ケーブル設計における絶縁体、シース、シールドの重要な機能

ケーブルの種類によって性能が異なり、構造も異なることは周知の事実です。一般的に、ケーブルは導体、シールド層、絶縁層、シース層、外装層で構成されています。特性に応じて構造は異なります。しかし、ケーブルにおける絶縁体、シールド層、シース層の違いを明確に理解していない方も多いのではないでしょうか。そこで、より深く理解するために、それぞれを詳しく説明しましょう。

（1）絶縁層

ケーブル内の絶縁層は、主に導体と周囲の環境、または隣接する導体との間の絶縁を提供します。導体を流れる電流、電磁波、または光信号が外部に漏洩することなく導体に沿ってのみ伝送されることを保証すると同時に、外部の物体や人体を保護し、保護します。絶縁体の性能は、ケーブルが耐えられる定格電圧と寿命に直接影響するため、ケーブルの主要構成要素の一つとなっています。

ケーブルの絶縁材料は、一般的にプラスチック絶縁材料とゴム絶縁材料に分けられます。プラスチック絶縁電力ケーブルは、その名の通り、押出成形されたプラスチックで作られた絶縁層を有しています。一般的なプラスチックとしては、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリエチレン（PE）、架橋ポリエチレン（XLPE）、低煙ゼロハロゲン（LSZH）などがあります。中でもXLPEは、優れた電気的・機械的特性に加え、優れた耐熱老化性と誘電性能を備えているため、中電圧・高電圧ケーブルに広く使用されています。

一方、ゴム絶縁電力ケーブルは、ゴムに様々な添加剤を混合し、絶縁加工を施して作られています。一般的なゴム絶縁材料には、天然ゴムとスチレンの混合物、EPDM（エチレンプロピレンジエンモノマーゴム）、ブチルゴムなどがあります。これらの材料は柔軟性と弾力性に優れており、頻繁な移動や小さな曲げ半径に適しています。鉱業、船舶、港湾など、耐摩耗性、耐油性、柔軟性が重要となる用途において、ゴム絶縁ケーブルは不可欠な役割を果たしています。

（２）鞘層

シース層は、ケーブルを様々な使用環境に適応させる役割を果たします。絶縁層の上に被覆され、ケーブルの内層を機械的損傷や化学的腐食から保護するとともに、ケーブルの機械的強度を高め、引張強度と圧縮強度を向上させます。シースは、ケーブルを機械的ストレスや水、日光、生物腐食、火災などの環境要因から保護し、長期にわたって安定した電気性能を維持します。シースの品質はケーブルの耐用年数に直接影響します。

シース層は、耐火性、難燃性、耐油性、耐酸性・耐アルカリ性、耐紫外線性も備えています。用途に応じて、シース層は主に金属シース（外被を含む）、ゴム／プラスチックシース、複合シースの3種類に分けられます。ゴム／プラスチックシースと複合シースは、機械的損傷を防ぐだけでなく、防水性、難燃性、耐火性、耐腐食性も備えています。高湿度、地下トンネル、化学プラントなどの過酷な環境では、シース層の性能が特に重要です。高品質のシース材料は、ケーブルの耐用年数を延ばすだけでなく、運用中の安全性と信頼性を大幅に向上させます。

（3）遮蔽層

ケーブルのシールド層は、内部シールドと外部シールドに分かれています。これらの層は、導体と絶縁体、および絶縁体と内シース間の良好な接触を確保し、導体や内層の粗い表面に起因する表面電界強度の上昇を防ぎます。中電圧および高電圧電力ケーブルでは、一般的に導体シールドと絶縁体シールドが採用されていますが、低電圧ケーブルではシールド層が採用されていない場合もあります。

シールドには、半導体シールドと金属シールドがあります。一般的な金属シールドの形態としては、銅テープラッピング、銅線編組、アルミ箔ポリエステル複合テープ縦巻きなどがあります。シールドケーブルでは、ツイストペアシールド、グループシールド、オーバーオールシールドなどの構造が採用されることが多いです。これらの設計は、低い誘電損失、強力な伝送能力、優れた耐干渉性能を備えており、産業環境における微弱なアナログ信号の信頼性の高い伝送と、強力な電磁干渉への耐性を実現します。発電、冶金、石油、化学、鉄道輸送、自動生産制御システムなどで広く使用されています。

シールド材については、内側のシールドには金属化紙や半導体材料が使用されることが多く、外側のシールドには銅テープや銅線編組が使用される場合があります。編組材は通常、裸銅または錫メッキ銅ですが、耐腐食性と導電性を高めるために銀メッキ銅線が使用される場合もあります。適切に設計されたシールド構造は、ケーブルの電気的性能を向上させるだけでなく、近隣の機器への電磁放射干渉を効果的に低減します。今日の高度に電化され情報化された環境において、シールドの重要性はますます高まっています。

結論として、ケーブルの絶縁体、シールド、シース層の違いと役割についてご説明しました。ONE WORLDは、ケーブルが生命と財産の安全に深く関わっていることを皆様に改めて認識させています。規格外のケーブルは絶対に使用せず、常に信頼できるケーブルメーカーから購入してください。

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