成できます。

架空用途の特殊用途電力ケーブルは、多くの場合、高強度合金、ACSR、またはアルミ溶接メッセンジャーに結合されています。このケーブルは、架空ケーブルまたはプレアセンブリ架空ケーブル (PAC) と呼ばれます。PAC はジャケットなしで注文できますが、ポリマー ジャケットの供給にかかる追加コストが低いため、近年はあまり一般的ではありません。垂直用途の場合、ケーブルにはジャケット、スチール、またはケブラーの上に外装ワイヤが含まれる場合があります。外装ワイヤは、ケーブルの重量を支えるために定期的にサポート プレートに取り付けられます。サポート プレートは、建物、タワー、または構造物の各フロアに含まれる場合があります。このケーブルは、装甲ライザー ケーブルと呼ばれます。より短い垂直遷移 (おそらく 30 ～ 150 フィート) の場合は、バスケット (ケラム) グリップや特別に設計されたダクト プラグと組み合わせて、外装なしケーブルを使用できます。

ケーブルジャケットの材質仕様では、水、油、日光、地下環境、化学蒸気、衝撃、火、または高温に対する耐性が考慮されることが多いです。原子力産業用途では、ケーブルに電離放射線耐性に関する特別な要件がある場合があります。輸送用途のケーブル材質は、燃焼しても大量の煙を出さないもの (低煙ゼロハロゲン) として指定される場合があります。直接埋設用のケーブルでは、埋め戻しや掘削による損傷を考慮する必要があります。この用途では、HDPE またはポリプロピレン ジャケットが一般的です。地下鉄 (地下室) 用のケーブルでは、油、耐火性、または低煙を優先する場合があります。今日では、全体に鉛シースを使用しているケーブルはほとんどありません。ただし、一部の公共事業体では、配電回路に紙で絶縁された鉛被覆ケーブルをまだ設置している場合があります。送電ケーブルまたは海底ケーブルでは、鉛シースが使用される可能性が高くなります。ただし、鉛は減少傾向にあり、現在ではそのようなアイテムを製造しているメーカーはほとんどありません。ケーブルを機械的損傷にさらされる場所（工業地帯）に配線する必要がある場合は、ケーブルを柔軟なスチール テープまたはワイヤー アーマーで保護し、さらに耐水性ジャケットで覆うこともできます。

ハイブリッド ケーブルには、制御信号用の導体が含まれる場合もあれば、データ用の光ファイバーが含まれる場合もあります。

導体間の電圧が 2,000 ボルト以上になる回路では、導体の絶縁体を導電性シールドで囲む必要があります。これにより、ケーブル絶縁体にかかる電気ストレスが均等化されます。この技術は 1916 年に Martin Hochstadter によって特許を取得しました。^[2]このシールドは Hochstadter シールドと呼ばれることもあります。半導電性 (「セミコン」) 絶縁シールドの他に、導体シールドもあります。導体シールドは半導電性 (通常) または非導電性です。導体シールドの目的は絶縁シールドと同様で、空隙充填材および電圧ストレス均等化装置です。

漂遊電圧を排出するために、金属シールドが「半導体」の上に配置されます。このシールドは、絶縁体の外側の電圧をゼロ (または少なくとも OSHA の制限である 50 ボルト未満) まで下げることで、ケーブルを「安全」にすることを目的としています。この金属シールドは、薄い銅テープ、同心ドレイン ワイヤ、平らなストラップ、鉛シース、またはその他の設計で構成できます。ケーブルの金属シールドは、ケーブルの両端でアースに接続され、障害時に電圧が上昇すると危険な場合は、長さに沿った場所でもアースに接続されます。マルチポイント アースは、ケーブルのシールドをアースする最も一般的な方法です。一部の特殊なアプリケーションでは、回路の通常動作中に循環電流を制限するためにシールド ブレークが必要です。シールド ブレークのある回路は、単一または複数のポイントでアースできます。特殊なエンジニアリング状況では、クロス ボンディングが必要になる場合があります。

液体またはガスを充填したケーブルは、現在でも配電システムや送電システムで使用されています。10 kV 以上のケーブルは油と紙で絶縁され、硬質鋼管、半硬質アルミニウムまたは鉛のシースで配線されます。より高い電圧の場合、ケーブル絶縁体内で 部分放電を引き起こす空隙の形成を防ぐために油に圧力がかけられることがあります。

液体充填ケーブルは、停電がほとんどまたはまったくなく、耐用年数が極めて長いことで知られています。残念ながら、土壌や水域への油漏れは深刻な懸念事項であり、必要なポンプ場の維持は、ほとんどの電力会社にとって O+M 予算の浪費となっています。パイプ型ケーブルは、予想される耐用年数が短いにもかかわらず、耐用年数の終わりに固体絶縁回路に交換されることがよくあります。

現代の高電圧ケーブルでは、絶縁材としてXLPEなどのポリエチレンやその他のポリマーが使用されています。接続と終端処理には特殊な技術が必要です。「高電圧ケーブル」を参照してください。

すべての電気ケーブルはある程度柔軟性があるため、リール、ドラム、またはハンドコイルに巻いて設置場所に出荷できます。柔軟性は、最小曲げ半径に直接影響するため、ケーブルの適切な撚りクラスを決定する上で重要な要素です。電力ケーブルは、通常、撚りクラス A、B、または C です。これらのクラスにより、ケーブルが乱れることのない最終的な設置位置にケーブルを誘導できます。クラス A、B、および C は、特にケーブルを引っ張る場合に耐久性が高く、通常安価です。電力会社は通常、一次電圧および二次電圧アプリケーションにクラス B 撚線を注文します。柔軟性は問題ではないが、低コストと防水性が優先される場合は、単線中電圧ケーブルを使用できることがあります。

携帯機器など、ケーブルを繰り返し移動させる必要がある用途では、「コード」または「フレックス」と呼ばれるより柔軟なケーブルが使用されます (撚りクラス GM)。柔軟なコードには、細い撚り線、ロープ撚り線、または束撚り線が含まれます。柔軟性、操作性、耐久性を向上させるために、適量の充填材が入ったジャケットが全体に施されています。鉱山の切羽切削機に電力を供給するような耐久性の高い柔軟な電源コードは、慎重に設計されており、その寿命は数週間単位です。非常に柔軟な電源ケーブルは、自動化された機械、ロボット工学、工作機械で使用されます。柔軟な電源ケーブルの詳細については、 「電源コードと延長ケーブル」を参照してください。柔軟なケーブルには、他に、ツイストペア、延長可能、同軸、シールド、通信ケーブル などがあります。

X 線ケーブルは、特殊なタイプの柔軟な高電圧ケーブルです。

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