IEC 60287 케이블 사이징 - 유전체손 계산 방법

IEC60287을 이용한 케이블 사이징에서 3번째 순서가 유전체손(Dieletric Loss)의 계산입니다. 유전체손을 계산하기 전에 먼저 유전체손의 정의에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

유전체손은 간단하게 말하면 도체를 둘러싼 절연체에서 발생하는 손실입니다. 그의 정의는 다음과 같습니다.

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유전체(예를 들어 케이블의 절연 물질)는 변화하는 전기장의 영향을 받을 때 에너지 손실이 약간 발생합니다. 변화하는 전기장은 약한 결합을 가진 분자들의 재배치를 일부 일으키는데, 이는 열을 발생하게 합니다. 전압 레벨이 증가함에 따라 손실의 양이 증가합니다. 저전압 케이블의 경우 손실이 거의 없으며 일반적으로 무시됩니다. 고전압 케이블의 경우 손실과 열 발생이 중요해질 수 있으므로 고려해야 합니다.

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유전체 손실은 손실 탄젠트 또는 탄젠트 델타(탄 δ)라고 알려진 것을 사용하여 측정합니다. 간단히 말해서, 탄젠트 델타는 교류 전기장 벡터와 재료의 손실 성분 사이의 각도의 탄젠트입니다. 탄젠트 δ의 값이 높을수록 유전체 손실은 더 커질 것입니다.

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케이블의 유전체 손은 다음의 수식으로 계산됩니다. 물론 이 수식은 IEC 60287-1-1에서 발췌한 것입니다.

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아래의 수식은 각 상별 단위 길이당 유전체손을 계산합니다. 초고압 케이블은 모두 단상 케이블이니까 상별로 계산하는 것이 맞습니다.

ω = 2π f입니다.

C는 단위 길이당 커패시턴스입니다.

Uo는 대지전압입니다.

 

도체의 커패시턴스는 위의 수식에서 보듯이

ε 절연물의 상대투자율과

Di 절연물의 외경

dc 도체의 직경

으로 구성된 수식에 의해 계산됩니다. 즉 케이블의 구조에 의해 결정되므로 케이블이 결정되면 커패시턴스도 결정되는 것입니다.

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유전체 손의 계산에서 중요한 수치는 상대투자율과 탄젠트 델타값인데 IEC에 포함되어 있습니다. 아래의 테이블에서 실제 적용하는 케이블이 어떤 사양인지에 따라 결정됩니다.

 

위의 수식에서 계산된 유전체손은 전선의 허용전류 계산에서 매우 중요한 요소입니다. 아래의 허용전류 수식에서 Wd가 위치한 부분을 보면 그 중요도를 이해할 수 있습니다.

온도 상승 허용치에서 각종 온도 상승효과에 의한 온도 상승을 마이너스 시킬 때 그 전체를 묶는 값으로 유전체손이 사용되고 있기 때문에 유전체손이 클수록 허용전류가 많이 감소하는 것을 볼 수 있습니다.

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33kV, 500sqmm 케이블에 대해서 샘플로 계산했던 자료를 참조하시면 이해가 잘 되리라 봅니다. 아래 샘플 계산에서 유전체손은 0.1134로 나옵니다. 그런데 이 유전체손은 주파수와 전압에 크게 영향을 받기 때문에 15kV 케이블이 되면 같은 조건에서 유전체손이 2.4 정도로 커지는 것을 확인해 보시기 바랍니다.

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