高圧絶縁電線についての基礎知識まとめ

高圧絶縁電線についての概略

高圧絶縁電線は「高電圧を扱うために、絶縁体で覆われた電線」を指す。
日本の電気設備に関する技術基準では
交流600Vを超え7000V以下（直流の場合は750Vを超え7500V以下）の電圧で
使用される電線を「高圧」と定義している。

高圧絶縁電線は、電気導体を絶縁耐力の高い絶縁物で被覆した電線である。
主に架空配電線路に便用されている

●屋外用高圧ポリエチレン絶縁電線（OE: Outdoor polyethylene insulated wire）
●高圧引下用架橋ポリエチレン絶縁電線（PDC: High voltage Crosslinked polyethylene insulated Drop wire for Pole transformer ）
※高圧配電線から柱状変圧器への接続等に使用されている
●キュービクルや電気室で使用される高圧機器内配線用高圧絶縁電線

などがある。

高圧絶縁電線の主な種類と用途

図：高圧機器内配線用絶縁電線の構造
新電気2019年 9月　電線・ケーブル詳細解説より画像引用

屋外用高圧ポリエチレン絶縁電線
(OE: Outdoor polyethylene insulated wire)

• 特徴
  絶縁体にポリエチレンを使用し、屋外での使用に耐えるように設計されている。
  
• 用途
  主に架空配電線路（電柱に張られている電線）として使用される。
  風雨や紫外線にさらされる環境で使用されるため、耐候性が重要となる。

高圧引下用架橋ポリエチレン絶縁電線
(PDC: High voltage Crosslinked polyethylene insulated Drop wire for Pole transformer)

• 特徴
  絶縁体に架橋ポリエチレン（XLPE）を使用しており
  耐熱性、耐候性、電気的特性に優れている。
  
• 用途
  高圧配電線から柱上変圧器（電柱の上のトランス）への引き込みなど
  屋外の高圧設備への接続に使用される。

高圧機器内配線用高圧絶縁電線

• 特徴
  キュービクル（高圧受電設備）や電気室内の
  高圧機器（開閉器、変圧器、遮断器など）の内部配線に使用される。
  導体は、絶縁耐力の高い架橋ポリエチレンやエチレンプロピレンゴムなどで絶縁被覆されている。
  
• 用途
  キュービクル内や電気室内の高圧機器間の接続に使用されている。

高圧機器内配線用高圧絶縁電線の構造と特徴

単純な構造

導体（より線）に絶縁体を被覆した、比較的単純な一層構造となる。
これは、後述する高圧ケーブルのような「金属遮へい層」や「終端処理」が不要な点で異なる。

絶縁体

導体には、絶縁耐力の高い架橋ポリエチレンやエチレンプロピレンゴムが使用される。
これらの材料は、高電圧下での絶縁破壊を防ぐために非常に重要となる。

半導電性層またはセパレーター

導体の表面には、絶縁体が導体に密着しすぎて剥がしにくくなるのを防ぐため
または界面の電界集中を緩和するために、半導電性層またはセパレーターが施されている。

空気絶縁の確保

裸導体のように碍子（がいし）を使用し、周囲の空気による絶縁（空気絶縁）を十分に確保する必要がない。
※絶縁体が電線を覆っているため。

敷設上の制約

• 金属遮へい層がない
  高圧ケーブルのように、絶縁体の外側に電界を均一化し
  外部からのノイズの影響を抑えるための金属遮へい層がない。
  
  
• 直接取り付けの制限
  金属体等に直接取り付けることや、金属管や硬質ビニル電線管等に3線を束ねて引き入れることはできない。
  これは、ケーブルと管の間に発生する電位差や、3線間の誘導作用による影響を避けるためと考えられる。
  単心ごとに異なる管に入れるか、十分な間隔を空けて配線する必要がある。

終端処理不要

一層構造であるため、高圧ケーブルのような
「終端処理」（ケーブル端末からの絶縁破壊を防ぐための特殊な処理）は基本的に不要。

高圧絶縁電線と高圧ケーブルの違い

高圧ケーブルは、金属遮へい層を持つことで、ケーブル周囲の電界を均一化し
外部への電界の漏れを防ぐとともに、外部ノイズの影響を受けにくくする役割がある。
このため、地中埋設や電線管内への密着敷設など、より多様な環境での使用が可能となる。
その分、端末処理が複雑で専門的な技術を要する。

高圧絶縁電線を束ねたり、金属管やビニル管へ挿入したり
金属体に接触させてはならない理由

高圧絶縁電線は、導体を絶縁耐力の高い架橋ポリエチレン、エチレンプロピレンゴム等で絶縁被覆した電線であり
裸導体のように碍子を使用し、空気絶縁を十分に確保する必要はない。
しかし、高圧ケーブルのように金属遮へい層がないため
金属体等に直接取り付けたり、金属管や硬質ビニル電線管等に3線を束ねて引き入れたりすることはできない。

高圧絶縁電線の表面電位を次のようなコンデンサの単純な考え方から求めてみる。

下記図のようにコンデンサの直列接続と考えると

絶縁電線の表面電位
新電気2019年 9月　電線・ケーブル詳細解説より画像引用

空気層に分圧される電圧 V2​ は、

V1​、V2​: 絶縁電線に加わる電圧[V]
t1​、t2​: 厚さ[m]
ϵ0​: 真空の誘電率[F/m]
ϵ1​、ϵ2​: 比誘電率
C1​、C2​: コンデンサの静電容量
S: 面積[m2]

絶縁電線の表面電位
新電気2019年 9月　電線・ケーブル詳細解説より計算式引用

よって高圧絶縁電線の表面電位は電源電圧と同程度となる。
※3810Vは対地電圧で実際の線間電圧は3810×√3≒6600V

このため、高圧絶縁電線は、高圧ケーブルと異なり、高圧絶縁電線を金属体等に接触させると
その空隙が空気の絶縁破壊強度 3kV/mm を超えると、その間で部分放電が発生する危険性がある。
よって、高圧絶縁電線を束ねたり、金属管、ビニル管へ挿入したり、金属体に接触させてはならない。

高圧絶縁電線と大地との離隔距離（参考）

高圧経路の絶縁距離
新電気2019年 9月　電線・ケーブル詳細解説より画像引用