CVケーブル・CVTケーブル

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CVケーブルとは

CVケーブルは「架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル」の略称で、英語では「cross-linked polyethylene insulated vinyl sheath cable」と称される。CVDケーブル・CVTケーブル・CVQケーブルは、単心のCVケーブルをより合わせた電力ケーブルとして普及している。

CVケーブルは、電力用ケーブルとして極めて幅広く普及しており、民生用の構内ケーブルでは絶大な信頼性を得ている。住宅や業務施設といった建築物に限らず、商業施設や工場、研究施設、学校、病院など、どのような種類や規模の建築物に対しても採用が可能であり、高い性能と信頼性を持つケーブルである。

ここでは、CVケーブルとCVTケーブルの違い、各々のケーブルの使い分け、幹線計画における留意点を解説する。

CVケーブルの構造

CVケーブルは導体を架橋ポリエチレンで被覆し、その外周をビニルシースで被覆したケーブルである。CV-1Cを2本まとめて円形に仕上げたものはCV-2C、3本まとめたものはCV-3Cというように名称付けされている。

架橋ポリエチレンとは

CVケーブルに使用されている架橋ポリエチレンは、電力ケーブルの被覆材として広く使用されている。電力ケーブルの絶縁体は、絶縁性能の高さ、耐熱性能の高さが要求され、大量生産を行うために入手が容易であることが求められる。

ケーブルには架橋ポリエチレンと呼ばれる材料が使用されている。ポリエチレンは絶縁特性が良好で、入手が容易なため、電力ケーブル用のシース材料として適しているが、ポリエチレン単体では耐熱性能がそれほど高くないため、大電流を流す電力ケーブル用の材料としては、熱のリスクが大きい。

ポリエチレンの耐熱性の低さを補うため、ポリエチレン分子を架橋することで、分子を網状に補強して耐熱性能を高めている。これは架橋ポリエチレンと呼ばれ、最高許容温度が90℃まで向上し、短絡時許容温度も230℃という高温まで耐える。

架橋されたポリエチレンは耐化学薬品性能や耐水性に優れた材料であり、工場や駐車場、屋外などで使用できる。

CVD・CVT・CVQケーブルの違い

CVケーブルは、1本のケーブルを撚り合わせて施工性や許容電流値を向上させており、これをより合わせて「CVD」「CVT」「CVQ」として販売している。

CVDはCV-1Cのデュプレックス(2本より線)、CVTはトリプレックス(3本より線)、CVQはカドラプレックス(4本より線)となっており、供給する電気方式に合わせて利用される。撚り本数が多くなるほど放熱性能が悪くなり、同一サイズであっても許容電流値は減少する。

CVQケーブルは、CVケーブルを4本より合わせた電力ケーブルで、三相4線式の電路に採用される。三相4線式が新たに構築される実例は少なく、需要は少ない。CVQケーブルはCVDケーブルやCVTケーブルと比べて放熱性能が悪いため、許容電流値は最も低くなる。

撚り合わせをせず、一体のシースに多心収容した「CV-2C」「CV-3C」「CV-4C」といったケーブルがあるが、これは単心のCVケーブルを複数本束ねて一体化し、電線同士の隙間を「介在物」という物質で充填して円形に仕上げている。

介在物によって放熱性能が悪化するため、CVDやCVTケーブルといった「より線」のケーブルと比較すると、許容電流が小さくなる。

ケーブル外径は、CVDケーブルやCVTケーブルといった「より線」のケーブルが大きいが、ほぼ同じと考えて良い。ケーブルの重量は、介在物がないため、CVDケーブルやCVTケーブルの方が軽い。

CV-3CケーブルとCVTケーブルの使い分け

CVケーブルの3心と、CVTケーブルをどのように使い分けるかを解説する。CV-3CとCVTを比較すると、CVTに多くの利点がある。

施工性が良い

CVケーブルに比べ、CVTケーブルは3本より線となっているため、曲げやすく施工性が良い。外径寸法がわずかに大きいが、数mm程度であり大きな影響はない。端末処理を行う場合には、CVTケーブルの「より」をわずかに解くことで、CV-1Cケーブルのようにそれぞれ単心として取り扱うことができる。

介在物の存在は重量にも影響するが、CVTケーブルは介在物の重量が除外できるため、より施工性の向上を見込める。

放熱性能が高く許容電流が大きい

CVTケーブルは、CV-1Cをより合わせた構造であり、CVケーブルのように、放熱を阻害する介在物が存在しない。放熱性能が高く、許容電流も高く設定されている。

コストに大きな差がない

建設物価本で比較しても、CVケーブルとCVTケーブルの金額の差がほとんどない。許容電流が大きく、施工性が良好なため、幹線としてCVケーブルを用いる場合はCVDケーブルやCVTケーブルを主体に設計すると良い。

線間短絡事故に移行しにくい

CVTケーブルは、単心ケーブルごとに架橋ポリエチレンシースで保護されているため、1線地絡事故が発生した場合、共通シースで保護しているCVケーブルと比べて「線間短絡」に移行しにくいという利点がある。

CVケーブルのケーブルサイズ選定と施工

CVケーブル及びCVTケーブルは、キュービクルから電灯分電盤・動力制御盤までの幹線や、盤から大型電気機器への電源供給用配線として使用される。幹線設計を行う場合、ケーブルサイズは200sqを上限として設計するのを基本とする。幹線サイズが大き過ぎると施工性の悪化を引き起こす。

250~325sqのCVケーブルは、外径が大きく重いため、曲がりづらく施工性が悪い。大容量のCVケーブルに多くの負荷を負担させると、幹線事故による停電範囲が広くなるためリスクが大きい。停電被害の拡大防止の観点からも、1本の幹線で供給する面積を大きくし過ぎないことが重要である。

電灯負荷や動力負荷は、1幹線あたり60kVAを上限にして幹線計画すれば、150sq~200sqのケーブルを多く採用でき、かつ停電時の被害も分散できる。電線サイズは比較的小さく済み、経済的な設計が可能となる。

曲げ半径の十分な確保

ケーブルは可とう性があり、自由に屈曲するため施工性が良いが、極端な屈曲を行うとその部分が電気的な弱点となり、性能劣化につながるおそれがある。CVケーブルはシースの内側に銅テープが巻かれており、極端な屈曲を行うと、銅テープが剥がれてしまいシールド性能に異常が発生する。

CVケーブルを曲げる場合、固定された状態で6D(D:ケーブル外径)以上、施工中は10D以上を確保する。曲げ半径を小さくし過ぎ、急激な曲げを伴う施工を行うと、ケーブルの劣化につながる。コルゲートケーブルなどの特殊がい装が施されたケーブルは、一般のCVケーブルと比べても、さらに大きな曲げ半径を必要とする。

CVケーブルの許容張力

CVケーブルを施工する場合、ケーブルラックへの通線や、電柱間の架空配線など、ケーブルに対して強い張力を与える施工が行われる。ケーブルを過度な力で引っ張ると、シースに物理的損傷を与え、劣化による絶縁不良の原因となる。

ケーブルに対してできるだけ張力を与えないのが理想的だが、全く張力を掛けずに施工するのは不可能である。CVケーブルの許容張力は、下記の計算式で求められるため、損傷を受けない範囲で引くよう計画すると良い。

  • 銅導体の許容張力[N] = 7×ケーブル心線数×導体断面積[m2]×9.8
  • アルミニウム導体の許容張力[N] = 4×ケーブル心線数×導体断面積[m2]×9.8

CVケーブルの寿命と劣化

CVケーブルは対候性が高く、屋外露出配線が可能である。直射日光を強く受ける場所であれば、被覆の紫外線による劣化が懸念され、屋内敷設のCVケーブルと比較して期待寿命は短縮される。

屋内敷設を行い、許容電流を超過しないよう管理されているCVケーブルであれば、20~30年の寿命を期待できるが、屋外で使用する場合は、15~20年まで期待寿命を短く設定すべきである。さらに、短絡事故などの大電流が流れたケーブルは、著しく性能が劣化するため、数年で異常検出されるおそれがある。

使用年数に限らず、絶縁抵抗測定や耐圧試験により、著しい絶縁抵抗値の減少が見られたり、異常なキック現象が発生するのであれば、ケーブルの寿命と判断し交換を計画しなければならない。

CVケーブルの劣化の要因は、過電圧や過電流といった電気的要因だけでなく、衝撃や振動による機械的な要因、高温下に曝されることによる性能の低下、薬品や油による化学的要因などが挙げられる。

水トリー現象

水トリー現象とは、CVケーブルを構成するポリエチレンに対して発生する劣化現象である。水が常時存在する環境で長期間通電を継続した際、ケーブル内外の突起や隙間、空隙や異物などにおいて、本来一定であるべき電界が不整となり、この不整部分を起点にして、絶縁物の内外に向かって枝が伸びるように劣化が進行する。

これが樹木のように見えることから「水トリー(water tree)」と呼ばれている。

水トリーによる劣化現象は、外導水トリー、内導水トリー、ボウタイ状水トリーの3種類がある。外導水トリーは、外部半導電層の突起から内部へ侵食する劣化、内導水トリーは内部半導電層の突起から外部へ侵食する劣化である。ボウタイ状水トリーは、絶縁体内部の空隙や異物から侵食する劣化である。

水トリー現象は1980年初期以前に生産された、古いCVケーブルに多発している劣化事例である。水トリーの発生によりCVケーブルの絶縁劣化が著しくなり、絶縁破壊事故の原因となるため、ケーブルの絶縁抵抗測定や漏れ電流測定の劣化診断を定期的に行い、ケーブルの保全を行うのが重要である。

近年では、絶縁体の界面突起を減少させることで、電界局部集中による水トリーの発生を抑える技術が開発されている。内部半導電層・架橋ポリエチレン絶縁体・外部半導電層の三つを同時に押し出す「三層同時押出」による加工法が確立し、水トリーの発生は克服され、水トリーを原因とした事故はほぼ発生していない。

防蟻対策

水や熱、電気的なストレス以外にも、物理的損傷によってCVケーブルの耐用年数が短くなるケースがある。CVケーブルに限らず、ケーブル類はアリの被害を受ける。

シロアリの被害が多い地域では、地中電線をシロアリに喰われ、心線が露出して地絡事故を引き起こすといった事故が発生する。防蟻ケーブルを採用したり、トラフ内に防蟻剤を含んだ砂を充填するなど、シロアリ対策を施すと効果的である。

がい装ケーブルを使用することも、シロアリ対策として有効である。

電圧別のCVケーブル選定

CVケーブルは、電圧に応じた絶縁性能を持つ製品を選定しなければならない。高電圧に対応するものほど、絶縁性能が強化されているため、重くシースや絶縁体が厚くなるため施工性が悪化する。

電線管の占積率も高くなり、放熱性能が低下することで許容電流に悪影響を及ぼす。

高圧電路でのCVケーブル選定

高圧電路にCVケーブルまたはCVTケーブルを使用する場合、6.6kVの電圧が印加できる高圧ケーブルを選定しなければならない。

高圧ケーブルは絶縁性能を高めるため、低圧用のケーブルと比べて外装が厚く、重量も大きく設計されている。低圧のCVケーブルやCVTケーブルと同じサイズの電線管には収容出来ないため、外径サイズから電線管の占積率を計算し、無理のない入線が出来るサイズとする。

低圧のCVケーブルやCVTケーブルと比較して、高圧ケーブルでは仕上外径が1.3倍程度大きくなる。CVT60sqを電圧の高さで比較した場合、低圧ケーブルでは外径34mm、高圧ケーブルでは外径50mm、特別高圧ケーブルでは外径69mmとなる。耐火ケーブルではさらにサイズが大きくなるため注意を要する。

CVケーブルの劣化診断

CVケーブルは、屋内での通常使用であれば20~30年以上の寿命を維持できるが、過電圧や過電流、ケーブルの浸水、衝撃や熱・化学要因などによる損傷で、絶縁抵抗の低下といった劣化が進行する。

CVケーブルの耐用年数

一般的な電線は、屋内使用であれば20年以上の耐用年数を持っているが、CVケーブルも同様に20~30年の耐用年数が確保されている。紫外線や水の影響を受けない屋内敷設で、許容電流の最大値に近い電流を常に流していたり、短絡事故を経験していないのであれば、この期待寿命を維持できる。

CVケーブルにおいて耐用年数に影響を及ぼすのは、水による影響である。CVケーブルは一時的な水没や雨といった水の影響を受けることはないが、ハンドホールや地下ピットなど、水が常時滞留している場所にCVケーブルを敷設すると、ケーブル内部への水の侵入により、電気的な劣化を引き起こすおそれがある。

乾燥場所への敷設よりも期待寿命が短くなる傾向があるため、過酷な環境でのCVケーブル敷設においては、定期的な絶縁抵抗測定を行い、事故の発生を予防するための保守管理計画が重要となる。

絶縁抵抗測定・試験

CVケーブルを健全な状態で維持するためには、劣化診断が欠かせない。CVケーブルに対して定期的に絶縁抵抗測定による診断を実施し、健全性を確認するのが効果的である。

電路を停電させ、絶縁抵抗計によってケーブルの一端から試験電圧を印加し、ケーブルの絶縁抵抗値を測定する。内線規程では1メグオーム以上、国土交通省の基準では5メグオーム以上の絶縁抵抗値を維持するよう定められている。

新品のCVケーブルであれば、100メグオーム以上の絶縁抵抗値が確認できるが、数十年使用したケーブルでは、数十メグオームまで絶縁抵抗値が低下することもあり得る。新品のCVケーブルを測定し、100メグオーム未満の数値が計測されるようであれば、絶縁性能が低下している原因を確認しておくと良い。

絶縁抵抗測定を行う場合、ケーブルに500Vの電圧を印加して測定を行う。負荷を切り離してケーブルのみに電圧を印加できれば問題ないが、電路に電気機器、コンピュータの電子機器が接続されていると、500Vを印加によって破損するおそれがある。測定精度が悪くなるが、125Vレンジで電圧を印加すれば機器の故障は回避できる。

関連資料

CVケーブル許容電流一覧

サイズ CV-1C CV-2C CV-3C CVD CVT
2.0 31 28 23 - -
3.5 44 39 33 - -
5.5 58 52 44 - -
8 72 65 55 - -
14 100 91 77 91 86
22 130 120 100 120 110
38 190 170 140 165 155
60 255 255 190 225 210
100 355 310 260 310 290
150 455 400 340 400 380
200 545 485 410 490 465
250 620 560 470 565 535
325 725 660 555 670 635

電力ケーブルに対する電線管路のサイズ

種別 サイズ 仕上外径 厚鋼電線管 配管用炭素鋼鋼管 硬質塩化ビニル管 波付硬質合成樹脂管
600V CV-2C 2.0 10.5 28 25 28 30
3.5 11.5 28 25 28 30
5.5 13.5 28 25 28 30
8 15.0 28 25 28 30
14 16.5 28 25 28 30
22 19.5 36 32 36 30
38 24.0 42 40 42 40
60 29.0 54 50 54 50
100 37.0 70 65 70 65
150 43.0 70 65 70 65
200 50.0 82 80 82 80
250 54.0 92 90 82 100
325 60.0 92 90 92 100
600V CV-3C 2.0 11.0 28 25 28 30
3.5 12.5 28 25 28 30
5.5 14.5 28 25 28 30
8 16.0 28 25 28 30
14 17.5 28 25 28 30
22 21.0 36 32 36 40
38 25.0 42 40 42 40
60 31.0 54 50 54 50
100 40.0 70 65 70 65
150 46.0 70 80 82 80
200 54.0 82 90 100 100
250 58.0 92 90 100 100
325 65.0 104 100 100 100
600V CVT 14 21.0 36 32 36 40
22 24.0 36 40 42 40
38 28.0 42 50 54 50
60 33.0 54 50 54 65
100 41.0 70 65 70 65
150 47.0 82 80 82 80
200 55.0 92 90 100 100
250 60.0 92 90 100 100
325 66.0 104 100 100 100
6.6kV CVT 22 42.0 70 65 70 65
38 46.0 70 80 82 80
60 50.0 82 80 82 80
100 57.0 92 90 100 100
150 65.0 104 100 100 100
200 72.0 - 125 125 125
250 76.0 - 125 125 125
325 85.0 - 150 150 150

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