전력케이블 금속차폐층(시스, 실드)이 하는 일은 무엇인가요?

고압, 특고압 전력케이블의 금속차폐층은 도체 주위 전계를 균일하게 만들고 외부 영향을 줄이며, 지락 사고 발생 시 고장전류가 돌아가는 경로 역할을 합니다.

유도전압과 순환전류는 어떻게 다른가요?

단심 케이블에 교류가 흐를 때 도체 주위의 교번 자기장이 금속차폐층에 전압을 유기하는 현상을 유도전압이라고 합니다. 이 차폐층이 양쪽에서 접지되어 폐회로가 형성되었을 때 유도전압에 의해 흐르는 전류를 순환전류라고 합니다.

금속차폐층 양단 접지와 일단 접지의 특징과 차이점은 무엇인가요?

양단 접지는 차폐층 전위가 안정적이고 고장전류 귀로가 되지만, 순환전류가 흘러 손실과 온도 상승으로 허용전류가 감소할 수 있습니다. 일단 접지는 폐회로가 없어 순환전류와 차폐층 손실이 적은 반면, 접지하지 않은 끝단에 유도전압이 남아 접촉 가능 여부 등을 점검해야 합니다.

전력케이블 금속차폐층 접지: 유도전압·순환전류 비교와 계산기

2026년 9월 29일 읽는 시간 약 7분

한 줄 요약
단심 케이블의 금속차폐층은 도체 전류가 만드는 자기장 때문에 전압이 유기됩니다. 차폐층을 양쪽 끝 모두 접지하면 순환전류가, 한쪽만 접지하면 반대쪽 끝에 유도전압이 문제가 됩니다. 이 글은 두 현상의 차이와 점검 항목을 정리하고, 유도전압과 순환전류를 개략 계산하는 계산기를 담았습니다.

1. 금속차폐층이 하는 일

고압, 특고압 전력케이블의 금속차폐층(시스, 실드)은 도체 주위 전계를 균일하게 만들고, 외부 영향을 줄이며, 지락 사고 때 고장전류가 돌아가는 경로가 됩니다. 이 역할 때문에 접지 방식을 “무조건 양단 접지” 또는 “무조건 일단 접지”처럼 단순하게 정할 수 없습니다.

2. 유도전압과 순환전류는 다른 현상

단심 케이블에 교류가 흐르면 도체 주위에 교번 자기장이 생기고, 이 자기장이 금속차폐층에 전압을 유기합니다. 이것이 유도전압입니다. 차폐층이 양쪽에서 접지되어 폐회로가 되면 이 전압이 전류를 흘리는데, 이것이 순환전류입니다. 즉 유도전압은 차폐층에 생기는 전압이고, 순환전류는 그 전압이 폐회로를 만났을 때 흐르는 전류입니다. 이 현상은 사고 때만이 아니라 정상 운전 중에도 일어납니다.

그림. 금속차폐층 접지 방식에 따른 순환전류와 유도전압 (개념도)

3. 접지 방식별 특징

구분	양단 접지	일단 접지
차폐층 전위	양쪽이 접지되어 안정적	접지하지 않은 끝에 유도전압이 남음
순환전류	폐회로라서 흐름	폐회로가 없어 거의 흐르지 않음
손실과 허용전류	차폐층 손실로 온도가 올라 허용전류가 줄 수 있음	차폐층 손실이 작음
고장전류 경로	차폐층이 고장전류 귀로가 됨	별도의 귀로 도체가 필요할 수 있음
점검할 것	순환전류, 손실, 온도 상승	끝단 유도전압, 접촉 가능 여부, 길이 한계

이 표는 일반적인 경향을 정리한 것입니다. 선로 길이, 배열, 계통 조건에 따라 달라지며, 실제 방식은 설계 기준과 제조사 조건으로 정합니다. 그 밖에 구간을 나누어 차폐층을 엇갈려 연결하는 방식도 있지만 이 글에서는 다루지 않았습니다.

4. 값에 영향을 주는 요인

선로 길이: 길수록 유도전압이 커집니다.
배열과 간격: 세 상의 배치(삼각 배열 또는 수평 배열)와 케이블 사이 간격이 자기 결합을 정합니다. 시공 중에 임의로 바꾸면 설계 가정이 어긋납니다.
전류 크기: 도체 전류에 비례합니다.
차폐층 저항: 순환전류의 크기와 손실을 정합니다.
병렬 회로: 여러 회로를 나란히 포설하면 서로의 자기장 영향을 고려해야 합니다.

5. 계산 방법

세 상이 정삼각형(트레포일) 배열이고 부하가 균형인 경우를 가정하면 개략 계산은 다음과 같습니다. 이 식은 케이블 정격과 손실 계산 규격(IEC 60287 계열)에서 쓰는 형태를 정리한 것입니다.

단위 길이당 상호 리액턴스: Xm = 2 × ω × 10^-7 × ln(2s ÷ d) [Ω/m] (ω = 2π × 주파수, s: 케이블 중심 간격, d: 차폐층 평균 지름)
유도전압(일단 접지 때 접지하지 않은 끝): Es = I × Xm × L
순환전류(양단 접지): Is = I × Xm ÷ √(Rs² + Xm²) (같은 길이 기준 Rs, Xm으로 계산하면 길이는 약분됩니다)
차폐층 손실의 도체 손실 대비 비율: λ ≈ (Rs ÷ R) ÷ (1 + (Rs ÷ Xm)²)

여기서 I는 도체 전류, L은 선로 길이, Rs는 차폐층 저항, R은 도체 저항입니다. 수평 배열이나 병렬 회로는 식이 다르므로 이 계산기로 판단하지 마세요.

6. 계산기 유도전압과 순환전류 (개략)

도체 전류 I(A) 주파수(Hz) 선로 길이 L(m)

케이블 중심 간격 s(mm) 차폐층 평균 지름 d(mm)

차폐층 저항 Rs(Ω/km) 도체 저항 R(Ω/km)

입력칸의 숫자는 모두 사용법을 보여 주는 예시이며 특정 케이블의 값이 아닙니다. 간격 s는 보통 차폐층 지름 d 이상입니다(2s가 d보다 작으면 입력 오류로 처리됩니다). 결과는 설계 판단의 근거가 아닙니다.

7. 정상 운전과 고장 시를 나누어 보기

정상 운전: 유도전압, 순환전류, 차폐층 손실, 온도 상승을 봅니다.
고장 시: 고장전류 크기, 차폐층에 흐르는 전류, 지속 시간, 열적 강도, 대지전위상승, 접촉전압을 별도로 검토합니다. 열적 강도 식은 단락전류 계산 글과 같은 형태입니다.

8. 설계와 점검 체크리스트

케이블 전압, 구조, 선로 길이, 도체 굵기, 운전 전류
세 상의 배열과 간격, 병렬 회로의 유무
차폐층 재질과 저항
접지 방식, 유도전압, 순환전류, 차폐층 손실
예상 고장전류와 지속 시간
허용전류에 미치는 영향, 제조사 요구 조건

준공이나 증설 때 접지 방식이 설계와 다르게 되어 있거나 링크박스 결선이 잘못된 경우가 있다고 알려져 있습니다. 접지저항 측정만으로 차폐층 접지가 올바른지 판단할 수 없으므로, 차폐층의 연속성과 결선 상태를 확인하는 점검 항목이 따로 필요합니다.

9. 자주 묻는 질문

Q. 유도전압이 있으면 위험한가요?

A. 접촉할 수 있는 지점에 유도전압이 크게 남으면 감전 위험이 될 수 있습니다. 그래서 일단 접지에서는 접지하지 않은 끝의 전압을 확인하고 접근 가능 여부를 함께 검토합니다.

Q. 양단 접지가 더 안전한가요?

A. 차폐층 전위가 안정되고 고장전류 경로가 확보되는 장점이 있지만, 순환전류로 손실과 온도 상승이 생길 수 있습니다. 어느 쪽이 항상 안전하다고 말할 수 없고 선로 조건으로 정합니다.

Q. 순환전류가 흐르면 케이블이 어떻게 되나요?

A. 차폐층에서 I²R 손실이 생겨 케이블 온도가 오르고, 그만큼 허용전류가 줄어들 수 있습니다.

Q. 계산기 결과를 그대로 설계에 써도 되나요?

A. 안 됩니다. 계산기는 개념을 이해하고 숫자를 확인하는 용도입니다. 실제 설계와 시공은 자격을 갖춘 전문가가 관련 법령, 규격, 제조사 자료로 확정해야 합니다.

안전 안내
고압 케이블의 차폐층, 링크박스, 접지 작업은 감전과 아크 위험이 있는 작업입니다. 이 글은 원리를 설명하는 참고 자료이며, 설계 확정이나 현장 작업의 근거가 아닙니다. 관련 작업은 자격을 갖춘 전문가가 법령과 절차에 따라 수행해야 합니다.

10. 참고한 자료와 한계

유도전압과 순환전류의 개념 및 식은 케이블 손실과 정격 계산 규격(IEC 60287 계열)을 설명한 자료에 따라 정리했습니다. 규격 원문으로 직접 확인하지는 않았습니다. 이 글의 작성자는 전기 실무 전문가가 아니며, 글은 AI의 도움을 받아 작성되었습니다.
계산기는 정삼각형 배열과 균형 부하 가정의 개략식이며, 수평 배열, 병렬 회로, 구간 교차 접지에는 적용할 수 없습니다.
입력 예시값은 특정 케이블의 값이 아닙니다.
마지막 확인일: 2026-10-21