KR100271880B1 - 케이블의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 물질이 콘덕터(1) 등의 표면위의 적어도 한 층내로 압출되고, 그 플라스틱 물질(2, 3, 4)로 피복된 그 콘덕터 등이 소정의 절연 또는 외장 공정으로 냉각되는 방법에 관한 것이다. 콘덕터 (1) 및 그에 인접한 플라스틱 물질을 절연 또는 외장공정에서 미리 정해진 수준으로 냉각한 후에, 플라스틱 물질에 의하여 야기된 문제를 피하기 위하여, 플라스틱 물질의 표면층 및 근방의 플라스틱 물질부는 매질로 채워진 가압공간내에서 미리 정해진 온도로 재가열된다.

Description

케이블의 열처리 방법

본 발명은 교차결합 플라스틱 물질이 콘덕터(1)의 표면 위의 적어도 한 층내로 압출되고, 교차결합 플라스틱 물질(2, 3, 4)로 싸여진 콘덕터는 예비결정된 방식으로 냉각되고, 실질적으로 다시 가열되는, 콘덕터 등을 절연 또는 피복하기 위한 공정과 관련된 방법에 있어서, 상기 싸여진 콘덕터를 냉각하는 단계 동안, 냉각은 콘덕터와 그에 인접한 교차결합 플라스틱 물질이 교차결합 플라스틱 물질의 융점까지 실질적으로 냉각되고 상기 냉각단계 후에 교차결합 플라스틱 물질의 표면층과 표면층에 인접한 교차결합 플라스틱 물질부분은 가스로 채워진 가압공간에서 교차결합 플라스틱 물질의 융점까지 실질적으로 재가열되는 것을 특징으로 하는 콘덕터 등을 절연 또는 피복하기 위한 공정과 관련된 방법에 관한 것이다.

케이블의 생산에 있어서, 폴리에틸렌 등과 같은 플라스틱 물질의 고유의 체적의 큰 변화로 인하여, 융점으로부터 상온으로의 전이에 문제가 발생하게 된다. 이것은 고유 체적의 큰 변화가 케이블에 있어서 불리한 수축 현상을 일으키기 때문인데, 이것은 콘덕터를 둘러싼 플라스틱 층을 수축시킴으로써, 케이블의 연결 및 종단에 있어서 문제를 일으키게 된다. 이와 같은 수축 현상은 종래에는 완성된 케이블 또는 리일(reel)상에 감긴 콘덕터에 열처리를 함으로써 감소시켜 왔다. 그러나, 그 방법에 있어서의 문제점은, 케이블이 리일 주위에 굽어져 있을 때는 압력이 감소되었다가도, 케이블이 펼쳐진 상태에서는 플라스틱 물질에서 더욱 가중된 응력 상태가 발생한다. 리일에 감겨진 케이블의 열처리는 또한 많은 에너지뿐만 아니라, 적어도 2일 내지 3일의 많은 시간을 요구한다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 불리한 점이 제거될 수 있는 수단에 의한 방법을 제공하는 것이다. 이는 본 발명에 의한 방법에 의해 달성될 수 있는데, 그것은 콘덕터 등을 절연 또는 피복하기 위한 공정과 관련된 방법에 있어서, 상기 싸여진 콘덕터를 냉각하는 단계 동안, 냉각은 콘덕터와 그에 인접한 교차결합 플라스틱 물질이 교차결합 플라스틱 물질의 융점까지 실질적으로 냉각되고 상기 냉각단계 후에 교차결합 플라스틱 물질의 표면층과 표면충에 인접한 교차결합 플라스틱 물질부분은 가스로 채워진 가압공간에서 교차결합 플라스틱 물질의 융점까지 실질적으로 재가열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장점은 주로 상기의 수축 문제가 매우 짧은 시간내에 제거되고 종래에 사용되던 기술에 비하여 상당히 낮은 에너지의 소비에 의해 이루어진다는 점에 있다. 에너지 소비 측면에서 얻어지는 절약의 예로는 본 발명에 따른 방법의 적용시에 특정 케이블의 열처리에 요구되는 에너지는 약 32 kwh/km 이다. 이에 상응하여 리일에 감겨진 케이블의 열처리에 종래의 방법을 사용한다면, 에너지 소비량은 만약 케이블의 온도가 20℃에서 100℃로 상승된다면 약 46 kwh/km 이다. 또한, 상당량의 에너지가 리일의 가열과 열처리 공간의 손실에 사용된다. 본 발명의 또 하나의 장점은, 종래 기술과는 반대로, 본 발명에 의한 열처리는 리일에 감긴 케이블 대신 곧게 펴진 케이블에서 수행되므로 새로운 응력 상태는 발생하지 않는 것이다.

이하에서 본 발명은 첨부된 도면에 나타난 예에 의하여 보다 상세히 기술하고자 한다. 여기서, 제1도는 고압 케이블의 절연 콘덕터의 전형적인 단면도를 나타내고; 제2도는 케이블 절연체가 냉각 단계에 들어갈 때의 여러 파라미터들에 있어서의 변화를 나타내는 그래프이고; 제3도는 제2도의 파라미터들에 있어서 본 발명에 의한 방법의 적용시의 변화를 나타내는 것이며; 제4도는 제2도 및 제3도로부터 계산된 플라스틱 물질층의 직경을 온도가 20℃로 떨어졌을 때의 실제 직경과 비교한 것을 나타낸 것이다.

제1도는 고압 케이블의 절연된 콘덕터의 전형적 단면도를 나타낸다. 하나의 가는 반콘덕터 플라스틱층, 즉 콘덕터의 피막(2)이 콘덕터(1)주위에 마련되어 있다. 콘덕터 피막(2)은 절연체(3)에 의해 싸여있고, 가장 외피층은 또한 다소 가는, 반콘덕터 코로나 차폐막(4)으로 구성된다. 완성된 케이블은 또한 상이한 종류의 막들을 여러 개 가질 수 있으나, 그것은 직접적으로 본 발명에 관계되는 것은 아니다. 이러한 막들에 대하여는 여기에서 자세히 기술하지는 않겠다. 중압 또는 고압 케이블 내의 콘덕터 위의 플라스틱 막의 두께는 약 5 내지 35mm의 범위 내에서 다양하다. 널리 사용되는 절연 물질로는 교차 결할 또는 열가소성의 폴리에틸렌이다.

콘덕터(1) 위의 막들(2) 내지 (4)는 소위 3 중 압출 헤드(head)내에서 동시에 콘덕터상으로 압출되어 있고, 그 헤드로 각각의 막을 위한 플라스틱 물질들이 보통 세 개의 분리된 플라스틱 압출기로부터 공급된다. 교차 결합 절연 플라스틱을 사용하는 경우에는, 플라스틱의 최대 압출 온도는 플라스틱 압출기 내에서의 때아닌 교차 결합을 피하기 위하여 약 140℃ 정도가 되어야 한다. 반응 시간을 감소시키기 위하여, 절연 물질은, 플라스틱 압출기가 보통 약 190℃에서 210℃의 범위에 도달한 후 가열된다. 가열은 보통 압축 튜브내에서 중기 또는 열선에 의하여 수행된다. 압력은 교차 결합 반응에서 형성되는 가스로 인한 공기 방울의 형성을 방지하기 위하여 필요하다. 극히 빠른 표면 냉각도 또한 그것이 직경의 수축을 방지하면서 절연충 내에서 공기 방울의 형성에 기여할 수도 있다.

절연체로서 만약 폴리에틸렌이 사용된다면, 플라스틱의 압출 온도는 170℃ 내지 230℃이다. 플라스틱 물질에서는 아무 반응이 일어나지 않으므로, 그러한 압력은 이 경우에는 요구되지 않는 반면, 공기나 따뜻한 물에 의한 냉각은 플라스덕 물질의 직경의 수축에 기인한 공기 방울의 형성을 피하기 위하여 매우 천친히 수행되어야만 한다. 이 때문에, 열가소성 물질로 절연된 케이블도 또한 압력하에, 즉 대기압 이상의 압력에서 냉각된다.

요즈음은 퍼옥사이드(peroxide)에 의한 교차 결합이 가능한 저밀도의 폴리에틸렌을 대부분의 중간 또는 고압 케이블에서 절연 물질로 사용하는 것이 관례이고, 제조 공정을 일반적으로 소위 건경화 (dry-vulcanization) 방법을 사용하며, 따라서 본 발명에 따른 방법은 이하에서 상기의 물질과 정화 원리를 참고하여 기술하겠다. 건경화 방법은 절연 플라스틱의 교차 결합이 압축된 피막 가스에 있어 완전히 건조한 상태에서 일어나는 것을 의미한다. 건조한 피막 가스는 예를 들어 질소 등이 될 수 있다. 이하의 기술이 상기의 물질들에 의존하지만, 그러나, 다른 원리들이나 물질들은 보호의 범위에서 배제되지 않는다는 것을 주목해야 한다.

건경화 방법에 있어서, 제1도에 나타난 절연 콘덕터는 전형적으로 3 중 압출 헤드로부터 나와서 가열된 튜브로 들어가는데, 그것은 보통, 전형적으로는 열선에 의해 플라스틱 층을 가열하기 위하여 질소에 의해 가압된 것으로서, 교차결합을 가속시키기 위하여 플라스틱의 압출 온도보다는 명백히 높은 온도까지 가열된 것이다. 콘덕터의 속도와 같은 런(run) 파라미터들과 가열된 튜브의 교차 결합 부분의 온도 프로파일이 컴퓨터에 의해 계산된다.

제2도는, 약 20℃에서 교차 결합 부분으로부터 가압된 물의 냉각 단계로 들어가는 과정에서 나타나는, 플라스틱 피막과 함께 콘덕터의 온도(5)를 나타낸 것으로, 절연체의 중심부의 온도(6), 그리고 표면층의 온도(7) 및 외부의 차원(8)을 시간의 함수로 나타내었다. 절연 콘덕터의 직경은 20℃에서 30mm이고, 그 콘덕터 자체(1)의 직경은 10mm이다. 이 값들은 컴퓨터 프로그램에 의하여 얻어지는데, 여기서 플라스틱을 10개의 원주 대칭형 막으로 나누고 막 사이의 열전달과 막의 열팽창을 계산한 것이다.

위에서 기술한 특정 경우에 있어서, 플라스틱의 고유 체적은 온도가 융점, 약 110℃로부터 20℃까지 떨어질 때, 약 13% 감소한다. 금속 콘덕터가 플라스틱에 비하여 충분히 단단하다고 가정할 수 있으므로, 전체적 변화는 단면, 즉 방사선 방향에서 일어나야 한다.

제2도는 따라서 콘덕터 절연 과정과 관련하여 사용되는 냉각 방법을 설명하는 것으로서, 거기서 절연 콘덕터는 기존의 방법으로 냉각된다.

본 발명에서는, 냉각은 상기의 방법으로 이루어지지 않으나, 콘덕터(1)와 그에 인접한 플라스틱 물질은 절연 과정에서 기존의 방법대로 냉각된 후, 플라스틱 물질의 표면층과 그에 인접한 플라스틱 물질의 부분이 기존의 온도로 재가열되어야 하는 것이 필수적이다. 하나의 바람직한 실시예에서, 플라스틱 물질의 표면층과 그에 인접한 물질 부분은 콘덕터(1)와 그에 인접한 플라스틱 물질이 실질적으로 플라스틱 물질의 융점까지 냉각된 후 플라스틱 물질의 융점보다 약간 낮은 온도까지 재가열된다.

제3도는 제2도에 나타난 곡선에 대응하는 곡선을 나타내며 이것은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 얻어졌다. 제3도는 콘덕터의 온도(9)와, 절연체의 중심부의 온도(10), 그리고 표면층의 외부 차원(12) 및 온도(11)를 시간의 함수로서 나타내었다.

제3도에 나타난 바와 같이, 140℃의 물로서 콘덕터를 가열하는 것은 콘덕터의 온도가 117℃까지 떨어졌을 때에 시작된다. 절연체의 중심부의 온도가 100℃에 이를 때까지 계속되며, 그 후 20℃의 물로 콘덕터의 냉각이 다시 시작된다. 제2도와 제3도에 나타난 곡선들은, 상태가 동일하므로, 약 7분간 동일하게 나타난다. 제3도에 나타난 곡선으로부터 최외각충의 온도(11)는 약 7분 후 140℃까지 빨리 증가하며, 중심부의 온도(10)는 중가하기 시작하며, 콘덕터의 온도(9)는 낮아지며, 그리고 직경(12)은 증가한다는 것을 알 수 있다. 약 9.1 분에, 콘덕터로부터 중심부까지의 플라스틱의 온도가 약 100℃이고, 중심부로부터 외각층까지의 온도는 100℃ 이상이다. 100℃의 온도가 이러한 종류의 플라스틱에 대하여 하나의 물리적인 경화 온도라고 가정한다면, 즉 이 온도 이하에서 플라스틱은 열적 팽창과 기계적인 압력에 대하여 예를 들어 금속과 같은 고체 물질과 같이 작용하며, 제3도에 나타난 직경 곡선(12)으로부터 외각충은 직경 31.7mm까지 경화되는 것으로 나타난다. 제2도로부터, 결국, 외부 직경(8)이 33.0mm 일 때 외각층의 온도(7)는 궁극적으로 100℃ 이하로 떨어진다.

컴퓨터 프로그램은 20℃에서 콘덕터의 플라스틱 절연체를 균일한 두께의 10 개의 층으로 나눈다. 그 프로그램은 또한 각 층의 온도가 궁극적으로 100℃ 이하로 떨어질 때 각 층의 내부 및 외부 직경을 저장한다. 각 층의 차원은 물론, 각 층이 서로 떨어져 있다면, 각 층의 온도가 100℃에서 20℃로 감소될 때 같은 비율로 변화할 것이다. 이것은 그러한 경우가 아니며, 또한 예를 들어, 최외각층의 직경은 콘덕터가 제2도 또는 제3도에 따라 냉각되는 것에 관계없이 30mm 이므로, 온도가 100℃에서 20℃ 까지 떨어질 때, 외각층은 제2도에 따른 냉각이 적용될 때는 33.0mm에서 30mm로 수축해야 하며, 제3도에 따른 냉각을 적용할 때는 31.7에서 30mm로 수축해야 한다.

온도가 20℃로 떨어질 때, 실제의 직경과 서로 떨어져 있는 층들의 직경을 비교하면, 제4도에서와 같은 백분율 곡선이 얻어진다. 제2도에 따른 냉각에 의하여 곡선(13)이 얻어지고, 제3도에 나타난, 본 발명에 따른 냉각에 의하여 대응하는 곡선(14)이 얻어진다. 곡선(13)은, 서로 떨어져 있을 때의 최외각층은 약 4.6% 정도 과대하게 유지됨을 보여주는데, 그로 인하여 실제로 그 속에 접선 방향 압축력이 존재하며, 그것은 층(5)에까지 연장되며, 그리하여 인장 응력으로 변화된다. 본 발명에 따른 방법에 의하여 냉각된 콘덕터의 외각층은 오직 0.1% 정도만 과대하게 되고, 접선 방향의 힘은 플라스틱 충의 두께 거의 전체에 걸친 장력으로 구성된다. 가장 내부의 층은, 그 밑에 존재하면서 거의 변화하지 않는 것으로 가정할 수 있는 콘덕터(1)와 같이, 두 경우 모두에 있어 거의 비슷하게 행동한다. 막에 존재하는 접선 방향 인장 응력이 증가함에 따라, 표면 압력이 콘덕터에 가해지며, 제3도에 따른 냉각은 제2도에 따른 냉각에서보다 플라스틱과 콘덕터 사이에 더 마찰력을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 냉각은 길이 방향의 수축을 감소시킨다.

본 발명에 따른 방법은 여러 가지 넓은 적용 범위를 갖는다. 그러한 적용의 한 예는 핀랜드 특허 명세서 52299와 그에 대웅하는 미국 특허 제 4,035,129호에서 기술된 장치로서, 여기서 하나의 튜브는 콘덕터가 통과하는 공간을 정의한다. 튜브는 또한 그 장치에서 가열 저항으로서도 작용한다. 케이블의 열처리는 튜브의 냉각부분을 균등하게 나누어 분리된 가스 도는 물의 순환으로서 분리된 지역으로 함으로써 실현될 수 있다. 냉각 매체가 물이라면, 즉 수화 냉각은 가열 처리 부분에서 물의 가열이 사용되는데, 그 튜브는 물을 가열하고 그 물은 콘덕터를 가열한다. 가스가 사용될 때에는, 콘덕터의 가열은 주로 열선에 의해 이루어진다. 두 경우 모두, 물론, 그것의 양쪽 면에서 모두, 열처리 부분과 냉각 부분 사이에 냉매의 혼합을 방지해야만 한다.

상기의 실시예는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명은 청구항의 범위 내에서 원하는 대로 수정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 교차 결합 반응에 제한되지 않으며, 다른 결합에도 역시 적용될 수 있다. 예를 들어, 응력 상태는 어떤 특정 케이블 종류에서 상대적으로 두꺼운 외장 피막에서 지나치게 빠른 냉각에 의해 발생할 수 있는데, 그 응력은 열처리에 의해 유리한 방식으로 제거될 수 있다. 본 발명은 중간 또는 고압 케이블 어떤 것에 대해서도 제한되지 않고, 오히려 그것은 광 케이블의 외장 등에서와 같이 더욱 광범위하게 적용될 수 있다.

Claims (1)

1. 교차결합 플라스틱 물질이 콘덕터(1)의 표면 위의 적어도 한 층 내로 압출되고, 교차결합 플라스틱 물질(2, 3, 4)로 싸여진 콘덕터는 예비결정된 방식으로 냉각되고, 실질적으로 다시 가열되는, 콘덕터 등을 절연 또는 피복하기 위한 공정과 관련된 방법에 있어서, 상기 싸여진 콘덕터를 냉각하는 단계 동안, 냉각은 콘덕터와 그에 인접한 교차결합 플라스틱 물질이 교차결합 플라스틱 물질의 융점까지 실질적으로 냉각되고 상기 냉각단계 후에 교차결합 플라스틱 물질의 표면층과 표면층에 인접한 교차결합 플라스틱 물질부분은 가스로 채워진 가압공간에서 교차결합 플라스틱 물질의 융점까지 실질적으로 재가열되는 것을 특징으로 하는 콘덕터 등을 절연 또는 피복하기 위한 공정과 관련된 방법.