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WO2025146970A1 - 해저케이블 - Google Patents

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Publication number
WO2025146970A1
WO2025146970A1 PCT/KR2024/020059 KR2024020059W WO2025146970A1 WO 2025146970 A1 WO2025146970 A1 WO 2025146970A1 KR 2024020059 W KR2024020059 W KR 2024020059W WO 2025146970 A1 WO2025146970 A1 WO 2025146970A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shape
submarine cable
fillers
layer
filler
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.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/020059
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이재복
김철민
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
Priority claimed from KR1020240180765A external-priority patent/KR20250107718A/ko
Application filed by LS Cable and Systems Ltd filed Critical LS Cable and Systems Ltd
Publication of WO2025146970A1 publication Critical patent/WO2025146970A1/ko
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/02—Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/06—Cables with twisted pairs or quads with means for reducing effects of electromagnetic or electrostatic disturbances, e.g. screens
    • H01B11/10—Screens specially adapted for reducing interference from external sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/22—Cables including at least one electrical conductor together with optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/14—Submarine cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/06—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle
    • H02G1/10—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle in or under water

Definitions

  • the present invention relates to a submarine cable. More specifically, the present invention relates to a submarine cable capable of preventing damage to a metal shielding layer constituting a power unit in an environment where bending and flexing occur repeatedly while being laid underwater by changing the shape of a plurality of shape fillers that maintain a plurality of power units constituting the submarine cable in a mutually spaced state.
  • Floating wind turbines and substation facilities are supported by floating materials and float above the sea surface, and the floating materials can be connected to anchors installed on the seabed with support lines to restrict their movement.
  • wind turbines installed at sea or substations connecting the wind turbines and power facilities on land can be connected by submarine cables laid underwater.
  • the section from the ground-based power facilities to the seabed near the offshore wind turbine is the section where the submarine cable is laid on the seabed, and since no movement of the cable occurs while transmitting power after the cable is laid, this section is called the static section, and the submarine cable laid in this section is generally called a static submarine cable.
  • the section from the seabed near the wind turbine to the floating wind turbine or substation is subject to a lot of cable movement due to ocean currents, waves, etc., so this section is called the dynamic section, and the submarine cable laid in this section is called a dynamic submarine cable.
  • Dynamic submarine cables installed in dynamic sections are subject to long-term, repetitive bending loads due to movement or bending caused by ocean currents or waves. It is difficult to apply a lead-sheath shield layer as a metal shielding layer that cannot withstand such environments to dynamic submarine cables.
  • a dynamic submarine cable forms a shield wire layer by spirally winding multiple metal wires spaced apart on top of a bedding layer, and the outer side is wound with a metal tape to conduct current throughout the metal wire layer, thereby forming a metal shield layer.
  • the dynamic submarine cable may be provided with a plurality of power units, and the empty spaces between the plurality of power units may be filled with a plurality of spaced shape fillers so that the cable cross-section has a circular shape, and a cable protection layer may be provided on the outside of the power units and the shape fillers. Accordingly, the cable protection layer protects the submarine cable by alternately wrapping the power units and the shape fillers in the circumferential direction.
  • the present invention relates to a submarine cable capable of preventing damage to a metal shielding layer constituting a power unit in an environment where bending and flexing occur repeatedly while laid underwater by changing the shape of a plurality of shape fillers that maintain a plurality of power units constituting the submarine cable in a mutually spaced state.
  • the stumbling block may be configured to have a shape that extends from a side of one end of the shape filler and expands in width outward.
  • an optical unit receiving portion for receiving an optical unit having at least one optical fiber inside the shape filler may be provided.
  • an inlet may be formed at the inner end of the shape filler through which an optical unit can be inserted.
  • the power unit and the shape filler are each provided with three, and each of the shape fillers is provided with two inner peripheral surfaces in a curved shape, and a pair of adjacent shape fillers are in surface contact with each other so that the inner peripheral surfaces form one circular arc, and a placement space in which one power unit is placed can be formed inside the one circular arc.
  • a center pillar having a plurality of concave outer surfaces supporting a plurality of power units may be additionally provided at the center of the submarine cable.
  • each of the inner ends of the shape filler and the plurality of outer ends of the center filler can be in surface contact.
  • a binding tape layer may further be included that wraps a plurality of the above shape fillers.
  • the cable protection layer may include a bedding layer provided on the outside of the binding tape layer, at least one armor wire layer provided on the outside of the bedding layer, and an outermost layer provided on the outside of the armor wire layer.
  • a plurality of power units are kept in a mutually spaced state, and the ends of adjacent shape fillers among a plurality of shape fillers that form a circular cross-sectional shape of the submarine cable are in surface contact, so that damage to the metal shielding layer of the power unit can be minimized by the cable protection layer including an armor layer composed of armor wires on the outside of the shape fillers when the submarine cable is bent or bent underwater.
  • each shape filler is provided spaced apart from each of the plurality of power units at a preset interval, so that damage to the metal shielding layer of the power unit by the cable protection layer including the armor layer composed of the armor wire on the outside of the shape filler can be further minimized when the submarine cable is bent or bent underwater.
  • a center pillar is additionally provided at the center of a plurality of power units to prevent movement of the power units toward the center of the submarine cable, thereby further minimizing damage to the metal shielding layer of the power units.
  • the shape fillers are mutually caught and fixed, so that even if the submarine cable is significantly bent or curved, the support state of the shape fillers is stably maintained, thereby preventing the spreading or slipping between the shape fillers, and further minimizing damage to the metal shielding layer of the power unit.
  • Figure 1 illustrates an example of the configuration of an offshore wind power generation system connected to a submarine cable according to the present invention.
  • Figure 2 illustrates a multi-stage stripped perspective view of a dynamic submarine cable for underwater installation according to the present invention.
  • Figure 3 illustrates a cross-sectional view of one embodiment of a submarine cable (100) according to the present invention.
  • the power unit (10) may additionally be provided with a copper wire direct tape (not shown) or a moisture absorption layer (not shown) between the metal shielding layer (15) and the external semiconducting layer (14).
  • a moisture absorption layer may additionally be provided between the metal shielding layer (15) and the polymer sheath (16).
  • the submarine cable (100) may include a plurality of shape fillers (30) to maintain the plurality of power units (10) spaced apart from each other and to form the submarine cable (100) into a circular shape overall.
  • the submarine cable (100) illustrated in Fig. 2 may be provided with a cable protection layer to protect internal components even in harsh environments such as seawater and salt in the ocean.
  • the above bedding layer (70) can serve as a cushion for arranging an armor layer in which armor wires are arranged in at least one layer.
  • the above bedding layer (70) can be provided with two armor layers (80a, 80b) on the outside to enhance the mechanical strength of the submarine cable (100) in a rough underwater environment, and a sheath of a polymer resin material that serves as a cable jacket as an outermost layer (110) on the outside of the armor layers (80a, 80b).
  • the above armor layer (80a, 80b) can be configured by spirally winding a plurality of armor wires on the outside of the bedding layer (70), and not only performs the function of reinforcing the mechanical characteristics and performance of the submarine cable (100), but also additionally protects the submarine cable (100) from external force.
  • the armor wire constituting the above armor layer (80a, 80b) is composed of a metal material, but it may also be composed of a non-metallic material if it is a material having high tensile strength.
  • armor wire made of metal it can be provided in the form of a wire wound horizontally, made of steel, galvanized steel, copper, brass, bronze, etc., and having a cross-sectional shape such as circular or flat, and in the case of non-metallic armor wire, it can be provided in the form of a wire made of a material such as aramid fiber or ultra-high molecular weight polyethylene fiber, which is a high-tensile material.
  • the armor wire constituting the above metal armor layer can be wound in a spiral shape on the outer surface of the bedding layer (70), etc., and preferably, can be wound in the Z direction or S direction, which is opposite to the assembly direction of the power unit (10).
  • the transverse winding directions may be different from each other.
  • a submarine cable (300 in FIG. 1) installed in a static section may have a single-layer armor layer and a serving layer as the outermost layer outside the armor layer.
  • a sheath of a polymer resin material that serves as a cable jacket may be provided as the outermost layer (110) outside the armor layer.
  • the dynamic submarine cable (100) configured in this manner has a stronger cable protection layer than the static submarine cable (300 in Fig. 1) because continuous bending or bending occurs.
  • the power unit (10) may be directly compressed by the cable protection layer, and may also be strongly compressed by the spaced ends of the shape filler (30), so that the metal shielding layer (15) constituting the power unit (10) may be damaged.
  • Damage to the metal shielding layer (15) may mean damage such as a short circuit in the shielding wire (151), a kink in which the shielding wire (151) remains in a twisted state that cannot be recovered, or a tearing of the metal tape (153) by the shielding wire (151).
  • the present invention changes the shape of the shape filler (30) so as to prevent damage to the metal shielding layer (15) constituting the power unit (10) even when bending and bending of the dynamic submarine cable (100) occur. This will be described in detail with reference to FIG. 3 and below.
  • the submarine cable illustrated in Fig. 3 can be configured to include three power units (10) and three shape fillers (30).
  • Each of the above shape fillers (30) is provided with one outer surface (31) in the form of an outwardly convex circular curved surface and two inner surfaces (32) in the form of an inwardly concave circular curved surface on which the power units (10) are respectively arranged, and each end portion (34) of the shape filler (30) is provided with a side surface having a thickness for being supported by an adjacent shape filler (30), so that a surface that is in contact with and supported by the side surface of the end portion of the adjacent shape filler (30) may exist.
  • Both circumferential ends (34) of the shape filler (30) may be in surface contact with the circumferential end portion of the adjacent shape filler (30), but is not limited thereto. That is, only one end of the circumferential ends (34) of the shape filler (30) may be in surface contact with the circumferential end portion of the adjacent shape filler (30).
  • the entire longitudinal end portions (34) of the shape filler (30) may be in surface contact with the longitudinal end portions of the adjacent shape filler (30), or only a portion of the longitudinal end portions (34) of the shape filler (30) may be in surface contact with the longitudinal end portions of the adjacent shape filler (30).
  • the radius of the arc formed by the inner surface of the shape fillers in the surface contact of the submarine cable (100) according to the present invention may be provided to be larger than the diameter of the power unit.
  • a pair of adjacent shape fillers (30) may be in contact with each other so that their inner surfaces form an arc, and a power unit (10) arrangement space may be formed inside one of the arcs. Since the arrangement space, i.e., the radius of the arc formed by the inner surfaces of the shape fillers (30), is provided to be larger than the outer diameter of the power unit (10), a gap (d) may exist between the power unit (10) and the shape filler.
  • the gap (d) may be 1 mm or more, but is not limited thereto.
  • the gap (d) between the shape filler (30) and the power unit (10) of the submarine cable (100) may vary during the process of joining the power unit (10) and the shape filler (30), the manufacturing process after joining, the underwater installation process, and the use process after the underwater installation.
  • a part of the inner surface of the shape filler (30) may be in contact with the power unit (10) so that the gap may be 0, and another part of the inner surface of the shape filler (30) may have a gap that gradually increases. That is, the power unit (10) of the submarine cable may move in position within the gap space with the shape filler (30) depending on an environment such as bending, and in this case, the gap (d) may vary.
  • the power unit (10) since the plurality of power units (10) are kept in a mutually spaced state and the two ends of the adjacent shape fillers (30) among the plurality of shape fillers (30) that form the cross-sectional shape of the submarine cable (100) into a circle are in surface contact, the power unit (10) is prevented from being directly pressed by the cable protection layer in the bending or bending situation of the submarine cable (100), and strong pressure by the two spaced ends of the shape fillers (30) can be prevented, thereby minimizing damage to the metal shielding layer (15) of the power unit (10).
  • the power unit (10) is provided spaced apart from the inner surface of a plurality of shape fillers (30) with which it comes into surface contact according to a preset interval (d), so that damage to the metal shielding layer (15) that may occur in a bending or bending situation of the submarine cable (100) can be minimized.
  • each shape filler (30) may extend toward the center of the submarine cable. Accordingly, power units (10) spaced apart from each other by a preset interval (d) in an arc formed by the inner surface of adjacent shape fillers (30) can be accommodated in more than half of the outer surface, so that a plurality of power units (10) can be maintained in a state of being spaced apart from each other.
  • an inlet for introducing a light unit into the light unit receiving portion (33) may be formed at the inner end (35) of each shape filler (30).
  • the inlet may be provided by cutting the inner end (35) of the shape filler (30) up to the light unit receiving portion (33).
  • Figure 4 illustrates a cross-sectional view of another embodiment of a submarine cable (100) according to the present invention.
  • a submarine cable (100) according to the present invention may additionally be provided with a center filler (50a) in the empty space (S) at the center.
  • each power unit (10) is prevented from moving toward the center, so that the support structure by the surface contact between the two ends of the plurality of shape fillers (30) can be stably maintained, thereby further minimizing damage to the metal shielding layer (15) of the power unit (10).
  • Figure 5 illustrates a cross-sectional view of another embodiment of a submarine cable (100) according to the present invention.
  • the center filler (50a) has three concave outer surfaces for supporting the outer surface of each power unit (10), and three outer ends (51) provided between the concave outer surfaces are spaced apart from the inner ends (35) of each shape filler (30) so that an empty space may exist therebetween.
  • each of the shape fillers (30) or the outer end of each of the center fillers (50b) may be extended so that no empty space exists between the shape fillers (30) and the center fillers (51b).
  • the center filler (50b) is provided in contact with the power unit (10)
  • each of the shape fillers (30) is provided spaced apart from the power unit (10) by a preset interval (d), so that when the inner end (35) of each of the shape fillers (30) is provided in an extended manner, the frictional force between the power unit (10) and the shape filler (30) and the center filler (50b) can be further reduced.
  • Figure 6 illustrates a cross-sectional view of another embodiment of a submarine cable (100) according to the present invention.
  • each shape filler (30) in order to prevent damage to the metal shielding layer (15) of the power unit (10) of the submarine cable, the circumferential ends of each shape filler (30) are supported by making surface contact with the ends of adjacent shape fillers (30), and each shape filler (30) is provided spaced apart from each of the plurality of power units (10) by a preset interval (d).
  • both ends of adjacent shape fillers (30) are supported by making surface contact, when the submarine cable is bent or bent, both ends of adjacent shape fillers (30) may spread out in the circumferential direction, or a misalignment may occur between both ends of adjacent shape fillers (30), so that the support structure between the shape fillers (30) may not be maintained.
  • each of the shape fillers (30) is supported by having both ends (34) in the circumferential direction in surface contact, and the shape filler (30) may additionally be provided with a fixing means that is mutually engaged and fixed with the end of the shape filler (30) adjacent to both ends in the circumferential direction.
  • the fixing means is configured with a catch (36) provided at one end of each of the two ends of the shape filler (30) and a catch groove (37) in which the catch (36) is received at the other end, so that the catch (36) provided at one end of one of the two adjacent shape fillers (30) can be caught and fixed in the catch groove (37) of the other shape filler (30).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Abstract

본 발명은 해저케이블을 구성하는 복수 개의 전력유닛을 상호 이격시켜 감싸는 복수 개의 쉐이프 필러의 형상을 변경하여 수중에 포설되어 반복적으로 밴딩과 굴곡이 발생되는 환경에서 전력유닛을 구성하는 금속차폐층의 손상을 방지할 수 있는 해저케이블에 관한 것으로, 본 발명은 수중 포설을 위한 해저케이블로서, 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 금속차폐층을 포함하는 복수 개의 전력유닛; 복수 개의 상기 전력유닛을 상호 이격된 상태로 유지하고, 해저케이블이 원형 단면이 되도록 하는 복수 개의 쉐이프 필러; 및 복수 개의 상기 쉐이프 필러 외측에 구비되는 케이블 보호층;을 포함하고, 각각의 상기 쉐이프 필러의 원주방향 양단부 중 적어도 하나의 단부는 인접한 쉐이프 필러의 원주 방향 단부와 접촉되는 면이 존재하는 것을 특징으로 하는 해저케이블을 제공할 수 있다.

Description

해저케이블
본 발명은 해저케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 해저케이블을 구성하는 복수 개의 전력유닛을 상호 이격된 상태로 유지하는 복수 개의 쉐이프 필러의 형상을 변경하여 수중에 포설되어 반복적으로 밴딩과 굴곡이 발생되는 환경에서 전력유닛을 구성하는 금속차폐층의 손상을 방지할 수 있는 해저케이블에 관한 것이다.
최근 육지와 일정 거리 떨어져 풍량이 충분한 원거리 해상에 풍력발전기 등을 설치하여 생산된 전력을 육상의 전력설비와 전력케이블로 연결하여 공급하는 재생 에너지 시스템이 각광받고 있다.
풍력 발전기 등이 설치되는 해상의 수심이 얕은 경우에는 해저면에 구조물을 설치한 후 그 상부에 풍력발전기를 설치할 수 있으나, 수심이 깊은 경우에는 플로팅(부유) 방식으로 풍력발전기를 설치할 수 있다.
플로팅 방식의 풍력발전기와 변전설비 등은 플로팅을 위한 부유물에 의하여 지지되어 해수면 상부로 플로팅되고, 부유물은 해저면에 설치된 앵커에 지지선으로 연결되어 움직임이 제한될 수 있다.
그리고, 해상에 설치되는 풍력발전기 또는 그 풍력발전기를 연결하는 변전소와 지상의 전력설비는 수중에 포설되는 해저케이블로 연결될 수 있다.
여기서, 지상의 전력 설비로부터 해상 풍력발전기 근방의 해저면까지 구간은 해저케이블이 해저면에 포설되는 구간으로 케이블 포설 이후 전력을 전송하는 동안 케이블의 움직임이 발생하지 않으므로, 이 구간을 스태틱 구간(정적 구간)이라 하고, 이 구간에 포설되는 해저케이블을 일반적으로 스태틱 해저케이블이라 한다, 반면, 풍력발전기 근방의 해저면으로부터 플로팅 방식의 풍력발전기 또는 변전소까지 구간은 해류, 파도 등에 의해 케이블에 거동이 많이 발생하므로, 이 구간을 다이나믹 구간(동적 구간)이라 하고, 이 구간에 포설되는 해저케이블을 다이나믹 해저케이블이라 한다.
동적 구간에 설치되는 다이나믹 해저케이블은 해류나 파랑에 의한 이동이나 굴곡에 의한 장기간 반복적인 굽힘 하중을 받게 되는데, 다이나믹 해저케이블에 이러한 환경에 버티기 어려운 금속차폐층으로서 연피 실드층은 적용하기 어렵다.
따라서, 다이나믹 해저케이블은 연피 실드층 대신 복수 개의 금속 와이어를 베딩층 상부에 복수 개가 이격된 상태로 나선형으로 횡권하여 차폐 와이어층을 형성하고, 그 외측을 금속 테이프로 횡권하여 금속와이어층을 전체적으로 통전시키며 금속차폐층을 구성한다.
또한, 다이나믹 해저케이블은 복수 개의 전력유닛을 구비하고, 복수 개의 전력유닛 사이의 빈공간을 이격된 복수 개의 쉐이프 필러로 채워 케이블 단면 형상이 원형이 되도록 하며, 전력유닛과 쉐이프 필러 외측에 케이블 보호층이 구비될 수 있다. 따라서, 케이블 보호층은 원주방향으로 전력유닛과 쉐이프 필러를 번갈아 감싸며 해저케이블을 보호한다.
그러나 금속차폐층을 구성하는 차폐 와이어 외측에 횡권되는 금속 테이프는 예를 들어 구리 테이프로 이루어질 수 있는데, 이러한 구조의 금속차폐층은 해저케이블의 반복적인 굽힘이나 밴딩시 아머 와이어 등을 구비한 케이블 보호층에 의하여 강하게 압박되어 금속차폐층을 구성하는 차폐 와이어의 단선 또는 꼬임 현상이 발생되거나 금속 테이프가 끊어지는 문제가 발생하여 결과적으로 상기 금속차폐층이 사고 전류의 통전 및 차폐 기능을 악화시킬 수 있다.
본 발명은 해저케이블을 구성하는 복수 개의 전력유닛을 상호 이격된 상태로 유지하는 복수 개의 쉐이프 필러의 형상을 변경하여 수중에 포설되어 반복적으로 밴딩과 굴곡이 발생되는 환경에서 전력유닛을 구성하는 금속차폐층의 손상을 방지할 수 있는 해저케이블에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 수중 포설을 위한 해저케이블로서, 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 금속차폐층을 포함하는 복수 개의 전력유닛; 복수 개의 상기 전력유닛을 상호 이격된 상태로 유지하고, 해저케이블이 원형 단면이 되도록 하는 복수 개의 쉐이프 필러; 및 복수 개의 상기 쉐이프 필러 외측에 구비되는 케이블 보호층;을 포함하고, 각각의 상기 쉐이프 필러의 원주방향 양단부 중 적어도 하나의 단부는 인접한 쉐이프 필러의 원주방향 단부와 접촉되는 면이 존재하는 것을 특징으로 하는 해저케이블을 제공할 수 있다.
또한, 면접촉되는 상기 쉐이프 필러들의 내주면에 의해 형성된 원호의 반지름은 상기 전력유닛의 직경보다 크게 구비될 수 있다.
그리고, 각각의 상기 쉐이프 필러는 원주방향 양단부에 인접한 쉐이프 필러의 단부와 상호 걸림 고정되는 고정수단이 추가로 구비될 수 있다.
또한, 상기 고정수단은 각각의 상기 쉐이프 필러의 양단 중 일단에 구비된 걸림돌기 및 타단에 상기 걸림돌기가 수용되는 걸림홈으로 구성되어, 인접한 2개의 쉐이프 필러 중 하나의 쉐이프 필러의 일단에 구비된 걸림돌기가 다른 하나의 쉐이프 필러의 타단에 구비된 걸림홈에 걸림 고정될 수 있다.
이 경우, 상기 쉐이프 필러에 구비된 걸림돌기와 걸림홈은 상기 전력유닛의 길이방향을 따라 연장되어 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 걸림돌기는 상기 쉐이프 필러 일단의 측면에서 연장되어 외측으로 폭이 확대되는 형상으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 쉐이프 필러 내측에 적어도 하나의 광섬유를 구비한 광유닛이 수용되는 광유닛 수용부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 쉐이프 필러의 내측단에는 절개되어 광유닛이 투입될 수 있는 입구가 형성될 수 있다.
또한, 상기 전력유닛 및 상기 쉐이프 필러는 각각 3개가 구비되며, 각각의 상기 쉐이프 필러는 곡면 형태의 2개의 내주면이 구비되고, 인접한 한 쌍의 쉐이프 필러는 상호 면접촉되어 내주면이 하나의 원호를 형성하며 상기 하나의 원호 내측에는 하나의 전력유닛이 배치되는 배치공간이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 해저케이블의 중심부에는 복수 개의 상기 전력유닛을 지지하는 복수 개의 오목한 외주면을 구비한 센터 필러가 추가로 구비될 수 있다.
이 경우, 각각의 상기 쉐이프 필러 내측단과 상기 센터 필러의 복수 개의 외측단은 면접촉될 수 있다.
여기서, 복수 개의 상기 쉐이프 필러를 감싸는 바인딩 테이프층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이블 보호층은 상기 바인딩 테이프층 외측에 구비되는 베딩층, 상기 베딩층 외측에 구비되는 적어도 1층의 아머 와이어층 및 상기 아머 와이어층 외측에 구비되는 최외곽층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 해저케이블에 의하면, 복수 개의 전력유닛을 상호 이격된 상태로 유지하고 해저케이블의 단면 형상을 원형으로 형성하는 복수 개의 쉐이프 필러 중 인접한 쉐이프 필러의 양단이 면접촉되어 수중 포설되는 해저케이블의 밴딩 또는 굴곡시 쉐이프 필러 외측의 아머 와이어로 구성된 아머층 등을 포함하는 케이블 보호층에 의한 전력유닛의 금속차폐층 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 각각의 쉐이프 필러는 복수 개의 상기 전력유닛 각각과 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 구비되도록 하여 수중 포설되는 해저케이블의 밴딩 또는 굴곡시 쉐이프 필러 외측의 아머 와이어로 구성된 아머층 등을 포함하는 케이블 보호층에 의한 전력유닛의 금속차폐층 손상을 더욱 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블에 의하면, 복수 개의 전력유닛의 중심부에 센터 필러를 추가로 구비하여 해저케이블 중심부로의 전력유닛의 이동을 방지하여 전력유닛의 금속차폐층 손상을 더욱 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블에 의하면, 각각의 쉐이프 필러의 원주방향 또는 폭방향 양단 중 일단에 걸림돌기를 형성하고 타단에 걸림돌기가 수용되는 걸림홈을 추가로 형성함으로써 쉐이프 필러가 상호 걸림 고정되므로, 해저케이블의 밴딩 또는 굴곡이 크게 발생되어도 쉐이프 필러의 지지상태가 안정적으로 유지되어 쉐이프 필러 간의 벌어짐 또는 미끄러짐을 방지할 수 있어 전력유닛의 금속차폐층의 손상을 더욱 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해저케이블로 연결되는 해상 풍력발전시스템의 구성의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 수중 포설을 위한 다이나믹 해저케이블의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 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 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 해저케이블(100)로 연결되는 해상 풍력발전시스템의 구성의 예를 도시한다.
육지와 일정 거리 떨어져 풍량이 충분한 원거리 해상에 풍력발전기(wb)의 설치가 증가되고 있다.
풍량이 풍부하고 일정한 장소를 위하여 상대적으로 육지 연안이 아닌 수심이 깊은 해양에 풍력발전기(wb)를 설치하는 경우가 많다. 수심이 얕은 연안에 설치되는 풍력발전기의 경우 해저면에 구조물을 세워 그 상부에 설치되지만, 수심이 깊은 해양에서는 해저면 구조물을 설치하기 불가능한 경우가 많아 부유식으로 풍력발전기(wb)를 설치하고 해저면에 앵커(a)를 설치하고 고정 와이어(r)로 풍력발전기(wb)를 연결하여 풍력발전기(wb)가 계류되도록 하는 방법으로 설치할 수 있다.
또한, 해양 풍력발전기(wb)는 단독으로 구성되는 경우보다 대규모 발전 단지를 구성하도록 복수 개의 풍력발전기(wb)를 설치하고 복수 개의 풍력발전기(wb)가 생산한 전력을 취합하여 변전설비(ts) 등을 통해 전력손실을 최소화한 형태로 육지의 전력설비(ps)로 공급될 수 있다.
이 경우 육지의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts)는 해저케이블 시스템(1000)으로 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 해저케이블 시스템(1000)을 구성하는 해저케이블은 육지의 전력설비(ps)에 연결되어 해상의 변전 설비 근방까지는 해저면에 포설되지만, 상기 변전 설비 근방의 해저면에서 부유식으로 설치되는 해상의 변전설비(ts)까지 연결되기 위해서는 수중 포설이 필요하다.
여기서, 해저면에 설치되는 해저케이블(300)은 일반적으로 해저면에 매립되거나 보호재 등으로 덥히게 되는데 반하여, 해저면에서 해수면 까지의 구간에서의 해저케이블(100)은 수중에 노출되어 조류, 파도 등 여러 외력의 영향을 받게 되는데, 해저면에서 해수면까지 해저케이블이 설치되는 것을 수중 포설이라고 한다. 또한 해저케이블이 해수면 위에 설치된 변전설비 등과 연결될 수 있는데, 해수면 위의 구간도 수중 포설 구간으로 취급될 수 있다.
따라서, 육지의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts)를 연결하기 위한 해저케이블 시스템(1000)이 일부 구간은 해저면(g)에 설치되고 다른 구간은 수중(w)에 설치될 수 있다.
해저케이블 시스템(1000)의 경우 해저면(g)에 설치되는 구간과 수중(w)에 설치되는 구간은 각각의 환경의 차이에 의하여 케이블 보호층을 서로 다르게 구성하는 것이 바람직하다. 수중(w)에 설치되는 영역은 파도 또는 조류에 의하여 지속적으로 케이블이 영향을 받는 구간으로, 해저면(g)에 설치되는 케이블에 비해 케이블 보호층의 보강이 요구된다.
이와 같은 케이블 보호층의 차이점에 따라 해저케이블 시스템(1000)은 다이나믹(dynamic) 해저케이블(100)과 스태틱(static) 해저케이블(300)로 분류될 수 있고, 중간 접속부(200)에서 이종 케이블 보호층이 연결되는 구조일 수 있다.
이하에서의 해저케이블은 다이나믹(dynamic) 해저케이블(100)을 의미할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 수중 포설을 위한 다이나믹 해저케이블의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 해저케이블(100)은 전력 전송을 위한 하나 이상의 전력유닛(10)을 포함하는 케이블 코어부와 상기 케이블 코어부 외측을 감싸는 케이블 보호층을 포함할 수 있다. 상기 케이블 코어부는 3개의 전력유닛(10), 광유닛(20) 및 쉐이프 필러(30)를 포함할 수 있으며, 상기 케이블 보호층은 베딩층(70), 아머층(80) 및 최외곽층(110)을 포함할 수 있다. 각 구성에 대한 상세한 설명은 후술한다.
본 발명의 실시예에서는 3개의 전력유닛(10)을 구비한 3상 케이블을 예로 들어 도시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 하나의 전력유닛(10)을 구비하거나, 전력유닛(10)의 개수가 다른 경우에도 적용될 수 있다.
각각의 상기 전력유닛(10)은 도체(11), 내부 반도전층(12), 절연층(13), 외부 반도전층(14), 금속차폐층(15), 및 고분자 시스(16)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 도체(11)는 전력을 전송하기 위해 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 전력 손실을 최소화할 수 있도록 도전율이 우수하고 케이블 제조 및 사용에 적절한 강도와 유연성을 가진 소재, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 이루질 수 있다.
상기 도체(11)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 원형소선을 연선하여 원형으로 집합한 집합도체일 수 있고, 구체적으로 S 방향 연합 또는 Z 방향 연합된 집합도체일 수 있으며, 더 나아가 원형의 중심소선과 상기 원형 중심소선을 감싸도록 연선된 평각소선으로 이루어진 평각소선층을 구비하며 전체적으로 원형의 단면을 가지는 평각도체일 수 있으며, 도체를 후자의 평각도체로 구성하는 경우 원형 압축도체에 비하여 점적율이 상대적으로 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기 도체(11)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한 상기 도체(11) 표면과 후술하는 절연층(13) 사이에 공극이 생기게 되면 절연 성능이 저하될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 도체(11) 외부에는 내부 반도전층(12)이 구비될 수 있다. 상기 내부 반도전층(12)은 절연성 재료에 카본블랙, 카본 나노튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가질 수 있다.
상기 내부 반도전층(12)은 상기 도체(11)와 후술하는 절연층(13) 사이에서 급격한 전계변화가 발생하는 것을 방지하여 절연성능을 안정화하는 기능을 수행한다. 또한 도체면의 불균일한 전하분포를 억제함으로써 전계를 균일하게 하고, 도체(11)와 절연층(13) 간의 공극 형성을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제할 수 있다.
상기 절연층(13)은 상기 내부 반도전층(12)의 바깥쪽에 구비되어 상기 도체(11)를 따라 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 일반적으로 상기 절연층(13)은 파괴전압이 높고, 절연성능이 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다. 나아가 유전손실이 적으며 내열성 등의 열에 대한 저항 성능을 지니고 있어야 한다. 따라서 상기 절연층(13)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용될 수 있으며, 상기 폴리에틸렌 수지는 가교수지로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(13)의 외부에는 외부 반도전층(14)이 구비될 수 있다. 상기 외부 반도전층(14)은 내부 반도전층(12)과 같이 절연성 물질에 도전성 입자, 예를 들면 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등이 첨가되어 반도전성을 가지는 물질로 형성되어, 상기 절연층(13)과 후술하는 금속차폐층(15) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 절연 성능을 안정화한다. 또한, 상기 외부 반도전층(14)은 케이블에 있어서 절연층(13)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지하며, 상기 절연층(13)을 물리적으로 보호하는 기능도 수행할 수 있다.
상기 외부 반도전층(14)의 외부에는 금속차폐층(15) 및 고분자 시스(16)를 구비할 수 있다. 상기 금속차폐층(15) 및 고분자 시스(16)는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인으로부터 상기 전력유닛(10)을 보호할 수 있다.
상기 금속차폐층(15)은 외부의 충격으로부터 전력유닛(10)을 보호할 뿐만 아니라, 전력유닛(10) 단부에서 접지되어 지락 또는 단락 등의 사고 발생시 사고 전류가 흐르는 통로 역할을 하여 전계가 전력유닛(10) 외부로 방전되지 않도록 차폐할 수 있다.
통상적으로 상기 금속차폐층(15)으로는 연피 시스를 사용하거나, 또는 차폐 와이어와 금속 테이프를 사용할 수 있으며, 도 1의 해저면에 설치되는 스태틱 구간에 포설되는 해저케이블(300)의 경우 금속차폐층(15)으로 연피 시스를 사용할 수 있으나, 다이나믹 해저케이블(100)의 경우에는 케이블 거동에 의해 연피 시스가 피로파괴를 일으킬 우려가 있으므로, 구리 등의 소재로 구비된 복수 개의 차폐 와이어를 횡권하고, 차폐 와이어(151)를 가로질러 횡권되는 금속 테이프(153)를 금속차폐층(15)으로 적용할 수 있다.
상기 금속차폐층(15)의 외부에는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 (polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 고분자 시스(16)가 압출되어 해저 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 특히, 해저 케이블의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전력유닛(10)은 상기 금속차폐층(15)과 상기 외부 반도전층(14) 사이에 동선직입 테이프(미도시) 또는 수분 흡수층(미도시)이 추가적으로 구비될 수 있다. 또한, 수분 흡수층(미도시)은 금속 차폐층(15)과 고분자 시스(16) 사이에 추가적으로 더 구비될 수도 있다.
상기 동선직입 테이프는 동선(Copper wire)과 부직포 테이프 등으로 구성되어 외부 반도전층과 금속차폐층(15) 간의 전기적 접촉을 원활히 하는 작용을 할 수 있다.
상기 수분 흡수층(미도시)은 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 팽윤 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 수분 흡수층은 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 수분 흡수층에서의 급격한 전계 변화를 방지하기 위해 수분 흡수층에 동선을 포함시켜 구성할 수도 있다.
특히, 도 1의 다이나믹 구간에 포설되는 금속차폐층(15)으로 차폐 와이어 및 금속 테이프(153)를 적용하는 경우에는 연피 시스에 비해 차수성능이 떨어지므로, 차수 성능 향상을 위해 수분흡수층(미도시)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 해저케이블(100)은 광유닛(20)을 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 광유닛(20)은 적어도 하나의 광섬유(21)와, 상기 광섬유(21)를 수용하는 튜브(22)를 구비할 수 있다.
상기 광유닛(20)은 튜브(22) 내에 필러(미도시) 등과 함께 실장시킨 소정 갯수의 광섬유(21)를 구비하며, 상기 튜브(22)는 스테인레스 스틸 등과 같은 강성이 있는 재질을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 광유닛(20)은 상기 튜브(22)를 감싸는 금속시스(23) 및 고분자 시스(24)를 더 구비할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해저케이블(100)은 상기 복수 개의 전력유닛(10)이 상호 이격된 상태로 유지하고 해저케이블(100)을 전체적으로 원형으로 구성하기 위한 복수 개의 쉐이프 필러(30)를 포함할 수 있다.
종래 폴리프로필렌 재질의 얀(Yarn) 등으로 충진재를 구성하였으나, 본 발명은 해저케이블의 케이블 원형 유지와 내부 구성 보호에 더 유리한 쉐이프 필러(3)가 충진재로 구비될 수 있다. 상기 쉐이프 필러(30)는 내화학성, 내후성(각종 기후에 견디는 성질), 내수압성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 재질로 압출되어 구성되는 형상 개재로 구비된다
또한, 상기 쉐이프 필러(30)는 그 내부에 형성된 광유닛 수용부(35)에 광유닛(20)을 수용할 수 있다. 상기 쉐이프 필러(30)에 대한 자세한 설명은 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 쉐이프 필러(30)를 감싸 케이블 코어부가 원형이 유지되도록 하는 바인딩 테이프층(60)이 더 구비될 수 있다. 상기 바인딩 테이프층(60)은 복수의 쉐이프 필러(30)가 상호 지지된 상태가 유지되도록 할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 해저케이블(100)은 바다 속의 해수, 염분 등과 같은 가혹한 환경에서도 내부 구성요소를 보호하기 위한 케이블 보호층을 구비할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 해저케이블의 케이블 보호층은 상기 쉐이프 필러(30) 외측에 구비되는 베딩층(70)을 포함할 수 있다.
상기 베딩층(70)은 아머 와이어가 적어도 1층으로 배치되는 아머층을 배치하기 위한 쿠션 역할을 수행할 수 있다. 상기 베딩층(70)은 외측에 거친 수중 환경에서 해저케이블(100)의 기계적 강도를 향상시키는 2개의 아머층(80a, 80b) 및 상기 아머층(80a, 80b) 외측에는 최외곽층(110)으로서 케이블 자켓 역할을 수행하는 고분자 수지 재료의 시스가 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 시스는 압출 방식으로 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 고분자 수지로 구성되어 아머층(80a, 80b)을 보호함과 동시에 거친 수중 환경에서 파도와 조류 등에 의한 해저케이블(100) 손상을 최소화하여 충분한 내구성을 확보할 수 있다.
상기 아머층(80a, 80b)은 복수 개의 아머 와이어를 베딩층(70) 외측에 나선형으로 횡권되어 구성될 수 있으며, 상기 해저케이블(100)의 기계적 특성과 성능을 강화하는 기능을 수행할 뿐만 아니라 외력으로부터 해저케이블(100)을 추가적으로 보호한다.
상기 아머층(80a, 80b)을 구성하는 아머 와이어는 금속 재료로 구성되는 것이 바람직하나, 고인장력을 가지는 재료라면 비금속 재료인 경우도 가능하다.
금속 재질의 아머 와이어의 경우 강철, 아연도금강, 구리, 황동, 청동 등으로 이루어지고 단면 형태가 원형, 평각형 등인 와이어를 횡권하여 구비될 수 있으며, 비금속 아머 와이어의 경우 고인장 재료인 아라미드 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 등의 재료를 와이어 형태로 구비될 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예에서는 금속 아머 와이어로 형성된 금속 아머층을 사용하는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 아머층을 구성하는 아머 와이어는 상기 베딩층(70) 등의 외주면에 나선형으로 횡권될 수 있으며, 바람직하게 상기 전력유닛(10)의 집합 방향과 반대방향인 Z 방향 또는 S 방향으로 횡권될 수 있다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 다이나믹 구간에 설치되는 해저케이블의 경우 강성 보강을 위하여 아머층(80)이 복수개 구비되는 경우 횡권 방향은 서로 다를 수 있다.
통상적으로 스태틱 구간에 포설되는 해저케이블(도 1의 300)은 아머층이 단층으로 구비되고 아머층 외측에 최외곽층으로 서빙층이 구비될 수 있으나, 다이나믹 구간에 포설되는 해저케이블(100)의 경우 아머층 외측에 최외곽층(110)으로서 케이블 자켓 역할을 수행하는 고분자 수지 재료의 시스가 구비될 수 있다.
이와 같이 구성된 다이나믹 해저케이블(100)은 지속적인 굽힘 또는 밴딩이 발생되므로 스태틱 해저케이블(도 1의 300)보다 케이블 보호층이 더 강화되었다.
수중 포설되어 해저케이블의 굽힘 또는 밴딩이 지속적으로 발생되는 과정에서 상기 케이블 보호층은 그 내부를 강하게 압박하여 각각의 전력유닛(10)의 금속차폐층(15)을 쉽게 손상시킬 수 있다.
즉, 해저케이블(100)의 밴딩 또는 굴곡 발생시 케이블 보호층을 구성하는 아머 와이어는 그 내부에 배치된 전력유닛(10)의 금속차폐층(15)을 구성하는 차폐 와이어(151) 또는 금속 테이프(153)를 강하게 압박할 수 있다.
일반적으로 해저케이블(100)을 구성하는 각각의 전력유닛(10)은 상호 이격되되 복수 개의 쉐이프 필러(3)가 전력유닛(10) 사이의 빈공간을 채워 구비된다. 즉, 전력유닛(10)과 쉐이프 필러(30)는 번갈아 노출되고, 케이블 보호층은 전력유닛(10)과 쉐이프 필러(30)를 감싸도록 구비된다. 이러한 구조의 해저케이블(100)은 전력유닛(10)이 케이블 보호층에 맞닿아 구비되고, 복수 개의 쉐이프 필러(30) 양끝단들이 이격되어 구비된다. 따라서, 해저케이블(100)의 밴딩 또는 굽힘 상황에서 전력유닛(10)은 케이블 보호층의 직접 압박받을 수 있을 뿐만 아니라, 쉐이프 필러(30)의 이격된 양끝단들에 의해 강한 압박을 받을 수 있으므로, 전력유닛(10)을 구성하는 금속차폐층(15)이 손상될 수 있다.
금속차폐층(15)의 손상은 차폐 와이어(151)에 단선이 발생하거나, 차폐 와이어(151)에 회복되지 않는 꼬여진 상태가 유지되는 킹크(Kink)가 발생하거나, 금속 테이프(153)가 차폐 와이어(151)에 의해 찢어짐이 발생하는 등의 손상을 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명은 다이나믹 해저케이블(100)의 굽힘과 밴딩 발생시에도 전력유닛(10)을 구성하는 금속차폐층(15)의 손상을 방지할 수 있도록 쉐이프 필러(30)의 형상을 변경하였다. 이와 관련해서는 도 3 이하를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3에 도시된 해저케이블은 3개의 전력유닛(10)과 3개의 쉐이프 필러(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
각각의 쉐이프 필러(30)는 복수 개의 상기 전력유닛(10)을 상호 이격된 상태로 유지하고, 해저케이블(100)이 원형 단면이 되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 쉐이프 필러(30)는 종래의 쉐이프 필러와 달리 원주방향 양단부 중 적어도 하나의 단부는 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부에 접촉되는 면이 존재하는 특징을 갖는다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전력유닛(10) 및 상기 쉐이프 필러(30)는 각각 3개가 구비된다.
각각의 상기 쉐이프 필러(30)는 외측으로 볼록한 원호 곡면 형태의 1개의 외주면(31)과 전력유닛(10)이 각각 배치되는 내측으로 오목한 원호 곡면 형태의 2개의 내주면(32)이 구비되고, 각각의 쉐이프 필러(30)의 양단부(34)는 인접한 쉐이프 필러(30)에 지지되기 위한 두께를 갖는 측면이 구비되어 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부 측면에 접촉되어 지지되는 면이 존재할 수 있다. 쉐이프 필러(30)의 원주방향 양단부(34) 모두가 인접한 쉐이프 필러(30)의 원주방향 단부와 면접촉될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 쉐이프 필러(30)의 원주방향 양단부(34) 중 하나의 단부만 인접한 쉐이프 필러(30)의 원주방향 단부와 면접촉될 수도 있다.
또한, 쉐이프 필러(30)의 길이방향 양단부(34) 전체가 인접한 쉐이프 필러(30)의 길이방향 단부와 면접촉되거나, 또는 쉐이프 필러(30)의 길이방향 양단부(34) 중 일부의 면만이 인접한 쉐이프 필러(30)의 길이방향 단부와 면접촉될 수도 있다.
즉, 쉐이프 필러(30)의 양단부가 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부와 원주방향으로, 또는 길이방향으로 접촉되는 면이 일부라도 존재한다면 본 실시예에 해당되는 것으로 보아야 한다. 이하에서는 인접한 쉐이프 필러(30) 단부 모두가 면접촉되는 것을 일례로 설명하나 상술한 바와 같이 이에 제한되는 것은 아니다.또한, 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 면접촉되는 상기 쉐이프 필러들의 내주면에 의해 형성된 원호의 반지름은 상기 전력유닛의 직경보다 크게 구비될 수 있다.
일례로서, 인접한 한 쌍의 쉐이프 필러(30)는 상호 면접촉되어 내주면이 하나의 원호를 형성하며, 하나의 원호 내측에는 하나의 전력유닛(10) 배치공간이 형성될 수 있다. 배치공간, 즉 쉐이프 필러(30)들의 내주면에 의해 형성된 원호의 반지름은 은 전력유닛(10)의 외경보다 크게 구비되므로, 전력유닛(10)과 쉐이프 필러 사이에는 이격 간격(d)이 존재할 수 있다. 이격 간격(d)은 1mm 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
해저케이블(100)의 전력유닛(10)과 쉐이프 필러(30)의 연합 과정, 연합 이후의 제조 공정, 수중 포설 과정, 수중 포설 이후 사용 과정에서 쉐이프 필러(30)와 전력유닛(10) 사이의 간격(d)은 가변될 수 있다. 예를 들어, 쉐이프 필러(30)의 내주면의 일부는 전력유닛(10)과 접촉되어 간격이 0일 수 있고, 쉐이프 필러(30)의 내주면의 다른 일부는 이격 간격이 점차 증대될 수 있다. 즉, 해저케이블의 전력유닛(10)은 벤딩 등의 환경에 따라 쉐이프 필러(30)와의 이격 공간 사이에서 위치가 이동될 수 있고, 이 경우 이격 간격(d)은 가변될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 해저케이블(100)에 의하면, 복수 개의 전력유닛(10)을 상호 이격시킨 상태로 유지하고 해저케이블(100)의 단면 형상을 원형으로 형성하는 복수 개의 쉐이프 필러(30) 중 인접한 쉐이프 필러의 양단이 면접촉되므로, 해저케이블(100)의 밴딩 또는 굽힘 상황에서 전력유닛(10)이 케이블 보호층에 의해 직접 압박을 받는 것이 방지되고, 쉐이프 필러(30)의 이격된 양끝단들에 의한 강한 압박을 방지할 수 있어 전력유닛(10)의 금속차폐층(15) 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블(100)에 의하면, 전력유닛(10)이 면접촉되는 복수 개의 쉐이프 필러(30) 내주면으로부터 미리 설정된 간격(d)에 따라 이격되어 구비되므로, 쉐이프 필러(30)와 전력유닛(10) 사이의 마찰력이 저감되어 해저케이블(100)의 밴딩 또는 굽힘 상황에서 발생할 수 있는 금속차폐층(15) 손상을 최소화할 수 있다.
한편, 각각의 쉐이프 필러(30)의 내측단(35)은 해저케이블의 중심방향으로 연장될 수도 있다. 따라서, 인접한 쉐이프 필러(30)의 내주면에 의하여 형성되는 하나의 원호에 미리 설정된 간격(d)에 따라 이격되어 배치된 전력유닛(10)은 외주면의 절반이상 수용되어 복수 개의 전력유닛(10)이 상호 이격된 상태가 유지될 수 있다.
그리고, 각각의 쉐이프 필러(30)의 내측단(35)에는 광유닛 수용부(33)에 광유닛을 투입하기 위한 입구가 형성될 수 있다. 상기 입구는 쉐이프 필러(30)의 내측단(35)이 광유닛 수용부(33)까지 절개되어 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3에 도시된 실시예에서 3개의 전력유닛(10)은 중심부에 빈공간(S)이 존재하여, 전력유닛(10) 및 쉐이프 필러(30)의 연합시 또는 해저케이블(100)의 밴딩이나 굴곡이 크게 발생시 전력유닛(10)은 빈공간(S)으로 이동될 수 있고, 전력유닛(10)의 이동으로 인하여 쉐이프 필러(30)와 전력유닛(10) 사이의 이격된 간격(d)은 증가될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 쉐이프 필러(30)의 면접촉되는 양단 사이의 틀어짐이 발생하여 쉐이프 필러(30)끼리의 지지 구조가 유지되지 않아 전력유닛(10)의 금속차폐층(15)의 손상이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여 도 4에 도시된 실시예와 같이, 본 발명에 따른 해저케이블(100)은 중심부의 빈공간(S)에 센터 필러(50a)가 추가로 구비될 수 있다.
센터 필러(50a)는 쉐이프 필러(30)와 마찬가지로 내화학성, 내후성(각종 기후에 견디는 성질), 내수압성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 재질로 압출되어 구성되는 형상 개재로 구성될 수 있다. 상기 센터 필러(50a)는 해저케이블(100)의 중심부에 3개의 전력유닛(10)을 지지하는 3개의 오목한 외주면을 구비할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 센터 필러(50a)에는 중공부가 구비되지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 하나 또는 복수 개의 중공부가 구비될 수도 있다.
따라서, 상기 센터 필러(50a)에 의하여 전력유닛(10) 및 쉐이프 필러(30)의 연합시 또는 해저케이블(100)의 밴딩이나 굴곡이 크게 발생시에도 각각의 전력유닛(10)은 중심부로의 이동이 방지되어 복수 개의 쉐이프 필러(30)의 양단 사이 면접촉에 의한 지지 구조가 안정적으로 유지될 수 있으므로 전력유닛(10)의 금속차폐층(15) 손상을 더욱 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4에 도시된 실시예에서, 상기 센터 필러(50a)는 각각의 전력유닛(10)의 외주면을 지지하기 위한 3개의 오목한 외주면을 구비하며, 오목한 외주면들 사이에 구비되는 3개의 외측단(51)은 각각의 쉐이프 필러(30) 내측단(35)과 이격되어 그 사이에 빈공간이 존재할 수 있다.
그러나, 도 5에 도시된 실시예는 상기 센터 필러(50b)의 복수 개의 외측단이 각각의 쉐이프 필러(30)의 내측단(35)에 면접촉되어 지지되도록 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 각각의 쉐이프 필러(30)의 내측단(35) 또는 상기 센터 필러(50b)의 각각의 외측단이 연장되도록 하여 쉐이프 필러(30)와 센터 필러(51b) 사이의 빈공간이 존재하지 않도록 할 수 있다. 다만, 각각의 쉐이프 필러(30) 내측단(35)이 연장되어 구비되는 것이 바람직하다. 센터 필러(50b)는 전력유닛(10)과 접촉되어 구비되는 반면, 각각의 쉐이프 필러(30)은 전력유닛(10)과 미리 설정된 간격(d)으로 이격되어 구비되므로, 각각의 쉐이프 필러(30) 내측단(35)이 연장되어 구비되면 전력유닛(10)은 쉐이프 필러(30) 및 센터 필러(50b)와의 마찰력이 더욱 저감될 수 있다.
센터 필러(50b)의 복수 개의 외측단이 각각의 쉐이프 필러(30) 내측단(35)에 면접촉되어 지지되도록 구비되면, 센터 필러(50b) 및 쉐이프 필러(30) 사이의 구조가 더욱 안정적으로 지지되므로, 해저케이블(100)의 밴딩 또는 굴곡시 발생할 수 있는 전력유닛(10)의 금속차폐층(15) 손상을 더욱 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 실시예들은 해저케이블의 전력유닛(10)의 금속차폐층(15)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 각각의 쉐이프 필러(30)의 원주방향 양단부는 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부에 면접촉되어 지지되고, 각각의 쉐이프 필러(30)는 복수 개의 전력유닛(10) 각각과 미리 설정된 간격(d)에 따라 이격되어 구비된다.
그러나 인접한 쉐이프 필러(30)의 양단이 면접촉되어 지지되어도 해저케이블의 밴딩 또는 굴곡시 인접한 쉐이프 필러(30)의 양단이 원주방향으로 벌어짐이 발생되거나, 인접한 쉐이프 필러(30) 양단 사이의 틀어짐이 발생하여 쉐이프 필러(30)끼리의 지지 구조가 유지되지 않을 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 실시예는 각각의 상기 쉐이프 필러(30)는 원주방향 양단(34)이 면접촉되어 지지되되, 쉐이프 필러(30)는 원주방향 양단부에 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부와 상호 걸림 고정되는 고정수단이 추가로 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 고정수단은 각각의 상기 쉐이프 필러(30)의 양단 중 일단에 구비된 걸림돌기(36) 및 타단에 상기 걸림돌기(36)가 수용되는 걸림홈(37)으로 구성되어, 인접한 2개의 쉐이프 필러(30) 중 하나의 쉐이프 필러(30)의 일단에 구비된 걸림돌기(36)가 다른 하나의 쉐이프 필러(30)의 걸림홈(37)에 걸림 고정되도록 할 수 있다.
상기 걸림돌기(36)는 쉐이프 필러(30) 일단의 측면에서 연장되어 외측으로 폭이 확대되는 형상으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 걸림홈(37)은 걸림돌기(36)가 걸림 고정될 수 있도록 걸림돌기(36)에 대응하는 형상의 홈으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 걸림돌기(36)는 도 6에 도시된 바와 같이 단면이 일단의 측면에서 연장되어 끝단이 원형으로 구성될 수 있고, 상기 걸림홈(37)은 원형 걸림돌기(36)가 걸려 고정되는 걸림돌기(36)에 대응하는 형상의 홈으로 구성될 수 있으나, 걸림 고정 기능을 제공할 수 있다면 걸림돌기(36)와 걸림홈(37)의 형상은 다양하게 변경 가능하다.
한편, 쉐이프 필러(30)에 구비된 걸림돌기(36)와 걸림홈(37)은 전력유닛(10)의 길이방향을 따라 연장되어 구비될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 전력유닛(10)과 복수 개의 쉐이프 필러(30) 연합시 걸림돌기(36) 및 걸림홈(37)이 연속적으로 걸림 고정되어 안정적으로 지지되는 구조가 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 쉐이프 필러(30)는 원주방향 양단(34)이 면접촉되어 지지되되, 쉐이프 필러(30)는 원주방향 양단부에 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부와 상호 걸림 고정되는 고정수단이 추가로 구비될 경우, 해저케이블의 밴딩 또는 굴곡시 인접한 쉐이프 필러(30)의 양단이 원주방향으로 벌어짐 또는 양단 사이의 틀어짐 발생이 방지되어 쉐이프 필러(30)끼리의 지지 구조가 안정적으로 유지될 수 있다.
한편, 도 6은 해저케이블(100) 중심부에 센터 필러(50b)가 구비되고, 각각의 쉐이프 필러(30) 내측단(35)과 센터 필러(50b)의 외측단은 면접촉되어 지지되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 해저케이블(100) 중심부에 센터 필러(50b)가 구비되지 않고, 쉐이프 필러(30)의 원주방향 양단부에 인접한 쉐이프 필러(30)의 단부와 상호 걸림 고정되는 고정수단만이 구비될 수도 있다. 센터 필러(50b)가 구비되지 않아도, 쉐이프 필러(30)에 고정수단이 구비되면 쉐이프 필러(30)가 면접촉되어 걸림 고정된 구조가 안정적으로 유지될 수 있으므로, 쉐이프 필러(30) 양단 사이의 틀어짐이 발생이 방지될 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)

  1. 수중 포설을 위한 해저케이블로서,
    도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 금속차폐층을 포함하는 복수 개의 전력유닛;
    복수 개의 상기 전력유닛을 상호 이격된 상태로 유지하고, 해저케이블이 원형 단면이 되도록 하는 복수 개의 쉐이프 필러; 및
    복수 개의 상기 쉐이프 필러 외측에 구비되는 케이블 보호층;을 포함하고,
    각각의 상기 쉐이프 필러의 원주방향 양단부 중 적어도 하나의 단부는 인접한 쉐이프 필러의 원주방향 단부와 접촉되는 면이 존재하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    면접촉되는 상기 쉐이프 필러들의 내주면에 의해 형성된 원호의 반지름은 상기 전력유닛의 직경보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 쉐이프 필러는 원주방향 양단부에 인접한 쉐이프 필러의 단부와 상호 걸림 고정되는 고정수단이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고정수단은 각각의 상기 쉐이프 필러의 양단 중 일단에 구비된 걸림돌기 및 타단에 상기 걸림돌기가 수용되는 걸림홈으로 구성되어, 인접한 2개의 쉐이프 필러 중 하나의 쉐이프 필러의 일단에 구비된 걸림돌기가 다른 하나의 쉐이프 필러의 타단에 구비된 걸림홈에 걸림 고정되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  5. 제4항에 있어서
    상기 쉐이프 필러에 구비된 걸림돌기와 걸림홈은 상기 전력유닛의 길이방향을 따라 연장되어 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  6. 제4항에 있어서
    상기 걸림돌기는 상기 쉐이프 필러 일단의 측면에서 연장되어 외측으로 폭이 확대되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  7. 제1항에 있어서
    상기 쉐이프 필러 내측에 적어도 하나의 광섬유를 구비한 광유닛이 수용되는 광유닛 수용부가 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  8. 제7항에 있어서
    상기 쉐이프 필러의 내측단에는 절개되어 광유닛이 투입될 수 있는 입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  9. 제1항에 있어서
    상기 전력유닛 및 상기 쉐이프 필러는 각각 3개가 구비되며, 각각의 상기 쉐이프 필러는 곡면 형태의 2개의 내주면이 구비되고, 인접한 한 쌍의 쉐이프 필러는 상호 면접촉되어 내주면이 하나의 원호를 형성하며 상기 하나의 원호 내측에는 하나의 전력유닛이 배치되는 배치공간이 형성된 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  10. 제1항에 있어서
    상기 해저케이블의 중심부에는 복수 개의 상기 전력유닛을 지지하는 복수 개의 오목한 외주면을 구비한 센터 필러가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  11. 제10항에 있어서
    각각의 상기 쉐이프 필러 내측단과 상기 센터 필러의 복수 개의 외측단은 면접촉되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  12. 제1항에 있어서
    복수 개의 상기 쉐이프 필러를 감싸는 바인딩 테이프층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
  13. 제12항에 있어서
    상기 케이블 보호층은 상기 바인딩 테이프층 외측에 구비되는 베딩층, 상기 베딩층 외측에 구비되는 적어도 1층의 아머 와이어층 및 상기 아머 와이어층 외측에 구비되는 최외곽층을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160082259A (ko) * 2014-01-21 2016-07-08 에이비비 테크놀로지 리미티드 파워 케이블 필러 디바이스 및 그것을 포함하는 파워 케이블
CN111799022A (zh) * 2020-06-29 2020-10-20 江苏亨通高压海缆有限公司 一种三芯海缆填充条及其设计方法
CN212624878U (zh) * 2020-07-27 2021-02-26 江西省安安科技有限公司 一种海底电缆填充条
KR20210081956A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 엘에스전선 주식회사 해저 케이블
US20220375650A1 (en) * 2021-05-18 2022-11-24 Aker Solutions As Power umbilical and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160082259A (ko) * 2014-01-21 2016-07-08 에이비비 테크놀로지 리미티드 파워 케이블 필러 디바이스 및 그것을 포함하는 파워 케이블
KR20210081956A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 엘에스전선 주식회사 해저 케이블
CN111799022A (zh) * 2020-06-29 2020-10-20 江苏亨通高压海缆有限公司 一种三芯海缆填充条及其设计方法
CN212624878U (zh) * 2020-07-27 2021-02-26 江西省安安科技有限公司 一种海底电缆填充条
US20220375650A1 (en) * 2021-05-18 2022-11-24 Aker Solutions As Power umbilical and method

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