KR102070214B1

KR102070214B1 - 자가 보호 특성 및 자기 간섭들에 대한 면역성을 가지는 전기 케이블들

Info

Publication number: KR102070214B1
Application number: KR1020157003095A
Authority: KR
Inventors: 샬롬 그린; 란 사기브; 에후드 아디마티; 요세프 그라치
Original assignee: 그린 이엘엠에프 케이블 리미티드
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2020-01-28
Also published as: EP2870609A1; WO2014006622A1; AU2013284979B2; US20150107874A1; EP2870609B1; IL236530A0; IL236530B; EP2870609A4; AU2013284979A2; AU2013284979A1; KR20150048712A; US10290392B2

Abstract

본 발명은 외부 자기장들에 대한 상당한 면역성을 가지는 전기 케이블을 제공한다. 이 케이블들은 최초의 케이블 디자인의 하나 이상의 도체들을 2개 이상의 부도체들로 분할하고, 바라는 전류 밀도를 얻기 위해, 부도체들 각각에 관한 단면적을 결정하며, 각각의 부도체가 상이한 전기적 상 또는 전류 방향과 연관된 적어도 하나의 이웃하는 도체 또는 부도체에 인접하고 나란하게 배치되도록 상기 케이블에서 사이에 끼는 방식으로 부도체들을 배열하고, 각각의 분할된 도체의 부도체들을 나란히 전기적으로 접속함으로써 마련될 수 있다.

Description

자가 보호 특성 및 자기 간섭들에 대한 면역성을 가지는 전기 케이블들{ELECTRIC CABLES HAVING SELF-PROTECTIVE PROPERTIES AND IMMUNITY TO MAGNETIC INTERFERENCES}

본 발명은 외부 자기장 교란(disturbances)에 대한 자가 보호 특성들 및 상당한 면역성을 가지는 전기 케이블들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 외부 자기장들에 대한 낮은 민감도를 가지는 자가 보호성 전기 케이블들과, 그러한 케이블들을 디자인하는 방법들을 제공한다.

간섭하는 복사선 및 전기/자기 장들에 맞서 전기 장치 및 전자 장치를 보호하는 것은, 시스템 고장 및/또는 안전하지 않은 작동 상태들을 방지하기 위해 심각한 주의를 요한다. 보통 케이블들이나 와이어들을 포함하는 유닛들의 보호에 있어서, 외부 장들로 인해 생기는 간섭(interference)들을 차단하고, 인접하게 위치한 전기 케이블들에 의해 유도될 수 있는 간섭들로부터 전기 장치들을 보호하기 위해 금속 차폐(metal shielding)가 사용된다.

금속 차폐는 전자기파 에너지를 감쇠시키고, 그로 인해 전기 전도성 매체에 의한 에너지 흡수, 도체들과 차폐하는 매체들 사이의 간섭시 전자기파들 에너지의 방출을 감소시킨다. 차폐 물질은 최대 보호와, 전자기 장 노이즈(noise)들/간섭들의 감쇠를 제공하는 것이 바람직하다. 하지만, 실제로 오늘날 이용되는 케이블 차폐의 전형적인 구성들은, 케이블들 가격과 그것들의 설치 비용들의 상당한 증가와 같은, 다양한 단점들을 지니고 있다.

종래의 차폐된 케이블들 장치들은, 보통 번개 방전(lightning discharge)의 발생, 그리고 라이팅 히트(lighting hit)의 위치에서의 접지 영역(grounding area)에서의 대지 전위(Earth potential)의 증가로 인해 발생된 정전기장과 자기장에 취약하다. 이들 현상은, 산업 네트워크들 및 전력 회로들 전반에 걸쳐 일어날 수 있고, 네트워크들/회로 소자들로부터 전기적으로 공급된 전기/전자 장비에 대해 위험한 전압들을 유도할 수 있다.

가공 송전선로(aerial power transmission line)들, 교류(AC) 작동 열차(train)들의 컨택트 와이어들, 라이오 스테이션(radio station)들 등은 그것들에 인접하게 설치된 케이블들에서 전압들 및 전류들을 유도하는 자기장들을 생성한다. 그러한 조건 하에서, 이들 유도된 전압들 및 전류들의 레벨들은 그러한 케이블이 연결되는 장치들과 케이블 절연을 위험에 빠뜨린다.

종래의 전력 케이블들이나 와이어들은 얇은 도체들의 묶음으로서 형성된 케이블의 코어(core)들을 이용함으로써, 표면 효과 영향을 감쇠시키도록 디자인되고, 이러한 얇은 도체들의 묶음은 케이블 외측의 자기장(즉, 케이블에 의해 발생된 필드)을 감소시키고 케이블의 중심으로부터 0.2m의 거리를 두고 20 내지 30의 범위에 있는 감소 계수 인자들을 얻기 위해 꼬인다. 하지만, 인덕터들을 꼬는 것 또한 자기 인덕턴스 및 케이블 도체들의 길이에 있어서의 증가를 가져오고, 따라서 도체들의 능동(active) 저항을 증가시킨다. 더욱이, 인덕터들을 꼬는 것은 표면 효과에 의해 야기된 손실들을 방지하는데 있어서 역시 실질적으로 비효율적이다.

단상 케이블과 삼상 케이블의 다양한 디자인들 및 특성들은 미국 특허 6,506,971호에서 설명된다. 이 특허 문헌은 전술한 도체들 중 적어도 하나가 나란히 연결된 2개 이상의 절연된 부도체(sub-conductor)들로부터 조립되고, 부도체들의 단면적들의 합이 도체의 디자인 단면적과 같은 케이블을 얻도록, 절연된 도체들을 통해 전류를 도통시키고 약한 외부 자기장을 생성하기 위해 단상 전기 케이블 또는 다상 전기 케이블을 디자인하는 방법을 설명한다. 그러한 케이블에서의 장치 배열들은, 부도체들 각각이 상이한 상 또는 상이한 전류 방향과 연관된 도체 또는 부도체에 인접하도록 되어 있다.

외부 자기 간섭들에 상당한 면역성을 가지는 전기 케이블들에 관한 필요성이 관련 분야에 존재해왔다. 종래의 케이블 차폐 기술들은, 보통 외부 간섭들을 줄이기 위해, 페러데이(Faraday) 케이지(cage)로서 작용하는 관 모양의 전기 전도성 차폐(shield)(예를 들면, 구리나 알루미늄으로 만들어진)의 내부에 케이블의 도체들을 배열하는 것을 필요로 한다. 이들 디자인들은 또한 케이블의 도체들과 관 모양 차폐 사이에 전기 절연층을, 그리고 관 모양 차폐를 덮는 전기 절연성 외부 재킷(outer jacket)을 추가하는 것을 필요로 할 수 있다. 이들 요구 사항들은 제조 과정을 복잡하게 하고, 추가적인 도체들과 절연층들이 필요로 한다는 것으로 인해, 추가 비용을 부담하게 한다.

본 발명의 발명자들은 낮은 주파수(0㎐~400㎐)의 외부 자기장들의 영향(교란들)에 대한 전기 케이블들의 면역성이, 외부 자기장들에 대한 케이블의 감쇠율을 상당히 증대시키는 구조들로 케이블들의 도체들을 배열하는 것을 허용하는 일정한 디자인 고려사항들에 의해, 상당히 향상될 수 있다는 사실을 놀랍게도 발견하였다. 본 명세서에 개시된 자가 보호성 케이블들의 면역성은, 일부 실시예들에서, 그러한 케이블들의 구조로 인해 달성된 케이블들의 자기 유도에 있어서의 상당한 감소, 케이블들의 도체들의 배열 및 전기적 접속성(connectivity)으로 인해 달성된다. 그러므로, 본 명세서에서 개시된 케이블 구조 배열들은 자가 보호된 케이블들로 불리고, 이는 외부 자기장들에 대한 그것들의 향상된 면역성이 주로 그것들의 구조적 특징들, 와이어들(도체들) 배열, 및 전기적 접속성으로 인한 것이고, 종래의 차폐된 케이블들에서와 같은 임의의 차폐 구조들을 사용하지 않기 때문이다.

본 발명의 기본 구성에서는, 종래의 케이블 디자인의 적어도 하나의 도체가 서로 나란히 전기적으로 접속되는 2개 이상의 부도체들로 분할되는 자가 보호된 케이블이 제공되는데, 이 경우 부도체들은 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상이나 전류 방향과 연관된 부도체 또는 적어도 하나의 다른 도체에 인접하고 나란하게 배치되도록, 케이블에 배열된다. 이에 맞게, 종래의 케이블의 각각의 도체와 연관된(예를 들면, 야기된) 전류는 부도체들과 연관된 더 작은 전류로 분할되고, 따라서 각각의 부도체는 비교적 작은(더 약한) 크기의 자기장과 연관된다. 바람직하게는, 종래의 케이블 디자인의 각각의 도체는 서로 나란히 전기적으로 접속되는 2개 이상의 부도체로 분할되고, 그러한 부도체들은 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상 또는 전류 방향과 연관된 적어도 하나의 다른 부도체에 인접하고 나란하게 배치되도록, 케이블에 배열된다.

바람직하게는, 부도체들은 종래의 케이블 디자인에서 도체에 의해 운반된 전류의 같은 부분이 각각의 부도체에 의해 운반되도록 거의 동일한 단면적들을 가진다. 부도체들의 단면적들의 합은 분할된 종래의 케이블 디자인의 적어도 하나의 도체의 단면적보다 작을 수 있다. 아마도, 부도체들의 단면적들의 합은 분할된 종래의 케이블 디자인의 도체의 단면적과 실질적으로 같다.

본 명세서에서 낮은 주파수라고 하는 용어는 0㎐ 내지 400㎐의 범위에 있는 주파수들을 일컫는다. 종래 케이블 디자인이라는 용어는 본 명세서에서, 예를 들면 전력 공급 케이블들이나 전기 신호들의 전달을 위해 사용된 케이블들과 같은 종래의 전기 케이블들의 특성들(예를 들면, 삼상 케이블 도체들의 직경, 재료들, 및 종래의 단상의 도체 배열들)을 가리키기 위해 사용된다. 특히, 본 발명의 자가 보호된 케이블들에서는, 종래의 케이블 중 적어도 하나의 도체를 통과하는 전류가, 그러한 케이블의 감쇠율을 향상시키기 위해 디자인된 구조로 배열되는 2개 이상의 도체로 분할된다.

예를 들면, 그리고 제한 없이, 본 어플리케이션(application)의 하나의 가능한 실시예에서는, 종래의 2중 코어(double-core) AC 또는 DC(직류) 케이블 중 하나의 도체가 2개의 부도체들로 분할되고, 그러한 부도체들은 실질적으로 동일한 단면적을 가지며, 각각의 부도체에 의해 운반된 전류가 종래의 케이블 디자인에서 도체를 통과하는 전류의 절반과 같도록 서로 나란하게 전기적으로 접속된다. 부도체들은 반대 방향으로 전류를 운반하는 다른 도체의 반대측에 그리고 나란하게(즉, 병렬로) 배치될 수 있다. 임의로, 분할된 도체는 대체로 단면적들을 가지는 복수의 부도체로 분할되고, 부도체들과 케이블의 나머지 도체 사이에서 발생되는 자기 모멘트들이 거의 상쇄되도록, 케이블의 나머지 도체 둘레에 배열된다.

대안적으로, 종래의 2중 코어 케이블의 도체들 모두는 거의 동일한 단면적을 가지는 2개 이상의 부도체로 분할되고, 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상 또는 전류 방향과 연관된 하나 이상의 부도체 부근에서 그리고 나란하게 놓이도록, 부도체들은 사이에 끼이는 방식으로 배열된다. 예를 들면 그리고 제한 없이, 2중 코어 종래 케이블의 각각의 도체는, 단면적들이 종래 케이블에서 도체의 단면적의 절반과 거의 같은 2개의 부도체로 분할될 수 있고, 그러한 부도체들은 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상 또는 전류 방향(예를 들면 전기적으로 중성인 것과 연관된)과 연관된 2개의 다른 부도체들 가까이에 그리고 나란하게(예를 들면, 사이에) 놓이도록, 사이에 끼이는 방식으로 배열된다. 예를 들면, 부도체들은 정사각형/직사각형 또는 평행 사변형 모양을 형성하도록 배열될 수 있거나, 각각의 부도체가 전기적 상이나 전류 방향과 연관된 2개의 부도체들 사이에 그리고 나란하게 놓이도록, 원의 직경 상에 배열될 수 있다.

본 어플리케이션의 일 양태에서, 외부 자기장들에 대한 전기 케이블의 면역성을 향상시키는 방법이 제공되는데, 이 방법은 케이블의 하나 이상의 도체를 2개 이상의 부도체로 분할하는 단계, 통과하는 바라는 전류 밀도를 얻기 위해 부도체들 각각에 대한 단면적을 결정하는 단계, 각각의 부도체가 반대 방향으로 또 다른 전기적 상 또는 전류를 운반하는 적어도 하나의 이웃하는 부도체에 인접하게 그리고 나란하게 놓이도록 사이에 끼이는 방식으로 케이블에서 부도체들을 배열하는 단계, 및 각각의 분할된 도체의 부도체들을 병렬로 연결하는 단계를 포함한다.

일부 어플리케이션들에서는, 부도체들의 배열이 또한 케이블의 기하학적인 단면적 중심에 더 가까운 더 큰 단면적들을 가지는 부도체들을 놓는 단계와, 그러한 케이블의 단면의 경계들에 더 가까운 더 작은 단면적들을 가지는 부도체들을 놓는 단계를 포함한다.

예를 들면, 그리고 제한 없이, 부도체들은 정사각형, 평행 사변형 또는 직사각형 구조를 형성하도록 배열될 수 있고, 또는 대안적으로 부도체들이 원의 직경 상에 배열될 수 있는, 다양한 기하학적 배열들이 채택될 수 있다. 그러한 원형 배열에서는, 접지(grounding) 도체가 원의 중심에 추가될 수 있다. 대안적으로, 그러한 부도체들은 부도체들을 붙잡고 움직이지 않게 하도록 구성되고 동작 가능한 중심 지지 요소 주위에 배열될 수 있다. 예를 들면, 중심 지지 부재는 부도체들의 직경과 거의 같은 직경을 지닌 가늘고 긴 원통형 요소일 수 있다.

일부 어플리케이션들에서는, 중심 지지 부재가 가늘고 긴 복수의 톱니 모양(indentation)들을 가지도록 구성된 가늘고 긴 다점(multipoint) 별 모양 요소일 수 있고, 이 경우 부도체들 각각은 그러한 톱니 모양들 중 하나에서 수용되고 붙들려 있다. 이러한 식으로, 자가 보호된 케이블의 부도체들 사이의 거리들은 바라는 값들로 정밀하게 미리 설정될 수 있고, 이로 인해 외부 자기 간섭들에 대한 케이블의 면역성을 향상시킨다. 하지만, 중심 지지 요소의 다른 구성 또한 가능한데, 예를 들면 일부 실시예들에서는, 중심 지지 부재가 복수의 가늘고 긴 홈(groove)들을 가지도록 구성된 가늘고 긴 다점 아스테릭스(asterix) 모양의 요소이고, 이 경우 부도체들 각각은 상기 홈들 중 하나에서 수용되고 붙들려 있다. 바람직하게는, 별 모양 또는 아스테릭스 모양의 지지 요소의 암(arm)들이 케이블의 코팅 쪽으로 방사상의 외부 방향으로 테이퍼져 있다.

접지 도체가 부도체들의 가능한 기하학적 배열 중 임의의 것으로 케이블의 부도체들 곁에 그리고 나란하게 추가될 수 있다. 임의로, 접지 도체는 지지 요소 내부에 끼워 넣어지고 바람직하게는 그것의 중심에 끼워 넣어지며, 그것의 길이를 따라 지나간다.

본 어플리케이션의 일부 가능한 실시예들에서는, 케이블의 모든 도체들 및/또는 부도체들이 속이 빈 관의 형태의 모양으로 된 적어도 하나의 중성 도체(즉, 전기 시스템이 전기적으로 0인/중성 상태에 연결될) 내부에서 둘러싸여 있을 수 있다.

부도체들의 원형 배열들은 또한 각각의 상이 n(양의 정수, n>1)개의 부도체들에 의해 운반되도록, 삼상 케이블의 도체들을 분할함으로써, 삼상의 자가 보호된 케이블들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 부도체들은, 직경 상의 이웃하는 부도체들 사이의 각도가 원형 배열의 축에 대해 약 120°/n이 되고, 동일한 상을 운반하는 직경 상의 인접하게 위치한 부도체들 사이의 각도가 약 360°/n이도록 배열될 수 있다.

삼상 케이블의 일부 다른 가능한 원형 배열들에서는, 하나의 전기적 상을 운반하는 단일 도체가 케이블의 중심에 놓이고, 원형 배열의 직경 상에 위치한 이웃하는 부도체들 사이의 각도가 약 180°/n이고, 동일한 상을 운반하는 인접하게 위치한 도체들 사이의 각도가 약 360°/n이 되도록, 단일 도체 주위에 모든 다른 상들의 부도체들이 배열되고, 이 경우 n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수이다.

또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 한 방향으로 또는 하나의 전기적 상의 전류를 운반하기 위해 서로 나란히 전기적으로 접속된 부도체들의 세트와, 부도체들의 하나 이상의 다른 세트를 포함하는 케이블 구조 배열을 지향하고, 이 경우 나머지 세트들 각각에서의 부도체들은 반대 방향으로 또는 또 다른 전기적 상의 전류를 운반하기 위해 서로 나란히 전기적으로 접속되며, 이 경우 부도체들의 세트들은 각각의 부도체가 나머지 세트들로부터 적어도 하나의 이웃하는 부도체에 인접하게 그리고 나란하게 놓이도록 사이에 끼이는 방식으로 배열되고, 따라서 그러한 부도체들은 각각의 부도체가 동일한 세트에 속하는 나머지 부도체들로부터 멀리 있도록 배열된다. 부도체들의 세트들 각각에서의 부도체들의 개수는 미리 결정된 자기장 감쇠율을 외부의 그리고 스스로 발생된 자기장들 중 적어도 하나에 제공하도록 선택될 수 있다.

일부 가능한 실시예들에서, 부도체들은 정사각형, 평행 사변형 또는 직사각형 구조를 형성하도록 배열된다. 대안적으로, 그러한 부도체들은 원의 직경 상에 배열될 수 있다.

임의로, 접지 도체가 케이블에 추가되고, 원의(즉, 원형 배열의) 중심에 놓이거나, 부도체들 곁에 그리고 나란하게 놓인다.

케이블 배열은 케이블의 모든 다른 도체들 및/또는 부도체들을 둘러싸는 속이 빈 관의 형태 모양을 지닌 적어도 하나의 중성 도체를 포함할 수 있다.

본 발명의 가능한 실시예들에서, 케이블은 삼상 케이블이고, 이 경우 원의 직경 상의 이웃하는 부도체들 사이의 각도는 약 120°/n이며, 원 배열의 직경 상에 있고 동일한 전기적 상을 운반하는 인접하게 위치한 도체들 사이의 각도는, 약 360°/n이고, 이 경우 n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수이다.

삼상 케이블의 일부 다른 가능한 실시예들에서는, 케이블의 원형 배열의 중심에 놓인 단일 도체에 의해 하나의 전기적 상이 운반되고, 모든 다른 전기적 상들의 부도체들은 원형 배열의 직경 상에 배열되어, 그러한 배열의 직경 상의 이웃하는 부도체들 사이의 각도는 약 180°/n이고, 동일한 상을 운반하는 인접하게 위치한 부도체들 사이의 각도는 약 360°/n이며, 이 경우 n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수이다.

임의로, 부도체들의 단면적들은 바라는 전류 분포에 따라 조정된다. 일부 어플리케이션들에서는, 더 큰 단면적들을 가지는 부도체들이 케이블의 기하학적 단면 중심에 더 가깝게 위치하고, 더 작은 단면적들을 가지는 부도체들이 케이블의 단면의 경계들에 더 가깝게 위치한다.

일부 어플리케이션들에서, 부도체들의 단면적들은 케이블의 부도체들의 도체 물질의 총량이 최초의/종래의 케이블 디자인에서 분할되지 않은 도체들의 도체 물질의 총량보다 작도록 선택된다. 따라서, 케이블 도체들의 분할은 각각의 부도체(a_sub)의 단면적이 도체가 분할되는 부도체들의 개수(n)에 의해 나누어진 분할되지 않은 도체(a_cond)의 단면적보다 작도록(즉, a_sub<a_cond/n), 행해질 수 있다. 임의로, 각각의 부도체(I_sub)에 의해 운반된 전류는 도체가 분할되는 부도체들의 개수(n)에 의해 분할된, 최초의 분할되지 않은 도체가 운반하도록 디자인되었던 전류(I_cond)보다 크다(즉, I_cond/I/n).

또 다른 양태에서는, 본 발명이 단상 또는 다상 전기 케이블을 디자인하는 방법을 지향하는데 이러한 방법은, 전기적 상의 전류의 바라는 분포를 달성하기 위해 적합한 부도체들의 개수(n)를 케이블의 각각의 전기적 상에 관해 결정하는 단계, 도체들/부도체들을 통과하는 전류들로부터 자기 쌍극자들을 배열하는 단계, 그러한 자기 쌍극자들 각각의 자기 모멘트의 값과 방향을 결정하는 단계, 자기 쌍극자들의 합이 실질적으로 0이 되도록 부도체들의 배열을 조정하는 단계, 및 각각의 전기적 상의 부도체들을 나란히 연결하는 단계를 포함한다.

이러한 방법은 케이블 외부의 자기장을 평가하는 단계와, 부도체들의 개수(n)를 선택함으로써, 외부 자기장의 감쇠율을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이러한 방법은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수(n)를 증가시킴으로써 케이블의 감쇠를 조정하는 단계와, 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상이나 전류와 연관된 적어도 하나의 이웃하는 부도체에 인접하게 그리고 나란하게 놓이도록 사이에 끼이는 방식으로 케이블에서 부도체들을 배열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 배열은 동일한 전기적 상이나 전류 방향과 연관된 다른 부도체들로부터 멀리(예를 들면, 또 다른 전기적 상이나 전류 방향과 연관된 인접하게 위치한 부도체의 직경보다 큰 거리만큼) 각각의 부도체를 놓는 것을 더 포함할 수 있다.

이러한 방법은 전류의 상기 바라는 분포를 따르는 단면적을 각각의 부도체에 관해 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

임의로, 그러한 부도체들을 배열하는 것은 케이블의 기하학적 단면 중심 부근에서 더 큰 단면적들을 가지는 부도체들을 놓는 것과, 케이블의 단면의 테두리들 부근에 더 작은 단면적들을 가지는 부도체들을 놓는 것을 포함한다.

일부 가능한 실시예들에서는, 케이블의 감쇠율은 그러한 케이블의 최초 디자인에서 부도체들의 개수를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 이에 대응하여 각각의 부도체에 관한 단면적을 결정하는 것은, 상기 최초 디자인에서 부도체들의 적어도 일부의 단면적들을 감소시키는 것을 포함할 수 있어, 이로 인해 상기 최초 디자인에서 얻어진 것보다 작은 총 단면적을 얻을 수 있다. 예를 들면, 그리고 제한없이, 각각의 전기적 상이나 전류 방향과 연관된 일부 부도체들의 단면적은, 케이블의 최초 디자인에서 상기 전기적 상 또는 전류 방향과 연관된 도체들의 단면적보다 작도록, 감소될 수 있다.

이러한 방법은 케이블에 접지 도체를 추가하는 것을 포함할 수 있는데, 이 경우 그러한 접지 도체는 케이블의 기하학적 단면 중심에 위치하거나, 배열된 부도체들에 인접하게 그리고 나란하게 위치한다.

본 발명의 가능한 실시예들에서, 모든 부도체들과 도체들은 케이블의 중성 도체의 역할을 하는 속이 빈 전기 전도성인 소자 내에서 둘러싸여 있다.

이제, 본 발명을 이해하기 위해, 그리고 본 발명이 실제로 어떻게 실시될 수 있는지를 보기 위해, 같은 요소들이 동일한 참조 번호로 지정되어 있는 첨부 도면들을 참조하여, 오직 비제한적인 예로서 실시예들이 설명된다.

도 1은 접지 도체가 없는 종래의 단상 케이블의 단면도.
도 2는 본 개시물의 가능한 일 실시예에 따른 단상 케이블의 단면도(타입 A의 단상 케이블).
도 3a 내지 도 3g는 본 어플리케이션의 단상 케이블의 다양한 구성을 도시하는 도면들로서, 도 3a는 접지 도체가 없는 케이블의 일 구현예의 단면도이고, 도 3b와 도 3c는 접지 도체가 있는 케이블의 가능한 구현예들을 예증하며, 도 3d 내지 도 3f는 케이블 내부에 부도체들을 붙들고 움직이지 않게 하기 위해 중심 지지 요소를 이용하는 다양한 실시예들을 예시하고, 도 3g는 도 3b에 도시된 케이블의 가능한 전기적 접속을 설명한다.
도 4는 본 개시물의 가능한 일 실시예에 따른 단상 케이블의 단면도(타입 B의 단상 케이블).
도 5a 내지 도 5i는 본 어플리케이션의 단상 테이블(타입 C의 단상 케이블)의 다양한 구성을 도시하는 도면으로서, 도 5a는 접지 도체가 없는 케이블의 가능한 일 구현예의 단면도이고, 도 5b 내지 도 5d는 접지 도체가 있는 케이블의 가능한 구현예들을 예증하며, 도 5e 내지 도 5g는 케이블 내부에 부도체들을 붙들고 움직이지 않게 하기 위해 중심 지지 요소를 이용하는 다양한 실시예들을 예시하고, 도 5h는 중심 지지 요소에 접지 도체를 삽입하는 것을 예증하며, 도 5i는 도 5a에 도시된 케이블 실시예의 가능한 접속을 설명한다.
도 6a와 도 6b는 본 개시물의 몇몇 가능한 실시예에 따른 단상 케이블의 단면도들을 도시하는 것으로, 도 6a는 케이블(타입 C*의 단상 케이블) 와이어들의 원형 배열을 예증하고, 도 6b는 케이블의 도체들/부도체들의 직사각형 배열을 예증한다.
도 7은 본 개시물의 몇몇 가능한 실시예에 따른 단상 케이블(타입 D의 탄상 테이블)의 단면도.
도 8은 종래의 삼상 케이블의 단면도.
도 9는 본 개시물의 몇몇 가능한 실시예들에 따른 삼상 단일 회로 케이블(타입 A의 삼상 케이블)의 단면도.
도 10a와 도 10b는 본 개시물의 몇몇 가능한 실시예들에 따른 삼상 2중(double) 회로(n=2) 케이블(타입 B의 삼상 케이블)의 단면도.
도 11은 본 개시물의 몇몇 가능한 실시예들에 따른 삼상 3중(triple) 회로(n=3) 케이블(타입 C의 삼상 케이블)의 단면도.
도 12는 본 개시물의 또 다른 삼상 3중 회로 케이블(타입 D의 삼상 케이블)의 단면도.
도 13은 본 개시물의 일부 가능한 실시예들에 따른 삼상 4중(quad) 회로(n=4) 케이블(타입 E의 삼상 케이블)의 단면도.
도 14는 도 3e에 도시된 케이블 실시예에 따라 제작된 오디오 케이블들의 테스트 동안 행해진 소리 압력 레벨 측정 치수들의 플롯(plot).
도 15는 본 어플리케이션의 오디오 케이블들의 성능을 보여주는 플롯.

도면들에서 예증된 실시예들은 일정한 비율로 그려진 것으로 의도되지 않고, 이해 및 설명을 용이하게 하기 위해 도식화된 형태로 되어 있음을 주의해야 한다.

본 어플리케이션은 외부 자기장들에 대한 상당한 면역성이 있는, 자가 보호성의 단상 전기 케이블 및 다상 전기 케이블을 제공한다. 본 명세서에 개시된 케이블 디자인들은 또한 전기적으로 부하가 걸릴 때, 상당히 약한 외부 자기장들을 만드는 케이블들을 제공한다. 일반적으로, 이들 자가 보호성 케이블들의 적어도 하나의 도체는 서로 나란히 전기적으로 접속되는 2개 이상의 전기적으로 절연된 부도체들로 분할된다. 임의로, 일정한 전기적 상이나 전류 방향과 연관된 부도체들의 단면적들의 합은 상기 전기적 상 또는 분할된 전류 방향과 연관된 도체의 디자인 단면적과 대체로 같다. 도체들과 부도체들은, 각각의 도체/부도체가 상이한 상 또는 상이한 전류 방향(극성)과 연관된 적어도 하나의 도체/부도체에 인접하게 그리고 나란하게 위치하도록 자가 보호성 케이블들에 배열된다. 따라서, 일부 실시예들에서는 그러한 도체들 및 부도체들이, 각각의 도체/부도체가 동일한 전기적 상 또는 동일한 전류 방향과 연관된 도체들/부도체들로부터 비교적 멀게 위치하도록, 자가 보호된 케이블들에 배열될 수 있다.

도 1은 상이한 상들 또는 방향들/극성들의 전류들을 운반하는 2개의 도체들/와이어들(11,12)을 가지는 종래의 케이블 디자인(10)(예를 들면, 단상 AC 케이블 또는 DC 케이블)의 단면도를 개략적으로 예시한다. 그러한 종래의 케이블 디자인들에서는, 도체들(11,12)이 보통 동일한 단면적(S_main)을 가진다. 도 1과, 도 2 내지 7에 도시된 이어지는 자가 보호된 케이블들은, 상 도체들/부도체들이 글자 "P"로 지정되어 있고, 중성인("0") 도체들/부도체들이 글자 "N"으로 지정되어 있는 단상 케이블들을 예증한다. 도 1에서 예증된 바와 같이, 보통 도체들(11,12) 사이에는 전기장(U₁₂)이 생기는데, 이는 그러한 도체들 사이를 통과하는 전류들로 인한 것이다.

본 명세서에서 사용된 쌍극자라는 용어는 같은 크기와 반대 방향(극성)을 가지고, 케이블에서 인접한 한 쌍의 도체/부도체들을 통과하는 한 쌍의 전류를 가리킨다. 쌍극자의 자기 모멘트

는 수학식

으로 표현될 수 있는 벡터이고, 여기서:

μ₀는 진공 상태의 투자율이고,

I는 쌍극자에서 같은 전류 및 반대 전류들 중 하나의 값이며,

는 상 인자(phase factor)를 가지는 교류 전류를 가리키는 복소수 값을 표시하고,

D는 쌍극자에서 나란한 와이어들/도체들 사이의 거리이며,

는 와이어의 길이의 한 유닛(unit)이고,

는 쌍극자의 전류들이 지나가는 도체들의 기본적인 길이들로 정해진 평면에 수직인 유닛 벡터(벡터

의 방향은 오른쪽 송곳(gimlet) 규칙에 의해 정해질 수 있다)이다.

도 2 내지 7은 본 발명의 단상 자가 보호성 케이블들의 다양한 가능한 실시예들을 개략적으로 예시한다. 이들 도면에 예시된 바와 같이, 자가 보호성 케이블들 실시예들 중 일부는

● 케이블의 둥근 모양을 유지하기 위해, 케이블의 전기 절연 재킷(jacket) 내에서 자가 보호성 케이블들의 능동 도체들/부도체들 배열과 나란하게 위치하거나,

● 케이블의 재킷 외부에서 그리고 나란하게, 자가 보호성 케이블의 능동 도체들/부도체들 배열으로부터 떨어져 위치할 수 있는 접지 도체(G)를 포함한다.

도 2는, 부도체들(11a) 각각을 통과하는 전류가 분할되지 않은 와이어(도 1에서의 11)를 통과하는 전류의 약 절반이 되도록, 도체들 중 하나(예를 들면, 도 1에 도시된 도체(11))가 나란히 연결된 더 작은 단면적들(예를 들면, 종래의 단상 케이블 디자인의 분할되지 않은 도체(11)의 단면적의 약 절반인 ~S_main/2)을 가지는 2개의 부도체들(11a)로 분할되는 본 어플리케이션의 단상 케이블(30)(타입 A의 단상 케이블)의 가능한 일 실시예를 예를 들어 설명한다. 이 비제한적인 예에서는, 능동 도체(12)와 평행하고 나란하게, 그리고 그것의 반대측들에서 부도체(11a)들이 케이블(30)에 배열된다.

도 2에서 예증된 바와 같이, 이러한 구성에서는 능동 도체(12)와 부도체들(11a) 사이에서 생기는 전압들(U₁₂, U₁₂')이 사실상 서로 상쇄되도록, 즉 U₁₂+U₁₂'=0이 되도록, 전압들(U₁₂, U₁₂')이 동일한 크기를 가지고 서로 반대 방향으로 되어 있다.

비슷하게, 도체(12)와 부도체(11a)들 사이에서 생긴 자기장으로 인해 발생하는 자기 모멘트들의 합 또한 사실상 0이 된다. 즉,

이다.

도 3a 내지 3f는 도체들 각각(예를 들면, 도 1의 종래의 단상 케이블 디자인(10)의 도체들(11,12)이 종래의 단상 케이블 디자인에서의 (분할되지 않은) 도체들의 단면적보다 작은 단면적(예를 들면, ~S_main/2)을 각각 가지는 2개의 부도체들(예를 들면, 도 3a 내지 3c에서의 11a와 12a)로 분할되는 자가 보호성 케이블의 다양한 구성예들을 예시한다. 도 3a에 예증된 자가 보호성 케이블(20)은 부도체들(11a,12a)의 2개의 쌍을 포함하고, 각각의 부도체를 통과하는 전류가 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인에서 (분할되지 않은) 도체를 통과하는 전류 크기의 약 절반(~I/2)이 되도록, 각 쌍의 부도체들은 나란히 전기적으로 접속된다.

이러한 비제한적인 예에서, 부도체들(11a,12a)의 쌍들은, 각 쌍의 부도체들이 자가 보호된 케이블에서 마주보는 위치들에 놓이도록, 대칭 구조로 배열된다. 부도체들(11a,12a)은 케이블(20)의 전기 절연성 재킷(17) 내부에서 밀착되게 둘러싸여 있는데, 이 경우 임의로 그것들의 전기 절연성 코팅(16)들이 접촉되거나 서로 맞닿아 눌러져 있다. 이러한 식으로, 부도체들의 각 쌍의 부도체들이 정사각형/평행 사변형 구조의 마주보는 정점들에 위치하는 정사각형이나 평행 사변형 구조가 형성된다.

도 3b 및 도 3c는 접지 도체("G")(13)를 가지는 도 3a에 도시된 자가 보호성 케이블의 구현예들을 설명한다. 도 3b에 도시된 자가 보호성 케이블(20a)에서는, 부도체들(11a,12a)의 정사각형/평행 사변형 구조에 매우 근접하게, 그리고 나란하게 전기 절연성 재킷(17) 내부에 접지 도체(13)가 놓인다. 도 3c에 도시된 자가 보호성 케이블(20b)에서는, 분리된 전기 절연성 재킷(17b)에 의해 접지 도체(13)가 덮이고, 케이블(20b)의 전기 절연성 재킷(17a) 외부에 그리고 나란하게 위치한다. 접지 도체(13)가 케이블에 의해 만들어지고/만들어지거나 그것의 도체들에서 유도된 자기장/전기장에 무시할 수 있는 영향을 가지기 때문에, 본 발명의 범주와 취지로부터 벗어나지 않으면서 케이블 구성에서의/케이블 구성과 나란하게 그것의 다양한 상이한 위치들이 예측될 수 있다는 점이 주목된다.

일부 가능한 실시예들에서, 단상 자가 보호된 케이블들의 부도체들은 케이블 내부 중앙에 위치한 지지 요소 둘레에서, 원의 직경 상의 케이블들 내부에 배열된다. 지지 요소는 부도체들의 위치가 케이블 내부에서 이동(옮겨지는 것)하지 않는 것을 보장하여, 이로 인해 도체들과 내부에서의 그것들의 정확한 위치의 미리 결정된 배열을 유지하도록 구성되고 동작 가능하다. 사용시, 케이블의 부도체들 중 일부는 전기적 상에 전기적으로 접속되고, 케이블의 일부 다른 부도체들은 전기적 중상 상태에 전기적으로 접속된다. 전기적 상에 전기적으로 접속된 부도체들과, 전기적 중성점(electric neutral)에 전기적으로 접속된 부도체들은, 케이블의 전기적 상을 운반하는 각각의 부도체가 전기적 중성점을 운반하는 적어도 하나의 다른 부도체 부근에 위치하도록, 선택된다. 예를 들면, 도면들 몇몇에서 예증된 원형 배열들에서는, 전기적 중성점을 운반하는 2개의 인접한 부도체 사이에 전기적 상을 운반하는 부도체들이 위치하도록, 부도체들이 선택될 수 있다.

도 3d는 직사각형 형태로 지지 요소(55) 둘레의 케이블(50)에 배치된 4개의 전기적으로 절연된 부도체들(51a,52a,51b,52b)을 가지는 단상의 자가 보호된 케이블(50)을 예증하고, 이 경우 2개의 부도체들(51a,51b)이 케이블(50)에 의해 운반된 전기적 상에 전기적으로 접속되고, 2개의 다른 부도체들(52a,52b)이 전기적 중성점에 전기적으로 접속된다. 이러한 배열에서, 케이블(50)의 전기적 상에 전기적으로 접속된 2개의 부도체들(51a,51b) 각각은, 전기적 중성점에 전기적으로 접속된 2개의 다른 부도체들(52a,52b) 사이에서 원주 주위로(circumferentially) 위치한다.

단상의 자가 보호된 케이블(50)은 재킷(53)(예를 들면, 난연제(Flame Retardant) PVC 컴파운드(compound) 재킷)과, 케이블(50)의 부도체들 사이에 배치된 하나 이상의 립-코드(rip-cord)들(55r)을 포함할 수 있다. 립-코드들(55r)은 인접하게 위치한 부도체들에 의해 케이블을 따라 형성된 외부 채널들(55n) 중 임의의 것을 따라 재킷(53) 아래에 놓일 수 있고, 재킷(53)의 일부를 제거할 필요가 있을 때와 같이, 재킷(53)을 찢는 것을 용이하게 하기 위해 사용된다. 립-코드들(55r)은 또한 내부에서의 부도체들이 옮겨지는 것을 방지하고 케이블 내부에서의 그것들의 위치에 부도체들을 유지하는데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.

도 3d에 보이는 바와 같이, 케이블(50)에서의 부도체들은, 이 예에서는 전기 전도성 와이어들(58)(예를 들면, 유연한 구리 와이어들)의 가닥을 둘러싸는 전기적으로 절연성인 커버(57)를 포함한다.

도 3e는, 부도체들이 51a,52a,51b,52b이고, 가늘고 긴 십자 모양의 지지 요소(55c)의 암(arm)(55m)들에 의해 케이블(50) 내부에 붙들려 있는 또 다른 가능한 실시예를 예증한다. 더 구체적으로, 이 실시예에서는 가늘고 긴 십자 모양의 지지 요소(55c)의 인접한 가늘고 긴 암들의 각각의 쌍이 내부에서 부도체들(51a,52a,51b,52b) 중 하나를 붙잡고 움직이지 않게 하도록 구성된 가늘고 긴 홈(groove)(55g)을 정한다. 십자 모양의 지지 요소(55c)의 암(55m)들은 케이블(50)의 재킷(53)을 향하여 방사상 외부 방향으로 테이퍼질 수 있어, 케이블(50)의 가요성(flexibility)을 향상시킨다. 이러한 식으로, 케이블의 부도체들 사이의 정밀한 사전 설정(preset) 거리들이 유지됨과 동시에, 내부에서의 부도체들의 이동을 막는다(예를 들면, 위에 인가된 자기장들의 사실상의 상쇄를 제공하기 위해).

도 3f는 4개의 정점 별(apex star) 모양을 가지는, 가늘고 긴 지지 요소(55s)의 원형 톱니 모양(55i)에 케이블의 도체들(51a,52a,51b,52b)이 붙들려 있는 케이블(50)의 가능한 일 실시예를 보여준다. 보이는 바와 같이, 이러한 구성을 가지고, 부도체들(51a,52a,51b,52b)의 위치들 및 기하학적 배열이 정확하게 유지될 수 있는데, 이는 도체들(51a,52a,51b,52b)이 별 모양의 지지 요소(55s)의 원형 톱니 모양(55i)들 내로 재킷(53)에 의해 눌러지고, 이로 인해 케이블(50) 내부에서의 도체들의 어떠한 움직임도 방지되기 때문이다. 도 3e 및 도 3f에 도시된 단상 자가 보호된 케이블(50)들은 또한 부도체들과, 케이블들의 재킷(53)들 사이에 배치된, 립-코드(55r)들을 포함할 수 있다. 도 3d 내지 3f에 도시된 지지 요소들(55,55c,55s)은, 예를 들면 사출(extrusion)에 의해 임의의 적절한 부드럽고, 유연하거나 탄성이 있는 물질(예를 들면, FR-PVC,FR-LSZH)로 제작될 수 있다.

도 3g는 3b에 도시된 자가 보호성 케이블(20a)의 전기적 접속을 개략적으로 예시한다. 이 예에서, 자가 보호성 케이블(20a)의 반대되게 위치한 부도체들(11a,12a)의 각각의 쌍은 나란히 전기적으로 접속된다. 더 구체적으로, 자가 보호성 케이블(20a)의 한쪽 끝에서는, 부도체들(11a,12a)의 쌍들과 접지 도체(13)가 각각의 파워 서플라이와, 파워 소스(15)의 접지 단자들에 전기적으로 접속되고, 자가 보호성 케이블(20a)의 다른 쪽 끝에서는, 부도체들의 쌍들과 접지 도체가 전기 부하(14)의 접지 단자들과 각각의 파워 입력에 전기적으로 접속된다. 보이는 바와 같이, 케이블 내부의 반대 위치들에 있는 부도체들(11a)은 나란히 전기적으로 접속되고, 마찬가지로, 반대 위치들에 있는 부도체(12a)들 또한 나란히 전기적으로 접속된다.

본 개시물의 또 다른 가능한 실시예가 도 4에 예시되어 있고(타입 B의 단상 케이블), 도 4에는 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인의 각각의 도체가 나란히 전기적으로 접속된 3개의 부도체들(이 경우 트리플러키트(triplicate)라고 부른다)로 분할되는 자가 보호성 케이블(40)이 도시되어 있고, 각각의 부도체가 상이한 전기적 상 또는 전류 방향/극성을 지닌 전류와 연관된 부도체들의 전기 절연성 코팅들에 인접하고 나란하게, 또는 접촉하도록 위치하고 있는 직사각형 구조로 부도체들이 배열되어 있다.

이 예에서, 종래의 단상 케이블 디자인의 각각의 도체는 3개의 부도체들로 분할되고, 이중 2개(예를 들면, 11b 또는 12b)는 종래의 단상 케이블 디자인에서의 (분할되지 않은) 도체의 단면적의 약 1/4(~S_main/4)인 단면적을 가지고, 제 3 부도체(예를 들면, 11a 또는 12a)는 종래의 단상 케이블 디자인에서의 (분할되지 않은) 도체의 단면적의 약 절반(~S_main/2)인 단면적을 가진다. 그러므로, 자가 보호성 케이블(40)의 나란히 연결된 부도체들의 각각의 트리플러키트를 통과하는 전류(I)는, 전류의 약 1/4(~I/4)이 1/4인 단면적을 가지는 부도체들(11b 또는 12b) 각각을 통과하고, 전류의 약 1/2(~I/2)이 1/2인 단면적을 가지는 부도체(11a 또는 12a)를 통과하도록, 분배된다.

부도체들은, 각각의 트리플러키트의 단면적의 절반을 가지는 부도체(11a 또는 12a)가 열의 중심에 위치하고, 나머지 트리플러키트(즉, 상이한 전기적 상 또는 전류 방향과 연관된)의 단면적들의 1/4를 가지는 부도체들(11b 또는 12b)의 한 쌍이 그 열의 반대 측들에 위치하도록, 2개의 열(column)과 3개의 행(row)을 포함하고, 전기적으로 절연성인 재킷(17)에서 둘러싸이는 직사각형 구조(또는 평행 사변형)로 인접하게 위치하게 배열될 수 있다. 각각의 부도체는, 부도체들이 전기적으로 절연성인 재킷(17) 내부에서 촘촘하게 둘러싸일 수 있고, 임의로 그것들의 전기적으로 절연성인 코팅들이 접촉하고 있도록 매우 근접해 있도록, 전기적으로 절연성인 코팅을 가질 수 있다.

부도체들의 각각의 트리플러키트에서 다른 전류/단면적 분포들이 사용될 수 있다는 점이 주목된다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 각각의 트리플러키트에서의 부도체들 전류들/단면적들은 [1/5,3/5,1/5],[2/7,4/7,1/7],[1/3,1/3,1/3]와 같이 분포될 수 있거나, 임의의 다른 적절한 분포를 이용하여 분포될 수 있다. 하지만, 도 4에서 예증된 바와 같이, 각각의 열의 중심에 더 큰 단면적(예를 들면, ~S_main/2)의 부도체를 위치시킬 때, 그러한 2개의 열들 3개의 행들로 이루어진 직사각형(평행 사변형)에서 더 나은 감쇠율들이 얻어질 수 있다는 점이 주목된다.

도 5a 내지 도 5d는 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인의 각 도체가 하나의 원의 직경 상에 배열된 3개의 부도체들로 분할되는 본 어플리케이션의 자가 보호성 케이블들의 다양한 실시예들을 개략적으로 예시하는 것으로, 이 경우, 그러한 케이블의 전기적 상을 운반하는 부도체들은 전기적인 중성점이나 반대 방향의 전류를 운반하는 2개의 이웃하는 부도체들 사이의 원형 배열에 원주 상으로 위치한다. 감쇠율을 최대화하고, 부도체들의 대칭적 배열을 얻기 위해, 각각의 부도체의 단면적은 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인에서의 도체의 단면적의 약 1/3(~S_main/3)일 수 있어서, 각각의 부도체를 통과하는 전류는 종래의 단상 케이블 디자인에서 도체를 통과하는 전류의 거의 1/3(~I/3)이다.

도 5a는 접지 도체가 없는 본 개시물의 가능한 자가 보호성 케이블(50)을 예증한다. 이 실시예에서, 부도체들 트리플러키트(21,22)는 부도체를 운반하는 각각의 상이 부도체들의 나머지 트리플러키트의 2개의 이웃하는 부도체들 사이에서 그리고 나란하게 원주 방향으로 위치하도록, 사이에 끼이는 방식으로 전기 절연성 재킷(27) 내에 원형으로 배열된다(예를 들면, 전기적 중성점을 운반하는). 자가 보호성 케이블(50)의 감쇠율을 향상시키기 위해, 부도체들 트리플러키트(21,22)는, 이웃하는 부도체들의 전기 절연성 코팅이 물리적인 접촉을 하도록, 이러한 원형 배열에서 밀착되도록 배열될 수 있다.

도 5b는, 2개의 부도체들 트리플러키트가 도 5a에서처럼 전기 절연성 재킷(27a) 내에서 원형으로 배열되지만(즉, 각각의 트리플러키트의 부도체들은 부도체들의 나머지 트리플러키트의 2개의 이웃하는 부도체들 사이에서 그리고 나란하게 원주 방향으로 위치한다), 그러한 원형 배열의 중심에 위치하고 전기 접지 도체로서의 역할을 하는 추가적인 도체("G")(23)를 지닌 또 다른 자가 보호성 케이블 실시예(50a)를 예증한다. 임의로, 그러한 부도체들은 이웃하게 위치하는 부도체들의 전기 절연성 코팅들이 접촉하도록, 케이블(50a)의 전기 절연성 재킷(27a)에서 밀착되도록 배열된다. 이러한 식으로, 부도체들 트리플러키트(21,22)는, 그것들의 전기 절연성 코팅들이 접지 도체(23)의 전기 절연성 코팅에 맞닿아 눌러지도록 배열될 수 있다.

도 5c 및 도 5d는 접지 도체(23)가 능동 부도체들이 배열되는 원 내부에 있지 않은 가능한 자가 보호성 케이블 구성들을 개략적으로 예시한다. 도 5c에 도시된 자가 보호성 케이블(50b)에서는, 접지 도체(23)가 능동 부도체들 트리플러키트(21,22)의 원형 배열 부근의 전기 절연성 재킷(27b) 내에 위치하고, 도 5d에서는 분리된 전기 절연성 재킷(23c) 내부에서 둘러싸인 접지 도체(23)가 자가 보호성 케이블(50c)의 전기 절연성 재킷(27c) 외부에 그리고 나란하게 위치한다.

도 5e 내지 도 5h는 6개의 전기 절연된 부도체들(61a,62a,61b,62b,61c,62c)을 포함하는 몇몇 가능한 실시예들에 따른 단상 자가 보호된 케이블(60)을 개략적으로 예시한다. 그러한 케이블(60)에서의 부도체들은 케이블(60) 내부에서의 부도체들의 이동을 막고, 부도체들의 기하학적 배열이 그 내부에서 변하지 않은 채로 있는 것을 보장하는 중상 지지 요소(65) 둘레에서 원형 형태로 배열된다. 도 5e에 도시된 단상 케이블(60)의 지지 요소(65)는 원형 단면 모양을 가지고, 부도체들(61a,62a,61b,62b,61c,62c)의 직경과 대체로 같은 직경을 가진다. 이러한 식으로, 부도체들 각각은 지지 요소(65)에 맞닿아 케이블의 재킷(53)에 의해 눌러지고, 동시에 2개의 인접하게 위치한 부도체들에 의해 옆으로 눌러져서, 움직임을 막고 케이블(60) 내부에서 부도체들이 움직이지 않게 한다.

사용시, 단상 케이블(60)의 부도체들 중 3개(예를 들면, 서로 사이에서 120°인 각 변위를 가지는 61a,61b,61c)는 서로 나란히 전기적으로 접속되고 케이블의 전기적 상에 전기적으로 접속되며, 3개의 부도체들 중 나머지(예를 들면, 또한 서로 사이에서 120°인 각 변위를 가지는 62a,62b,62c)는 따로따로 나란히 서로 전기적으로 접속되고, 전기적 중성점에 접속된다. 전기적 상과 전기적 중성점에 접속된 부도체들은, 그러한 전기적 상을 운반하는 부도체들 각각이 전기적 중성점을 운반하는 2개의 다른 부도체들 사이에서 원주 방향으로 케이블(60) 내부에 위치하도록 선택된다.

도 5f는 부도체들(61a,62a,61b,62b,61c,62c)이 6개의 점으로 된 아스테릭스 모양의 지지 요소(65c)의 가늘고 긴 홈들(65g)에서 붙들려 있는 단상 케이블(60)의 가능한 일 실시예를 개략적으로 예시한다. 더 구체적으로, 이 실시예에서는 가늘고 긴 아스테릭스 모양의 지지 요소(65c)의 인접한 가늘고 긴 암(65m)들의 각각의 쌍은, 그 내부에 부도체들(61a,62a,61b,62b,61c,62c) 중 하나를 붙잡고 움직이지 않게 할 수 있는 가늘고 긴 홈(65g)을 정하고, 그러한 가늘고 긴 홈(65g)이 끼이는 암들의 쌍에 맞닿아 재킷(53)에 의해 눌러진다. 도 5f에서 보여지듯이, 지지 요소(65c)의 암(65m)들은 케이블(60)의 재킷(53)을 향하여 방사상 외부 방향으로 테이퍼질 수 있어, 케이블(60)의 유연성을 향상시킨다.

도 5g는 부도체들(61a,62a,61b,62b,61c,62c)이 6개의 정점 별 모양을 가지는 지지 요소(65s)의 가늘고 긴 원형 톱니 모양(65i)에 붙들려 있는 단상 케이블(60)의 가능한 일 실시예를 개략적으로 예시한다. 이러한 구성은 케이블의 외부 재킷(53)이 도체들이 보유되는 각각의 톱니 모양(65i)들에 맞닿아 그러한 도체들을 누를 때, 도체들(61a,62a,61b,62b,61c,62c)이 케이블(60) 내부에서 바뀌지 않은 채로 있는 것을 보장한다.

도 5e 내지 도 5g에 도시된 단상 자기 보호된 케이블(60)들은, 케이블 내부에서 인접하게 위치한 도체들에 의해 형성된 가늘고 긴 채널들(55n)을 따라 재킷(53) 아래에 놓인 하나 이상의 립-코드(rip cord)(55r)를 더 포함할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 립-코드(55r)들은 재킷(53)의 한 부분을 제거할 필요가 있을 때마다, 그 재킷(53)의 찢음을 용이하게 하고, 그 내부에서 부도체들을 억제하고 그것들이 재킷(53) 아래에서 움직이는 것을 막기 위해 또한 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 립-코드(55r)들이 임의의 타입의 비흡수(non absorbing) 난연성 전기 절연성 재료로 만들어질 수 있다.

본 발명의 자가 보호성 케이블들에서 이용된 지지 요소들은 다양한 형상과 모양으로 구현될 수 있고, 도 3d 내지 도 3f, 그리고 도 5e 내지 도 5g에 도시된 예들에 제한되지 않는다는 점이 주목된다. 예를 들면, 지지 요소들은 부도체들 사이의 케이블들에 개재된 하나 이상의 가늘고 긴 평평한 요소들에 의해 구현될 수 있거나, 케이블 내로 도입될 수 있고, 그 내부에 부도체들의 바라는 구조를 유지할 수 있는 임의의 적합한 필러(filler) 재료로 구현될 수 있다. 케이블들 내부에 부도체들을 붙잡고 움직이지 않게 하기 위해 그러한 지지 요소들을 사용하는 것이 부도체들 배열의 정확도를 사실상 향상시키고 그에 따라 외부 간섭 자기장들에 대한 케이블들의 면역성을 더 향상시킨다는 점이 또한 주목된다. 케이블들(50,60)에서 사용된 지지 요소들은, 예를 들면 사출(extrusion)에 의해 부드럽고, 유연하거나 탄력이 있는 재료(예를 들면, 비흡수 난연성 전기 절연성 재료)로부터 제작될 수 있다.

도 5h는 접지 도체(13)가 가늘고 긴 아스테릭스 모양의 지지 요소(65c') 내부에 끼워지는 도 5f에 도시된 바와 같이, 단상의 자가 보호성 케이블(60)의 가능한 일 실시예를 예증한다. 보이는 것처럼, 접지 도체(13)는 지지 요소(65c)의 아스테릭스 모양의 중심 내부에 위치하고 그것의 길이를 따라 지나간다. 그러므로, 지지 요소(65c)는 전기 절연성 접지 도체(13)의 역할을 할 수 있고, 따라서 추가적인 전기 코팅을 필요로 하지 않을 수 있다. 비슷한 방식으로, 접지 도체는 도 5e와 도 5g에 각각 도시된 지지 요소들(65,65s) 내부에 끼워질 수 있다.

도 5i는 도 5d에 도시된 자가 보호성 케이블(50c)의 전기적 접속을 개략적으로 예시한다. 이 예에서, 자가 보호성 케이블(50c)의 부도체들(21,22)(서로 사이에 120°의 각 변위를 가지는)의 각각의 트리플러키트의 부도체들이 서로 나란하게 전기적으로 접속된다. 더 구체적으로, 자가 보호성 케이블(50c)의 한쪽 끝에서는, 부도체들 트리플러키트(21,22)가 파워 소스(25)의 각각의 전력 공급 단자들에 전기적으로 접속되고, 자가 보호성 케이블(50c)의 다른 쪽 끝에서는 부도체들 트리플러키트들이 전기 부하(24)의 각각의 파워 입력에 전기적으로 접속된다. 자가 보호성 케이블(50c)의 각각의 끝에서는, 접지 도체(23)가 파워 소스(25)와 전기 부하(24)의 각각의 접지(ground)에 전기적으로 접속된다.

도 6a 및 도 6b는, 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인의 각각의 도체가 부도체들의 2개의 그룹(또한 본 명세서에서는 쿼드(quad)들이라고 부름)이 얻어지도록, 나란하게 전기적으로 접속되는 4개의 부도체들로 분할되는 본 어플리케이션의 자가 보호성 케이블의 가능한 실시예들을 예시한다. 각각의 부도체를 통과하는 전류가 도 1에 도시된 종래의 케이블 디자인에서 도체를 통과하는 전류의 약 1/4(~I/4)이 되도록, 부도체들 각각의 단면적은 거의 동일하다. 임의로, 부도체들 각각의 단면적은 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인에서의 도체의 단면적의 1/4(~S_main/4)과 거의 같다.

도 6a는 각각의 부도체가 나머지 쿼드의 2개의 이웃하는 부도체들(즉, 반대 방향의 전류들을 운반하는) 사이에서 그리고 나란하게 원주 방향으로 위치하는 케이블(60c)(타입 C*의 단상 케이블)의 부도체들 쿼드들(31,32)의 원형인 사이에 끼이는 배열을 설명한다. 예를 들면 그리고 제한 없이, 90°인 원형 변위가 동일한 쿼드에 속하는 이웃하는 부도체들 사이에서 달성된다. 자가 보호성 케이블(60c)의 감쇠율을 향상시키기 위해, 부도체들(31,32)이 케이블(60c)의 전기 절연성 재킷(37) 내부에 밀착되게 배열될 수 있어, 이웃하는 부도체들의 전기 절연성 코팅들이 물리적으로 접촉된다. 접지 도체(33)가 필요하면, 도 6a에 예증된 바와 같이, 원형 배열의 중심에 놓일 수 있다. 대안적으로, 접지 도체(33)는 원형 배열 외부에 하지만 전기 절연성 재킷(37) 내부에 놓일 수 있고, 도 3b 및 도 5c에 예증된 것과 유사한 방식으로 케이블의 부도체들과 나란하게, 또는 대안적으로 도 3c 및 도 5d에 예증된 것과 비슷한 방식으로 전기 절연성 재킷(37) 외부에 놓일 수 있다.

도 6b는 각각의 부도체가 상이한 방향의 전류와 연관된(즉, 나머지 쿼드에 속하는) 부도체들에 인접하고 나란하게 위치하도록, 부도체들 쿼드들(31,32)의 직사각형(또는 평행 사변형)의 사이에 끼이는 배열을 이용하는 단상의 자가 보호성 케이블(60r)을 설명한다. 더 구체적으로, 이 예에서는 부도체들(31,32)이 2개의 인접하게 위치한 행들로 배열되는데, 이러한 행들 각각은 4개의 부도체들을 포함한다. 따라서, 부도체들 쿼드들(31,32)을 둘러싸는 전기적으로 절연성인 재킷(37b)은 직사각형 모양을 취할 수 있다. 도 6b에 또한 도시된 것처럼, 접지 도체(33)는 부도체들의 직사각형 배열과, 그러한 부도체들의, 자가 보호성 케이블(60r)의 전기 절연성 재킷(37b) 외부에 놓일 수 있다.

부도체들의 2차(quadratic) 케이블 구조 배열(70)이 도 7에서 예증되는데, 이 경우 도 1에 도시된 종래의 단상 케이블 디자인의 하나의 도체가 일 방향으로 전류들을 운반하는 4개의 부도체들(42)의 제 1 그룹으로 분할되고, 종래의 단상 케이블 디자인의 나머지 도체는 반대 방향으로 전류들을 운반하는 5개의 부도체들(41a,41b)(집합적으로 본 명세서에서 41로 부른다)의 제 2 그룹으로 분할된다. 부도체들의 사이에 끼이는 배열은, 각각의 부도체(42)가 2차 배열(70)의 일측의 중심에 위치하도록, "X" 모양을 형성하기 위해 부도체들(41)의 제 1 그룹의 5개의 부도체들을 배열하면서, "+" 모양을 형성하기 위해 제 2 그룹(42)의 4개의 부도체들을 배열함으로써, 부도체들의 나머지 그룹(즉, 반대 방향으로 전류를 운반하는)의 이웃하는 부도체들에 인접하고 나란하게 각각의 부도체를 위치시킴으로써 얻어질 수 있다.

이러한 자가 보호성 케이블(70)에서는, 각각의 도체(42)가 부도체들의 이러한 그룹이 통과하는 총 전류의 약 1/4(~I/4)을 운반하도록, 제 2 그룹의 부도체들(42)이 거의 동일한 단면적들(예를 들면, ~S_main/4)을 가진다. 자가 보호성 케이블(70)의 감쇠율을 향상시키기 위해, 2차 배열(70)의 중심에 위치한 부도체(41a)가 제 1 그룹의 나머지 부도체들(41b)의 단면적들보다 큰 단면적을 가지도록, 제 1 그룹(41)의 부도체들이 구성될 수 있다. 이 예에서, 부도체들(41b)의 단면적들은 2차 배열(70)의 중심에 위치한 부도체(41a)의 단면적의 약 1/4이다.

이러한 구성에서, 각각의 부도체(41b)를 통과하는 전류는 종래의 단상 케이블 디자인에서 도체를 통과하는 전류의 약 1/8(I/8)이고, 2차 배열(70)의 중심에 위치한 부도체(41a)를 통과하는 전류는 종래의 단상 케이블 디자인에서 도체를 통과하는 전류의 약 1/2이다. 따라서, 부도체들(41b)의 단면적들은 종래의 단상 케이블 디자인에서의 도체의 단면적의 약 1/8일 수 있고(~S_main/8), 중심에 위치한 부도체(41a)의 단면적은 종래의 단상 케이블 디자인에서의 도체의 단면적의 약 절반일 수 있다(~S_main/2).

부도체들(41,42)은 그것들의 전기 절연성 코팅들이 물리적으로 접촉하도록, 전기 절연성 재킷(47) 내부에서 밀착되게 배열될 수 있다. 전기 절연성 재킷(47) 내부에, 또는 위에서 예증된 바와 같이 그 외부에서 자가 보호성 케이블(70)에 접지 도체가 추가될 수 있다.

본 발명의 자가 보호된 단상 케이블들은 자기장 관련 간섭들에 대한 면역성이 중요한 인자(factor)인 많은 상이한 어플리케이션들에서 이용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 자가 보호된 케이블 디자인들이, 특히 0㎐ 내지 30㎑의 주파수 범위에서 동작하기 위한 자가 보호된 통신 케이블들을 제작하기 위해 유리하게 사용될 수 있다는 사실이 발견되었다. 그러한 자가 보호된 통신 케이블들이 자기 간섭들에 대한 면역성을 상당히 향상시켰고, 신호대 잡음비들을 향상시켰으며, 또한 종래의 통신 케이블들(예를 들면, 데이터 통신 차폐된(shielded) 케이블들)에 비해 비용면에서 더 효과적(제작 비용면에서 약 15% 내지 30% 감소)이라는 사실을 발견하였다. 이들 성질들은 유도된 자기 간섭들이 환자의 목숨을 위태롭게 할 수 있는 의료 장치들과, 높은 신호대 잡음비들을 필요로 하는 데이터 통신 어플리케이션들(예를 들면, 고주파 데이터 통신)에서 특히 유익하다.

또 다른 비제한적인 예로서, 본 발명의 단상의 자가 보호성 케이블들은 오디오 케이블들(예를 들면, 0㎐ 내지 30㎑의 주파수 범위에서 동작하는)로서 유리하게 사용될 수 있다는 점이 발견되었다. 케이블들의 작은 자기 유도 및 케이블들의 외부 자기장 간섭들에 대한 면역성으로 인해, 자가 보호된 케이블들로 얻어진 사운드 품질은 사실상 향상되어 훨씬 더 깨끗한 사운드가 나왔다(도 15에서 도시된 바와 같이). 그러한 오디오 케이블 구현예들에서는, 오디오 신호들의 품질이 케이블의 부도체들 사이의 사실상 낮은 용량(capacitance) 값들을 보장하는 부도체들에 관한 적합한 전기 절연성 커버들(57)(예를 들면, 크로스-링크(cross-link)된 폴리에틸렌 - XLPE)을 사용함으로써 더 향상될 수 있다. 본 발명의 자기장 감쇠 구조들에서 부도체들의 배열과 결합하여 전기적으로 절연성인 코버들을 보장하는 그러한 낮은 용량을 사용하는 것은, 사실상 낮고 일정한 용량 및 인덕턴스를 가지는 케이블들을 제공한다. 이러한 케이블의 성질들은 오디오 케이블들에 있어서 이상적인데, 이는 그러한 성질들이 낮은 주파수의 신호들(즉, 낮은 용량으로 인한)의 양호한 전달을 보장하면서 또한 사실상 왜곡과 지연 없이 높은 주파수의 신호들(즉, 낮은 인덕턴스로 인한)의 양호한 전달을 보장하기 때문이다.

본 발명의 자가 보호성 케이블들은 매우 정확한 펄스 전달 성질들을 가지는 것을 또한 발견하였다. 케이블들의 펄스 전달 성질들에 있어서의 실질적인 향상은 주로 케이블들의 전기적 AC 저항(즉, 감소된 자기 인덕턴스로 인한)에 있어서의 감소로 인해 얻어지고, 몇몇 실시예들에서는 비슷한 허용전류(ampacity) 표준을 지닌 등가 케이블들에 비해, 케이블들의 전기적 DC 저항에 있어서의 감소도 또한 이루어진다. 특히, 케이블들의 자기 인덕턴스에 있어서의 실질적인 감소는 펄스 전송 및 서지(surge)(전압 스파이크(spike)들) 동안 낮은 역기전력(EMF: back electromotive force)을 가져오고, 이는 자가 보호된 케이블들로 더 작은 서지 보호기들의 사용, 펄스 모양 제어를 용이하게 하는 것, 및 펄스 성형(shaping) 고려 사항들과 관계없이, 케이블 길이들을 실제로 선택하는 것을 허용한다. 도 14는 케이블들에서 10KA/20μS 펄스를 이동시키는 동안의 종래의 6AWG 케이블(66) 대(vs.) 6AWG EAPD 케이블(67)의 전형적인 전압 강하 값들을 보여준다.

본 발명의 원리들은 또한, 이제 도 8 내지 13을 참조하여 설명되는 것처럼, 감쇠율들이 향상된 자가 보호성 삼상 케이블들을 구성하기 위해 사용될 수 있다. 종래의 삼상 단상 케이블 디자인(79)의 단면도가 도 8에 도시되어 있다. 보이는 바와 같이, 상 도체들인 "R"(71), "S"(72), "T"(73), 및 중성인 "N" 도체(74)가 보통 전기적으로 절연성인 재킷(77) 내부에서 함께 둘러싸이고, 이 경우 상 도체들(71,72,73)이 거의 동일한 크기의 AC 전류(I)를 운반하기 위해 디자인된다.

도 9는 본 어플리케이션의 일부 가능한 실시예들(타입 A의 삼상 케이블)에 따른 자가 보호성 삼상 케이블(80)을 예시한다. 이러한 실시예에서, 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인의 "S"(72)와 "T"(73) 상 도체들이 각각 더 작은 단면적들을 가지고, 각각의 쌍의 부도체들이 나란히 서로 전기적으로 접속되는 "R" 상 도체(71) 둘레에서 원형으로 배열되는 부도체들(72a,73a)의 쌍들로 각각 분할된다. 부도체들(72a,73a)의 쌍들 각각에서의 부도체들의 단면적들은 거의 동일하여, 약 I/2인 전류가 이들 부도체들 각각에 의해 운반되고, "R" 도체(71)의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서와 사실상 같게 유지된다.

이러한 원형 배열에서, 쌍들(72a,73a) 각각의 "S" 및 "T" 부도체들은 "R" 상 도체(71)의 반대 측들 상에, 그리고 나란하게 위치함으로써, 상이한 전기적 상을 운반하고 원의 직경 상에 위치하는 2개의 다른 부도체들 사이에서 각각의 상 부도체가 원의 직경 상에 위치하도록 십자 모양을 형성한다. 임의로, 인접한 부도체들 사이의 각도(α)는 약 90°이고, 동일한 상을 운반하는 인접한 부도체들 사이의 각도(β)는 약 180°이다. 이러한 구조는 케이블(80) 위에서 인가된 자기장들의 사실상의 없어짐(cancelation)을 가져온다. 자가 보호성 케이블(80)의 감쇠율을 더 향상시키기 위해, 중성 상태인 "N" 도체(74o)가 모든 다른 상 도체들과 자가 보호성 케이블(80)의 부도체들을 둘러싸는 속이 빈 관의 형태로 성형될 수 있다. 자가 보호성 삼상 케이블(80)은, 케이블(80)의 모든(능동 및 중성인) 도체들과 부도체들을 둘러싸도록 구성된, 전기적으로 절연성인 재킷(미도시)을 포함할 수 있다.

도 10a는 본 어플리케이션의 삼상 자가 보호성 케이블(90)(타입 B의 삼상 케이블)의 또 다른 가능한 실시예를 예시하고, 이 경우 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)의 각각의 상 도체는 서로에 나란하게 전기적으로 접속된 2개의 부도체(n=2)로 분할된다(예를 들면, 2개의 "R" 부도체(71a)의 끝(end)들은 케이블(90)의 맨 끝들에서 서로 연결되고, 비슷하게 2개의 "S" 부도체들(72a) 및 2개의 "T" 부도체들(73a)도 그러하다). 각각의 부도체의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체의 단면적보다 작을 수 있다. 임의로, 부도체들의 단면적은, 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들의 단면적의 약 1/2이어서, 그것들을 통과하는 전류의 크기는 종래의 케이블 디자인(79)에서 상 도체들을 통과하는 전류의 크기의 약 1/2이다.

도 10b는 중성인 도체(74a)가 가늘고 긴 아스테릭스 모양의 지지 요소(65c') 내부에 끼워지는, 도 10a에 도시된 바와 같이, 삼상의 자가 보호성 케이블(90)의 가능한 실시예를 예증한다. 보이는 바와 같이, 접지 도체(74a)는 지지 요소(65c')의 아스테릭스 모양의 중심 내부에 위치하고, 그것의 길이를 따라 지나간다. 따라서 지지 요소(65c')는 전기 절연성인 중성 도체(74a)의 역할을 할 수 있고, 따라서 추가적인 전기 코팅을 필요로 하지 않을 수 있다. 비슷한 방식으로, 도 5g에서처럼 6개의 정점 별 보양이 지지 요소(65s)가 사용될 수 있다.

이 예에서, 부도체들(71a,72a,73a)은 자가 보호성 케이블(90)의 전기 절연성 재킷(77a) 내에서 사이에 끼이는 방식으로 원의 직경 상에 배열된다. 부도체들(71a,72a,73a)은 각각의 전기적 상 부도체가, 각각 상이한 전기적 상을 운반하는 2개의 이웃하는 부도체들 사이에 그리고 나란하게 원주 방향으로 위치하도록 배열된다. 임의로, 인접한 부도체들 사이의 각도(α)는 약 60°이고, 동일한 상을 운반하는 인접한 부도체들 사이의 각도(β)는 약 180°이다. 중성인("N") 도체(74a)는 자가 보호성 케이블(90)의 원형 배열 중심에 위치할 수 있다. 자가 보호성 케이블(90)의 감쇠율은, 임의로 그것들의 전기 절연성 코팅들이 접촉하도록, 전기 절연성 재킷(77a) 내부에서 서로 가능한 가깝게 상 부도체들(71a,72a,73a)을 밀착되게 배열함으로써(예를 들면, 부도체들(71a,72a,73a)과 중성인 도체(74a)에 관해, 동일한 직경을 가지는 전기 와이어들을 사용함으로써), 향상될 수 있다.

도 11은 본 어플리케이션의 또 다른 삼상 자가 보호성 케이블(100)(타입 C의 삼상 케이블)을 설명하는 것으로, 이 경우 종래의 삼상 케이블 디자인(79)의 각각의 상 도체는 3개의 부도체들(71b,72b,73b)로 분할되고, 이들 부도체들은 서로 나란하게 전기적으로 접속되며(예를 들면, 3개의 "T" 부도체들(73b)의 끝은 케이블(100)의 맨 끝들에서 서로 연결되고, 비슷하게 3개의 "R" 및 "S" 부도체들(71b,72b)의 끝들을 연결한다), 사이에 끼이는 방식으로 원의 직경 상에 배열된다. 더 구체적으로, 상 부도체들은 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상의 2개의 이웃하는 부도체들 사이에 그리고 나란하게 원주 방향으로 위치하도록, 전기적으로 절연성인 재킷(77b) 내부에 배열된다. 임의로, 인접한 부도체들 사이의 각도(α)는 약 40°이고, 동일한 상을 운반하는 인접한 부도체들 사이의 각도(β)는 약 120°이다.

각각의 부도체의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 케이블 디자인(79)에서의 상 도체의 단면적보다 작을 수 있다. 임의로, 부도체들(71b,72b,73b)의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들의 단면적의 약 1/3이어서, 그것들을 통과하는 전류의 크기는 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들을 통과하는 전류의 크기의 약 1/3(I/3)이다. 중성인("N") 도체(74b)는 이러한 원형 배열의 중심에 놓일 수 있다. 자가 보호성 케이블(100)의 감쇠율은, 그것들의 전기 절연성 코팅들이 접촉하도록, 임의로 전기 절연성 재킷(77b) 내부에서 서로 가능한 가깝게, 상 부도체들(71b,72b,73b)을 밀착되게 배열함으로써 더 향상될 수 있다.

임의로, 중성인("N") 도체(74b)의 단면적은, 상 부도체들(71b,72b,73b)의 전기 절연성 코팅들이 중성인("N") 도체(74b)의 전기 절연성 코팅과 접촉하도록, 상 도체들의 원형 배열의 직경에 따라 조정될 수 있다.

도 12는 본 어플리케이션의 삼상 자가 보호성 케이블(110)(타입 D의 삼상 케이블)의 또 다른 가능한 실시예를 개략적으로 예시하는 것으로, 종래의 삼상 케이블 디자인(79) 중 상 도체들의 2개(예를 들면, "S" 및 "T")만이 3개의(트리플러키트) 부도체들(72c,73c)로 각각 분할된다. 각각의 트리플러키트(72c 또는 73c)의 상 부도체들이 서로 나란하게 전기적으로 접속되고(예를 들면, 3개의 "T" 부도체들(73c)의 끝들은 케이블(10)의 맨 끝들에서 서로 연결되고, 3개의 "S" 부도체들(72c)의 끝들도 그러하다), 제 3 상 도체("R")(71) 둘레에서 사이에 끼이는 방식으로 원의 직경 상에 배열된다. 더 구체적으로, 삼상 자가 보호성 케이블(110)에서의 상 부도체들의 원형 배열에서는, 또 다른 전기적 상을 운반하고 원 직경 상에 위치하는 2개의 다른 이웃하는 부도체들 사이에 각각의 부도체가 위치한다. 임의로, 이웃하는 부도체들 사이의 각도(α)는 약 60°이고, 동일한 상을 운반하는 인접하는 부도체들 사이의 각도(β)는 약 120°이다.

중성인 도체(74c)는, 케이블(110)의 모든 다른 도체들과 부도체들을 둘러싸는 관으로서 구성될 수 있어, 케이블(110)의 감쇠율을 증가시킨다. 자가 보호성 삼상 케이블(80)은 자가 보호성 케이블(80)의 모든 (능동이고 중성인) 도체들과 부도체들을 둘러싸도록 구성된 전기 절연성 재킷(미도시)을 포함할 수 있다.

각각의 부도체(72c,73c)의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체의 단면적보다 작을 수 있다. 임의로, 부도체들(72c,73c)의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들의 단면적의 약 1/3이어서, 그것들을 통과하는 전류의 크기는 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들을 통과하는 전류 크기의 약 1/3(I/3)이다. 자가 보호성 케이블(110)의 감쇠율은, 그것들의 전기 절연성 코팅들이 접촉하도록 임의로, 상 부도체들(72c,73c)을 가능한 서로 가깝게 밀착되게 배열함으로써, 더 향상될 수 있다. 몇몇 가능한 실시예들에서는, 상 부도체들(72c,73c)이, 그것들의 전기 절연성 코팅들이 이러한 원형 배열의 중심에서 제 3 상 도체(71)의 전기 절연성 코팅과 접촉하도록, 제 3 상 도체(71) 둘레에 배열된다.

도 13은 본 어플리케이션의 삼상 자가 보호성 케이블(120)(타입 E의 삼상 케이블)을 설명하는 것으로, 이 경우 종래의 삼상 케이블 디자인(79)의 각각의 상 도체는 나란히 서로 전기적으로 접속되고(예를 들면, 4개의 "T" 부도체들(73d)의 끝들은 케이블(120)의 맨 끝들에서 서로 연결되고, 비슷하게 4개의 "R" 및 "S" 부도체들(71d,72d)의 끝들도 그러하다), 사이에 끼이는 방식으로 원의 직경 상에 배치된 4개의(n=4) 부도체들(71d,72d,73d)로 분할된다. 더 구체적으로, 상 도체들은 각각의 부도체가 또 다른 전기적 상을 운반하는 2개의 이웃하는 부도체들 사이에서 그리고 나란하게 원주 방향으로 위치하도록, 전기 절연성 재킷(77d) 내부에 배열된다. 임의로, 이웃하는 부도체들 사이의 각도(α)는 약 30°이고, 동일한 상을 운반하는 인접하는 부도체들 사이의 각도(β)는 약 90°이다.

각각의 부도체의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서 상 도체의 단면적보다 작을 수 있다. 임의로, 부도체들(71d,72d,73d)의 단면적은 도 8에 도시된 종래의 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들의 단면적의 약 1/4이어서, 그것들을 통과하는 전류의 크기는 종래의 삼상 케이블 디자인(79)에서의 상 도체들을 통과하는 전류의 크기의 약 1/4(I/4)이다. 중성인("N") 도체(74d)는 이러한 원형 배열의 중심에 위치할 수 있다. 자가 보호성 케이블(120)의 감쇠율은, 그것들의 전기 절연성 코팅들이 물리적으로 접촉하도록, 임의로 전기 절연성 재킷(77d) 내부에서 서로 가능한 가깝게 상 부도체들(71d,72d,73d)을 밀착되게 배열함으로써 향상될 수 있다.

임의로, 상 부도체들(71d,72d,73d)의 전기 절연성 코팅들이 중성인("N") 도체(74d)의 전기 절연성 코팅과 접촉하도록, 중성인("N") 도체(74d)의 단면적은 상 도체덜의 원형 배열의 직경에 따라 조정될 수 있다. 아래에서 예증되는 바와 같이, 본 어플리케이션의 다양한 자가 보호된 케이블들이 향상된 감쇠율들을 가지고, 따라서 전기장과 자기장에 의해 야기된 간섭들에 대해 사실상 면역성을 가진다. 본 어플리케이션의 자가 보호성 케이블들의 전기적 간섭 및 자기적 간섭에 대한 이러한 면역성은, 이들 자가 보호성 케이블의 상호 인덕턴스가 상당히 최소화되고, 따라서 케이블이 외부 자기장들에 덜 민감하다는 사실에 기인한다. 또한, 본 어플리케이션의 자가 보호성 케이블의 감소된 자기 인덕턴스는 본 어플리케이션의 자가 보호성 케이블의 도체들/부도체들을 따라 줄어든 전압 강하를 가져오고, 따라서 이들 케이블의 약간 더 큰 전력 전달 능력을 가져온다.

도 10, 도 11, 및 도 13에 도시된 다양한 삼상 케이블 예들은 또한, 케이블의 중심으로부터 중성인 도체인 "N"을 제거하고, 부도체들과 나란하게 또는 케이블 외부에 놓음으로써, 도 3d 내지 도 3f, 및 도 5e 내지 도 5g에서 설명된 바와 같이 중심 지지 요소를 이용할 수 있다는 점이 주목된다.

케이블들의 자기 인덕턴스에 있어서의 실질적인 감소는, 자가 보호성 케이블들의 전기 임피던스(즉, 저항)가 또한 사실상 감소되고, 이로 인해 케이블의 신호 전달 성질들이 향상된다는 사실을 제공한다. 본 발명의 자가 보호된 케이블들의 실질적으로 감소된 자기 인덕턴스는, 전자기 펄스(EMP) 공격들에 맞서 보호시 이용될 수 있다. 특히, 케이블에서의 부도체들과 그것들의 전기적 연결성의 특별한 배열들은, 본 발명의 자기 보호된 케이블들이 그러한 EMP 공격들에 면역성이 있게 하고, 따라서 이러한 기술은 EMP 공격들에서 살아남을 수 있는 시스템들을 개발하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서 비교적 비싸지 않은 요소들의 단순함 및 용도가 EMP 위협들에 대한 비용면에서 효과적인 해결책들의 개발에 유리하게 이용될 수 있다.

본 어플리케이션의 자가 보호성 케이블 배열로 얻어진 감쇠율은, 그것들의 전기 절연성 코팅들이 접촉하도록, 임의로 그것들의 사이에 끼는 배열을 유지하면서, 서로에 가능한 가깝게 부도체들을 둠으로써 최대화될 수 있다는 점이 주목된다. 이러한 식으로, 자가 보호성 케이블들이 단면적은 최소화될 수 있고, 더 작은 양의 전기 절연성 재킷이 필요해진다.

자가 보호성 케이블들로부터 양호한 성능을 갖기 위해, 도체들의 레이아웃(layout)에 있어서의 정밀한 대칭성이 요구된다. 레이아웃이 더 정밀할수록, 얻어지는 성능이 더 좋아진다. 또한, 도체들/부도체들이 서로 더 가까울수록, 더 나은 감쇠율이 얻어진다. 그러므로, 서로 맞닿게 놓이고 접지 도체를 가지도록 능동 도체들/부도체들을 디자인하는 것이 권고되고, 이러한 접지 도체는 수동적이고 성능에 어떠한 기여도 하지 않으며, 능동 도체들/부도체들 옆에서 사출된다.

만약 필요하다면, 커넥터들을 더 많은 개수의 부도체들로 분할함으로써, 자가 보호된 케이블들의 자기장 감쇠율이 상당히 증가할 수 있다.

비교를 위한 몇몇 성질들

유도 EMF(기전력)는 보통 패러데이 맥스웰 법칙에 의해,

과 같이 표현되고, 여기서

는 자속이며,

= B·S이다.

그러므로, 유도된 전기 전압은

와 같이 계산될 수 있고, 여기서

w=2πf, f=50㎐;

N=3은 코일 권선(winding)의 개수;

S=πr²

21.64[㎠] - 내부 코일 표면;

B - 자속 밀도[Gs];

K는 간섭 전압 감소를 결정하는 턴 쉐이프(turn shape) 인자이고, K<1이다.

표 1은 모두 전류가 30A이고, 전압이 230V이며, 주파수가 50㎐인 경우에 관해 디자인된, 도 7의 자가 보호성 케이블과, 종래의 단상 2개의 코어(core)로 된 전기 케이블 둘레에서 발생된 자속 밀도의 측정치들을 비교한다:

케이블 중심으로부터의 거리	종래의 케이블	도 7의 케이블
20㎝	24mGs	9.0·10^-6mGs
1.0m	0.24mGs	2.9·10^-9mGs

표 2는 전류가 약 240A이고, 전압이 400V, 그리고 주파수가 50㎐인 경우에 관해 디자인된, 도 13의 자가 보호성 케이블과 중성인 도체("N")을 가지는 종래의 삼상 4개 코어를 지닌 케이블(도 8에서 79) 둘레에서 유도된 자기장들이 측정치들을 비교한다:

케이블 중심으로부터의 거리	종래의 케이블	도 13의 케이블
20㎝	348.7mGs	1.2mGs
1.0m	13.7mGs	4.8·10^-4mGs

표 3은 도 6a(단상)와 도 13(삼상 케이블)에 도시된 본 발명의 자가 보호성 케이블들(L_self _- _prot)과 비교한 종래의 전기 케이블(L_conv)의 자기 인덕턴스들 비(ratio)들을 나타낸다.

	단상 케이블	삼상 케이블
L_self _- _prot/L_conv _.	0.202	0.257

표 3에 나타낸 결과들은 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 인덕턴스가 종래의 동축 케이블 디자인들의 것보다 상당히 더 낮을 수 있다는 점을 보여준다.

표 4는 종래의(도 1 및 도 8) 케이블들의 상호 인덕턴스(M_conv)와 도 6a(단상) 및 도 13(삼상 케이블)에 도시된 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 상호 인덕턴스(M_self _- _prot) 사이의 비들을 나타낸다.

	단상 케이블	삼상 케이블
M_self _- _prot/M_conv _.	0.0054	0.04

케이블들과 와이어들의 추가적인 생산 비용들

이후 알게 되듯이, 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 구조들을 비교적 단순하고, 따라서 이들 케이블의 생산 비용들이 등가인 종래의 케이블 디자인들(예를 들면, 각각 도 1 및 도 8에서의 10 및 79)의 생산 비용들보다 약간만 더 높거나 동일할 수 있도록, 이들 케이블의 제작 과정들은 흔히 사용된 케이블들 제작 기술들에 기초할 수 있다.

이어지는 예들에서 논의되는 바와 같이, 본 발명의 자가 보호성 케이블들로 행해진 다양한 실험들과 테스트들에서 얻어진 결과들은, 이들 본 발명의 케이블들이 그것들의 종래의 대응하는 것들에 비해 명확한 장점을 지니고 있음을 가리킨다.

예 1 - 단상 케이블들

외부 자기장에 의해 유도된 간섭들에 대한 본 발명이 자가 보호성 케이블들의 면역성을 예증하는 실험이 아래에서 설명된다.

닫힌 도넛 모양(toroidal)-코어 변압기(모델 HBL-105, PRI:230V - 50㎐(RED-RED) sec. 12V - 8.7A(BLK.BLK.)105VA)가 외부 자기장의 소스(즉, 전자기 간섭)로서 사용되었다. 도넛 모양의 변압기의 와이어들에서 지나가는 전류의 결과로, 약 70 내지 100mGs의 자기장이 둥근 도넛 모양의 개구에 인접하게 만들어졌다. 미리 준비된 다음 케이블들, 즉

1. 약 5㎜의 두께를 각각 가지는 2개의 구리 코어들이 있는 종래의 단상 케이블.

2. 2개의 측(side) 코어들이 그것들의 끝에서 상호 연결된, 3개의 절연된 구리 코어들을 가지는 도 2의 단상 케이블(30).

3. 끝에서 상호 연결된 열십자(crosswise) 코어를 지닌, 4개의 절연된 구리 코어들을 가지는 도 3a의 단상 케이블(20).

4. 끝에서 상호 연결된 번갈아가며 나타나는 코어들이 있는, 원주 방향으로 위치한 8개의 절연된 구리 코어들을 구비한 도 6a의 단상 케이블(60c) 각각에 관해 도넛 모양의 개구를 통해 뽑아지는, 약 155㎜의 직경을 각각 가지는 3개의 상호 연결된 개방 회로(open-circuit) 구리가 감긴다.

위 2)와 3)에서 테스트된 단상 케이블에서의 "P" 및 "N"의 단면적들의 두께는 위 1)에서의 종래의 단상 케이블의 5㎜ 두께와 거의 같다. 이 케이블들 각각에서 유도된 전압(간섭 전압)은 각각의 케이블의 각 측으로부터 2개의 열린 끝 부분들에 걸쳐 측정되었다. 측정된 결과들은 표 5에 나타나 있다.

유도된 간섭 전압의 크기들

케이블 타입	간섭 전압[V]	감쇠율
2개의 코어가 있는 종래의 케이블	0.5÷0.6
3개의 코어가 있는 케이블(도 2)	0.16÷0.2	2.5÷3.75
4개의 코어가 있는 케이블(도 3a)	0.2÷0.3	1.67÷3.0
8개의 코어가 있는 케이블(도 6a)	0.005	100÷120

표 5에서 보이듯이, 본 발명의 자가 보호성 케이블들 실시예들에서 유도된 간섭들은 종래의 케이블에서 유도된 간섭들보다 상당히 더 낮고, 자가 보호성 케이블들에서 통과한 전류로 인해 만들어진 외부 자기장들에 관해 측정된 감쇠율에 거의 비례한다(아래 표 6 참조).

종래의 케이블의 감쇠율과 비교된, 도 2, 도 4, 도 5a, 및 도 7에 도시된 본 어플리케이션의 상이한 자가 보호성 케이블 실시예들의 부근에서의 자기 외부 자기장의 감쇠율이 표 6에 나타나 있다.

케이블로부터의 거리[m]	자속 밀도 감쇠
케이블로부터의 거리[m]	케이블 타입 A	케이블 타입 B	케이블 타입 C	케이블 타입 D
0.1	25	1.7·10³	2.5·10³	8.3·10⁴
0.2	50	6.7·10³	1.0·10⁴	6.7·10⁵
0.4	100	2.7·10⁴	4.0·10⁴	5.4·10⁶
0.6	152	6.1·10⁴	9.0·10⁴	1.8·10⁷
1.0	250	1.7·10⁵	2.5·10⁵	8.3·10⁷
1.4	343	3.2·10⁵	4.8·10⁵	2.2·10⁸
2.0	488	6.7·10⁵	9.9·10⁵	6.7·10⁸

자기 외부 자기장들(즉, 케이블들에 의해 만들어지는)의 감쇠율들은 예상된 것처럼 유도된 간섭 전압들과 상관 관계에 있는 것이 보인다.

예 2 - 삼상 케이블들

종래의 삼상 케이블 디자인들(예를 들면 도 8에서의 79)과 비교된, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 및 도 13에 도시된 본 어플리케이션의 다양한 자가 보호성 삼상 케이블 실시예들에 관한 자기 외부 자기장의 감쇠율이 표 7에 나타나 있다.

케이블로부터의 거리[m]	자속 밀도 감쇠
케이블로부터의 거리[m]	케이블 타입 A	케이블 타입 B	케이블 타입 C	케이블 타입 D	케이블 타입 E
0.1	5.3	5.5	13.9	35.0	37.4
0.2	10.4	10.7	50.5	135.7	289.9
0.4	20.5	21.1	156.6	537.2	22.8·10
0.6	30.7	31.5	255.3	11.9·10²	75.7·10²
1.0	50.9	52.4	369.9	32.1·10²	28.2·10³
1.4	71.2	73.2	414.8	61.0·10²	49.8·10³
2.0	101.6	104.6	447.8	11.7·10³

보이는 것처럼, 자기 외부 자기장(즉, 케이블들에 의해 만들어진 자기장)의 감쇠율들은 외부적으로 유도된 간섭 전압에 대한 감쇠율들과 상관 관계에 있다(표 5).

예 3

이 예에서는, 예 1에서와 같은 설정(setup)이 도 1, 2, 4, 5A, 6A, 및 7 내지 13에 도시된 준비된 자가 보호성 케이블 디자인들을 이용하여 사용되었다. 케이블들에 의해 만들어진 자기장은, 하나는 50㎝만큼 떨어진 것이고, 나머지 하나는 케이블의 중심으로부터 2m만큼 떨어진, 2개의 포인트에서 계산된다(EPRI TLWorkstation^TM을 이용하는).

표 8은 본 발명의 다양한 실시예들로 측정된 감쇠율들을 나타낸다.

도면 번호	타입	자속 밀도[mGs]	자속 밀도에 관한 감쇠율	간섭 전압에 관한 감쇠율
1	종래의 단상	0.96 6.0·10^-2 (전류 30A)	~	~
2	단상 타입 A	7.6·10^-3 1.2·10^-4	126 490	0.16÷0.2
4	단상 타입 B	2.29·10^-5 9.0·10^-8	42000 667000
5A	단상 타입 C	1.5·10^-5 6.1·10^-8	~63400 ~985000
6A	단상 타입 C*		~65·10⁶ ~41.67·10⁸	100-120
7	단상 타입 D		~1.05·10⁷ ~6.67·10⁸
8	종래의 삼상	55 3.4 (전류 240A)
9	삼상 타입 A	2.1 0.03	26 102
10	삼상 타입 B	1.96 0.033	28 104
11	삼상 타입 C	0.26 0.759·10^-2	209 448
12	삼상 타입 D	0.066 0.257·10^-3	830 13200
13	삼상 타입 E	0.565·10^-4 1.06·10^-7	4600 71600

예 4

본 발명의 케이블들을 사용하는 것의 경제적인 양상들

보통은 매우 적은 전류와 높은 주파수 범위를 지닌 케이블들에 관한 외부 자기장의 존재는 무시할 수 있고, 그러므로 이 경우 본 어플리케이션의 자가 보호된 케이블들의 중요한 특징은, 다른 설치에 의해 발생된 외부 자기장들에 대한 낮은 민감도와, 그에 따라 네트워크로의 바라지 않는 신호들의 침투의 위험성이 훨씬 적다는 것이다. 이러한 특징은 컴퓨터들, 민감한 전자 장비, 통신, 모니터링, 및 제어 시스템들을 네트워크에 그리고 네트워크 내부에 연결하기 위해 사용된 케이블들에 있어서 특별히 중요하다. 통신 케이블들의 또 다른 장점은 높은 주파수들에서의 손실이 훨씬 적다는 것이다.

게다가, 본 발명의 자가 보호성 케이블들은 도체 재료의 양을 절감함으로써, 경제적인 이점들을 제공할 수도 있다. 도체 재료에 있어서의 절감은 종래의 삼상 케이블(79)(도 8에 도시된 바와 같은)의 디자인 고려 사항들과, 자가 보호성 삼상 케이블(90)(도 10에 도시된 바와 같은)의 디자인 고려 사항들을 비교함으로써 설명될 것이다. 자가 보호성 삼상 케이블(90)에서는, 각각의 상 도체가 나란히 연결된 2개의 부도체(n=2)로 나누어진다. 양 디자인에서의 전류 밀도가 보존된다면, 전도성 재료의 양 또한 보존된다. 알려진 바와 같이, 표준 요구 조건들에 따르면, 도체 단면적이 작을수록, 그것을 통과하도록 허용되는 전류 밀도가 더 높아진다. 삼상 케이블들(79,90) 사이의 다음 비교는, 낮은 전압의 지하(underground) 케이블에 관한 제작자 사양(specifications)에 기초한다(1㎸까지)(Superior Cables Ltd. Power Cable Catalogue No.833015027).

이 예에서, 종래의(카탈로그 번호 833015027의) 삼상 케이블(79)은 3개의 240㎟ 도체들과, 120㎟ 중성인(zero) 도체를 가지고, 3×465A인 최대 전류에 관해 디자인된다(지면에서는 20℃). 종래의 삼상 케이블(79)은 6개의 상 부도체들과 1개의 중성 도체를 가지는 자가 보호성 케이블(90)로 대체될 수 있고, 이러한 경우 상 도체들의 단면적은 2×95=190㎟이며, 중성 도체에 관해서는 95㎟이다. 파워 케이블 카탈로그 833015027호에 제공된 표에 따르면, 95㎟ 도체에 관한 최대 전류(비슷한 조건 하에서)는 275A인데, 즉 허용된 상 전류는, 종래의 삼상 케이블(79)에서 허용된 465A 대신, 550A와 같아진다.

표준 삼상 케이블에서의 총 도체 재료 단면은 3×240+120=840㎟인데 반해, 자가 보호성 삼상 케이블에서는 7×95=665㎟이다. 따라서, 절감된 도체 재료의 양은

× 100

20%이다. 도체 재료의 양들에 있어서의 또 다른 절감은 표준이 아닌 단면적들을 가지는 부도체들을 사용함으로써 달성될 수 있다.

게다가, 부도체들의 전기 절연성 코팅들의 두께가 표(카탈로그 번호 833015027의, 2.2㎜ 대신 1.6㎜)에 표시되어 있다고 가정하면, 부도체들의 내부 전기 절연성 재료의 양에 있어서의 일정한 절감은 다음 표에 나타낸 바와 같이, 부도체들의 전기 절연성 코팅들의 감소 두께에 의해 달성된 케이블의 외부 직경의 일정한 감소로 인해 달성될 수 있다.

	외부 직경(d_ext)	전기 절연성 재료의 양
종래의 케이블(79)	72.42㎜	S_ins4=S_full-S_co4=4119.1-(3×240+120)=3279.1㎟
자가 보호성 케이블(90)	57㎜	S_ins7=S_full-S_co7=2551.76-(7×95)=1886.76㎟

저항들 및 손실들의 평가

20℃의 온도에서 분리된 상 도체들의 저항은 전술한 카탈로그에서 주어진다. 단면이 240㎟인 도체들을 지닌 표준 삼상 케이블(79)의 경우, 전형적인 저항값이 0.0754Ω/㎞인 R₄가 존재하고, 자가 보호성 삼상 케이블(90)의 경우에는, 값이 0.0965Ω/㎞인 R₇이 존재한다. 하지만, 자가 보호성 삼상 케이블(90)에서의 각각의 상 도체는 임의로 같은 단면적들을 지닌 n개의 부도체(n=2)로 나누어진다. 그러므로, n×s와 같은 단면적을 지닌 상 도체와 비교시 그러한 상의 총 냉각 표면은(여기서, s는 각각의 부도체의 단면적이다)은

의 인자만큼 증가되고, 동시에 n의 인자만큼 상 도체의 등가 열 저항의 증가가 이루어진다.

게다가, 열 복사선 또한 부도체들의 전기 절연성 코팅들의 두께에 있어서의 감소로 인해 증가한다. 그러므로, 그러한 도체의 온도는 떨어지고(20℃ 아래로), 이로 인해 R=R₂₀ _℃[1+α_20℃(θ-20)]~0.095Ω/㎞(여기서 α_20℃= 0.00393[K^-1])의 저항 강하도 일어난다.

케이블에 의해 만들어진 자기장에 의해 접지( earth )에서 유도된 더 낮은 와전류( eddy current )로 인한 에너지 절감의 평가

케이블 근접성(proximity)(예를 들면 접지에서의)에서의 에너지 손실들은 다음 공식, 즉

에 따라 계산될 수 있고, 여기서

ω = 2πf = 314.16[rad/sec]는 각주파수이고,

μ₀= 4π·10^- ⁷[H/m]는 진공 및 접지의 투자율이며,

는 접지의 비전도율이고,

는 단위가 [A/m]인 자기장 밀도의 접지 표면 프로젝션(projection)이며, 이 경우

는 단위가 [mGs]인 접지 표면의 자속 밀도의 프로젝션이다.

트렌치(trench) 내부에서는 케이블이 중심으로부터 접지 표면까지의 거리가 1.0m라고 가정한다. 전류가 465A인 경우 케이블 중심으로부터 1.0m 떨어진 거리에서는, 자속 밀도가

- 종래의 삼상 케이블(79)의 경우는 -26.45mGs와 같고,

- 자가 보호성 삼상 케이블(90)의 경우에는 -0.505mGs와 같다.

거리가 1.0m인 곳에서의 감쇠율은 52.4와 같다(표 1 참조). 수학식 1을 이용하면, 보통 트렌치 표면상의 외부 자기장의 감쇠에 의해 야기된 자기 손실들로 인해 낭비되는 에너지의 절감은

에 의해 계산될 수 있다.

케이블의 중심으로부터 접지 표면까지의 거리인 1.0m는 반경이 1.0m인 원 둘레를 따라 변하지 않은 채로 있다고 가정한다. 그러면, 1㎞인 거리에서의 일반적인 손실 절감은 ΔP = 3.77㎾/㎞이다. 하나의 상당 손실 절감은 1257㎾/㎞와 같고, 이는

인 값에 의한 강 저항 감소에 대응한다.

따라서, 자가 보호성 삼상 케이블(90)의 경우, 등가 상 저항은 R7 = 0.0965 - 0.0058 = 0.0907[Ω/㎞]이다. 케이블을 통해 전달된 총 전력은 P =

·400·465·0.9·10^-3 = 290[㎾]이다(cos

=0.9). 상 저항은 0.0754[Ω/㎞]으로부터 0.0907[Ω/㎞]까지 증가하여, 3308[W]의 손실 증가를 가져오고, 이는 전송된 전력의 1.1%이다. 케이블의 중심으로부터 접지 표면까지의 거리 감소(1.0m 미만인)는

값의 급격한 증가와 ΔP의 증가를 가져오고, 자가 보호성 삼상 케이블(90)의 등가 상 저항의 추가적인 급격한 감소를 가져온다. 보통 400V의 전압에서의 에너지 전송이 1㎞보다 훨씬 짧은 거리에서 이루어진다는 점은 언급할 가치가 있다. 그러므로, 손실들에 있어서의 증가는 무시될 수 있다.

표 10은 약 345A인 전류에 관한 표준 삼상 케이블과, 타입 B 및 타입 E의 삼상 (구리) 케이블들에 관해 얻어진 비교 결과들을 나타낸다.

감쇠율		자속 밀도[mGs]			케이블로부터의 거리
타입E(12×35+70)*[㎟]	타입B(6×70+70)*[㎟]	타입E(12×35+70)*[㎟]	타입B(6×70+70)*[㎟]	표준 케이블(3×150+70)*[㎟]	케이블로부터의 거리
63.7	5.5	32.43	374.8	2067	0.1
335	10.7	1.496	46.83	501.3	0.2
2375	21.1	5.204·10^-2	5.854	123.6	0.4
4583	26.2	1.725·10^-2	3.019	79.06	0.5
7779	31.5	7.029·10^-3	1.735	54.68	0.6
17,937	41.9	1.711·10^-3	7.317·10^-1	30.69	0.8
33,254	52.4	5.9·10^-4	3.746·10^-1	19.62	1.0

*([부도체들의 총 개수]×[각각의 부도체의 단면적]+[접지 부도체의 단면적])

예 5

이 실험은, 아래와 같이 외부 자기장의 존재시 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 감쇠를 측정하도록 디자인되었다.

a. EMF(external magnetic field)가 220V 소스에 연결된 토로이드(Toroid) 파워 변압기에 만들어졌고, EMF에 노출된 CUT(Cable Under Test)가 토로이드의 개구를 통과한다.

b. 3개의 다음과 같은 구성예가 테스트되었다:

ⅰ) 종래의 2개의 코어들 케이블 디자인(도 1에서와 같은)

ⅱ) 도 2에서의 3개의 코어를 지닌 자가 보호성 케이블 구성예로서, 3개의 코어 중 2개는 나란히 전기 접속되어 있다(N=2).

ⅲ) ⅱ)에서와 같지만 8개의 코어가 있는 자가 보호성 케이블 구성예로서, 각각의 4개의 코어가 함께 끝난다(도 6a에 도시된 바와 같이 N=4).

c. 열린 채로 끝나는 CUT에서의 유도된 전압이 외부 자기장의 영향을 평가하기 위해 측정되었다. 부하 전류들로 인한 내부 필드의 영향들을 회피하기 위해, CUT는 로드(load)되어서는 안 된다는 점이 주목된다.

d. 목표는 케이블들 사이의 상대적인 결과들을 비교하는 것이었다.

종래의 케이블을 가지고 한 측정은 다음과 같다:

종래의 2개의 코어를 지닌 케이블 디자인이 측정 장치에 부착되었고, 측정된 결과가 예측된 계산 결과들과 편집되었다. 토로이드 변압기 필드의 중심에서의 70 내지 100밀리-가우스(milli-Gaus)[mGs]에 관해 전압계가 표시하는 것은 0.503[V]이었다.

결과들

측정 결과들

테스트 번호	케이블 타입	코어 개수(n)	"N"	자속[mG]	유도된 간섭전압	새로운 레벨
1	통상적인 구성	2	1	70? 00	0.500	100%
2	기본 구성	3	2	70? 00	0.160	32%
3	개선된 구성	8	4	70? 00	0.005	1%

이들 결과는 간단한 구성(도 2에 도시된 바와 같은)이라도 68% 개선된 것을 나타낸다는 점을 가리킨다. 개선된 구성의 경우에는 99% 개선을 나타낸다.

예 6

이 예에서는, 도 3e에 예증된 단상 케이블 구성을 이용하여 제작된 2개의 오디오 케이블이 테스트되었다. 각각 길이가 4.5m인 테스트된 케이블들이 전력 증폭기를 스피커들에 연결하기 위해 사용되었다. 그 성능은 SPL(sound pressure level) 미터(ADC SLM-100)와, 요시마타 전자회사(Yoshimata Electronics) PC 유틸리티의 스펙트럼 분석(analyze)을 이용하여 테스트되었다. 스피커들과 SPL 미터 사이의 거리는 약 400㎜이었다. SPL 감쇠는 약 -70㏈이었고, 스펙트럼 분석기 베이스라인(baseline)은 약 -45㏈이었다.

측정된 결과들은 도 15의 플롯(plot)에 도시되어 있다. 보시다시피, 본 어플리케이션의 오디오 케이블들은 125㎐ 아래의 주파수들에서 상당히 향상된 성능을 제공한다. 게다가, 중간 주파수들(약 50㎐와 20㎑ 사이의)은 "더 평평(flatter)"하다.

본 어플리케이션의 케이블 구성들의 자기 감쇠 성질들의 중요성은, 자기장들에 지속적으로 노출되는 것이 사람의 건강에 매우 심각한 위험요소를 구성할 수 있다는 사실에 관련된다. 게다가, 방출된 자기장은 컴퓨터들, 통신 시스템들, 측정 장치들, 의료 기기 등과 같은 많은 민감한 장치들의 동작에 영향을 미치고 교란시킬 수 있다. 더욱이, 외부 자기장들을 감쇠시키기 위한 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 성질은, 케이블로부터의 거리가 클수록, 그리고 다상(multiphase) 케이블들의 비대칭적 부하(즉, 상 전류들이 균형이 맞지 않을 때)인 경우, 크게 증가한다. 본 발명의 삼상 케이블 디자인들은 상 사이의 상 차이가 50%보다 작은 비대칭적 부하들 상황에서 만들어진 외부 자기장들을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 점이 주목되었다. 자가 보호성 케이블들의 이러한 성질은, 그것들이 훨씬 더 작은 상호 인덕턴스를 가지고 따라서 이들 케이블이 외부 자기장들에 상당히 덜 민감하다는 사실로부터 생기는 것이다.

본 발명의 자가 보호성 케이블들은 케이블 업계에서 알려진 바와 같은, 종래의 전기 케이블 생산 기술들을 이용하여 제작될 수 있다. 따라서, 도체들과 부도체들은, 예를 들면 편조 선(braided wire)/묶인 선(bundled wire)의 형태로 되어 있는 금속들(예를 들면, 구리나 알루미늄)과 같은 임의의 적절한 전기적으로 전도성인 재료로부터 제작될 수 있다. 비슷하게, 본 발명의 자가 보호성 케이블들에서 사용된 전기 절연성 재킷/코팅들은 PE,PVC 또는 XLPE와 같은, 하지만 이들에 국한되지 않는, 임의의 적절한 전기 절연성 재료로부터 제작될 수 있다.

본 발명의 자가 보호성 케이블들에서 사용된 도체 재료(예를 들면, 구리나 알루미늄과 같은 금속)의 양은, 종래의 케이블 디자인들에 비해, 일반적으로 변하지 않거나 변해도 약간만 변한다는 점이 언급되어야 한다. 이는 또한 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 무게와 사이즈가 거의 변하지 않은 채로 있거나 감소된다는 점을 의미한다. 기계적/전기적 보호를 위한 본 발명의 자가 보호성 케이블들에서 사용된 외부 전기적으로 절연성인 코팅/재킷이 일반적으로 종래의 케이블들의 대응하는 부분들과 동일하지만, 본 발명의 자가 보호성 케이블들에는 자기장 차폐를 위한 강자성(ferromagnetic) 코팅들이 필요가 없으므로, 무게, 사이즈, 및 비용이 감소된다.

본 발명의 자가 보호성 케이블들은 마이크로암페어로부터 수천 암페어의 범위에 이르는, 광범위한 전류들에서 사용될 수 있다. 따라서, 이들 케이블은 전원 공급 케이블들, 통신 케이블들(예를 들면, 컴퓨터들과 민감한 계기 시스템들용의 신호 및 제어 케이블들), 고주파 및 초고주파 장치들용 케이블들로서 사용하는 것, 및 파워 및 변압 스테이션들에서의 매우 높은 전류 접속들(connections)에 적합하다.

본 발명의 자가 보호성 케이블들은, 사용된 측정 계기가 간섭들에 민감한 병원이나 업계의 측정 관찰 점(point)들에 관해 특히 유용하다. 이들 케이블은 또한 방사선에 매우 민감한 사람들의 거실들에 설치하는데 있어서 이상적이고, 또한 콘크리트와 석조 부분(masonry)뿐만 아니라, 건조하고 습기찬 장소들에서 회반죽(plaster) 밑에 넣기에 적합할 수 있다(흔들어지거나(shaken) 찧은(stamped) 콘트릭트에서의 직접적인 설치(laying)는 제외된다).

본 발명의 자가 보호성 케이블들의 다른 가능한 구현예들은, 콘크리트 도관들, 점토 또는 콘트리트 파이프들, 및 빌딩들의 열적(thermal) 절연 재료들, 경량(light duty) 장비에서, 가전 제품들(예를 들면, 주방의 요리 및 가열 장치, 사무실들, 냉장고, 세탁기, 스핀-드라이버 등과 같은 축축하고 물기가 많은 영역들에서의 가전 기구들)용의 커넥터 케이블들로서 사용하는 것을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 자가 보호성 케이블들의 자기 인덕턴스가 감소되면, 케이블들을 따라 이루어지는 전압 강하의 감소를 가져오고, 따라서 더 큰 파워 전송 능력을 가져온다는 점이 주목된다.

물론 위 예들과 설명은 예시의 목적으로만 제공되었고, 어떠한 식으로든 본 발명은 제한하려는 의도는 없다. 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 모두 위에서 설명한 것으로부터의 2개 이상의 기술을 이용함으로써, 매우 다양한 방식으로 행해질 수 있다.

Claims

종래의 최초 케이블 디자인의 미리 결정된 최대 허용된 전류 밀도를 가지는 전기 케이블의 제조 방법으로서,
상기 전기 케이블은 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 갖고,
상기 방법은 부도체(sub-conductor)들의 적어도 2개의 세트로부터 상기 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 갖는 상기 전기 케이블을 구성하는 단계를 포함하고 ― 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트는 각각 상기 종래의 최초 케이블 디자인의 대응하는 도체와 연관됨 ―,
상기 구성하는 단계는,
상기 부도체들의 각각의 세트에서 상기 부도체들의 단면적들의 합이 상기 종래의 최초 케이블 디자인의 상기 대응하는 도체의 도체 단면적보다 작고 상기 종래의 최초 케이블 디자인이 상기 최대 허용된 전류 밀도에 관해 만족시키도록, 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 각각에서 상기 부도체들에 관한 단면적들과 개수 n을 선택하는 단계;
상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 중 하나의 각각의 부도체가 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 중 적어도 다른 하나의 적어도 하나의 이웃하는 부도체에 인접하고 나란하게 놓이도록, 사이에 끼이는 방식으로 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트의 부도체들을 배열하는 단계 ― 상기 적어도 하나의 이웃하는 부도체는 상기 케이블의 상이한 전류 방향 또는 전기적 상과 연관됨 ―; 및
상기 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 갖는 케이블이 동작중일 때, 이웃하는 부도체들 각각의 전류가 반대의 전류 방향 또는 상이한 전기적 상을 가지도록, 부도체들의 동일한 세트의 부도체들을 전기적으로 병렬 접속하는 단계를 포함하여,
상기 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 갖는 케이블의 무게 및 전기 전도성 및 절연성 물질의 양을 감소시키고, 상기 종래의 케이블 디자인의 상기 미리 결정된 허용된 전류 밀도를 감소시키며, 동작시 외부 자기 간섭들에 대한 케이블의 면역성을 제공하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
부도체들을 배열하는 상기 단계는, 케이블의 기하학적 단면 중심 가까이에는 더 큰 단면적들을 가지는 부도체들을 놓는 것과, 케이블 단면의 경계들 가까이에는 더 작은 단면적을 가지는 부도체들을 놓는 것을 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
정사각형, 평행 사변형 또는 직사각형 구조를 형성하도록 부도체들을 배열하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
원의 원주 상에 부도체들을 배열하는 단계를 포함하는, 방법.
제 4 항에 있어서,
원의 중심에 놓은 접지 도체를 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
제 4 항에 있어서,
케이블의 부도체들 옆에 그리고 나란하게 놓은 접지 도체를 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
제 4 항에 있어서,
부도체들을 배열하는 상기 단계는, 케이블 내부에서 상기 부도체들을 붙잡고 움직이지 않게 하도록 구성되고 동작 가능한 중심 지지 요소 둘레에 상기 부도체들을 배열하는 단계를 포함하는, 방법.
제 1 항에 있어서,
속이 빈 관 모양을 가진 적어도 하나의 중성 도체 내에서 케이블의 모든 도체들 및/또는 부도체들을 둘러싸는 단계를 포함하는, 방법.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이블은, 원주 상에서의 이웃하는 부도체들 사이의 각도가 120°/n이고, 동일한 상을 운반하는 원주 상에서 인접하게 위치한 부도체들 사이의 각도가 360°/n이 되도록, 부도체들을 배열하는 것을 포함하는 삼상 케이블이고, n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수인, 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 케이블은 삼상 케이블이고, 상기 방법은 원의 중심에서 하나의 전기적 상을 운반하는 단일 도체를 놓는 단계와, 원주 상에서의 이웃하는 부도체들 사이의 각도가 180°/n이고, 동일한 상을 운반하는 인접하게 위치한 도체들 사이의 각도가 360°/n이 되도록, 모든 다른 상들의 부도체들을 배열하는 단계를 포함하고, n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수인, 방법.
제 1 항에 있어서,
케이블의 전류 도체들 각각을 n개의 부도체로 분할함으로써, 케이블의 인덕턴스를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
제 11 항에 있어서,
적어도 n의 인자만큼 케이블의 열 저항을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
종래의 케이블 최초 디자인의 최대 허용된 전류 밀도를 가지는 전기 케이블 구조 장치로서,
상기 전기 케이블 구조 장치는 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 제공하도록 구성되고, 상기 전기 케이블 구조는 부도체(sub-conductor)들의 적어도 2개의 세트를 포함하고,
상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 각각은 외부 자기장들에 감쇠율을 제공하기 위해 선택된 미리 결정된 개수(n)의 부도체를 포함하고, 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 각각의 부도체들은 부도체들의 다른 세트들의 전류 방향 또는 상과는 상이한 1개의 방향에서 전류 또는 1개의 전기적 상의 전류를 운반하기 위해 서로 병렬로 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트의 부도체들은 상기 부도체들의 상이한 세트들의 각각의 2개의 이웃하는 부도체에서의 전류가 반대 방향에 있거나 상이한 전기적 상에 있도록, 사이에 끼이는 방식으로 이격되어 배열되며,
상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 중 n개의 부도체의 단면적들은, 상기 부도체들의 세트의 상기 n개의 부도체의 단면적들의 합이 상기 종래의 케이블 최초 디자인의 대응하는 도체 단면적보다 작고 그것의 최대 허용된 전류 밀도에 따르도록 선택되어, 전도성 및 절연성 물질의 총량을 감소시키고 상기 종래의 케이블 최초 디자인에 관한 상기 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 갖는 케이블의 무게를 감소시키며 외부 자기장들에 대한 최대 허용된 전류 밀도와 감쇠율을 가지는, 전기 케이블 구조 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 부도체들은 정사각형, 평행 사변형 또는 직사각형 구조를 형성하도록 배열되는, 전기 케이블 구조 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 부도체들은 원의 원주 상에 배열되는, 전기 케이블 구조 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 부도체들은 상기 부도체들을 붙잡고 움직이지 않게 하도록 구성되고 동작 가능한 중심 지지 요소 둘레에 배열되는, 전기 케이블 구조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 중심 지지 부재는 상기 부도체들의 직경과 거의 같은 직경을 지닌 가늘고 긴 원통형 요소인, 전기 케이블 구조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 중심 지지 부재는 복수의 가늘고 긴 톱니 모양들을 정하도록 구성된 가늘고 긴, 점이 여러 개 있는 별 모양의 요소이고, 상기 부도체들 각각은 상기 톱니 모양들 중 하나에 수용되고 붙들리는, 전기 케이블 구조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 중심 지지 부재는 복수의 가늘고 긴 홈들을 정하도록 구성된 가늘고 긴, 점이 여러 개 있는 아스테릭스 모양의 요소이고, 상기 부도체들 각각은 상기 홈들 중 하나에 수용되고 붙들리는, 전기 케이블 구조 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 중심 지지 요소 내부에 놓이고 상기 중심 지지 요소의 길이를 따라 지나가는 접지 도체를 포함하는, 전기 케이블 구조 장치.
제 15 항에 있어서,
원의 중심에 놓이는 접지 도체를 포함하는, 전기 케이블 구조 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 부도체들 옆에 그리고 나란하게 놓인 접지 도체를 포함하는, 전기 케이블 구조 장치.
제 13 항에 있어서,
케이블의 모든 다른 도체들 및/또는 부도체들을 둘러싸는 속이 빈 관의 모양을 하고 있는 적어도 하나의 중성 도체를 포함하는, 전기 케이블 구조 장치.
제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이블은 3상 케이블 구조로서 구성되고, 상기 3상 케이블 구조는 3개의 상의 전류를 각각 운반하기 위한 부도체들의 3개의 세트를 포함하는, 전기 케이블 구조 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 원주 상에서의 이웃하는 부도체들 사이의 각도가 120°/n이고, 동일한 상을 운반하는 상기 원주 상에서 인접하게 위치한 부도체들 사이의 각도가 360°/n이며, n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수인, 전기 케이블 구조 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 케이블은, 하나의 전기적 상이 원의 중심에 놓인 단일 도체에 의해 운반되고, 원주 상에서의 이웃하는 부도체들 사이의 각도가 180°/n이며, 동일한 상을 운반하는 인접하게 위치한 도체들 사이의 각도가 360°/n인, 삼상 케이블이고, n은 각각의 전기적 상에서의 부도체들의 개수인, 전기 케이블 구조 장치.
제 13 항에 있어서,
더 큰 단면적들을 가지는 부도체들이 케이블의 기하학적 단면 중심에 더 가깝게 위치하고, 더 작은 단면적들을 가지는 부도체들은 케이블 단면의 경계들에 더 가깝게 위치하는, 전기 케이블 구조 장치.
제작자 사양에 따른 케이블 디자인의 최대 허용된 전류 밀도를 가지는 전기 케이블 구조 장치로서,
상기 전기 케이블 구조 장치는 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 제공하도록 구성되고, 부도체(sub-conductor)들의 적어도 2개의 세트를 포함하고,
상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 각각은 자기장 감쇠율을 제공하기 위해 선택된 미리 결정된 n개의 부도체들을 포함하고, 상기 부도체들의 상기 적어도 2개의 세트 각각의 부도체들은 부도체들의 다른 세트들의 전류 방향 또는 상과는 상이한 1개의 방향에서의 전류 또는 1개의 전기적 상의 전류를 운반하기 위해 서로 전기적으로 병렬 접속되어 있으며, 상기 부도체들의 상이한 세트들의 각각의 2개의 이웃하는 부도체들에서의 전류가 반대 방향으로 흐르거나 상이한 전기적 상의 것이도록 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트의 부도체들은 사이에 끼이는 방식으로 배열되고, 상기 부도체들의 적어도 2개의 세트 각각에서의 n개의 부도체의 각각의 부도체의 단면적은 부도체들의 상기 미리 결정된 개수인 n에 의해 나누어진 최대 허용된 전류에 관한 제작자 사양에 따른 상기 케이블 디자인의 도체 단면적(a_cond)보다 작은 부도체 단면적(a_sub)(a_sub<a_cond/n)을 얻기 위해 선택되어, 제작자 사양의 상기 케이블 디자인에 대한 상기 외부 자기 간섭들에 대한 면역성을 갖는 케이블의 무게와 전도성 및 절연성 물질의 총량을 감소시키고, 그것의 최대 허용된 전류 밀도와 자기장 감쇠율을 가지는, 전기 케이블 구조 장치.
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