케이블은 전기 신호나 전력을 한 장치에서 다른 장치로 전송하는 데 사용되는 전선 묶음이다. 18세기부터 전신 및 전력 전송에 활용되었으며, 다양한 종류와 용도로 발전해 왔다. 케이블은 전기적 간섭을 줄이기 위해 차폐, 동축 구조, 연선 등의 기술을 사용하며, 대한민국은 LS전선, 대한전선 등 세계적인 기업을 보유하고 있다.
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케이블 - 카테고리 5 케이블 카테고리 5 케이블은 이더넷 네트워크의 구조화된 케이블링에 주로 사용되는 최대 100 MHz 주파수 성능의 연선 케이블 표준으로, ANSI/TIA/EIA-568-A에서 정의되었으며, 대한민국에서는 KS 표준에 따라 관리되고 카테고리 5e 및 6으로 대체되었지만 일부 환경에서 사용되며 화재 안전 등급을 준수해야 한다.
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전기공학 - 전기 전도체 전기 전도체는 전기를 잘 통하는 물질로, 금속, 전해질, 초전도체, 반도체 등이 있으며, 구리, 은, 알루미늄 등 다양한 재료가 전선 등에 사용된다.
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19세기에서 20세기 초까지 케이블은 천, 종이, 고무 등으로 덮었다. 오늘날에는 높은 신뢰도를 요구하는 전력선을 제외하고는 플라스틱 물질이 주로 쓰인다. 현대 전자 통신 케이블에 사용되는 플라스틱 절연체에는 솔리드(solid), 셀룰러(cellular), 폼 스킨(foam skin), 스킨 폼 스킨(skin-foam-skin)의 네 가지 유형이 있다.
케이블의 역사에 대한 자세한 내용은 #세계 전선 기술 발전 및 #한국 전선 산업의 발전 하위 섹션을 참조하면 된다.
2. 1. 세계 전선 기술 발전
18세기 초, 자연철학자들은 정전기실험을 활발히 진행하며 그 응용을 탐구했다. 영국의 왕립 학회 회원 스티븐 그레이는 1730년에 축축한 마 끈을 마른 실크 실로 매달아 전도와 절연의 원리를 시연했고, 이 끈으로 수백 피트 거리에서 정전하를 전달할 수 있음을 발견했다. 마 끈을 마른 실크 실로 매달면 실험이 잘 되었지만, 금속선으로 매달면 전기가 손실되어 절연체와 도체의 구별도 시작되었다. 축축한 마 끈 대신 금속선을 사용하면 수 마일 길이까지 전하를 전달할 수도 있었다.
1747년 윌리엄 왓슨은 약 3.22km 길이의 전선을 설치했다. 이 전선은 옛 웨스트민스터 다리를 통해 템스강으로 연결되었고, 전선 끝에는 조수가 한 손으로는 전선 끝을, 다른 손에는 금속 막대기를 들고 템스강 물에 닿았다. 왓슨은 라이덴 병에서 정전기 방전을 일으켜 회로가 전기를 통하게 함을 증명했다.
1795년 스페인의 프란시스코 살바는 과학 아카데미에 제출한 논문에서 종이를 절연체로 사용하는 기법 개발 경위와 전신 실험에서 지중 매설 케이블을 이용한 전송 기법을 공개했다. 살바는 22종의 알파벳 전송을 위해 각 문자마다 전선이 필요했으므로 총 22개의 전선을 피치로 코팅한 종이 커버로 덮어 묶었다고 설명했다.
살바는 전선 케이블을 지중 튜브에 설치하고 수지 코팅으로 한두 겹 덮어 절연을 더 확실하게 해야 한다고 썼다. 이 착상은 스페인 마드리드와 아란후에스를 잇는 약 41.84km 전신선으로 실현되어 통신에 성공했다.
파벨 실링은 수중 케이블의 프로토타입을 개발하고 "수중 갈바닉 전도 코드"라 불렀다.나폴레옹 전쟁 시기 네바강과 센강에서 지뢰를 폭발시키는 데 사용했다. 실링의 수중 케이블은 구리선을 절연체인 인도산 고무로 덮고 니스로 마감했다.
미국에서 확인 가능한 최초의 전선 사용은 1844년워싱턴 D.C.와 메릴랜드주 볼티모어 사이에 설치된 상업용 전신선이다. 이 케이블은 철로 만들어져 제조가 어려웠다. 이 무렵 철제 케이블의 미끄러움을 좋게 하여 생산성을 높이기 위해 황산 구리를 사용해 얇은 구리 코팅을 입히기도 했다. 잠시 후 구리가 철보다 전도 성능이 좋다는 것이 알려져 전선 소재로 철 대신 구리가 사용되었다.
1913년까지 국제 전기 표준 회의(IEC)가 IACS(International Annealed Copper Standard 국제 연동 구리 표준)를 확립해 100% 전기 전도율의 기준이 되었다.
2. 2. 한국 전선 산업의 발전
1832년(덴포 3년) 오사카에서 히라카와 제선(현재 리켄 전선 주식회사)의 조상에 해당하는 인물이 구리선을 만든 것이 확인된다. 1854년(안세이 원년) 교토에서 츠다 전선의 츠다 코헤이가 물레방아를 사용하여 구리선을 당기기 시작한 것도 확인된다. 메이지 원년 전후 만들어진 국산 전신기에는 가는 명주실 감선이 사용되었다.
1873년(메이지 6년) 메이지 정부 주도로 공부대학교(현재 도쿄대학 공학부 전신)가 도쿄에 개교, 6개 학과 중 하나로 전신학과(전기학과)가 설치되어 영국인 교사(주로 윌리엄 에드워드 에어턴)로부터 전기와 전선에 대한 강의가 이루어졌다. 공부대학교 전기공학과 2기생 이와타 타케오는 학생 시절부터 청함 해협(아오모리-하코다테 간) 케이블 공사에 종사했다. 3기생 나카노 하츠네는 졸업 후 제국대학 조교, 교수가 되어 고압 송전을 완수했다. 같은 3기생 후지오카 이스케는 1878년 일본 최초 아크등 점등 실험에 참여, "일본 전기, 전등의 아버지"로 불리게 되었다. 같은 3기생 아사노 오스케는 졸업 직후 공부대학교 교수가 된 후, 1899년(메이지 32년) 도쿄 제국대학 공과대학(현 도쿄대학 공학부) 교수가 되어 해저 케이블 부설 공사 및 구리선 절연체 연구에 실적을 올렸다.
1887년(메이지 20년) 도쿄 전등은 제1, 2 전등국을 완성하여 가공 전선으로 전력 공급을 시작했다. 일본전선공업회에 따르면 일본 전선 제조 기업은 400개 정도로 추정되며, 다음 4개 사가 대형 4사로 불린다.
전기 케이블은 두 개 이상의 장치를 연결하여 한 장치에서 다른 장치로 전기 신호나 전력을 전송하는 데 사용된다. 물리적으로 전기 케이블은 자체 절연체와 선택적 스크린, 개별 덮개, 조립 보호 및 보호 덮개로 구성된 하나 이상의 도체로 구성된 조립체이다. 전선을 꼬아서 더 유연하게 만들 수 있다. 케이블의 구리 전선은 베어 와이어일 수도 있고, 얇은 층의 다른 금속(주로 주석, 때로는 금, 은)으로 도금될 수도 있다. 주석, 금, 은은 구리보다 산화에 덜 민감하여 전선의 수명을 연장하고 납땜을 쉽게 한다.[2]
19세기와 20세기 초에는 천, 고무, 종이로 절연된 전기 케이블이 사용되었으나, 오늘날에는 플라스틱 재료가 주로 사용된다. 최초의 열가소성 수지는 구타페르카(천연 라텍스)였고, 케이블 절연에 사용된 최초의 인공 플라스틱은 폴리에틸렌이었다.[2]
케이블은 트렁킹, 케이블 트레이, 케이블 타 이, 케이블 레이싱 등으로 안전하게 고정하고 정리할 수 있다. 케이블 캐리어 내에서 이동하는 유연성 케이블은 스트레인 릴리프 장치 또는 케이블 타이를 사용하여 고정할 수 있다.
직접 매설 케이블
충전 케이블
비금속 피복 케이블(NM, NM-B)[6]
장갑 케이블(BX)[6]
휴대용 코드
전력 케이블
단선 케이블
잠수 케이블
트윈 앤 어스
CENELEC HD 361과 DIN(VDE)의 DIN VDE 0292는 케이블 및 전선 마킹 유형과 관련된 표준이다. 전기전송을 위한 선형 부재로,[8] 주된 소재는 구리, 구리 합금, 알루미늄 등의 양도체이다.[9]
단선의 굵기는 미국(AWG)과 영국(SWG)에서 번호로 표시하며, 일본에서는 직경을 밀리미터로 나타낸다.[7] 하나의 도체를 사용하는 전선은 구부린 형태를 유지하기 쉽지만, 도체 단면적이 커지면 구부리기 어렵고, 빈번하게 구부리면 금속 피로로 단선될 수 있다. 가는 도체를 꼬아 만든 연선은 단선보다 구부리기 쉽다. '''절연 전선'''은 도체가 절연체로 덮여 있으며, 도체를 '''심선'''이라고 한다.
소형 전기 제품에 전력을 공급하는 전선은 '''코드'''(Cord)라고 부른다. 절연 피복만 있고 보호 피복이 없어 가늘고 유연하며, 일반적으로 도체가 연선이다. 가정용 전기 기계 기구 등에서는 플러그를 콘센트에 꽂아 사용한다.
고무 절연 묶음 코드(FF)
비닐 평형 코드(VFF)
캡타이어 코드
주로 전기 기기 내부 배선에 사용되는 전선이다.
수송 기기용 전선: 진동, 마찰 마모, 고온, 저온, 유지, 풍우 등에 강하다.
EM 전선·케이블: 카드뮴, 납, 할로겐 원소 등의 유해 물질을 포함하지 않고 내열성이 높다.
3. 1. 1. 전력용 전선
가공송전선은 높은 전압이 흐르는 전선을 공중에 설치하여 공기의 절연성을 이용하는 방식이다. 이는 간단하고 합리적이지만, 구조물이 커서 가옥이 밀집한 도시에는 부적합하다. 따라서 전선 둘레를 절연지로 여러 겹 감고 기름을 먹여 절연성을 높인 지중송전선을 땅에 묻어 사용한다. 지중송전선의 송전 전압은 과거 2만 ~ 15만V였으나, 최근에는 27.5만V의 초고압 지중송전선을 건설하여 교외와 도심을 직접 연결하는 경우가 많다.[16]
전력 케이블은 고전압 케이블을 사용하여 교류 및 직류 전력의 대량 전송에 사용된다.
3. 1. 2. 통신용 케이블
전송 선로의 일종으로, 전기 신호를 전달하는 데 사용되는 케이블이다. 통신용 케이블의 종류는 다음과 같다.
누설 동축 케이블: 일종의 안테나로 이용한다. 철도나 자동차 터널 안에서도 휴대전화를 사용할 수 있는 것은 이것 덕분이다.
평행 이중선 피더
전송 선로 중 하나이다. 제조 비용이 저렴하고 만드는 것도 전송 선로로서는 간단하다. 일정한 특성 임피던스를 갖도록 치수나 재질이 설계, 선택된다. 동축 케이블보다 특성 임피던스가 높아진다. 시판품으로 일반적인 특성 임피던스는 200Ω, 300Ω, 450Ω 등으로 안테나에 맞춰 준비되어 있다.
과거에는 텔레비전 수신기와 안테나를 연결하는 데 사용되었다.
각종 무선 통신 (업무용 무선, 아마추어 무선 등)용 피더선 (아마추어 무선에서는 사다리 피더가 자작되는 경우가 있다)
3. 1. 3. 권선 (Magnet Wire)
전동기, 발전기, 변압기, 전자석 등 자기(磁氣)를 사용하는 기기의 권선에 사용되는 폴리우레탄 피복선이나 에나멜선의 총칭은 마그넷 와이어이다.[7]
3. 2. 구조별 분류
가공송전선은 고압 전선을 공중에 늘어뜨려 공기의 절연성을 이용하는 방식이다. 이는 간단하고 합리적이지만, 구조물이 커서 가옥이 밀집한 도시에는 부적합하다. 그래서 전선 둘레를 절연지로 여러 겹 감고 기름을 먹여 절연성을 높인 지중송전선을 땅에 묻어 사용한다. 지중송전선의 송전전압은 과거 2만 ~ 15만V였으나, 최근에는 27.5만V의 초고압 지중송전선을 건설하여 교외와 도심을 직접 연결하는 경우가 많다.
일반적으로 DC 또는 저주파 AC 응용 분야에 사용되는 두 개의 개별 절연 도체로 구성된 페어 케이블
휴대용 응용 분야에서 AC 전원에 사용되는 플렉시블 케이블인 휴대용 코드
전력 전송에 사용되는 전력 케이블
많은 전선이 필요한 경우 유용한 리본 케이블. 이 유형의 케이블은 쉽게 구부러지며 낮은 전압을 처리하도록 설계되었다.
민감한 전자 회로에 사용되거나 고전압 응용 분야에서 보호 기능을 제공하는 차폐 케이블
단선 케이블
구조화된 케이블링
잠수 케이블
트윈 앤 어스
트윈액스 케이블
평평한 2선 라인으로, 임피던스가 300Ω이므로 일반적으로 300Ω 라인이라고 하는 트윈 리드. 안테나와 수신기(예: TV 및 라디오) 사이의 전송선으로 자주 사용된다. 표피 효과를 줄이기 위해 연선으로 되어 있다.
두 개의 서로 꼬인 절연 전선으로 구성된 꼬임쌍선. 페어 케이블과 비슷하지만 페어 전선이 꼬여 있다는 점이 다르다.
CENELEC HD 361은 케이블 조화(표준화)를 목표로 하는 케이블 및 전선 마킹 유형과 관련된 CENELEC에서 발행한 비준된 표준이다. Deutsches Institut für Normung(DIN, VDE)에서도 유사한 표준(DIN VDE 0292)을 발표했다.
전력을 공급하기 위해 사용되는 전선 중, '''절연 전선'''은 도체가 절연체로 덮여 있는 것이다. 절연 전선의 도체를 '''심선'''(core wire)이라고 한다.
네온관용 비닐 절연 전선 (NV): 네온사인 회로에 사용하는 변압기(네온 트랜스)의 2차 측 배선용
1000V 형광 방전등용 비닐 절연 전선 (100V FLV)
소형 전기 제품에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전선을 '''코드'''(Cord)라고 부른다.
케이블과는 달리 절연 피복만 있고, 그 외부에 보호 피복을 갖지 않기 때문에 가늘고 유연하며 취급이 용이하다. 또한, 일반적으로 도체가 연선이다.
가정용 전기 기계 기구 등에서는 기기와 반대쪽 끝부분이 플러그로 되어 있는 경우가 많으며, 그 플러그를 콘센트에 꽂아 사용한다.
코드의 종류는 다음과 같다.
고무 절연 묶음 코드(FF)
비닐 평형 코드(VFF)
캡타이어 코드
연선(撚対線): 2개의 피복 전선을 꼬아 놓은 것. 트위스트 페어 케이블이라고도 불린다.
실드선: 망 모양의 실드선과 알루미늄 포일로 덮인 연선을 심선으로 하는 동축 케이블 심선의 주위를 정전 실드로 덮은 구조의 것. 심선에는 단심, 다심, 트위스트 페어 케이블 등이 있다. 실드에는 낱선, 편조, 알루미늄 테이프 감기 등이 있다. 단심의 실드선에서 특성 임피던스를 규정한 것은 동축 케이블이라고 불린다.
플랫 케이블: 플랫 케이블과 커넥터 피복선을 동일한 간격으로 여러 가닥 나란히 놓고 융착한 형태의 선재. 컬러 코드로 한 가닥씩 색상을 바꾼 것, 5가닥마다 색상을 바꾼 것 등이 있다. 압착형 커넥터를 사용하여 한 번에 배선하는 것이 가능하다.
플렉시블 플랫 케이블(FFC): 플렉시블 플랫 케이블 평판형의 도체를 여러 가닥 나란히 놓고 피복한 리본 모양의 선재. 가동 부분이나 좁은 장소에 사용한다.
3. 3. 재료별 분류
케이블은 재료에 따라 다양하게 분류된다.
19세기에서 20세기 초에는 케이블을 천, 종이, 고무로 덮었으나, 오늘날에는 주로 플라스틱 물질을 사용한다. 플라스틱 절연체에는 솔리드(solid), 셀룰러(cellular), 폼 스킨(foam skin), 스킨 폼 스킨(skin-foam-skin)의 네 가지가 있다.[16]
케이블을 포함한 모든 전류를 전달하는 도체는 전자기장을 방사한다. 마찬가지로 모든 도체나 케이블은 주변에 존재하는 전자기장에서 에너지를 수신한다. 이러한 현상은 종종 바람직하지 않은데, 첫 번째 경우에는 원치 않는 에너지 전송으로 인해 근처 장비나 동일 장비의 다른 부분에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 두 번째 경우에는 케이블이 전달하는 원하는 신호를 가리는 노이즈의 원치 않는 수신, 또는 케이블이 전원 공급 장치 또는 제어 전압을 전달하는 경우, 장비 오작동을 일으킬 정도로 오염시킬 수 있다.[1]
이러한 문제에 대한 첫 번째 해결책은 건물 내 케이블 길이를 짧게 유지하는 것이다. 수신과 전송이 케이블 길이에 비례하기 때문이다. 두 번째 해결책은 케이블을 문제로부터 멀리 떨어진 곳으로 배선하는 것이다. 이 외에도 전자기 수신 및 전송을 최소화하는 특정 케이블 디자인이 있다. 세 가지 주요 설계 기법은 차폐, 동축 기하학, 연선 기하학이다.[1]
차폐는 패러데이 케이지의 전기적 원리를 이용한다. 케이블은 전체 길이에 걸쳐 호일 또는 와이어 메쉬로 둘러싸여 있다. 이 차폐 층 내부를 통과하는 모든 전선은 외부 ''전기''장으로부터 상당 부분 분리된다. 특히 차폐가 접지와 같은 일정한 전압 지점에 연결된 경우 더욱 그렇다. 그러나 이러한 유형의 단순한 차폐는 저주파 ''자기''장, 예를 들어 근처 전력 변압기의 자기 "험"에 대해 그다지 효과적이지 않다. 2.5kV 이상에서 작동하는 케이블의 접지된 차폐는 누설 전류와 정전 용량 전류를 수집하여 감전으로부터 사람을 보호하고 케이블 절연에 대한 응력을 균등하게 한다.[1]
동축 설계는 저주파 자기 전송 및 수신을 더욱 줄이는 데 도움이 된다. 이 설계에서 호일 또는 메쉬 차폐는 원형 단면을 가지며 내부 도체는 정확히 중심에 있다. 이로 인해 차폐와 코어 도체 사이의 자기장에 의해 유도된 전압은 서로 상쇄되는 두 개의 거의 동일한 크기로 구성된다.[1]
연선은 케이블의 두 전선이 서로 꼬여 있는 것이다. 이것은 한 쌍의 전선의 한쪽 끝을 핸드 드릴에 넣고 라인에 적당한 장력을 유지하면서 돌려 시연할 수 있다. 간섭 신호의 파장이 연선의 피치에 비해 긴 경우, 전선의 교번 길이가 반대 전압을 발생시켜 간섭의 영향을 상쇄하는 경향이 있다.[1]
5. 한국의 전선 산업 현황 및 기업
대한전선은 프리즈미안과 제휴 관계에 있으며, LS전선은 전선 분야에서 세계 4위의 기업이다. LS전선은 북미 최대의 전선 제조사인 Superior Essex를 산하에 두고 있다.[1]
참조
[1]
웹사이트
What Is a Cable Assembly?
https://www.wisegeek[...]
2019-07-01
[2]
서적
Submarine Cables: The Handbook of Law and Policy
Martinus Nijhoff Publishers
[3]
논문
Burn Mode Analysis of Horizontal Cable Tray Fires
https://www.nrc.gov/[...]
1982-01-02
[4]
서적
NFPA 72 National Electrical Code
2017
[5]
논문
Fire Performance of Wire and Cable
http://www.NIST.gov
1981-01-12
[6]
웹사이트
Electrical Wiring FAQ (Part 2 of 2)Section - What is Romex/NM/NMD? What is BX? When should I use each?
http://www.faqs.org/[...] [7]
백과사전
電線
日本大百科全書
[8]
서적
電気用語辞典
コロナ社
[9]
서적
電気工学ポケットブック
オーム社
[10]
서적
The History of Electric Wires and Cables
[11]
서적
The History of Electric Wires and Cables
[12]
서적
The History of Electric Wires and Cables
[13]
웹사이트
What is the history of electrical cables?
https://www.elandcab[...]
Elandcables
[14]
웹사이트
銀めっき線
https://www.sanshu-e[...]
三洲電線株式会社
2024-04-26
[15]
웹사이트
3SK293
https://toshiba.semi[...]
東芝デバイス＆ストレージ株式会社
2024-04-26
[16]
웹사이트
Dell SFP Twinax 케이블 10GbE 5m
https://www.dell.com[...]
Dell
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