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WO2018034404A1 - 전력 케이블 - Google Patents

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WO2018034404A1
WO2018034404A1 PCT/KR2017/003524 KR2017003524W WO2018034404A1 WO 2018034404 A1 WO2018034404 A1 WO 2018034404A1 KR 2017003524 W KR2017003524 W KR 2017003524W WO 2018034404 A1 WO2018034404 A1 WO 2018034404A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
insulating
insulating layer
layers
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2017/003524
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장성우
곽재철
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LS Cable and Systems Ltd
Original Assignee
LS Cable and Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LS Cable and Systems Ltd filed Critical LS Cable and Systems Ltd
Priority to EP17841588.1A priority Critical patent/EP3503124B1/en
Priority to US16/326,013 priority patent/US11309102B2/en
Publication of WO2018034404A1 publication Critical patent/WO2018034404A1/ko
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    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
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    • H01B9/02—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients
    • H01B9/027—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients composed of semi-conducting layers
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    • H01B7/02—Disposition of insulation
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    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
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    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/006—Constructional features relating to the conductors

Definitions

  • the present invention relates to power cables, in particular ultra high voltage underground or submarine cables. Specifically, the present invention effectively extends the lifespan by effectively preventing copper from infiltrating the insulating layer and lowering the dielectric strength, and preventing breakage of insulating paper, semiconductor cells, etc., even after repeated bending and bending.
  • the interlayer structure formed by the winding can be maintained and relates to a power cable that can be improved in flexibility, flexibility, installation, workability and the like.
  • a power cable using a polymer insulator such as crosslinked polyethylene (XLPE) is used.
  • XLPE crosslinked polyethylene
  • an ultra-high voltage DC power transmission cable is impregnated with insulating oil in a cross winding insulating paper so as to surround a conductor.
  • Paper-insulated cables having an insulating layer are used.
  • 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.
  • the MIND cable is formed by wrapping insulating paper such as kraft paper, semi-synthetic paper laminated with a thermoplastic resin such as kraft paper and polypropylene resin, and forming a plurality of layers.
  • a semiconductor battery such as carbon black paper, may be formed by wrapping a plurality of layers, and as illustrated in FIG. 1, the semiconductor battery 10 may be rolled around the conductor part 20 to form a plurality of layers.
  • a gap 30 is formed between the semiconductor cells wound to form each layer, and the gaps 30 formed in an arbitrary layer cover the upper and lower layers of the arbitrary layer.
  • a gap winding is generally applied to cover each of the semiconducting cells 10 and the like, and even in the case of forming the insulating layer by winding the insulating paper, it is necessary to secure the movement path of the insulating oil when the insulating oil is impregnated.
  • Advantageous gaps are generally applied.
  • the MIND cable is advantageous in terms of securing the movement path of the insulating oil when the insulating oil is impregnated when the insulating layer and the inner semiconductor layer are formed by the gap winding of the insulating paper, the semiconductor battery, etc., as described above.
  • copper powder of the conductor portion 20 in particular, copper powder from the copper stranded wire conductor is dispersed in the insulating oil, thereby easily penetrating into the insulating layer with the movement of the insulating oil, thereby causing a problem that the insulation strength is greatly reduced.
  • the service life is extended, and breakage of the insulating paper, the semiconductor cell, etc. is prevented even after repeated bending and bending, thereby forming by winding
  • the interlayer structure can be maintained, and there is an urgent need for a power cable capable of improving flexibility, flexibility, installation, workability, and the like.
  • an object of the present invention is to provide a power cable capable of maintaining the interlayer structure formed by the winding of the insulating paper, semiconductor cells and the like is suppressed even after repeated bending and bending.
  • an object of the present invention is to provide a power cable that can be improved in flexibility, flexibility, installation, workability and the like.
  • the inner semiconducting layer includes a plurality of layers formed by a transverse winding of a semi-conductive paper, and the plurality of layers are transverse winding of the semiconducting battery. It provides a power cable, characterized in that it comprises one or more layers formed by the airspace of the semiconductor cell sideways wound so that a portion of the width of the semiconductor cell overlaps.
  • a predetermined gap is formed between the semi-wound semiconductor cells, and the gaps formed in an arbitrary layer may be formed. It provides a power cable, characterized in that it comprises a layer formed by the gap winding of the semiconductor cell side wound so as to be covered by the semiconductor cell constituting the upper layer and the lower layer of any layer, respectively.
  • At least one layer formed by the void of the semiconductor cell provides a power cable, characterized in that it comprises a layer disposed directly above the conductor.
  • the at least one layer formed by the void of the semiconductor battery provides an electric power cable, characterized in that the overlap rate is 20 to 80% of the overlap of the paper width of the semiconductor cell forming it.
  • the plurality of layers of the semiconductor cell is 4 to 10, the total thickness of the inner semiconducting layer is 0.2 to 1.5 mm, the width of the semiconductor cell is 15 to 30 mm, providing a power cable do.
  • the semiconductor battery provides a power cable, characterized in that the carbon paper treated with carbon black on insulating paper.
  • the insulating layer includes a plurality of layers formed by the transverse winding of the insulating paper, wherein the plurality of layers are formed between the gap between the insulating paper is a constant gap (gap) formed in an arbitrary layer )
  • the insulating layer includes a plurality of layers formed by the transverse winding of the insulating paper, wherein the plurality of layers are formed between the gap between the insulating paper is a constant gap (gap) formed in an arbitrary layer )
  • the insulating layer is formed by sequentially stacking an inner insulating layer, an intermediate insulating layer and an outer insulating layer, and the inner insulating layer and the outer insulating layer are each formed of kraft paper impregnated with insulating oil, and the intermediate insulating layer Silver is formed of a semi-synthetic paper impregnated with an insulating oil, the semi-synthetic paper comprises a plastic film and kraft paper laminated on at least one side of the plastic film, the resistivity of the inner insulating layer and the outer insulating layer is less than the resistivity of the intermediate insulating layer It is characterized by providing 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%.
  • the thickness of the outer insulation layer is greater than that of the inner insulation layer.
  • the cable protection layer is characterized in that it comprises an inner sheath, a bedding layer, a metal reinforcing layer and an outer sheath, provides a power cable.
  • the cable protective layer further provides a power cable, characterized in that it further comprises an outer wire and the outer serving layer.
  • the power cable according to the present invention is formed by the air space of the semiconductor cell by forming at least one of a plurality of layers formed in the process of drawing the semiconductor cell to form an internal semiconducting layer on the conductor part, thereby preventing from the copper conductor of the conductor part.
  • the power cable according to the present invention by precisely controlling the overlap rate of the air-circulating semiconductor cell of the plurality of layers formed by the winding of the semiconductor cell, and the remaining layer is formed by the gap winding of the semiconducting layer, iterative bending and bending Pim also exhibits an excellent effect that the breakage of semiconductor cells can be suppressed and the interlayer structure formed by their winding can be maintained.
  • the power cable according to the present invention exhibits an excellent effect of improving flexibility, flexibility, laying property, workability, etc. by avoiding unnecessary increase in outer diameter.
  • FIG. 1 schematically shows a case in which a semiconductor cell is gap-wound on a conductor part in a conventional power cable, and copper from the conductor part penetrates into the insulating layer on the semi-conducting layer through the movement path of the insulating oil formed by the gap winding. .
  • Figure 2 schematically shows the cross-sectional structure of one embodiment of a power cable according to the invention.
  • FIG. 3 schematically illustrates a longitudinal cross-sectional structure of the power cable shown in FIG. 2.
  • FIGS. 2 and 3 schematically show the cross-sectional and longitudinal cross-sectional structures of one embodiment of a power cable according to the invention, respectively.
  • the power cable according to the present invention includes a conductor 100, an inner semiconducting layer 200 surrounding the conductor 100, and an insulating layer 300 surrounding the inner semiconducting layer 200.
  • An outer semiconducting layer 400 surrounding the insulating layer 300, a metal sheath layer 500 surrounding the outer semiconducting layer 400, a cable protection layer 600 surrounding the metal sheath layer 500, and the like. can do.
  • the conductor 100 is a movement path for electric current for transmission, and has high electrical conductivity to minimize power loss, and has high purity copper (Cu), aluminum (Al), etc. having appropriate strength and flexibility required for use as a conductor of a cable.
  • it may be made of a linkage line having a high elongation and a high conductivity.
  • the cross-sectional area of the conductor 100 may be different depending on the amount of power transmission, the use of the cable.
  • 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. Since the conductor 100 made of a flat conductor formed by a so-called keystone method has a high conductor area ratio, it is possible to reduce the outer diameter of the cable and to form a large cross-sectional area of each element wire. It is economical to reduce.
  • the inner semiconducting layer 200 suppresses uneven charge distribution on the surface of the conductor 100, alleviates electric field distribution from inside the cable, and removes a gap between the conductor 100 and the insulating layer 300 to partially discharge To suppress dielectric breakdown, etc.
  • the internal semiconducting layer 200 may be formed by transversely winding semi-conductive paper such as carbon paper treated with conductive carbon black on insulating paper in a plurality of layers
  • One or more layers 210 of the plurality of layers of the semiconductor cell may be formed by transverse winding so that a part of the width of the semiconductor cell overlaps when the semiconductor cell is spaced, that is, when the semiconductor cell is rolled, and the remaining layers are overlapped.
  • a gap is formed between the gaps of the semiconductor cells, that is, the transversely-conducted cells, and the gaps formed in the arbitrary layers constitute upper and lower layers of the arbitrary layers, respectively.
  • the layer 210 formed by the void of the semiconductor cell has a gap in the layer, that is, a passage through which the same from the conductor 100 can move. Since the copper powder does not exist, the copper powder is prevented from passing through the internal semiconducting layer 200 to the insulating layer 300, thereby effectively suppressing the decrease in the dielectric strength of the insulating layer 300 by the copper powder. In this way, it is possible to extend the life of the power cable and at the same time avoid unnecessary increase in the outer diameter of the power cable can be improved flexibility, flexibility, installation, workability and the like.
  • the layer 220 formed by the gap region of the semiconductor cell which forms the remaining layer other than the layer 210 formed by the void of the semiconductor cell, has a semiconductor cell forming an arbitrary layer.
  • the layer 210 formed by the void of the semiconductor cell at the lowermost portion, that is, directly above the conductor 100, the movement of the same from the conductor 100 can be blocked at the source, Even when the overlapping rate of the semiconductor cells is minimized, the overlapping portions between adjacent semiconductor cells can be suppressed during bending of the power cable. It is possible to prevent the collision between, and as a result, it is possible to suppress the breakage of the semiconductor battery, thereby stably maintaining the structure of the internal semiconducting layer 200.
  • the number of the plurality of layers of the semiconductor battery may be 4 to 10, whereby the total thickness of the inner semiconducting layer 200 may be about 0.2 to 1.5 mm, while the width of the semiconductor battery is about 15 to It may be 30 mm, the overlapping rate of the semiconductor cell in the empty space is the outer diameter of the conductor 100, the width of the semiconductor battery, the layer formed by the void of the semiconductor battery in the inner semiconducting layer 200 It may be different depending on the position and the like may be 20 to 50%, for example.
  • the overlap rate of the semiconductor battery is less than 20%, the overlapped portions between the semiconductor cells are separated when the power cable is bent, and the semiconductor cells separated during the bending of the power cable collide with each other while trying to overlap again. While the semiconductor cell may be damaged, if the excess of 50% is excessively overlapped with the semiconductor cell, the productivity of the power cable may be lowered and the outer diameter of the power cable may be unnecessarily increased, resulting in deterioration in flexibility, flexibility, installation property, and workability. Can be.
  • two or more of the semiconducting cells may be simultaneously wound at the same time when the semiconducting cell is unwinded in order to continuously perform layer formation by the void and gap of the semiconductor cell.
  • the insulation layer 300 includes an inner insulation layer 310, an intermediate insulation layer 320, and an outer insulation layer 330, and the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330 are the intermediate insulation. It is made of a material having a lower resistivity than the layer 320, so that the inner insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 are each formed by a current flowing through the conductor 100 when the cable is operated. An electric field buffering function for suppressing application of an electric field directly above the conductor 100 or directly below the metal sheath layer 500 is performed, and further, a function for suppressing deterioration of the intermediate insulating layer 320.
  • 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 intermediate insulating layer 320 may be formed by transversely winding a semi-synthetic paper having kraft paper laminated on an upper surface, a lower surface, or both of the plastic film and impregnating insulating oil.
  • the intermediate insulating layer 320 formed as described above has a higher resistivity and a lower dielectric constant than the inner insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 since the plastic film is included, and has a high resistivity of the intermediate insulating layer 320. This makes it possible to reduce the outer diameter of the cable.
  • the kraft paper or semi-synthetic paper which forms the inner insulating layer 310, the intermediate insulating layer 320 and the outer insulating layer 330, respectively, is transversely wound by a gap winding when transverse winding, so that the insulating oil is impregnated when the insulating oil is impregnated. It is advantageous to secure a passage so that the impregnation time can be shortened and the breakage of the kraft paper and the semi-synthetic paper can be effectively suppressed even when repeated bending and bending are applied to the power cable.
  • the plastic film prevents the insulating oil impregnated in the insulating layer 300 from moving toward the outer semiconductive layer 400 due to heat generation during operation of the cable.
  • the production of deoiled voids due to the movement of the insulating oil can be suppressed, and as a result, electric field concentration and insulation breakdown by the deoiled voids can be suppressed.
  • 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, so that the outer diameter of the cable may increase, whereas when the thickness of the plastic film is greater than 70%, the intermediate insulating layer 320 This may cause a problem in which a high field is applied.
  • 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 inner insulation layer 310 is larger than the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer 320, and the cable outer diameter is increased. Will occur.
  • the outer insulating layer 330 preferably has a sufficient thickness than the inner insulating layer, which will be described later.
  • the internal insulating layer 310 and the external insulating layer 330 having a small resistivity are provided to prevent the high electric field from being applied directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500.
  • the thickness of the intermediate insulating layer 320 with high resistivity to 75% or more, the cable outer diameter can be reduced.
  • 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 most efficient buffering of the electric field applied to the insulating layer 300 to suppress the high electric field is applied directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500, in particular, the cable connection vulnerable to the electric field The insulation strength of a member and other physical property fall can be avoided.
  • the thickness of the outer insulation layer 330 is greater than the thickness of the inner insulation layer 310, for example, the thickness of the inner insulation layer 310 is 0.1 to 2.0 mm, the outer insulation layer The thickness of the 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 semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer 320 may be 70 to 200 ⁇ m
  • the thickness of the kraft paper forming the inner and outer insulating layers 310, 320 may be 50 to 150 ⁇ 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 thickness of the kraft paper forming the inner and outer insulating layers (310,320) is too thin, the strength is insufficient and can be damaged during the transverse winding and the number of the transverse windings to form the insulating layer of the desired thickness increases the productivity of the cable
  • the thickness of the kraft paper is excessively thick, the total volume of the gap between the kraft paper during the transverse winding of the kraft paper is reduced, which may take a long time when the insulating oil is impregnated, and the content of the insulating oil impregnated is lowered so that the desired insulation It may be difficult to implement the history.
  • the insulating oil impregnated in the insulating layer 300 is fixed without being circulated like the insulating oil used in the OF cable, a high viscosity insulating oil having a relatively high viscosity is used.
  • 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.
  • the insulating oil is not particularly limited, but should not be oxidized by heat in contact with the copper and aluminum constituting the conductor 100, and an impregnation temperature, for example, 100 ° C., may be used to facilitate the impregnation of the insulating layer 300.
  • viscosity insulating oil having a kinematic viscosity of 60 °C or more than 500 centistokes
  • one or more insulating oils selected from the group consisting of naphthenic insulating oils, polystyrene insulating oils, mineral oils, alkyl benzene or polybutene synthetic oils, heavy alkylates, and the like can be used.
  • the kraft paper constituting the inner insulating layer 310, the intermediate insulating layer 320 and the outer insulating layer 330 are formed to a desired thickness, respectively And semi-wound each of the semi-synthetic papers, and vacuum-dried to remove residual moisture, foreign matters, etc. of the insulating layer 300, and a predetermined time in the insulating oil heated to an impregnation temperature, for example, 100 ⁇ 120 °C under a high pressure environment After impregnation for a second time, followed by slow cooling.
  • the outer semiconducting layer 400 suppresses the uneven charge distribution between the insulating layer 300 and the metal sheath layer 500 to mitigate electric field distribution, and the insulating layer may be formed from various types of metal sheath layers 500. 300) to physically protect.
  • the outer semiconducting layer 400 may be formed, for example, by a transverse winding of a semiconducting battery such as carbon paper treated with conductive carbon black on insulating paper, a metallized paper laminated with aluminum thin film on kraft paper, and the outer semiconducting layer 400. ) May have a thickness of about 0.1 to 1.5 mm.
  • the metallized paper may have a plurality of perforations to facilitate the impregnation of the insulating oil of the insulating layer 300 disposed under the outer semiconducting layer 400.
  • the metal sheath layer 500 equalizes the electric field inside the insulation layer 300, prevents the electric field from going out of the cable, and provides an electrostatic shielding effect, and provides a ground fault or a ground through the ground at one end of the cable. It acts as a return of fault current in the event of a short circuit accident, promotes 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, soft psi made of a lead alloy.
  • the soft sheath has a relatively low electrical resistance, which serves as a shield for a large current, and may further improve the order, mechanical strength, and fatigue characteristics of the cable 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 cable protection layer 600 may include, for example, an inner sheath 610, a metal reinforcement layer 630, bedding layers 620 and 640 disposed above and under the metal reinforcement layer 630, and an outer sheath 650.
  • the inner sheath 610 improves the corrosion resistance, the degree of ordering of the cable, and performs a function of protecting the cable from mechanical trauma, heat, fire, ultraviolet rays, insects or animals.
  • the inner sheath 610 is not particularly limited, but may be made of polyethylene having excellent cold resistance, oil resistance, chemical resistance, and the like, or polyvinyl chloride having excellent chemical resistance, flame resistance, and the like.
  • the metal reinforcement layer 630 may serve to protect the cable from mechanical shock, and may be formed of galvanized steel tape to prevent corrosion, and the galvanized steel tape may be coated with an anticorrosion compound on its surface.
  • the bedding layers 620 and 640 disposed above and below the metal reinforcing layer 630 may function to buffer shocks, pressures, and the like from the outside, and may be formed by, for example, a nonwoven tape.
  • the outer sheath 650 has substantially the same functions and characteristics as the inner sheath 610, and fires in submarine tunnels, land tunnel sections, etc. are used in the region because they are dangerous factors that greatly affect the safety of personnel or facilities.
  • the outer sheath of the cable is applied to polyvinyl chloride excellent in flame retardant properties, the cable outer sheath of the pipe section can be applied to polyethylene with excellent mechanical strength and cold resistance.
  • the cable protection layer 600 may further include, for example, an outer serving layer 670 made of an iron sheath 660, polypropylene yarn, or the like.
  • 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.
  • a power cable specimen having the structure of FIGS. 2 and 3 was manufactured, and in particular, the lowermost layer of the plurality of layers of the semiconductor cell forming the inner semiconducting layer, that is, the layer disposed directly above the conductor, is formed by the void of the semiconductor cell,
  • the power cable specimens of the example formed by the gap winding of the semiconductor cell and the plurality of layers of the semiconductor cell forming the inner semiconducting layer were all prepared by the power cable specimens of the comparative example formed by the gap winding of the semiconductor battery.
  • the specimen of the embodiment including the layer formed by the void of the semiconductor cell As a result of the evaluation, in the specimen of the embodiment including the layer formed by the void of the semiconductor cell, the copper content in the insulating layer was not observed so that the movement of copper powder from the copper conductor was effectively blocked by the layer formed by the void of the semiconductor cell in the inner semiconductor layer.
  • the specimen of the comparative example including only the layer formed by the gap region of the semiconductor cell was observed that a large amount of copper in the insulating layer was observed, and the copper powder from the copper conductor moved through the gap formed in the layer and penetrated into the insulating layer. Confirmed.

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Abstract

본 발명은 전력 케이블, 특히 초고압 지중 또는 해저 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 구리 도체로부터의 동분이 절연층에 침투하여 절연 내력이 저하되는 것을 효과적으로 방지함으로써 수명이 연장되고, 반복적인 굴곡과 굴곡핌에도 절연지, 반도전지 등의 파손이 억제되어 이들의 권취에 의해 형성되는 층간 구조가 유지될 수 있으며, 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 향상될 수 있는 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

전력 케이블
본 발명은 전력 케이블, 특히 초고압 지중 또는 해저 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 구리 도체로부터의 동분이 절연층에 침투하여 절연 내력이 저하되는 것을 효과적으로 방지함으로써 수명이 연장되고, 반복적인 굴곡과 굴곡핌에도 절연지, 반도전지 등의 파손이 억제되어 이들의 권취에 의해 형성되는 층간 구조가 유지될 수 있으며, 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 향상될 수 있는 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.
이러한 MIND 케이블은 절연층 형성시 크래프트지(Kraft paper), 크래프트지와 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지가 적층된 반합성지 등의 절연지를 복수의 층으로 감싸서 형성되며, 절연층 하부의 내부 반도전층은 카본 블랙지(Carbon black paper) 등의 반도전지를 복수의 층으로 감싸서 형성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 반도전지(10)를 도체부(20)에 횡권하여 복수의 층을 형성할 때는 각 층을 구성하기 위해 권취되는 반도전지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)(30)이 형성되고 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)(30)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 반도전지(10) 등에 의해 커버되도록 하는 갭권이 일반적으로 적용되고 있고, 상기 절연지를 권취하여 절연층을 형성하는 경우에도 절연유 함침시 절연유의 이동경로를 확보하는데 유리한 갭권이 일반적으로 적용되고 있다.
그러나, 상기 MIND 케이블은 이의 절연층과 내부반도전층이 앞서 기술한 바와 같이 절연지, 반도전지 등의 갭권에 의해 형성되는 경우 절연유 함침시 절연유의 이동경로를 확보하는 측면에서는 유리하나, 도 1에 도시된 바와 같이 도체부(20)의 구리 도체, 특히 구리 연선 도체로부터의 동분이 절연유 내에 분산되어 상기 절연유의 이동과 함께 용이하게 절연층에 침투함으로써 절연 내력이 크게 저하되는 문제가 있다.
따라서, 구리 도체로부터의 동분이 절연층에 침투하여 절연 내력이 저하되는 것을 효과적으로 방지함으로써 수명이 연장되고, 반복적인 굴곡과 굴곡핌에도 절연지, 반도전지 등의 파손이 억제되어 이들의 권취에 의해 형성되는 층간 구조가 유지될 수 있으며, 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 향상될 수 있는 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 구리 도체로부터의 동분이 절연층에 침투하여 절연 내력이 저하되는 것을 효과적으로 방지함으로써 수명이 연장되는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 반복적인 굴곡과 굴곡핌에도 절연지, 반도전지 등의 파손이 억제되어 이들의 권취에 의해 형성되는 층간 구조가 유지될 수 있는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 향상될 수 있는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체; 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층; 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층; 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층; 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속시스층; 및 상기 금속시스층을 감싸는 케이블보호층을 포함하고, 상기 내부 반도전층은 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성되는 복수 개의 층을 포함하고, 상기 복수 개의 층은 상기 반도전지의 횡권시 상기 반도전지의 지폭 중 일부분이 오버랩(overlap)되도록 횡권하는 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 복수 개의 층 중 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 층 이외의 나머지 층은 횡권되는 반도전지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되고 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 반도전지에 의해 커버되도록 횡권하는 상기 반도전지의 갭권에 의해 형성되는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층은 상기 도체의 직상에 배치되는 층을 포함하는 것으 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층은 이를 형성하는 반도전지의 지폭 중 오버랩(overlap)되는 비율인 오버랩율이 20 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
*그리고, 상기 반도전지의 복수 개의 층은 4 내지 10개이고, 상기 내부 반도전층의 전체 두께는 0.2 내지 1.5 mm이며, 상기 반도전지의 지폭은 15 내지 30 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 반도전지는 절연지에 카본 블랙을 처리한 카본지인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 절연층은 절연지의 횡권에 의해 형성되는 복수 개의 층을 포함하고, 상기 복수 개의 층은 상기 횡권되는 절연지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되고 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 절연지에 의해 커버되도록 횡권하는 상기 절연지의 갭권에 의해 형성되는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 절연층은 내부 절연층, 중간 절연층 및 외부 절연층이 순차적으로 적층되고, 상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층은 각각 절연유가 함침된 크라프트(kraft)지로 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.
또한, 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.
그리고, 상기 외부 절연층의 두께가 상기 내부 절연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 케이블보호층은 내부시스, 베딩층, 금속보강층 및 외부시스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 케이블보호층은 철선외장 및 외부 써빙층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 전력 케이블은 도체부 위에 내부 반도전층을 형성하기 위해 반도전지를 귄취하는 과정에서 형성되는 복수개의 층 중 하나 이상을 상기 반도전지의 공권에 의해 형성함으로써, 상기 도체부의 구리 도체로부터의 동분이 절연층에 침투하여 절연 내력이 저하되는 것을 효과적으로 방지함으로써 수명이 연장되는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 전력 케이블은 반도전지의 권취에 의해 형성되는 복수개의 층 중 공권되는 반도전지의 오버랩률을 정밀하게 조절하고 나머지층은 반도전층의 갭권에 의해 형성함으로써, 반복적인 굴곡과 굴곡핌에도 반도전지의 파손이 억제되어 이들의 권취에 의해 형성되는 층간 구조가 유지될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 전력 케이블은 불필요한 외경의 증가를 회피하여 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 전력 케이블에 있어서 도체부 위에 반도전지가 갭권되고 이러한 갭권에 의해 형성되는 절연유의 이동경로를 통해 도체부로부터의 동분이 반도전층 위의 절연층으로 침투하는 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 일실시예의 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 전력 케이블의 종단면 구조를 개략적으로 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 감싸는 내부 반도전층(200), 상기 내부 반도전층(200)을 감싸는 절연층(300), 상기 절연층(300)을 감싸는 외부 반도전층(400), 상기 외부 반도전층(400)을 감싸는 금속시스층(500), 상기 금속시스층(500)을 감싸는 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. 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 전하 분포를 억제하고 케이블 내부로부터의 전계 분포를 완화시키며 상기 도체(100)와 상기 절연층(300) 사이의 틈을 없애 부분 방전, 절연 파괴 등을 억제하는 기능을 수행한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내부 반도전층(200)은 예를 들어 절연지에 도전성 카본 블랙을 처리한 카본지 등의 반도전지(semi-conductive paper)를 복수개의 층으로 횡권함으로써 형성할 수 있고, 상기 반도전지의 복수 개의 층 중 하나 이상의 층(210)은 상기 반도전지의 공권, 즉 상기 반도전지의 횡권시 상기 반도전지의 지폭 중 일부분이 오버랩(overlap)되도록 횡권함으로써 형성될 수 있고, 나머지 층(220)들은 상기 반도전지의 갭권, 즉 횡권되는 반도전지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되고 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 반도전지에 의해 커버되도록 횡권함으로써 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층은 최하부층, 즉 상기 도체(100)와 접촉하는 층을 포함할 수 있다.
상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 층(210)은 상기 반도전지의 갭권에 의해 형성되는 층(220)과 달리 층 내에 갭(gap), 즉 상기 도체(100)로부터의 동분이 이동할 수 있는 통로가 존재하지 않기 때문에 상기 동분이 상기 내부 반도전층(200)을 통과해 상기 절연층(300)으로 이동하는 것을 억제함으로써 상기 동분에 의해 상기 절연층(300)의 절연 내력이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있으며, 이로써 상기 전력 케이블의 수명을 연장시키는 동시에 상기 전력 케이블의 불필요한 외경 증가를 회피할 수 있어 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 향상될 수 있다.
나아가, 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 층(210) 이외의 나머지 층을 형성하는 상기 반도전지의 갭권에 의해 형성되는 층(220)은 임의의 층을 형성하는 반도전지가 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 형성하는 반도전지 사이에서 안정적으로 슬라이딩(sliding) 되도록 함으로써, 상기 전력 케이블에 반복적인 굴곡 및 굴곡핌이 적용되는 경우에도 인접한 반도전지 사이의 마찰이나 충돌을 방지하여 상기 반도전지의 파손을 억제하고 상기 내부 반도전층(200)의 구조를 안정적으로 유지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 층(210)을 최하부, 즉 상기 도체(100) 직상에 배치함으로써, 상기 도체(100)로부터의 동분의 이동을 원천적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 반도전지의 공권시 상기 반도전지끼리 오버랩되는 비율인 오버랩율을 최소화해도 상기 전력 케이블의 굴곡시 인접한 반도전지 사이의 오버랩되는 부분이 분리되는 것을 억제할 수 있어 상기 전력 케이블의 굴곡핌시 반도전지 사이의 충돌을 방지할 수 있고, 결과적으로 상기 반도전지의 파손을 억제하여 상기 내부 반도전층(200)의 구조를 안정적으로 유지할 수 있다.
여기서, 상기 반도전지의 복수 개의 층의 갯수는 4 내지 10개일 수 있고, 이로써 상기 내부 반도전층(200)의 전체 두께는 약 0.2 내지 1.5 mm일 수 있으며, 한편 상기 반도전지의 지폭은 약 15 내지 30 mm일 수 있고, 상기 반도전지의 공권시 오버랩률은 상기 도체(100)의 외경, 상기 반도전지의 지폭, 상기 내부 반도전층(200)에서 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 층(210)의 위치 등에 따라 상이할 수 있으며 예를 들어 20 내지 50%일 수 있다.
상기 반도전지의 공권시 오버랩률이 20% 미만인 경우 상기 전력 케이블의 굴곡시 상기 반도전지 사이에서 오버랩된 부분이 분리되고 상기 전력 케이블의 굴곡핌시 분리된 상기 반도전지가 다시 오버랩되려고 하면서 충돌하여 상기 반도전지가 파손될 수 있는 반면, 50% 초과시 불필요하게 과도한 반도전지의 오버랩으로 상기 전력 케이블의 생산성이 저하되고 상기 전력 케이블의 외경이 불필요하게 증가하여 굴곡성, 유연성, 포설성, 작업성 등이 저하될 수 있다.
한편, 상기 내부 반도전층(200)을 형성함에 있어서 상기 반도전지의 공권과 갭권에 의해 층 형성을 연속적으로 수행하기 위해 상기 반도전지의 공권시 상기 반도전지 2매 이상을 동시에 공권할 수 있다.
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 흐르는 전류에 의해 형성되는 높은 전계가 상기 도체(100) 직상 또는 상기 금속시스층(500) 직하에 인가되는 것을 억제하는 전계 완충 작용을 하고, 나아가, 상기 중간 절연층(320)의 열화를 억제하기 위한 작용을 한다.
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 상부면, 하부면, 또는 이들 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 및 낮은 유전율을 갖고, 상기 중간 절연층(320)의 높은 저항율에 의해 상기 케이블의 외경을 축소하는 것이 가능해진다.
여기서, 상기 내부 절연층(310), 상기 중간 절연층(320) 및 상기 외부 절연층(330)을 각각 형성하는 크라프트지 또는 반합성지는 횡권시 바람직하게는 갭권에 의해 횡권됨으로써 절연유 함침시 절연유가 이동하는 통로를 확보하는 것이 유리하여 함침시간을 단축할 수 있고, 상기 전력 케이블에 반복적인 굴곡 및 굴곡핌이 적용되는 경우에도 상기 크라프트지 및 상기 반합성지의 파손을 효과적으로 억제할 수 있다.
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 상기 중간 절연층(320)에 고전계가 인가되는 문제가 유발될 수 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, 내부 절연층(310)의 최대 임펄스 전계 값이 상기 중간 절연층(320)의 최대 임펄스 전계 값보다 커지게 되며, 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, 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 전계를 가장 효율적으로 완충시켜 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, 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 두께는 70 내지 200 ㎛이고, 상기 내부 및 외부 절연층(310,320)을 형성하는 크라프트지의 두께는 50 내지 150 ㎛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 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 같이 순환되지 않고 고정되므로 상대적으로 높은 점도를 갖는 고점도 절연유를 사용한다. 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, 80~90℃에서는 흘러내리지 않도록 충분히 높은 점도를 가져야 하고, 예를 들어, 60℃의 동점도가 500 센티스트로크 이상인 고점도 절연유, 특히 나프텐계 절연유, 폴리스틸렌계 절연유, 광유, 알킬 벤젠이나 폴리부텐계 합성유, 중질 알킬레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연유를 사용할 수 있다.
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 건조시켜 상기 절연층(300)의 잔존 수분, 이물질 등을 제거하며, 고압 환경 하에서 함침온도, 예를 들어, 100~120℃로 가열된 절연유에 일정 시간 동안 함침시킨 후, 서서히 냉각시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 외부 반도전층(400)은 상기 절연층(300)과 상기 금속시스층(500) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 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 등의 반도전지, 크라프트지에 알루미늄 박막을 적층한 금속화지 등의 횡권에 의해 형성될 수 있고, 상기 외부 반도전층(400)의 두께는 약 0.1 내지 1.5 mm일 수 있다. 특히, 상기 금속화지는 상기 외부 반도전층(400) 아래에 배치된 상기 절연층(300)의 절연유 함침이 용이하도록 복수개의 천공이 존재할 수 있다.
상기 금속시스층(500)은 상기 절연층(300) 내부의 전계를 균일화시키고, 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 합금연(lead alloy)으로 이루어진 연피시스에 의해 형성될 수 있다. 상기 금속시스층(500)으로서 상기 연피시스는 전기저항이 비교적 낮아 대전류용 차폐체 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 내부시스(610), 금속보강층(630), 상기 금속보강층(630) 상하에 배치된 베딩층(620,640) 및 외부시스(650)를 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 테이프로 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 완충하는 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, 상기 케이블이 해저케이블인 경우 상기 케이블보호층(600)은 예를 들어 철선외장(660), 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.
[실시예]
1. 제조예
도 2 및 3의 구조를 갖는 전력 케이블 시편을 제조했고, 특히 내부 반도전층을 형성하는 반도전지의 복수 개의 층 중 최하층, 즉 도체의 직상에 배치된 층이 반도전지의 공권에 의해 형성되고 나머지는 반도전지의 갭권에 의해 형성된 실시예의 전력 케이블 시편과 내부 반도전층을 형성하는 반도전지의 복수 개의 층 모두가 반도전지의 갭권에 의해 형성된 비교예의 전력 케이블 시편을 각각 제조했다.
2. 동분 이동여부 평가
실시예 및 비교예 각각의 전력 케이블 시편의 도체에 전류를 흘리면서 7시간 정도 가열하여 80℃에서 1시간 동안 유지하고 16시간 동안 상온에서 냉각한 후 시편의 절연층을 해체하여 구리 도체로부터의 동분이 절연유의 수축 팽창에 의하여 내부 반도전층을 통과해 절연층 내로 침투했는지 여부를 육안으로 평가했다.
평가 결과, 반도전지의 공권에 의해 형성된 층을 포함하는 실시예의 시편은 절연층 내의 동분이 관찰되지 않아 구리 도체로부터의 동분의 이동이 내부 반도전층 중 반도전지의 공권에 의해 형성된 층에 의해 효과적으로 차단된 것으로 확인된 반면, 반도전지의 갭권에 의해 형성된 층만을 포함하는 비교예의 시편은 절연층 내의 동분이 다량 관찰되어 상기 층에 형성된 갭을 통해 구리 도체로부터의 동분이 이동하여 절연층으로 침투한 것으로 확인되었다.

Claims (12)

  1. 도체;
    상기 도체를 감싸는 내부 반도전층;
    상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층;
    상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층;
    상기 외부 반도전층을 감싸는 금속시스층; 및
    상기 금속시스층을 감싸는 케이블보호층을 포함하고,
    상기 내부 반도전층은 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성되는 복수 개의 층을 포함하고,
    상기 복수 개의 층은 상기 반도전지의 횡권시 상기 반도전지의 지폭 중 일부분이 오버랩(overlap)되도록 횡권하는 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 층 중 상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 층 이외의 나머지 층은 횡권되는 반도전지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되고 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 반도전지에 의해 커버되도록 횡권하는 상기 반도전지의 갭권에 의해 형성되는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층은 상기 도체의 직상에 배치되는 층을 포함하는 것으 특징으로 하는, 전력 케이블.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도전지의 공권에 의해 형성되는 하나 이상의 층은 이를 형성하는 반도전지의 지폭 중 오버랩(overlap)되는 비율인 오버랩율이 20 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도전지의 복수 개의 층은 4 내지 10개이고, 상기 내부 반도전층의 전체 두께는 0.2 내지 1.5 mm이며, 상기 반도전지의 지폭은 15 내지 30 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도전지는 절연지에 카본 블랙을 처리한 카본지인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연층은 절연지의 횡권에 의해 형성되는 복수 개의 층을 포함하고,
    상기 복수 개의 층은 상기 횡권되는 절연지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되고 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들은 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 절연지에 의해 커버되도록 횡권하는 상기 절연지의 갭권에 의해 형성되는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연층은 내부 절연층, 중간 절연층 및 외부 절연층이 순차적으로 적층되고,
    상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층은 각각 절연유가 함침된 크라프트(kraft)지로 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.
  9. 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.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외부 절연층의 두께가 상기 내부 절연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 케이블보호층은 내부시스, 베딩층, 금속보강층 및 외부시스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 케이블보호층은 철선외장 및 외부 써빙층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
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