KR102233791B1 - 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법에 관한 것으로, 상기 전력 케이블은 노출된 도체 섹션을 포함하는 도체를 갖고, 상기 전력 케이블은 도체의 대부분의 주위에 이미 제공된 절연 시스템을 포함한다. 절연 시스템은 도체 주위에 배치된 내부 반도체 층, 내부 반도체 층 주위에 배치된 절연 층, 및 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층을 포함하고, 상기 도체는 노출된 도체 섹션을 갖는다. 본 방법은, a) 노출된 도체 섹션을 몰드 내에 위치결정하는 단계, 및 b) 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 몰딩하는 단계를 포함하고, 절연 시스템의 몰딩은 제 1 몰드 캐비티에 제 1 반도체 화합물을 주입하여 노출된 도체 섹션 주위에 내부 반도체 층을 형성하는 것, 제 2 몰드 캐비티에 절연 화합물을 주입하여 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 형성하는 것, 그리고 제 3 몰드 캐비티에 제 2 반도체 화합물을 주입하여 절연 층 주위에 외부 반도체 층을 형성하는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 전력 케이블에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법에 관한 것이다.
오늘날 고전압 (HV) 케이블은 전형적으로 가교결합된 폴리에틸렌 (XLPE) 으로 제조된다. 가교결합은 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 기재에 소량의 디큐밀 퍼옥사이드 (dicumyl peroxide; DCP) 를 첨가함으로써 획득될 수 있다.
공장, 바다 또는 가요성 HV 전력 케이블 조인트는 보통 여러 층으로 도체 주위에 감긴 가교결합가능한 테이프를 사용하여 제조된다. 이 층들은 반도체 재료로 제조될 수도 있는 최내층, 반도체 층 주위에 배치된 절연 층 및 또한 반도체 재료로 제조된 최외층으로 이루어질 수도 있다. 절연 층은 예를 들어 XLPE 로 제조될 수도 있고, 반도체 층은 카본블랙으로 충전된 XLPE 로 제조될 수도 있다. 테이프는 접합될 두 케이블의 테이퍼드 절연부의 두 케이블 단부들 사이에 수동으로 래핑된다. 그러고 나서, 이 3 개의 층의 각각은 별도의 단계에서 열 및 압력 하에서 경화되어서, 테이프가 함께 용융되어 보이드없이 균질한 재료를 형성한다.
공장 조인트의 절연 시스템 및 그러한 공장 조인트에 사용되는 테이프는 엄격한 청결 조건 하에서 케이블 공장에서 제조된다. 결함있는 전력 케이블의 절연 시스템을 복원해야 하는 경우에도 마찬가지이다. 수동 조인팅 또는 복원 절차가 오래 걸리고 오염에 취약하다. 3 교대 근무 스케줄에서 요구되는 가교결합 프로세스를 포함하여 최대 4 일 또는 그 이상의 제조 시간이 필요할 수도 있다. 또한, 조인팅/복원 절차를 수행하는 사람은 조인팅을 수행할 권한이 부여되기까지 수년간 교육받아야 한다. 또한, 절연 성능을 손상시키는 것으로 알려진, 가교결합 반응의 극성 부산물을 탈기 (degas) 하기 위해 열처리에 추가 시간이 필요하다. 후자의 프로세스는 수일에서 수주까지 지속될 수 있다.
상술한 내용을 고려하여, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하거나 또는 적어도 완화시키는 것이다.
따라서, 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법이 제공되며, 전력 케이블은 노출된 도체 섹션을 포함하는 도체를 갖고, 전력 케이블은 도체의 대부분의 주위에 이미 제공된 절연 시스템을 포함하고, 절연 시스템은 도체 주위에 배치된 내부 반도체 층, 내부 반도체 층 주위에 배치된 절연 층, 및 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층을 포함하고, 본 방법은, a) 노출된 도체 섹션을 몰드 내에 위치결정하는 단계, 및 b) 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 몰딩하는 단계를 포함하고, 절연 시스템의 몰딩은 제 1 몰드 캐비티에 제 1 반도체 화합물을 주입하여 노출된 도체 섹션 주위에 내부 반도체 층을 형성하는 것, 제 2 몰드 캐비티에 절연 화합물을 주입하여 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 형성하는 것, 그리고 제 3 몰드 캐비티에 제 2 반도체 화합물을 주입하여 절연 층 주위에 외부 반도체 층을 형성하는 것을 포함한다.
이로써 얻을 수 있는 효과는 감소된 제조 및 열처리 시간/비용이다. 인젝션 몰딩을 이용함으로써, 주로 오랜 가황 단계의 부존재로 인해 절연 시스템의 제조 시간이 40% 까지 감소될 수 있고 게다가 탈기없는 케이블 시스템에서의 열처리에 소비되는 시간을 완전히 제거할 것으로 예상된다.
추가적인 장점으로, 테이프가 필요 없기 때문에 반도체 층 테이프 및 절연 층 테이프의 생산 비용이 들지 않는다. 또한, 예를 들어 조작자에게 덜 의존하는 프로세스로 인해 생산 품질은 더 일정하게 유지될 수 있다. 이로써, 더 적은 보이드와 결함, 더 양호한 인터페이스, 및 더 청결한 제조 프로세스로 인해 성능 및 신뢰도가 향상된다.
일 실시형태에 따르면, 단계 a) 는 노출된 도체 섹션을 몰드 내의 제 1 몰드 인서트 내에 위치결정하는 것을 포함하고, 제 1 몰드 인서트는 제 1 몰드 캐비티를 형성하고 제 1 내부 직경을 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 단계 a) 는 제 1 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 절연 시스템 주위에 제 1 밀봉 링을 위치결정하는 것, 그리고 제 1 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 절연 시스템 주위에 제 2 밀봉 링을 위치결정하는 것을 더 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 단계 b) 는, b1) 제 1 몰드 인서트에 제 1 반도체 화합물을 주입함으로써, 노출된 도체 섹션 주위에 내부 반도체 층을 제공하여서, 내부 반도체 층이 제공된 섹션을 형성하는 단계; b2) 몰드로부터 제 1 몰드 인서트를 제거하고, 제 1 내부 직경보다 더 큰 제 2 내부 직경을 갖는 제 2 몰드 인서트 (제 2 몰드 인서트는 제 2 몰드 캐비티를 형성함) 를 몰드 내로 위치결정하는 단계; b3) 내부 반도체 층이 제공된 조인트 섹션을 제 2 몰드 인서트 내에 위치결정하는 단계; b4) 제 2 몰드 인서트에 절연 화합물을 주입함으로써, 내부 반도체 층이 제공된 섹션의 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 제공하여서, 절연 층이 제공된 섹션을 형성하는 단계; b5) 몰드로부터 제 2 몰드 인서트를 제거하고, 제 2 내부 직경보다 더 큰 제 3 내부 직경을 갖는 제 3 몰드 인서트 (제 3 몰드 인서트는 제 3 몰드 캐비티를 형성함) 를 몰드 내로 위치결정하는 단계; b6) 절연 층이 제공된 섹션을 제 3 몰드 인서트 내에 위치결정하는 단계; 및 b7) 제 3 몰드 인서트에 제 2 반도체 화합물을 주입하여, 절연 층이 제공된 섹션의 절연 층 주위에 외부 반도체 층을 제공하는 단계를 포함한다.
몰딩될 각 층에 하나씩 여러 개의 몰드 인서트를 활용함으로써, 모든 층을 위해 하나의 몰드가 사용될 수도 있기 때문에 비용이 저감될 수 있다. 또한, 몰드 인서트들과 함께 단일 몰드의 활용은, 각 층을 위해 전체 몰드를 대체할 필요가 없으므로 제조 시간을 단축시킨다.
일 실시형태에 따르면, 단계 b3) 는, 제 2 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 절연 시스템 주위에 제 3 밀봉 링을 위치결정하는 것, 그리고 제 2 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 절연 시스템 주위에 제 4 밀봉 링을 위치결정하는 것을 더 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 단계 b6) 는, 제 3 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 절연 시스템 주위에 제 5 밀봉 링을 위치결정하는 것, 그리고 제 3 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 절연 시스템 주위에 제 6 밀봉 링을 위치결정하는 것을 더 포함한다.
밀봉 링의 적절한 치수를 선택함으로써, 케이블의 소성 변형을 피할 수 있다. 절연 층 및 반도체 층의 소성 변형은 국소장 (local field) 강화를 유도하는 전기적 성능에 부정적인 영향을 미친다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 밀봉 링, 제 2 밀봉 링, 제 3 밀봉 링, 제 4 밀봉 링, 제 5 밀봉 링, 및 제 6 밀봉 링의 각각은 금속제이다.
일 실시형태에 따르면, 몰드는 각 몰드 사이클의 시작 시에 단지 단일 게이트 개구를 구비하는 링형상 러너를 갖는 링형상 러너 시스템을 포함하고, 단일 게이트 개구는 스프루의 반대편에 위치된다.
일 실시형태에 따르면, 몰드는 각 몰드 사이클의 시작 시에 제 1 위치에 배치되어서 단일 게이트 개구를 형성하는 가동 슬리브를 포함하고, 상기 방법은 링형상 러너의 전체 둘레를 따라 게이트를 획득하기 위해 제 1 위치로부터 제 2 위치로 축선방향으로 슬리브를 이동시키는 것을 포함하고, 슬리브는 제 1 반도체 화합물, 절연 화합물 및 제 2 반도체 화합물 중의 어느 것이 단일 게이트 개구에 도달한 때에 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동된다.
이로써, 캐비티의 균일한 충전이 획득될 수 있다. 종래의 러너 시스템은 잠재적으로 도체의 편심 문제를 야기할 수 있는 캐비티의 균형잡히지 않은 충전을 초래하여, 결국 불리한 전기적 성능을 초래한다. 링형상 러너 시스템은 접합된 전력 케이블의 전기적 및 기계적 성능에 잠재적으로는 부정적으로 영향을 줄 수 있는 뚜렷한 용접선(들)을 얻을 위험을 또한 감소시킨다. 더욱이, 링형상 러너 시스템의 준개방 게이트 구조 때문에, 링형상 러너가 주입된 화합물로 충전됨으로 인해 몰딩 중에 공기가 몰드 캐비티 내로 가압될 수도 있다. 이로써, 링형상 러너의 공기 트랩/디젤 효과 문제를 피할 수 있다.
이 링형상 러너 시스템은 3 개의 층 모두, 즉 내부 반도체 층, 절연 층 및 외부 반도체 층을 몰딩할 때 활용될 수도 있다. 각각의 몰드 인서트는 예를 들어 이 목적을 위해 개별 링형상 러너 시스템을 구비할 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 몰드는 제 1 반도체 화합물, 절연 화합물 및 제 2 반도체 화합물 중의 하나가 링형상 러너에 주입된 후에 단일 게이트 개구에 도달했는지 여부를 결정하기 위해 압력과 온도 중의 하나를 감지하도록 배치된 센서를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 전력 케이블은 고전압 전력 케이블이다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 반도체 화합물 및 제 2 반도체 화합물의 각각은 반도체 또는 도체 개재물로 충전된 열가소성 재료를 포함하고, 절연 화합물은 열가소성 재료이다.
일 실시형태에 따르면, 전력 케이블은 도체가 제 1 노출된 도체 섹션을 갖는 제 1 도체인 제 1 전력 케이블이고, 상기 방법은, 단계 a) 에 앞서, 제 1 노출된 도체 섹션을 제 2 전력 케이블의 제 2 노출된 도체 섹션과 접합하여 노출된 도체 섹션을 획득하는 것을 포함하고, 제 2 전력 케이블은 제 2 도체와 제 2 도체 주위에 배치된 내부 반도체 층, 내부 반도체 층 주위에 배치된 절연 층, 및 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층을 갖는다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 명세서에 제시된 제 1 양태에 따른 방법에 의해 획득 가능한 전력 케이블이 제공된다.
일반적으로, 청구항에 사용된 모든 용어는, 명시적으로 달리 정의되지 않는 한, 기술분야에서의 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "(상기) 요소, 장치, 부품, 수단" 등의 모든 언급은, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 그 요소, 장치, 부품, 수단 등의 적어도 하나의 실례를 지칭하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다.
이제, 본 발명의 개념의 특정 실시형태가 첨부 도면을 참조하여 예로서 기술될 것이다.
도 1 은 전력 케이블의 노출된 도체 부분 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법의 플로차트이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 방법의 변형예의 플로차트이다.
도 3 은 도 1 및 도 2 의 방법들에 따른 몰딩에 의한 절연 시스템을 제조하기 위해 이용되는 장치의 일 예의 개략도이다.
도 4 는 밀봉 링의 일 예의 두 개의 절반부의 상면도이다.
도 5a 는 링형상 러너 시스템의 일 예의 단면도이다.
도 5b 및 도 5c 는 도 5a 의 링형상 러너 시스템의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6d 는 몰드 사이클 동안 링형상 러너 시스템의 제 2 예의 개략 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 방법의 변형예의 플로차트이다.
도 3 은 도 1 및 도 2 의 방법들에 따른 몰딩에 의한 절연 시스템을 제조하기 위해 이용되는 장치의 일 예의 개략도이다.
도 4 는 밀봉 링의 일 예의 두 개의 절반부의 상면도이다.
도 5a 는 링형상 러너 시스템의 일 예의 단면도이다.
도 5b 및 도 5c 는 도 5a 의 링형상 러너 시스템의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6d 는 몰드 사이클 동안 링형상 러너 시스템의 제 2 예의 개략 사시도이다.
본 발명의 개념은 예시적인 실시형태들이 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 개념은 많은 상이한 형태로 구현될 수도 있으며, 본 명세서에 설명된 실시형태들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며; 오히려, 이 실시형태들은 본 개시가 철저하고 완전하며 당업자에게 본 발명의 개념의 범위를 충분히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 설명 전체에 걸쳐 유사한 도면부호들은 유사한 요소들을 지칭한다.
본 발명은 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축 또는 완성하는 방법에 관한 것으로, 상기 전력 케이블은 전력 케이블의 대부분의 도체 주위에 배치된 기존의 절연 시스템을 이미 구비하고 있다. 노출된 도체 섹션 주위에 구축된 절연 시스템은 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 내부 반도체 층을 몰딩하고 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 몰딩하고 절연 층 주위에 외부 반도체 층을 몰딩함으로써 구축된다. 구축은 제조 결함이 있는 절연 시스템을 갖는 전력 케이블의 절연 시스템 복원을 포함하거나, 또는 제 1 전력 케이블과 제 2 전력 케이블을 접합하여 전력 케이블을 형성하는 것을 포함할 수도 있고, 이 경우 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템이 구축되고, 이는 제 1 전력 케이블과 제 2 전력 케이블의 두 개의 접합된 도체들 사이의 조인트를 포함한다. 이러한 타입의 절연 시스템 구축은 절연 시스템에 불순물이 유입되지 않도록 복원에 높은 정도의 청결도가 요구되므로 공장에서 보통 수행된다.
전력 케이블은 고전압 전력 케이블일 수도 있다. 전력 케이블은 다수의 코어 (즉, 각각의 전기적 위상에 대해 하나, 그 경우 각각의 코어는 본 명세서에 기술된 방법에 따라 접합될 수도 있음) 를 갖는 교류 (AC) 전력 케이블, 또는 직류 (DC) 전력 케이블일 수도 있다.
이제, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 제 1 예가 설명될 것이다. 이 예에서, 구축은 접합된 제 1 전력 케이블과 제 2 전력 케이블의 절연 시스템을 구축 또는 제조하는 것을 포함한다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 전력 케이블 (C1) 은 제 1 도체 (4a), 및 제 1 도체 (4a) 주위에 배치된 내부 반도체 층 (4b), 내부 반도체 층 (4b) 주위에 배치된 절연 층 (4c), 및 절연 층 (4c) 주위에 배치된 외부 반도체 층 (4d) 을 포함하는 제 1 절연 시스템을 포함한다.
제 1 전력 케이블 (C1) 과 유사하게, 제 2 전력 케이블은 제 2 도체, 및 제 2 도체 주위에 배치된 내부 반도체 층, 내부 반도체 층 주위에 배치된 절연 층, 및 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층을 포함하는 제 2 절연 시스템을 포함한다.
여기에 개시된 접합을 준비하기 위해, 제 1 절연 시스템은 테이퍼링 섹션을 보통 가지며, 이는 제 1 도체의 노출된 단부 섹션을 향해 가늘어진다. 유사하게, 제 2 절연 시스템은 테이퍼링 섹션을 보통 가지며, 이는 제 1 도체의 노출된 단부 섹션를 향해 가늘어진다.
여기에 제시된 방법들에 의해, 제 1 절연 시스템 및 제 2 절연 시스템의 각각은, 제 1 도체의 노출된 단부 섹션 및 제 2 도체의 노출된 단부 섹션이 접합되었을 때, 단일 통합 절연 시스템이 획득될 수 있도록 복원될 수도 있다. 여기에 개시된 접합은 제 1 전력 케이블 및 제 2 전력 케이블의 접합된 도체들 주위에 감긴 테이프들의 수 개의 층들을 사용하여 그 절연 시스템을 복원하는 현재의 접합 해법을 대체한다.
제 1 전력 케이블을 제 2 전력 케이블과 접합하기 위해, 제 1 도체가 제 1 절연 시스템 없이 노출된 단부 섹션을 갖는 것이 보장된다. 이는 제 1 위치에서 제 1 도체의 이 부분에 어떠한 제 1 절연 시스템을 제공하지 않음으로써 획득될 수도 있고, 또는 제 1 절연 시스템은 접합 목적을 위해 제 1 전력 케이블의 이 섹션으로부터 제거될 수도 있다. 제 1 절연 시스템은 제 1 도체의 노출된 단부 섹션을 향해 가늘어질 수도 있다.
또한, 제 2 도체는 제 2 절연 시스템 없이 노출된 단부 섹션을 갖는다. 이는 제 1 위치에서 제 2 도체의 이 부분에 어떠한 제 2 절연 시스템을 제공하지 않음으로써 획득될 수도 있고, 또는 제 2 절연 시스템은 접합 목적을 위해 제 2 전력 케이블의 이 섹션으로부터 제거될 수도 있다. 제 2 절연 시스템은 제 2 도체의 노출된 단부 섹션을 향해 가늘어질 수도 있다.
이제, 도 1 을 참조하여, 제 1 전력 케이블을 제 2 전력 케이블과 접합하는 일반적인 방법을 설명한다.
제 1 도체의 노출된 단부 섹션과 제 2 도체의 노출된 단부 섹션은 접합되어서 노출된 도체 섹션을 형성한다. 이 접합은 보통 열적 결합에 의해, 예컨대 용접에 의해 수행된다.
단계 a) 에서, 노출된 도체 섹션은 몰드 내에 위치결정된다.
단계 b) 에서, 절연 시스템이 노출된 도체 섹션 주위에 몰딩된다. 절연 시스템의 몰딩은 제 1 몰드 캐비티에 제 1 반도체 화합물을 주입하여 노출된 도체 섹션 주위에 내부 반도체 층을 형성하는 것, 제 2 몰드 캐비티에 절연 화합물을 주입하여 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 형성하는 것, 그리고 제 3 몰드 캐비티에 제 2 반도체 화합물을 주입하여 절연 층 주위에 외부 반도체 층을 형성하는 것을 포함한다.
몰딩의 단계 b) 는 각 층에 하나씩 여러 개의 몰드를 이용하는 것을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 각 층에 하나씩 여러 개의 몰드 인서트가 사용될 수도 있다. 몰딩되는 각 층에 대해, 몰드 인서트가 몰드 내에 위치결정되어서, 특정 층이 몰딩될 수 있는 몰드 캐비티를 형성할 수도 있다. 여러 개의 몰드 대신에 몰드 인서트들을 이용함으로써, 단지 단일 몰드에 투자해야 하는 비용 절감으로 인해 그리고 몰딩 프로세스 중에 전체 몰드를 대체해야 하는 것 대신에 단지 몰드 인서트들에 의해 몰드의 내부를 대체해야 하기 위한 감소된 시간으로 인해 비용이 절감될 수 있다.
도 2 는 여러 개의 몰드 인서트들을 이용하는 방법의 대안예를 더 상세하게 묘사한다. 본 방법에서, 상이한 타입 및 상이한 직경의 중합체 층들의 오버몰딩을 다루는데 인젝션 몰드가 사용된다. 그러한 몰드는 모든 중합체 층들에 사용되는 통합 러너 시스템을 갖는 공통 프레임을 포함할 수도 있다. 공통 프레임은 냉각 회로 및 방출 시스템을 또한 포함할 수도 있다.
따라서, 절연 시스템을 복원하기 위해 여러 개의 몰드 인서트들 (각 층에 하나의 몰드 인서트) 이 사용되는 때, 단계 a) 는 몰드 내의 제 1 몰드 인서트에 노출된 도체 섹션을 위치결정하는 것을 더 포함한다. 제 1 몰드 인서트는 제 1 몰드 캐비티를 형성하고, 제 1 내부 직경을 갖는다. 이 제 1 내부 직경은 내부 반도체 층의 외부 직경에 상응한다.
도 3 은 제 1 도체 (4a) 를 갖는 제 1 전력 케이블 (C1) 및 제 2 도체 (6a) 를 갖는 제 2 전력 케이블 (C2) 을 포함하는 장치 (1) 를 도시하며, 이들은 접합된 전력 케이블의 절연 시스템의 상이한 층들을 위한 몰드 인서트들을 이용하여 접합되어 있다. 특히, 장치 (1) 는 몰드 인서트, 예컨대 제 1 몰드 인서트 (3), 및 밀봉 링들, 예컨대 제 1 밀봉 링 (R1) 및 제 2 밀봉 링 (R2) 을 포함한다. 예시된 몰드 인서트는 몰드 캐비티를 형성하고, 상이한 직경 층들이 서로 주위에 몰딩될 수 있도록 내부 치수가 상이하다는 것을 제외하면 본원에 기술된 모든 몰드 인서트, 즉 제 1 몰드 인서트, 제 2 몰드 인서트 및 제 3 몰드 인서트에서 유사하다. 밀봉 링들은 몰딩 중에 몰드 인서트 내에 중합체 화합물, 예컨대 제 1 반도체 화합물, 절연 화합물 및 제 2 반도체 화합물을 유지하도록 그리고 몰드에 대해 제 1 전력 케이블 및 제 2 전력 케이블을 고정시키도록 배치된다.
따라서, 단계 a) 는 제 1 몰드 인서트 (3) 를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 제 1 절연 시스템 주위에 제 1 밀봉 링 (R1) 을 위치결정하는 것을 더 포함할 수도 있다. 단계 a) 는 제 1 몰드 인서트 (3) 를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 제 2 절연 시스템 주위에 제 2 밀봉 링 (R2) 을 위치결정하는 것을 또한 포함할 수도 있다. 이하에서 이해되는 바와 같이, 각각의 몰드 인서트는 개별 밀봉 링들과 연관될 수도 있다.
밀봉 링 (R) 의 예가 도 4 에 도시되어 있다. 특히 두 개의 절반부 (5, 7) 가 도시되어 있다. 밀봉 링 (R) 은 몰딩될 대응 층 주위에 견고한 끼워맞춤 (tight fit) 을 제공하도록 배치된 튜브형 부분 (9) 을 갖는다. 따라서, 튜브형 부분 (9) 은 요구되는 견고성을 제공하고 대응 몰드 인서트의 내부 직경에 본질적으로 대응할 수도 있는 내부 직경 (d) 을 가질 수도 있다. 이 내부 직경 (d) 은 상응하는 몰드 인서트의 내부 직경보다 약간 작거나 같거나 약간 더 클 수 있다. 밀봉 링 (R) 은 밀봉 링 (R) 이 사용되는 때에 최외측 반도체 층 주위에 배치되는 튜브형 부분 (11) 을 또한 갖는다. 따라서, 튜브형 부분 (11) 은 제 1 전력 케이블의 외부 직경 및 제 2 전력 케이블의 외부 직경에 본질적으로 상응하는 내부 직경 (D) 을 가질 수 있다. 제 1 전력 케이블 및 제 2 전력 케이블의 외부 직경은 대체로 동일하다. 여기서, 제 1 전력 케이블/제 2 전력 케이블의 외부 직경은 일반적으로 제 1 절연 시스템 및 제 2 절연 시스템의, 각각 기존의 제 1 절연 시스템 및 제 2 절연 시스템의 외부 반도체 층의 외부 직경을 의미한다. 전형적으로, 제조 프로세스의 이 시점에 제 1 전력 케이블과 제 2 전력 케이블 주위에 외부 피복 (outer sheath) 이 배치되지 않는다. 밀봉 링 (R) 의 구조는 본원에 기술될 모든 밀봉 링, 즉 제 1 밀봉 링과 제 2 밀봉 링, 및 이하에서 기술될 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 밀봉 링에서 동일하다. 이 모든 밀봉 링들은 예컨대 금속 또는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다.
도 2 로 돌아와서, 단계 b 는 다음의 단계들을 포함할 수도 있다.
단계 b1) 에서, 제 1 반도체 화합물은 제 1 몰드 인서트에 주입된다. 이로써 내부 반도체 층이 노출된 도체 섹션 주위에 제공된다. 이런 식으로, 내부 반도체 층이 제공된 조인트 섹션이 형성된다.
단계 b2) 에서, 제 1 몰드 인서트가 몰드로부터 제거된다.
제 1 반도체 화합물에 의해 형성된 스프루 및 러너 세그먼트는 칼과 같은 적절한 도구를 사용하여 제거된다. 그러고 나서, 내부 반도체 층의 표면은 예컨대 글라싱 (glassing) 및/또는 연삭에 의해 매끄럽게 된다.
또한, 단계 b2) 에서, 제 1 내부 직경보다 큰 제 2 내부 직경을 갖는 제 2 몰드 인서트가 몰드 내에 위치결정된다. 제 2 몰드 인서트는 제 2 몰드 캐비티를 형성한다.
단계 b3) 에서, 내부 반도체 층이 제공된 조인트 섹션이 제 2 몰드 인서트 내에 위치결정된다.
단계 b3) 는 제 1 절연 시스템 주위에 제 3 밀봉 링을 위치결정하여 제 2 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하고 제 2 절연 시스템 주위에 제 4 밀봉 링을 위치결정하여 제 2 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하는 것을 더 포함할 수도 있다.
단계 b4) 에서, 절연 화합물은 제 2 몰드 인서트에 주입된다. 이로써 절연 층은 내부 반도체 층이 제공된 조인트 섹션의 내부 반도체 층 주위에 제공된다. 따라서, 절연 층이 제공된 조인트 섹션이 형성된다.
단계 b5) 에서, 제 2 몰드 인서트가 몰드로부터 제거된다.
절연 화합물에 의해 형성된 스프루 및 러너 세그먼트는 칼과 같은 적절한 도구를 사용하여 제거된다. 그러고 나서, 절연 층의 표면은 예컨대 글라싱 및/또는 연삭에 의해 매끄럽게 된다.
또한, 단계 b5) 에서, 제 2 내부 직경보다 큰 제 3 내부 직경을 갖는 제 3 몰드 인서트가 몰드 내에 위치결정된다. 제 3 몰드 인서트는 제 3 몰드 캐비티를 형성한다.
단계 b6) 에서, 절연 층이 제공된 조인트 섹션은 제 3 몰드 인서트 내에 위치결정된다.
단계 b6) 는 제 1 절연 시스템 주위에 제 5 밀봉 링을 위치결정하여 제 3 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하고 제 2 절연 시스템 주위에 제 6 밀봉 링을 위치결정하여 제 3 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하는 것을 더 포함할 수도 있다.
단계 b7) 에서, 제 2 반도체 화합물은 제 3 몰드 인서트에 주입된다. 이로써, 절연 층이 제공된 조인트 섹션의 절연 층의 주위에 외부 반도체 층이 형성된다.
제 2 반도체 화합물에 의해 형성된 스프루 및 러너 세그먼트는 칼과 같은 적절한 도구를 사용하여 제거된다. 그러고 나서, 외부 반도체 층의 표면은 예컨대 글라싱 및/또는 연삭에 의해 매끄럽게 된다. 접합된 전력 케이블은 이제 차폐 및 수분 배리어와 같은 외부 층의 제조할 준비가 된다.
전형적으로, 제 1 반도체 화합물 및 제 2 반도체 화합물은 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그라핀 또는 금속 입자와 같은 반도체 또는 도체 개재물을 포함하는 동일한 열가소성 재료이다. 열가소성 재료의 일 예가 폴리에틸렌계 열가소성 블렌드이다. 절연 화합물은 또한 열가소성 재료, 예를 들어 폴리에틸렌계 열가소성 블렌드이다. 열가소성 재료가 아니지만 반도체 층 및 절연 층에 사용될 수 있는 재료의 다른 예는 XLPE 이고, 이는 반도체 층의 경우 예컨대 카본 블랙을 포함할 수도 있다.
이제, 전력 케이블의 절연 시스템을 구축하기 위한 제 2 적용을 간략히 설명한다. 이 예에 따르면, 손상되거나 결함있는 절연 시스템을 갖는 전력 케이블의 절연 시스템이 복원된다. 전력 케이블은 도체, 내부 반도체 층, 내부 반도체 층 주위에 배치된 절연 층, 및 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층을 포함한다. 전력 케이블은 노출된 도체 섹션, 즉 절연 시스템이 제공되지 않은 도체의 섹션을 또한 갖는다. 노출된 도체 섹션이 노출되도록 전력 케이블의 이 섹션에서 절연 시스템이 제거되었다. 특히, 결함있는 절연 시스템을 원래 가졌고 복원되어야 하는 것이 바로 전력 케이블의 이 섹션이다.
상기 방법에 따르면, 이 노출된 도체 섹션에는, 조인트의 절연 시스템의 복원에 대해 이미 설명한 것과 동일한 방식으로 3 개의 모든 층을 층별로 (layer-wise) 몰딩함으로써 절연 시스템이 제공된다.
절연 시스템의 제조를 준비하기 위해, 절연 시스템은 보통 테이퍼링 섹션을 갖고, 이는 노출된 도체 섹션을 향해 가늘어진다. 유사하게, 노출된 도체 섹션의 타 단부에서, 절연 시스템은 또한 노출된 도체 섹션을 향해 가늘어지는 테이퍼링 섹션을 보통 갖는다. 단계 a) 및 b) 는 위에서 개시된 바와 동일한 방식으로 수행된다. 또한, 단계 b1) 내지 b7) 은 또한 선택적으로 수행될 수도 있다. 이 경우, 밀봉 링들은 노출된 도체 섹션 그리고 이어서 그 위에 몰딩된 층들을 밀봉하기 위해 절연 시스템의 단부들 주위에 그리고 테이퍼링 절연 시스템 부분들에 걸쳐 배치된다.
도 5a 는 링형상 러너 시스템 (17) 을 포함하는, 전력 케이블의 중심 축선 (A) 을 따른 몰드 인서트의 일부의 단면을 더 상세하게 보여준다. 링형상 러너 시스템 (17) 은 몰드 캐비티 (25) 주위에 원주방향으로 360 도 연장되는 링형상 러너 (18) 및 링형상 러너 (18) 에 연결된 스프루 (19) 를 포함한다. 링형상 러너 시스템 (17) 은 원주방향 게이트 (22) (이를 통해 주입된 화합물이 몰드 캐비티 (25) 에 들어갈 수 있음) 를 규정하는 내벽 (24) 을 포함한다. 내벽 (24) 과 몰드 인서트 벽 (20) 사이의 축선방향 거리는 스프루 (19) 에 관하여, 즉 스프루 (19) 로부터 180 도 스프루 (19) 로부터 링형상 러너 (18) 의 말단부까지 원주방향으로 점차 증가한다. 따라서, 게이트 (22) 는 스프루 (19) 로부터 멀어지는 방향으로 링형상 러너 (18) 의 둘레를 따라 점차 증가한다.
내벽 (24) 또는 대체로 링형상 러너 (18) 에는, 몰드 캐비티 (25) 내로 개구를 제공하기 위해 스프루 (19) 로부터 한 턴의 절반에, 즉 스프루 (19) 로부터 180°에 컷아웃 (26) 이 제공될 수도 있다. 게이트 (22) 의 점차적인 증가는 몰드 캐비티 (25) 내로 중합체의 균일한 분포를 제공하고, 게이트 (22) 및 컷아웃 (26) 의 디자인은 패킹 시간을 증가시킨다.
도 5b 는 몰드 인서트의 절반부의 사시도를 도시하며, 따라서 링형상 러너 시스템 (17) 가 노출되어 있다. 도 5c 는 링형상 러너 시스템 (17) 을 노출시키는 몰드 인서트의 다른 절반부의 사시도를 도시한다.
일 변형예에 따르면, 링형상 러너 시스템 (17) 은, 도 6a 내지 도 6d 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 몰드 캐비티 (25) 주위에 배치된 슬리브 (27) 를 더 포함할 수도 있고, 이 도면들에는 중합체 (P) 가 링형상 러너 (18) 에 주입되는 몰드 사이클이 도시되어 있다. 슬리브 (27) 는 예를 들어 몰드 인서트 내에 배치될 수도 있다. 슬리브 (27) 는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 중심 축선 (A) 을 따라 이동 가능하다. 각각의 몰드 사이클의 시작 시, 즉 내부 반도체 층, 절연 층 및 외부 반도체 층 각각이 몰딩되기 전에, 슬리브 (27) 는 도 6a 에 도시된 바와 같이 중심 축선 (A) 을 따라 제 1 위치에 배치된다. 제 1 위치에서, 슬리브 (27) 와 링형상 러너 (18) 의 내벽이 서로 맞닿고, 이로써 링형상 러너 (18) 와 슬리브 (27) 의 전체 접촉면을 따라 몰드 캐비티 (25) 로의 진입이 차단된다. 링형상 러너 (18) 는 스프루 (19) 의 반대편에, 즉 스프루 (19) 로부터 약 180 도 각도에 위치된 단일 게이트 개구 (29) 를 규정하는 컷아웃을 포함한다. 슬리브 (27) 가 제 1 위치에 있는 때, 몰드 캐비티 (25) 에 단일 진입 지점, 즉 단일 게이트 개구 (29) 가 제공된다
링형상 러너 시스템 (17) 은 링형상 러너 (18) 의 압력과 온도 중 적어도 하나를 감지하기 위해 배치된 센서 (31) 를 더 포함할 수도 있다. 링형상 러너 (18) 가 주입된 화합물, 즉 중합체 (P) 로 충전되었고 주입된 화합물이 단일 게이트 개구 (29) 에 도달하면, 센서 (31) 는 도 6b-c 에 도시된 바와 같이 슬리브 (27) 가 중심 축선 (A) 을 따라 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동하게 하는 신호를 제공한다. 제 2 위치에서, 슬리브 (27) 는 내벽으로부터 멀어지게 이동된다. 이런 식으로, 몰드 캐비티 (25) 의 전체 둘레 주위에 게이트가 생성되고, 링형상 러너 (18) 에 주입된 화합물은 몰드 캐비티 (25) 의 전체 둘레를 따라 몰드 캐비티 (25) 에 진입할 수 있다. 도 6d 는 중합체 (P) 로 충전된 몰드 캐비티 (25) 를 보여준다.
다른 타입의 러너 시스템, 예컨대 스프루로 직접 인젝션 몰딩을 제공하는 러너 시스템이 링형상 러너 시스템의 대안으로서 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
본 발명의 개념은 위에서 여러 예를 참조하여 주로 설명되었다. 그러나, 당업자라면 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 위에서 개시된 것 이외의 다른 실시형태가 첨부된 청구항들에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 개념의 범위 내에서 동일하게 가능하다.
Claims (14)
- 전력 케이블 (C1) 의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법으로서,
상기 전력 케이블 (C1) 은 도체 (4a) 및 상기 도체 (4a) 를 감싸는 절연 시스템을 포함하고,
상기 도체 (4a) 는 상기 절연 시스템 없이 노출된 도체 섹션을 갖고,
상기 절연 시스템은 상기 도체 (4a) 주위에 배치된 내부 반도체 층 (4b), 상기 내부 반도체 층 (4b) 주위에 배치된 절연 층 (4c), 및 상기 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층 (4d) 을 포함하고,
상기 방법은,
a) 상기 노출된 도체 섹션을 몰드 내에 위치결정하는 단계, 및
b) 상기 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 몰딩하는 단계로서, 상기 절연 시스템의 몰딩은 제 1 몰드 캐비티에 제 1 반도체 화합물을 주입하여 상기 노출된 도체 섹션 주위에 내부 반도체 층을 형성하는 것, 제 2 몰드 캐비티에 절연 화합물을 주입하여 상기 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 형성하는 것, 그리고 제 3 몰드 캐비티에 제 2 반도체 화합물을 주입하여 상기 절연 층 주위에 외부 반도체 층을 형성하는 것을 포함하는, 상기 절연 시스템을 몰딩하는 단계
를 포함하고,
링형상 러너 시스템들 (17) 이 제공되고, 각각의 링형상 러너 시스템 (17) 은 각각의 몰드 캐비티 (25) 주위에 원주방향으로 360 도 연장되는 링형상 러너 (18), 및 상기 링형상 러너 (18) 에 연결된 스프루 (19) 를 구비하고,
상기 링형상 러너 (18) 는 단지 각 몰드 사이클의 시작 시에 단일 게이트 개구 (29) 를 구비하고, 상기 단일 게이트 개구 (29) 는 상기 스프루 (19) 의 반대편에 위치되고,
각각의 링형상 러너 시스템 (17) 은 대응하는 몰드 사이클의 시작 시에 제 1 위치에 배치되어서 상기 단일 게이트 개구 (29) 를 형성하는 가동 슬리브 (27) 를 포함하고,
상기 방법은 상기 링형상 러너 (18) 의 전체 둘레를 따라 게이트를 획득하기 위해 상기 제 1 위치로부터 제 2 위치로 상기 전력 케이블 (C1) 의 중심 축선 (A) 을 따라서 축선방향으로 각각의 슬리브 (27) 를 이동시키는 것을 포함하고,
상기 각각의 슬리브는 상기 제 1 반도체 화합물, 상기 절연 화합물 및 상기 제 2 반도체 화합물 중의 어느 것이 상기 단일 게이트 개구에 도달한 때에 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 a) 는 상기 노출된 도체 섹션을 상기 몰드 내의 제 1 몰드 인서트 (3) 내에 위치결정하는 것을 더 포함하고, 상기 제 1 몰드 인서트 (3) 는 상기 제 1 몰드 캐비티를 형성하고 제 1 내부 직경을 갖는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 2 항에 있어서,
단계 a) 는 상기 제 1 몰드 인서트 (3) 를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 상기 절연 시스템 주위에 제 1 밀봉 링 (R1) 을 위치결정하는 것, 그리고 상기 제 1 몰드 인서트 (3) 를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 상기 절연 시스템 주위에 제 2 밀봉 링 (R2) 을 위치결정하는 것을 더 포함하는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
단계 b) 는,
b1) 상기 제 1 몰드 인서트 (3) 에 상기 제 1 반도체 화합물을 주입함으로써, 상기 노출된 도체 섹션 주위에 상기 내부 반도체 층을 제공하여서, 내부 반도체 층이 제공된 섹션을 형성하는 단계,
b2) 상기 몰드로부터 상기 제 1 몰드 인서트 (3) 를 제거하고, 상기 제 1 내부 직경보다 더 큰 제 2 내부 직경을 갖는 제 2 몰드 인서트를 상기 몰드 내로 위치결정하는 단계로서, 상기 제 2 몰드 인서트는 상기 제 2 몰드 캐비티를 형성하는, 상기 제 2 몰드 인서트를 상기 몰드 내로 위치결정하는 단계,
b3) 상기 내부 반도체 층이 제공된 섹션을 상기 제 2 몰드 인서트 내에 위치결정하는 단계,
b4) 상기 제 2 몰드 인서트에 상기 절연 화합물을 주입함으로써, 상기 내부 반도체 층이 제공된 섹션의 내부 반도체 층 주위에 절연 층을 제공하여서, 절연 층이 제공된 섹션을 형성하는 단계,
b5) 상기 몰드로부터 상기 제 2 몰드 인서트를 제거하고, 상기 제 2 내부 직경보다 더 큰 제 3 내부 직경을 갖는 제 3 몰드 인서트를 상기 몰드 내로 위치결정하는 단계로서, 상기 제 3 몰드 인서트는 상기 제 3 몰드 캐비티를 형성하는, 상기 제 3 몰드 인서트를 상기 몰드 내로 위치결정하는 단계,
b6) 상기 절연 층이 제공된 섹션을 상기 제 3 몰드 인서트 내에 위치결정하는 단계, 및
b7) 상기 제 3 몰드 인서트에 상기 제 2 반도체 화합물을 주입하여, 상기 절연 층이 제공된 섹션의 절연 층 주위에 상기 외부 반도체 층을 제공하는 단계
를 포함하는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 4 항에 있어서,
단계 b3) 는 상기 제 2 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 상기 절연 시스템 주위에 제 3 밀봉 링을 위치결정하는 것, 그리고 상기 제 2 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 상기 절연 시스템 주위에 제 4 밀봉 링을 위치결정하는 것을 더 포함하는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
단계 b6) 는 상기 제 3 몰드 인서트를 그의 일 단부에서 밀봉하도록 상기 절연 시스템 주위에 제 5 밀봉 링을 위치결정하는 것, 그리고 상기 제 3 몰드 인서트를 그의 타 단부에서 밀봉하도록 상기 절연 시스템 주위에 제 6 밀봉 링을 위치결정하는 것을 더 포함하는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 밀봉 링, 제 2 밀봉 링, 제 3 밀봉 링, 제 4 밀봉 링, 제 5 밀봉 링, 및 제 6 밀봉 링의 각각은 금속제인, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰드는 상기 제 1 반도체 화합물, 상기 절연 화합물 및 상기 제 2 반도체 화합물 중의 하나가 상기 링형상 러너 (18) 에 주입된 후에 상기 단일 게이트 개구 (29) 에 도달했는지 여부를 결정하기 위해 압력과 온도 중의 하나를 감지하도록 배치된 센서 (31) 를 포함하는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 케이블 (C1) 은 고전압 전력 케이블인, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 반도체 화합물 및 상기 제 2 반도체 화합물의 각각은 반도체 또는 도체 개재물로 충전된 열가소성 재료를 포함하고, 상기 절연 화합물은 열가소성 재료인, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 케이블 (C1) 은 상기 도체 (4a) 가 제 1 노출된 도체 섹션을 갖는 제 1 도체인 제 1 전력 케이블이고,
상기 방법은, 단계 a) 에 앞서, 상기 제 1 노출된 도체 섹션을 제 2 전력 케이블의 제 2 노출된 도체 섹션과 접합하여 노출된 도체 섹션을 획득하는 것을 포함하고, 상기 제 2 전력 케이블은 상기 제 1 도체 주위에 배치된 제 2 도체 (6a) 와 내부 반도체 층, 상기 내부 반도체 층 주위에 배치된 절연 층, 및 상기 절연 층 주위에 배치된 외부 반도체 층을 갖는, 전력 케이블의 노출된 도체 섹션 주위에 절연 시스템을 구축하는 방법. - 삭제
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