WO2018182075A1 - 전력 케이블 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to power cables, in particular ultra high voltage underground or submarine cables for long distance direct current transmission.
- the present invention has a high insulation strength of the insulating layer itself, the electric field applied from the insulating layer to the metal sheath is effectively alleviated uniformly, in particular, the return of the fault current is effectively ensured in the event of a ground fault or short circuit of the cable
- the present invention relates to a power cable which can achieve safety and has no problem such as breakage of metallized paper when the cable is manufactured, while impregnating the insulating oil in the manufacturing process.
- the ground insulation cable includes an OF (Oil Filled) cable for circulating low viscosity insulation oil, a Mass Impregnated Non Draining (MIND) cable impregnated with high viscosity insulation oil, and the OF cable has a limitation in the transmission length of hydraulic pressure for circulation of the insulation oil. It is not suitable for long distance transmission cables, and in particular, there is a problem that it is difficult to install insulating oil circulation facilities on the seabed, which is not suitable for submarine cables.
- OF Oil Filled
- MIND Mass Impregnated Non Draining
- MIND cable is commonly used for long distance direct current transmission or subsea high voltage cable.
- a conventional MIND cable includes a conductor 10, an inner semiconducting layer 20 surrounding the conductor 10, an insulating layer 30 surrounding the inner semiconducting layer 20, and the insulation.
- An outer semiconducting layer 40 surrounding the layer 30, a metal sheath layer 50 surrounding the outer semiconducting layer 40, a cable protection layer 60 surrounding the metal sheath layer 50, and the like. can do.
- the insulating layer 30 is formed by impregnating the insulating paper wrapped in a plurality of layers in the insulating oil, the insulating paper is used, for example, kraft paper (Kraft paper), or a thermoplastic such as kraft paper and polypropylene (Polypropylene) resin Semi-synthetic paper laminated with resin can be used, or kraft paper and semi-synthetic paper can be used simultaneously.
- the inner semiconducting layer 20 and the outer semiconducting layer 40 are formed by transversely winding semi-conductive paper such as carbon paper treated with carbon black on insulating paper.
- the outer semiconducting layer 40 may be secured with the metal sheath layer 50 between the metal sheath layer 50 so that the return of the fault current is effectively secured in the event of a ground fault or a short circuit of the cable.
- the metallization layer 42 may be further included for smooth electrical contact.
- the insulating oil is kraft paper, which is an insulating paper well penetrated, there is no difficulty in impregnation, but the metal foil forming the metallized paper does not transmit,
- the impregnating passage of the insulating oil is made.
- high viscosity oil is used as the insulating oil. If the perforation is too large, it may cause a problem of not giving a constant sheet tension when the paper roll is rolled.
- the insulation strength of the insulation layer is high, and the electric field applied from the insulation layer to the metal sheath is uniformly and effectively alleviated, and in particular, the return of fault current is effectively ensured in the event of a ground fault or a short circuit of the cable, thereby promoting safety.
- the impregnation of the insulating oil is good, there is an urgent need for a power cable without problems such as breakage of metallized paper during cable manufacturing.
- An object of the present invention is to provide a power cable having a high insulation strength of an insulation layer and which can effectively relax an electric field applied from the insulation layer to the metal sheath.
- the lower layer includes one or more layers formed by the transverse winding of the semiconducting battery, and when transversely winding the semiconducting battery, it is transversely wound with a constant gap so that the semiconducting cells of the same layer do not overlap.
- a power cable Provide a power cable.
- the thickness of the inner insulating layer is 1 to 10%
- the thickness of the intermediate insulating layer is 75% or more
- the thickness of the outer insulating layer is 5 to 15%.
- a power cable is provided.
- the power cable according to the present invention by precisely designing the structure of the outer semiconducting layer by the smooth electrical contact between the outer semiconducting layer and the metal sheath layer effectively ensures the return of the fault current in the event of a ground fault or short circuit of the cable to ensure safety It shows an excellent effect that can be planned.
- the conductor 100 may be composed of a circular compression conductor compressed by placing a flat element wire in multiple layers on a flat conductor or a circular center line composed of multiple flat angle wires on a circular center line.
- the conductor 100 made of a flat conductor formed by a so-called keystone method has a high area ratio of the conductors, so that the outer diameter of the cable can be reduced, and the cross-sectional area of each element wire can be formed to be large. It is economical because it can reduce the number.
- the inner semiconducting layer 200 suppresses uneven electric field lines or conductor surface electric field distribution on the surface of the conductor 100, mitigates electric field distribution of cable internal insulation, and gaps between the conductor 100 and the insulating layer 300. It removes the electric field applied to the circuit and suppresses partial discharge and insulation breakdown at the part.
- the insulating layer 300 is formed by wrapping the insulating paper in a plurality of layers, and the insulating paper is, for example, using a kraft paper or a semi-synthetic paper in which a thermoplastic resin such as kraft paper and a polypropylene resin is laminated. Can be used.
- FIG. 4 is a graph schematically illustrating a process in which an electric field is relaxed in an insulating layer of a power cable according to the present invention.
- a direct current (DC) electric field is relaxed in the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330 having a relatively low resistivity, thereby directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500.
- an internal insulation layer is controlled while controlling the maximum impulse electric field applied to the intermediate insulation layer 320 to 100 kV / mm or less.
- the maximum impulse electric field value of the internal insulation layer is designed to be smaller than the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer so that the high electric field does not act directly on the conductor or directly under the sheath.
- the maximum impulse electric field applied to 320 is an inner electric field of the intermediate insulating layer 320, and the inner electric field is controlled to an allowable impulse electric field of the intermediate insulating layer 320, for example, 100 kV / mm or less. Deterioration of the insulating layer 320 can be suppressed.
- the high electric field is suppressed from being applied to the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330, particularly a cable connection member vulnerable to an electric field, and further, the performance with the intermediate insulation layer 320 can be minimized. It is possible to suppress the deterioration and to suppress the decrease in the dielectric strength and other physical properties of the insulating layer 300, resulting in a compact cable with a higher impulse withstand voltage than the cable. Shortening can be suppressed.
- the inner insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 may be formed by transversely kraft paper made of kraft pulp and impregnated with an insulating oil, respectively.
- the insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 may have a lower resistivity and a higher dielectric constant than the intermediate insulating layer 320.
- the kraft paper can be prepared by washing the kraft pulp with deionized water in order to remove the organic electrolyte in the kraft pulp to obtain good dielectric loss tangent and permittivity.
- the plastic film may be made of a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, fluorine resin such as tetrafluoroethylene-hexafluoro polypropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, Preferably it may be made of a polypropylene homopolymer resin excellent in heat resistance.
- a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polybutylene
- fluorine resin such as tetrafluoroethylene-hexafluoro polypropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
- ethylene-tetrafluoroethylene copolymer ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
- the semi-synthetic paper may be 40 to 70% of the total thickness of the plastic film.
- the resistivity of the intermediate insulating layer 320 may be insufficient to increase the outer diameter of the cable, whereas when the thickness of the plastic film is greater than 70%, the manufacture of the semi-synthetic paper is remarkably difficult. It can be expensive and expensive.
- the inner insulating layer 310 may have a thickness of 1 to 10% of the total thickness of the insulating layer 300, and the outer insulating layer 330 may have a thickness of 5 to 15% of the total thickness of the insulating layer 300.
- the intermediate insulating layer 320 may have a thickness of 75% or more of the total thickness of the insulating layer 300.
- the maximum impulse electric field value of the inner insulation layer 310 may be lower than the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer 320. If the thickness of the inner insulation layer is increased more than necessary, the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer 310 becomes larger than the allowable maximum impulse electric field value, and in order to alleviate this, the cable outer diameter is increased. Done.
- the outer insulating layer 330 preferably has a sufficient thickness than the inner insulating layer, which will be described later.
- the inner insulation layer 310, the intermediate insulation layer 320, and the outer insulation layer 330 constituting the insulation layer 300 each have the precisely controlled thickness, so that the insulation layer ( 300 may have a desired dielectric strength while minimizing the outer diameter of the cable.
- the DC and impulse electric field applied to the insulating layer 300 can be designed most efficiently, and a high electric field of DC and impulse is applied directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500. It can suppress that, especially the insulation strength of the cable connection member which is weak to an electric field, and the fall of other physical properties can be avoided.
- the thickness of the outer insulating layer 330 is greater than the thickness of the inner insulating layer 310, for example, in a cable of 500 kV DC, the thickness of the inner insulating layer 310 is 0.1 to 2.0 mm.
- the thickness of the outer insulating layer 330 may be 1.0 to 3.0 mm, and the thickness of the intermediate insulating layer 320 may be 15 to 25 mm.
- the heat generated during soft connection for the cable connection according to the present invention is applied to the insulating layer 300 to melt the plastic film of the semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer 320, the plastic from the heat
- it is necessary to sufficiently secure the thickness of the outer insulating layer 330 and it is preferable to be formed thicker than the thickness of the inner insulating layer 310, the thickness of the outer insulating layer 330 It may be 1.5 to 30 times the thickness of the internal insulating layer 310.
- the thickness of the sheet of semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer 320 is 70 to 200 ⁇ m
- the thickness of the kraft paper forming the inner and outer insulating layers 310, 320 may be 50 to 200 ⁇ m.
- the thickness of the kraft paper forming the inner and outer insulating layers 310 and 320 is greater than that of the kraft paper constituting the semi-synthetic paper.
- the insulating oil impregnated in the insulating layer 300 uses a high viscosity insulating oil having a relatively high viscosity, unlike the insulating oil used in the conventional OF cable, it is generally not circulated at room temperature and its movement is very slow.
- the insulating oil may perform a lubrication role to facilitate the movement of the insulating paper when the cable is bent, as well as the function of implementing the desired dielectric strength of the insulating layer 300.
- a kinematic viscosity of 60 ° C is 500 centistokes (cSt High viscosity insulating oil, in particular naphthenic insulating oil, polystyrene insulating oil, mineral oil, at least one insulating oil selected from the group consisting of alkyl benzene, polybutene-based synthetic oil, heavy alkylate and the like.
- cSt High viscosity insulating oil in particular naphthenic insulating oil, polystyrene insulating oil, mineral oil, at least one insulating oil selected from the group consisting of alkyl benzene, polybutene-based synthetic oil, heavy alkylate and the like.
- the outer semiconducting layer 400 may be formed by a transverse winding of a semi-conductive paper such as carbon paper treated with conductive carbon black on insulating paper, for example, a gap winding, that is, a transverse winding in the same layer.
- the gaps are formed between the semiconducting cells that are traversed with a constant gap so that the cells do not overlap each other, and the gaps formed in an arbitrary layer are formed when there are a plurality of layers in which the semiconducting cells are traversed. It may be formed by the side wound so as to be covered by a semiconductor cell constituting the upper layer and the lower layer of the optional layer, the thickness of the outer semiconducting layer 400 may be about 0.1 to 3.0 mm.
- the semiconductor cell is a gap winding, the insulating oil can be easily moved through the gap, thereby shortening the impregnation time of the cable to further improve the production yield.
- the metallized paper 421 may have a structure in which a metal foil 421b such as aluminum tape, copper tape, aluminum foil, copper foil, etc. is laminated on the base paper 421a, and the base paper 421a is carbon paper. It may be the same semiconductor cell, kraft paper and the like. In addition, a plurality of perforations 421c may be present in the metallized paper 421 so that the insulating oil can easily penetrate the metal paper 421.
- a metal foil 421b such as aluminum tape, copper tape, aluminum foil, copper foil, etc.
- the base paper 421a is carbon paper. It may be the same semiconductor cell, kraft paper and the like.
- a plurality of perforations 421c may be present in the metallized paper 421 so that the insulating oil can easily penetrate the metal paper 421.
- the overlap rate is less than 20%
- the overlapped portions of the overlapped metallization paper 421 and the semiconductor battery 422 are small, and thus the overlapped portion of the cable may be overlapped.
- the overlapped parts are not overlapped again but collide with each other to be crushed or torn.
- the above problems may occur even when the overlap ratio is greater than 80%.
- the area ratio of the metalized paper and the carbon paper which appears as an appearance after the side winding, is less than 20% of the metalized paper and the area of the carbon paper. The ratio exceeds 80%, and the purpose of smooth electrical contact between the carbon paper and the metal sheath, which is the original purpose of the metallized paper, cannot be achieved.
- FIG. 6 is an enlarged view of a metal foil applied to the metallized paper of the outer semiconducting layer in FIG. 3.
- the metallized paper 421 may include a plurality of perforations 421c to pass the insulating oil.
- the ratio (perforation area ratio) of the entire area of the plurality of perforations 421c included therein per unit area of the metallization paper 421 may be about 4 to 15%, and when the area ratio is less than about 4%, While the impregnation may not be smooth, the production yield of the cable may be lowered, whereas when the yield is greater than about 15%, the tensile strength of the metallization paper 421 is greatly reduced, so that the metallization paper 421 for forming the upper layer 420 is formed. When the winding of the metallization paper 421 may be broken.
- the metallized paper 421 may be broken when the metallized paper 421 is rolled at a corresponding portion, whereas the metallized paper 421 may be broken. If the perforation area ratio is low, the impregnation of the insulating oil may not be smooth.
- the shape of the perforation 421c is not particularly limited, and may be, for example, circular, elliptical, square, rectangular, and the like, and are circular in terms of ease of impregnation of insulating oil and securing tensile strength of the metallized paper 421.
- the equivalent diameter d of the perforations 421c may be about 0.9 to 1.1 mm.
- the circular conversion diameter means a diameter of a circle having the same area as the perforation 421c when the shape of the perforation 421c is not circular.
- the circular conversion diameter (d) of the perforation (421c) is less than 0.9 mm, the impregnation of the insulating oil may not be smooth, whereas if more than 1.1 mm, the tensile strength of the metallization paper 421 is greatly reduced to the upper layer 420 When the metallization paper 421 is wound up to form the metallization paper 421 may be broken.
- the metallized paper 421 may have a tensile strength of 9.1 kg / 15 mm or more due to the above-described structure and the arrangement, number, and diameter of the perforations 421c included in the metallized paper 421.
- the outer semiconducting layer 400 may further include a copper wire direct fabric (not shown) between the upper layer 420 and the metal sheath layer 500.
- the copper wire direct fabric is a structure in which 2 to 8 strands of copper wire are directly inserted into a nonwoven fabric, and a semiconductor cell, a metal paper, and the like wound up to form the outer semiconducting layer 400 are not released while performing an impregnation process. It functions to bind them firmly so as to maintain a structure and to prevent tearing or scratching from external force, and further, the outer semiconducting layer 400 and the metal sheath layer 500 are formed by the copper wire. It is possible to perform the function of smooth electrical contact.
- the metal sheath layer 500 prevents leakage of insulating oil from the inside of the cable and prevents an electric field from going out of the cable to obtain an electrostatic shielding effect, and causes a ground fault or a short circuit of the cable through grounding at one end of the cable. When generated, it acts as a return of the fault current to promote safety, protects the cable from shocks, pressures, etc. outside the cable, and improves the cable's orderability and flame retardancy.
- the metal sheath layer 500 may be formed by, for example, a soft sheath made of pure lead or lead alloy.
- the soft sheath has a relatively low electric resistance, which serves as a large current collector, and can further improve cable ordering, mechanical strength, and fatigue characteristics when formed as a seamless type. have.
- the soft psi is a surface of the anti-corrosion compound, for example, in order to further improve the corrosion resistance, water resistance of the cable and the adhesion between the metal sheath layer 500 and the cable protection layer 600, Blown asphalt, or the like.
- the metal reinforcement layer 630 may be formed of a galvanized steel tape, a stainless steel tape, etc. to perform a function of protecting a cable from mechanical shock and to prevent corrosion, and the galvanized steel tape may have an anti-corrosion compound on its surface. Can be applied.
- the bedding layers 620 and 640 disposed above and below the metal reinforcing layer 630 may perform a function of alleviating impact, pressure, and the like from the outside, and may be formed by, for example, a nonwoven tape.
- the metal sheath 500 may be provided with a metal reinforcing layer 630 immediately omitted, and a bedding layer may be provided inside and outside the metal reinforcing layer 630 as necessary. have. That is, the metal sheath layer may be formed to be provided with a bedding layer, a metal reinforcing layer, a bedding layer and an outer sheath sequentially.
- the metal reinforcement layer 630 allows deformation of the metal sheath 500, but suppresses the change in the outer circumference, it is preferable in view of the fatigue characteristics of the metal sheath 500, and the cable insulation layer in the metal sheath 500 during cable energization.
- the cable protection layer 600 may further include, for example, an outer serving layer 670 made of an iron sheath 660 and polypropylene yarn.
- the outer wire sheath 660, the outer serving layer 670 may perform a function of additionally protecting the cable from the sea current, reefs and the like.
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Abstract
본 발명은 전력 케이블, 특히 장거리 직류송전용 초고압 지중 또는 해저 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에서 상기 금속시스까지 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화되며, 특히 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있고, 제조공정에서 절연유 함침이 잘되면서도 케이블 제조시 금속화지의 파손 등의 문제가 없는 전력 케이블에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전력 케이블, 특히 장거리 직류송전용 초고압 지중 또는 해저 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에서 상기 금속시스까지 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화되며, 특히 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있고, 제조공정에서 절연유 함침이 잘되면서도 케이블 제조시 금속화지의 파손 등의 문제가 없는 전력 케이블에 관한 것이다.
절연층으로서 가교 폴리에틸렌(XLPE) 등의 고분자 절연체를 이용한 전력 케이블이 사용되고 있지만, 직류 고전계에서 공간 전하가 형성되는 문제 때문에, 초고압 직류 송전 케이블은 도체 등을 감싸도록 횡권한 절연지에 절연유를 함침시켜 절연층을 형성한 지절연 케이블(Paper-insulated Cable)이 사용되고 있다.
상기 지절연 케이블에는 저점도 절연유를 순환시키는 OF(Oil Filled) 케이블, 고점도 절연유가 함침된 MIND(Mass Impregnated Non Draining) 케이블 등이 있고, 상기 OF 케이블은 절연유의 순환을 위한 유압의 전달길이에 한계가 있어 장거리 송전용 케이블에는 부적합하고, 특히 해저에는 절연유 순환 설비를 설치하기 곤란한 문제가 있어 해저 케이블에도 부적합하다.
따라서, 장거리 직류 송전용 또는 해저용 초고압 케이블은 MIND 케이블이 흔히 사용되고 있다.
도 1은 종래 MIND 케이블의 종단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 MIND 케이블은 도체(10), 상기 도체(10)를 둘러싸는 내부 반도전층(20), 상기 내부 반도전층(20)을 둘러싸는 절연층(30), 상기 절연층(30)을 둘러싸는 외부 반도전층(40), 상기 외부 반도전층(40)을 둘러싸는 금속시스층(50), 상기 금속시스층(50)을 둘러싸는 케이블보호층(60) 등을 포함할 수 있다.
상기 절연층(30)은 복수의 층으로 감싼 절연지를 절연유에 함침시켜 형성되며, 상기 절연지로는 예를 들어 크래프트지(Kraft paper)를 사용하거나, 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 적층된 반합성지를 사용하거나, 크래프트지와 반합성지를 동시에 사용할 수 있다. 또한, 내부 반도전층(20) 및 외부 반도전층(40)은 절연지에 카본블랙을 처리한 카본지 등의 반도전지(semi-conductive paper)를 횡권하여 형성한다.
특히, 상기 외부 반도전층(40)은 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있도록 금속시스층(50)과의 사이에 상기 금속시스층(50)과의 원활한 전기적 접촉을 위한 금속화지층(42)을 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 반도전층(40)은 반도전지를 복수 개의 층으로 횡권한 하부층(41) 및 크라프트지(42a) 위에 알루미늄 테이프, 알루미늄박, 구리박 등과 같은 금속박(42b)을 적층시킨 금속화지(42A)를 횡권한 금속화지층(42)을 포함할 수 있다.
그런데, 상기 외부 반도전층(40)은 구조적으로 상기 금속화지(42A)의 불충분한 인장강도를 보강하기 위해 도입된 크라프트지(42a)와 상기 하부층(41)의 반도전지가 접촉하기 때문에, 상기 크라프트지(42a)의 절연 저항에 의해 상기 하부층(41)의 반도전지와 상기 금속시스층(50)과의 전기적 접촉이 원활하지 못하여 상기 절연층(30)으로부터 상기 금속시스층(50) 까지에 불균일한 전계 분포가 형성되어 상기 절연층(30)의 절연내력이 저하될 수 있다.
나아가, 결연파괴 또는 다른 원인에 의해 결과적으로 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되지 못하여 안전 문제가 유발될 수 있다.
또한 MIND케이블의 제조공정에는 절연층에 절연유를 함침시키는 공정이 있는데, 일반적으로 절연유는 절연지인 크라프트지는 잘 투과하여 함침시 어려움이 없으나, 상기한 금속화지를 이루고 있는 금속박은 투과하지 못하여, 금속화지에 구멍을 뚫어 절연유가 함침될 수 있도록 절연유의 함침 통로를 만들어 주게 되는데, 특히 MIND케이블에 있어서는 고점도유를 절연유로 사용하므로 금속화지에 천공한 구멍의 크기가 너무 작으면 함침이 제대로 되지 않고, 또 천공구멍이 너무 크면 금속화지를 횡권할 때, 일정한 지권 장력을 부여하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에서 상기 금속시스까지 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화되며, 특히 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있고, 제조공정에서 절연유 함침이 잘되면서도 케이블 제조시 금속화지의 파손 등의 문제가 없는 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에서 상기 금속시스까지 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화될 수 있는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 제조공정에서 절연유의 함침이 잘 되면서도 케이블 제조시 금속화지의 파손 등의 문제가 발생되지 않는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체; 상기 도체를 둘러싸는 내부 반도전층; 상기 내부 반도전층을 감싸고 절연유가 함침된 절연층; 상기 절연층을 둘러싸는 외부 반도전층; 상기 외부 반도전층을 둘러싸는 금속시스층; 및 상기 금속시스층을 둘러싸는 케이블보호층을 포함하고, 상기 외부 반도전층은 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성된 하부층 및 상기 하부층 위에 금속화지와 반도전지의 공권에 의해 형성된 상부층을 포함하며, 상기 금속화지는 베이스 종이 위에 금속박이 적층된 것인, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 반도전지는 절연지에 카본 블랙을 처리한 카본지를 포함하고, 상기 베이스 종이는 크라프트지(kraft paper) 또는 반도전지(semi-conductive paper)를 포함하며, 상기 금속박은 알루미늄 테이프, 구리테이프, 알루미늄박 및 구리박으로 이루어진 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 하부층은 상기 반도전지의 횡권에 의해 형성되는 하나 이상의 층을 포함하고, 상기 반도전지를 횡권할 때에 같은 층의 반도전지가 겹치지 않도록 일정한 갭(gap)을 두고 횡권된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 상부층에서 상기 금속화지와 상기 반도전지의 공권시 상기 금속화지의 전체 폭을 기준으로 상기 반도전지가 상기 금속화지 위에 오버랩(overlap)되는 비율인 오버랩율이 20 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 금속화지에는 절연유가 통과할 수 있는 복수 개의 천공이 포함된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 금속화지의 단위 면적당 이에 포함되는 상기 복수 개의 천공 전체가 차지하는 면적율은 4 내지 15%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 상부층과 상기 금속시스층 사이에 부직포에 구리 와이어인 동선이 직입된 동선직입포를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 절연층은 내부 절연층, 중간 절연층 및 외부 절연층을 포함하고, 상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층은 각각 절연유가 함침된 크라프트지(kraft paper)로 형성되고, 상기 중간 절연층은 절연유가 함침된 반합성지로 형성되며, 상기 반합성지는 플라스틱 필름 및 상기 플라스틱 필름의 적어도 한면에 적층된 크라프트지를 포함하고, 상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층의 저항율이 상기 중간 절연층의 저항율보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 절연층의 전체 두께를 기준으로, 상기 내부 절연층의 두께는 1 내지 10%이고, 상기 중간 절연층의 두께는 75% 이상이며, 상기 외부 절연층의 두께는 5 내지 15%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 외부 절연층의 두께가 상기 내부 절연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 절연유는 60℃의 동점도가 500 센티스토크스(Cst) 이상인 고점도 절연유인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 케이블보호층은 내부시스, 베딩층, 금속보강층 및 외부시스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 케이블보호층은 철선외장 및 외부 써빙층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 전력 케이블은 절연층의 구조를 정밀하게 설계함으로써 자체적인 절연내력이 높고 외부 반도전층과 금속시스층 사이의 원활한 전기적 접촉에 의해 상기 절연층과 상기 금속시스층 사이에 균일한 전계 분포를 형성할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 전력 케이블은 외부 반도전층의 구조를 정밀하게 설계함으로써 외부 반도전층과 금속시스층 사이의 원활한 전기적 접촉에 의해 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 MIND 케이블의 종단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 전력 케이블의 종단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층 내부에서 전계가 완화되는 과정을 개략적으로 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 도 2에 도시된 전력 케이블 중 중간 절연층을 형성하는 반합성지의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 3에서 외부 반도전층의 금속화지에 적용된 금속박의 모습을 확대 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 일실시예의 횡단면 및 종단면 구조를 개략적으로 각각 도시한 것이다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 도체(100), 상기 도체(100)를 둘러싸는 내부 반도전층(200), 상기 내부 반도전층(200)을 둘러싸는 절연층(300), 상기 절연층(300)을 둘러싸는 외부 반도전층(400), 상기 외부 반도전층(400)을 둘러싸는 금속시스층(500), 상기 금속시스층(500)을 둘러싸는 케이블보호층(600) 등을 포함할 수 있다.
상기 도체(100)는 송전을 위한 전류의 이동 통로로서 전력 손실이 최소화되도록 도전율이 우수하고 케이블의 도체로 사용하기 위해 요구되는 적절한 강도와 유연성을 갖는 고순도의 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등, 특히 신장율이 크고 도전율이 높은 연동선으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도체(100)의 단면적은 케이블의 송전량, 용도 등에 따라 상이할 수 있다.
바람직하게는, 상기 도체(100)는 원형 중심선 위에 평각 소선을 다층으로 얹어 구성시킨 평각도체 또는 원형 중심선 위에 원형 소선을 다층으로 얹은 후 압축한 원형압축도체로 이루어질 수 있다. 또한, 소위 키스톤(keystone) 방식에 의해 형성된 평각도체로 이루어진 상기 도체(100)는 도체의 점적율이 높아 케이블의 외경을 축소할 수 있는 동시에 각 소선의 단면적을 크게 성형하는 것이 가능하므로 전체 소선의 수를 줄일 수 있어 경제적이다.
상기 내부 반도전층(200)은 상기 도체(100) 표면의 불균일한 전기력선 또는 도체표면 전계 분포를 억제하고 케이블 내부절연의 전계 분포를 완화시키며 상기 도체(100)와 상기 절연층(300) 사이의 틈에 걸리는 전계를 없애 그 부분에서의 부분방전, 절연파괴 등을 억제하는 기능을 수행한다.
상기 내부 반도전층(200)은 예를 들어 절연지에 카본 블랙 등의 도전성 물질이 도포된 카본지, 카본 블랙 등의 도전성 물질이 분산된 고분자 복합소재로부터 형성된 필름 등 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성될 수 있고, 상기 내부 반도전층(200)의 두께는 약 0.2 내지 3.0 mm일 수 있다.
상기 절연층(300)은 절연지를 복수의 층으로 감싸서 형성되며, 절연지로는 예를 들어 크래프트지(Kraft paper)를 사용하거나 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 적층된 반합성지를 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연층(300)은 내부 절연층(310), 중간 절연층(320) 및 외부 절연층(330)을 포함하고, 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 상기 중간 절연층(320)에 비해 저항율이 낮은 소재로 이루어지며, 이로써 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 각각 상기 케이블의 운용시 상기 도체(100)에 인가되어 형성되는 높은 전계가 상기 도체(100) 직상 또는 상기 금속시스층(500) 직하에 인가되는 것을 억제하는 전계 완화 작용을 하고, 나아가, 상기 중간 절연층(320)의 열화를 억제하기 위한 작용을 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층 내부에서 전계가 완화되는 과정을 개략적으로 나타내는 그래프를 도시한 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 상대적으로 저항율이 낮은 내부 절연층(310) 및 외부 절연층(330)에서 직류(DC) 전계가 완화됨으로써 상기 도체(100) 직상 및 상기 금속 시스층(500) 직하에 통상 직류 케이블에서 발생하는 높은 전계가 인가되는 것을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 임펄스인 경우에도 상기 중간 절연층(320)에 인가되는 최대 임펄스 전계를 100 kV/mm 이하로 제어하면서 내부 절연층에 걸리는 높은 임펄스 전계를 낮추어 내부절연층(310)의 열화를 억제하기 때문에, 함께 상기 중간 절연층(320)의 열화도 억제할 수 있다. 여기서, 상기 임펄스 전계란 케이블에 임펄스 전압이 인가되었을 때 케이블에 걸리는 전계를 의미한다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 절연층의 최대 임펄스 전계값이 중간 절연층의 최대 임펄스 전계값보다 작도록 설계함으로써 고전계가 도체 직상, 시스 직하에 작용하지 않도록 하며, 상기 중간 절연층(320)에 인가되는 최대 임펄스 전계는 상기 중간 절연층(320)의 내측 전계이고, 상기 내측 전계가 중간절연층(320)의 허용 임펄스 전계, 예를 들면, 100 kV/mm 이하로 제어됨으로써 상기 중간 절연층(320)의 열화를 억제할 수 있다.
따라서, 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330), 특히 전계에 취약한 케이블 접속부재 등에 고전계가 인가되는 것을 억제하고, 나아가 상기 중간 절연층(320)을 가진 성능의 최대한으로 컴팩트화 할 수 있으며, 그 열화를 억제하여, 상기 절연층(300)의 절연 내력, 기타 물성이 저하되는 것을 억제할 수 있고, 결과적으로 케이블보다 높은 임펄스 내압의 컴팩트 케이블로 할 수 있을 뿐만 아니라 케이블의 수명 단축을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 각각 크라프트 펄프를 원료로 하는 크라프트(kraft)지를 횡권하고 절연유를 함침시킴으로써 형성할 수 있고, 이로써 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 중간 절연층(320)에 비해 낮은 저항율 및 높은 유전율을 가질 수 있다. 상기 크라프트지는 크라프트 펄프 중의 유기 전해질을 제거하여 우수한 유전정접 및 유전율을 얻기 위해 크라프트 펄프를 탈 이온수로 수세처리함으로써 제조될 수 있다.
상기 중간 절연층(320)은 플라스틱 필름의 상부면과 하부면 중 어느 한면, 또는 양면 모두에 크라프트지가 적층된 반합성지를 횡권하고 절연유를 함침시킴으로써 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 중간 절연층(320)은 플라스틱 필름을 포함하고 있으므로 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)에 비해 높은 저항율, 낮은 유전율, 높은 직류파괴전압 및 임펄스 파괴내압을 지니고 있으며, 상기 중간 절연층(320)의 높은 저항율에 의해 직류적으로, 낮은 유전율에 의해 임펄스적으로 상기 케이블의 외경을 축소하는 것이 가능해진다.
상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지에서 상기 플라스틱 필름은 상기 케이블의 운용시 발열에 의해 상기 절연층(300)에 함침된 절연유가 상기 외부 반도전층(400) 쪽으로 이동하는 것을 억제하여 상기 절연유의 이동에 의한 탈유 보이드의 생성을 억제하고, 결과적으로 상기 탈유 보이드에 의한 전계 집중 및 절연 파괴를 억제할 수 있다. 여기서, 상기 플라스틱 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지나 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로 폴리프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소 수지로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 내열성이 우수한 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반합성지는 상기 플라스틱 필름의 두께가 전체 두께의 40 내지 70%일 수 있다. 상기 플라스틱 필름의 두께가 상기 반합성지 전체 두께의 40% 미만인 경우 상기 중간 절연층(320)의 저항율이 불충분하여 케이블의 외경이 증가할 수 있는 반면, 70% 초과인 경우 반합성지의 제조가 현저하게 어려워지고, 고가가 될 가능성이 있다.
상기 내부 절연층(310)은 상기 절연층(300) 전체 두께의 1 내지 10%의 두께를 가질 수 있고, 상기 외부 절연층(330)은 상기 절연층(300) 전체 두께의 5 내지 15%의 두께를 가질 수 있고, 상기 중간 절연층(320)은 상기 절연층(300) 전체 두께의 75% 이상의 두께를 가질 수 있다. 이로써, 상기 내부 절연층(310)의 최대 임펄스 전계 값이 상기 중간 절연층(320)의 최대 임펄스 전계 값보다 낮을 수 있다. 만약 내부 절연층의 두께가 필요 이상으로 증가될 경우, 중간 절연층(310)의 최대 임펄스 전계 값이 허용 최대 임펄스 전계 값보다 커지게 되며, 이를 완화하기 위해선 역으로 케이블 외경이 증가되는 문제점이 발생하게 된다. 그리고, 외부 절연층(330)은 내부 절연층보다 두께를 충분히 확보하는 것이 바람직한데, 이에 대해서는 후술한다.
그리고, 본 발명에서는 저항율이 작은 내부 절연층(310)과 외부 절연층(330)을 구비함으로써, 직류 고전계가 상기 도체(100)의 직상 및 상기 금속시스층(500)의 직하에 인가되는 것을 억제하면서도, 저항율이 높은 중간 절연층(320)의 두께를 75% 이상으로 설계함으로써, 케이블 외경을 축소하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 상기 절연층(300)을 구성하는 상기 내부 절연층(310), 상기 중간 절연층(320) 및 상기 외부 절연층(330)이 각각 정밀하게 제어된 상기 두께를 가짐으로써 상기 절연층(300)이 목적한 절연 내력을 가질 수 있는 동시에 케이블의 외경이 최소화될 수 있다. 또한, 상기 절연층(300)에 인가되는 직류 및 임펄스전계를 가장 효율적으로 설계할 수 있으며, 직류와 임펄스의 고전계가 상기 도체(100)의 직상 및 상기 금속시스층(500)의 직하에 인가되는 것을 억제하여, 특히 전계에 취약한 케이블 접속부재의 절연 내력, 기타 물성 저하를 회피할 수 있다.
바람직하게는, 상기 외부 절연층(330)의 두께가 상기 내부 절연층(310)의 두께보다 크고, 예를 들어, 직류 500 kV의 케이블에선 상기 내부 절연층(310)의 두께는 0.1 내지 2.0 mm이고, 상기 외부 절연층(330)의 두께는 1.0 내지 3.0 mm이며, 상기 중간 절연층(320)의 두께는 15 내지 25 mm일 수 있다.
본 발명에 따른 케이블의 접속을 위한 연공 접속시 발생하는 열이 상기 절연층(300)에 인가되어 상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지의 플라스틱 필름이 녹을 수 있기 때문에, 상기 열로부터 상기 플라스틱 필름을 보호하기 위해 상기 외부 절연층(330)의 두께를 충분히 확보하는 것이 필요하고, 상기 내부 절연층(310)의 두께에 비해 두껍게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 외부 절연층(330)의 두께는 상기 내부 절연층(310) 두께의 1.5 내지 30배일 수 있다.
또한, 상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지의 시트의 두께는 70 내지 200 ㎛이고, 상기 내부 및 외부 절연층(310,320)을 형성하는 크라프트지의 두께는 50 내지 200 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 내부 및 외부 절연층(310,320)을 형성하는 크라프트지의 두께는 상기 반합성지를 구성하는 크라프트지의 두께보다 크도록 형성한다.
상기 내부 및 외부 절연층(310,320)을 형성하는 크라프트지의 두께가 과도하게 얇은 경우 강도가 불충분하여 횡권시 파손될 수 있고 목적한 두께의 절연층을 형성하기 위한 횡권의 횟수가 증가하게 되어 케이블의 생산성이 저하될 수 있는 반면, 상기 크라프트지의 두께가 과도하게 두꺼운 경우 상기 크라프트지의 횡권시 절연유의 주된 통로를 이루는 크라프트지 사이의 간극의 전체 체적이 감소하여 절연유 함침시 장시간이 소요될 수 있고 함침되는 절연유의 함량이 저하되어 목적한 절연 내력을 구현하기 곤란할 수 있다.
상기 절연층(300)에 함침되는 절연유는 종래 OF 케이블에 사용되는 절연유와 달리 상대적으로 높은 점도를 갖는 고점도 절연유를 사용하므로 일반적으로 상온에서 순환되지 않고 그 움직임이 매우 느리다. 상기 절연유는 상기 절연층(300)의 목적한 절연 내력을 구현하는 작용 뿐만 아니라 케이블의 굴곡시 절연지의 운동이 용이하도록 윤활 역할을 함께 수행할 수 있다.
상기 절연유는 특별히 제한되지 않지만 상기 도체(100)를 구성하는 구리 및 알루미늄과 접촉하여 열에 의해 산화되지 않아야 하고, 상기 절연층(300)에 대한 함침이 용이하게 위해 함침온도, 예를 들어, 100℃ 이상에서 충분히 낮은 점도를 가져야 하는 반면 케이블의 운전시 운전온도, 예를 들어, 60~90℃에서는 흘러내리지 않도록 충분히 높은 점도를 가져야 하고, 예를 들어, 60℃의 동점도가 500 센티스토크스(cSt) 이상인 고점도 절연유, 특히 나프텐계 절연유, 폴리스틸렌계 절연유, 광유, 알킬 벤젠이나 폴리부텐계 합성유, 중질 알킬레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연유를 합성하여 사용할 수 있다.
하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 고점도 절연유보다 점도가 낮은 중점도절연유, 예를 들어 60℃의 동점도가 10 내지 500 센티스토크스(cSt)인 절연유를 사용하는 것도 가능하다.
상기 절연층(300)에 절연유를 함침시키는 공정은 상기 내부 절연층(310), 상기 중간 절연층(320) 및 상기 외부 절연층(330)이 각각 목적한 두께로 형성되도록 이들을 구성하는 상기 크라프트지 및 상기 반합성지를 각각 복수회 횡권하고, 진공 건조되어 상기 절연층(300)의 잔존 수분을 제거하고, 그 후, 고압 환경 하에서 함침온도를, 예를 들어 100~120℃로 가열된 상기 절연유를 탱크에 주입하여 그 조건으로 일정 시간 동안 절연유를 절연층(300)에 함침시킨 후, 서서히 냉각시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 외부 반도전층(400)은 상기 절연층(300)과 상기 금속시스층(500) 사이의 불균일한 전계 분포를 억제하고 전계분포를 완화시키며 다양한 형태의 금속시스층(500)으로부터 상기 절연층(300)을 물리적으로 보호하는 기능을 수행한다.
상기 외부 반도전층(400)은 예를 들어 절연지에 도전성 카본 블랙을 처리한 카본지 등 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성될 수 있고, 바람직하게는 갭권, 즉 같은 층에서 횡권되는 반도전지가 서로 겹치지 않도록 일정한 갭(gap)을 두고 횡권되는 반도전지의 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되고, 상기반도전지가 횡권되는 층이 복수 개인 경우 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 반도전지에 의해 커버되도록 횡권함으로써 형성될 수 있으며, 상기 외부 반도전층(400)의 두께는 약 0.1 내지 3.0 mm일 수 있다. 상기 반도전지가 갭권되는 경우 상기 갭을 통해 절연유가 용이하게 이동할 수 있으므로 상기 케이블의 함침 시간을 단축시켜 생산수율을 추가로 향상시킬 수 있다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외부 반도전층(400)은 상기 반도전지를 횡권할 때, 바람직하게는 갭권에 의해 형성된 하부층(410) 위에 금속화지(421)와 반도전지(422)의 공권, 즉 상기 금속화지(421)와 상기 반도전지(422)가 일정 부분 오버랩(overlap)되도록 함께 횡권되어 형성되는 상부층(420)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 상부층(420)은 상기 금속시스층(500)과 접촉하게 된다.
여기서, 상기 금속화지(421)는 베이스 종이(421a) 위에 알루미늄 테이프, 구리테이프, 알루미늄박, 구리박 등과 같은 금속박(421b) 등이 적층된 구조를 가질 수 있고, 상기 베이스 종이(421a)는 카본지 같은 반도전지, 크라프트지 등일 수 있다. 또한, 상기 금속화지(421)에는 그 하부로 절연유가 용이하게 침투할 수 있도록 복수개의 천공(421c)이 존재할 수 있다.
상기 금속화지 중에서 베이스 종이(421a)로 크라프트지와 같이 절연지를 사용한 경우에는, 상기 외부 반도전층(400)은 앞서 기술한 구조에 의해 상기 하부층(410)의 반도전지가 상기 상부층(420)의 반도전지(422)를 통해 상기 금속화지(421)의 금속박(421b)까지 원활하게 전기적으로 접촉하게 되고, 이로써 상기 외부 반도전층(400)과 상기 금속시스층(500)이 원활하게 전기적으로 접촉하게 되며, 결과적으로 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있고, 또한 상기 절연층(300)과 상기 금속시스층(500) 사이에 균일한 전계 분포가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 상부층(420)에서 상기 금속화지(421)와 상기 반도전지(422)가 공권되는 경우, 일반적으로 금속화지와 반도전지의 폭은 동일한 폭을 사용하는데, 상기 금속화지(421)의 전체 폭을 기준으로 상기 반도전지(422)가 상기 금속화지(421) 위에 오버랩(overlap)되는 비율인 오버랩율이 20 내지 80%일 수 있다. 여기서, 금속화지와 반도전지가 오버랩되어 횡권될 때의 피치는 금속화지의 폭의 크기와 일치하거나 +2mm 이내로 한다. 이는 상기 공권에 의해 고르게 2층이 형성되어야 하는데, 상기 공권 피치가 금속화지의 폭보다 작아지면 3층 또는 4층 부분이 생겨나 두께 편차가 생길 수 있고, 또한 상기 공권 피치가 금속화지의 폭 +2mm 보다 커지게 되면 1층 부분이 생겨서 이 또한 두께 편차가 생겨서 금속시스와 금속화지층과의 전기적 접촉이 균일하게 이루어지지 않게 되어, 결국 전계분포가 균일하게 되지 않아 절연내력이 저하 될 수 있다.
여기서, 상기 오버랩율이 20% 미만인 경우 상기 케이블이 굴곡과 굴곡핌을 반복하는 경우 상기 오버랩된 금속화지(421)와 상기 반도전지(422)의 오버랩된 부분의 폭이 작아서 케이블 굴곡시 상기 오버랩된 부분의 오버랩이 해제되었다가 케이블 굴곡이 펴졌을 때, 오버랩이 해제되었던 부분이 다시 오버랩 되지 못하고 서로 충돌하여 구겨지거나 찢어지는 등 파손되는 문제가 있다. 또한 상기 오버랩율이 80% 초과인 경우에도 상기와 같은 문제가 발생될 수 있으며, 상기한 문제 외에도 횡권 후에 외형으로 나타난 금속화지와 카본지의 면적비율은 금속화지가 20%이미만이 되고 카본지의 면적비가 80%를 초과하게 되어, 금속화지의 본래 목적인 카본지와 금속시스간의 원활한 전기접촉이라는 목적을 달성할 수 없게 된다.
도 6은 도 3에서 외부 반도전층의 금속화지에 적용된 금속박의 모습을 확대 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 금속화지(421)에는 절연유의 통과를 위해 복수 개의 천공(421c)이 포함될 수 있다. 여기서, 상기 금속화지(421)의 단위 면적당 이에 포함되는 복수 개의 천공(421c) 전체가 차지하는 면적의 비율(천공 면적율)은 약 4 내지 15%일 수 있고, 상기 면적율이 약 4% 미만인 경우 절연유의 함침이 원활하지 않아 케이블의 생산수율이 저하될 수 있는 반면, 약 15% 초과인 경우 상기 금속화지(421)의 인장강도가 크게 저하되어 상기 상부층(420)의 형성을 위한 상기 금속화지(421)의 권취시 상기 금속화지(421)가 파단될 수 있다.
또한, 상기 금속화지(421)에 형성된 상기 천공(421c)은 상기 금속화지(421)의 폭 방향으로 1개의 열에 3개 이상 배열될 수 있고, 상기 열마다 복수 개의 천공(421c)이 지그재그로 배열될 수 있으며, 상기 금속화지(421)의 길이 방향으로 인접한 천공(421c)들 사이의 수평 길이(S1) 및 상기 1개의 열에서 인접한 천공(421c)들 사이의 길이(S2)는 각각 독립적으로 약 2 내지 5 mm일 수 있다.
여기서, 상기 천공(421c) 사이의 길이(s1,s2)가 2 mm 미만인 경우 해당 부분에서 상기 금속화지(421)의 횡권시 상기 금속화지(421)가 파단될 수 있는 반면, 5 mm 초과인 경우 천공 면적율이 낮아 절연유 함침이 원활하지 않을 수 있다.
그리고, 상기 천공(421c)의 형상은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 등일 수 있고, 절연유의 함침 용이성 및 상기 금속화지(421)의 인장강도 확보의 차원에서 원형인 것이 바람직하며, 상기 천공(421c)의 원환산 직경(d)은 약 0.9 내지 1.1 mm일 수 있다. 여기서, 상기 원환산 직경은 상기 천공(421c)의 형상이 원형이 아닌 경우 상기 천공(421c)과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 의미한다.
상기 천공(421c)의 원환산 직경(d)이 0.9 mm 미만인 경우 절연유의 함침이 원활하지 않을 수 있는 반면 1.1 mm 초과인 경우 상기 금속화지(421)의 인장강도가 크게 저하되어 상기 상부층(420)의 형성을 위한 상기 금속화지(421)의 권취시 상기 금속화지(421)가 파단될 수 있다. 상기 금속화지(421)는 앞서 기술한 구조 및 상기 금속화지(421)에 포함된 천공(421c)의 배치, 갯수, 직경 등에 의해 9.1 kg/15mm 이상의 인장강도를 보유할 수 있다.
상기 외부 반도전층(400)은 상기 상부층(420)과 상기 금속시스층(500) 사이에 동선직입포(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 동선직입포는 부직포에 구리 와이어 2 내지 8 가닥이 직입된 구조로 상기 외부 반도전층(400)을 형성하기 위해 권취된 반도전지, 금속화지 등이 함침공정 등을 수행하는 동안 풀어지지 않고 앞서 기술한 구조를 유지할 수 있도록 이들을 견고하게 묶어주는 기능 및 외력으로부터 찢어지거나 상처가 생기는 것을 방지하는 기능을 수행하고, 추가로 상기 동선에 의해 상기 외부 반도전층(400)과 상기 금속시스층(500)을 원활하게 전기적으로 접촉시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 금속시스층(500)은 케이블 내부에서 절연유가 외부로 새지 않게 하고, 전계가 케이블 외부로 나가지 못하게 하여 정전 차폐 효과를 얻을 수 있도록 하며, 케이블 일말단에서의 접지를 통해 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로로서 작용하여 안전을 도모하고, 케이블 외부의 충격, 압력 등으로부터 케이블을 보호하고, 케이블의 차수성, 난연성 등을 향상시키는 작용을 한다.
상기 금속시스층(500)은 예를 들어 순연 내지 합금연(lead alloy)으로 이루어진 연피시스에 의해 형성될 수 있다. 상기 금속시스층(500)으로서 상기 연피시스는 전기저항이 비교적 낮아 대전류통전체 기능을 겸하고, 심리스 타입(seamless type)으로 형성시 케이블의 차수성, 기계적 강도, 피로특성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 연피시스는 케이블의 내식성, 차수성 등을 추가로 향상시키고 상기 금속시스층(500)과 상기 케이블보호층(600) 사이의 접착력을 향상시키기 위해 표면이 부식 방지 컴파운드, 예를 들어, 블로운 아스팔트 등으로 도포될 수 있다.
상기 케이블보호층(600)은 예를 들어 금속보강층(630) 및 외부시스(650)를 포함하고, 내부시스(610), 상기 금속보강층(630) 상하에 배치된 베딩층(620,640) 등을 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 내부시스(610)는 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상, 열, 화재, 자외선, 곤충이나 동물로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행한다. 상기 내부시스(610)는 특별히 제한되지 않지만 내한성, 내유성, 내약품성 등이 우수한 폴리에틸렌이나, 내약품성, 난연성 등이 우수한 폴리염화비닐 등으로 이루어질 수 있다.
상기 금속보강층(630)은 기계적 충격으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행하고, 부식을 방지하기 위해 아연 도금 강철 테이프, 스테인레스강 테이프 등으로 형성될 수 있고, 상기 아연 도금 강철 테이프는 표면에 부식 방지 컴파운드가 도포될 수 있다. 또한, 상기 금속보강층(630) 상하에 배치된 베딩층(620,640)은 외부로부터의 충격, 압력 등을 완화하는 기능을 수행하고, 예를 들어, 부직포 테이프에 의해 형성될 수 있다.
상기 외부시스(650)는 상기 내부시스(610)와 실질적으로 동일한 기능 및 특성을 갖고, 해저터널, 육상터널구간 등에서의 화재는 인력 또는 설비 안전에 큰 영향을 주는 위험요소이므로 해당 지역에서 사용되는 케이블의 외부시스는 난연 특성이 우수한 폴리염화비닐을 적용하고, 관로구간의 케이블 외부시스는 기계적 강도, 내한성이 우수한 폴리에틸렌을 적용할 수 있다.
또한, 여기에선 도시하지 않았지만 금속시스(500)의 위에 내부시스(610)를 생략하고 바로 금속보강층(630)을 설치할 수 있으며, 금속보강층(630) 내측과 외측에는 필요에 따라 베딩층을 설치할 수 있다. 즉, 상기 금속시스층에서 외측을 향해 순차적으로 베딩층, 금속보강층, 베딩층 및 외부시스가 구비되도록 형성할 수 있다. 이 경우는 금속보강층(630)이 금속시스(500)의 변형은 허용해도 외주의 변화는 억제하기 때문에, 금속시스(500)의 피로특성상 바람직하며 케이블 통전시의 금속시스(500) 내의 케이블 절연층(300)의 유압을 높히고, 반대로 케이블 통전을 off했을 시의 온도 하강에 의한 절연유의 수축에 따른 유압의 하강을 보상하며, 유압이 높은 부분에서 내부반도전층(200)에서와 같이 급격하게 유압이 내려가는 부분에 유압차로 기름을 이동시켜 보충하는 효과가 발생하여 바람직하다.
또한, 상기 케이블이 해저케이블인 경우 상기 케이블보호층(600)은 예를 들어 철선외장(660)과 폴리프로필렌 얀 등으로 이루어진 외부 써빙층(670) 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 철선외장(660), 외부 써빙층(670) 등은 해저의 해류, 암초 등으로부터 케이블을 추가적으로 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
Claims (13)
- 도체;상기 도체를 둘러싸는 내부 반도전층;상기 내부 반도전층을 둘러싸고 절연유가 함침된 절연층;상기 절연층을 둘러싸는 외부 반도전층;상기 외부 반도전층을 둘러싸는 금속시스층; 및상기 금속시스층을 둘러싸는 케이블보호층을 포함하고,상기 외부 반도전층은 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성된 하부층 및 상기 하부층 위에 금속화지와 반도전지의 공권에 의해 형성된 상부층을 포함하며,상기 금속화지는 베이스 종이 위에 금속박이 적층된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항에 있어서,상기 반도전지는 절연지에 카본 블랙을 처리한 카본지를 포함하고,상기 베이스 종이는 크라프트지(kraft paper) 또는 반도전지(semi-conductive paper)를 포함하며,상기 금속박은 알루미늄 테이프, 구리테이프, 알루미늄박 및 구리박으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 하부층은 상기 반도전지의 횡권에 의해 형성되는 하나 이상의 층을 포함하고,상기 반도전지를 횡권할 때에 같은 층의 반도전지가 겹치지 않도록 일정한 갭(gap)을 두고 횡권된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 상부층에서 상기 금속화지와 상기 반도전지의 공권시 상기 금속화지의 전체 폭을 기준으로 상기 반도전지가 상기 금속화지 위에 오버랩(overlap)되는 비율인 오버랩율이 20 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 금속화지에는 절연유가 통과할 수 있는 복수 개의 천공이 포함된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제5항에 있어서,상기 금속화지의 단위 면적당 이에 포함되는 상기 복수 개의 천공 전체가 차지하는 면적의 비율은 4 내지 15%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 상부층과 상기 금속시스층 사이에 부직포에 구리 와이어인 동선이 직입된 동선직입포를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 절연층은 내부 절연층, 중간 절연층 및 외부 절연층을 포함하고,상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층은 각각 절연유가 함침된 크라프트지(kraft paper)로 형성되고, 상기 중간 절연층은 절연유가 함침된 반합성지로 형성되며, 상기 반합성지는 플라스틱 필름 및 상기 플라스틱 필름의 적어도 한면에 적층된 크라프트지를 포함하고,상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층의 저항율이 상기 중간 절연층의 저항율보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제8항에 있어서,상기 절연층의 전체 두께를 기준으로, 상기 내부 절연층의 두께는 1 내지 10%이고, 상기 중간 절연층의 두께는 75% 이상이며, 상기 외부 절연층의 두께는 5 내지 15%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제9항에 있어서,상기 외부 절연층의 두께가 상기 내부 절연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제8항에 있어서,상기 절연유는 60℃의 동점도가 500 센티스토크스(Cst) 이상인 고점도 절연유인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 케이블보호층은 내부시스, 베딩층, 금속보강층 및 외부시스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
- 제12항에 있어서,상기 케이블보호층은 철선외장 및 외부 써빙층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
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