도체별 케이블-구리와 알루미늄

케이블을 구분할 때는 일반적으로 구조와 절연체의 차이에 따라 이름을 짓는다.

그 도체의 원자재를 보면 크게 구리와 알루미늄으로 나뉠 수 있다.

각각의 특징을 비교해보자.

 

Copper

가격 약 $9,000 (per ton)

전도율: 92 (은: 100 기준)

저항률: 0.0175Ω*㎟/m

특징: 가장 많이 사용되는 도체. 전도율이 높아서 작은 단면적으로 큰 부하를 견디기에 좋다. 예를 들어 10㎟ 알루미늄 케이블이 50A까지 부하를 견디는데 같은 단면적에서 구리 케이블은 70A까지 견딘다. 또 유연해서 배선에 용이하다. 수명은 20~30년 정도.

장점: 전도율이 높다 (저항이 작다), 기계적 강도가 높다, 내식성, 우수한 유연성과 연성, 유지보수비용이 낮다.

단점: 경우에 따라 기계적 강도가 불충분하다, 공기 중에 산화한다

사용: 상대적으로 힘(장력 등)을 받지 않는 개소, 저압선, 22.9kV 이상 지중배전선로에 주로 사용된다. 154kV 이상의 송전전압에서는 변전소 설비 간 연결이나 지중송전선로의 도체로 활용된다. 중량이 크기 때문에 가공선로에는 전선의 무게가 워낙 무거워져 적용하기 힘들다. 저압선은 전압이 낮기 때문에 저항률이 중요하고 도체 단면적 자체가 작아서 재료의 차이에 따른 중량 값이 큰 영향을 주지 않는다. 따라서 구리 도체를 주로 사용한다.

 

Aluminium

약 $3,000 (per ton)

전도율: 49 (은: 100 기준)

저항률: 0.0294Ω*㎟/m

특징: 가볍지만 전도율이 구리에 비해 낮아 같은 전력을 운반할 때 단면적이 커진다. 수명은 10~15년.

2010년 기준으로 동값이 급격히 올라 한전에서는 지중 송배선으로 알루미늄 케이블을 도입했지만 그 이후 가격은 다시 안정화되었다

최근 연구에서 동일 용량의 전류가 흐를 때 온도 상승의 변화의 측면에서 알루미늄이 구리보다 더 안정적이라는 발표가 있었다. "임장섭 교수; 케이블 접속 슬리브가 상시 운전온도인 90℃에 도달하는 시점이 구리 케이블은 1100A, 알루미늄 케이블은 900A였다" 하지만 과부하 시 온도 편차가 커 접속부의 손상 가능성이 구리보다 높다는 단점도 밝혔다.

장점: 경량, 송배전용 케이블에서는 저렴하다

단점: 기계적 강도가 낮다, 납땜이 어렵다, 다른 도체와의 접촉부에서 큰 과도 저항이 발생한다, 구리에 비해 저항이 1.63배이다, 반속 굽힘 상태에서 파손되기 쉽다.

사용: 가공송전선로 ACSR (사진 참조), 아파트에서 배선을 부분적으로 교체하는 경우 사용할 수 있는데 구리선과 직접 접촉을 피해야 한다. 또는 가건물 등에서 사용할 수 있다, 소형 변압기, 모터 등 전기기기에서 사용 가능, 제어장치에서 사용 가능, 특정 환경 (온천에는 황성분으로 인해, 바닷가에서는 염분으로 인해)에서는 구리가 쉽게 부식되기 때문에 알루미늄 전선을 사용한다.

 

 

(추가)

이 외의 다른 도체는 은, 철 등이 있으나 사용하지 않는다.

은이나 금은 워낙 고가이기 때문에 사용할 수 없고 철은 약 $2,000 (per ton)이지만 저항이 높다. 또한 표피 효과와 히스테리시스 손실도 높다.

 

구리 도체는 연동선과 경동선으로 구분되는데 이는 제조과정의 차이이다.

 

* 경동선(Hard-drawn copper wire) 옥외용, 딱딱한 선

고유저항: 1/55

막대 구리를 900도로 가열하여 압연해서 거친 선을 만들어 식힌 후에 상온에서 다이스로 원하는 굵기의 와이어를 드로잉 해서 만들어진 전선

강도가 더 우수하기 때문에 옥외에 노출되어 사용되는 전선에 주로 사용된다. 배전용 가공전선(옥외용 나전선)이나 옥외변전소의 기기간 연결에 사용되는 동선, 동바(bar)가 대표적이다.

 

* 연동선(Soft Annealed copper wire) 옥내용, 부드러운 선

고유저항:1/58

경동선의 제조과정대로 상온에서 가공된 동선을 600도로 다시 가열하여 서서히 식혀서 만든 전선

열처리 과정으로 인해 저항이 낮아지고 인장강도가 떨어진다.

연동선이 도전율이 더 우수하지만 강도가 떨어지는 특성 때문에 변압기, 지중케이블 등 큰 힘을 받지 않는 기기 내부의 동선에 주로 적용된다.

 

ACSR 가공송전선로

XLPE 지중송전선로

OW 옥외용 전선. 연선이며 경동선이다.