KR100322122B1 - 광섬유복합가공지선및그제작방법 - Google Patents

광섬유복합가공지선및그제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선에 관한 것으로, 이러한 광섬유 복합가공지선은 광섬유, 광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합이 삽입되는 적어도 하나의 튜브, 튜브 주위를 둘러싸며 집합하여 상기 튜브를 보호하는 제1인장선, 튜브와 제1인장선의 틈사이에 충전하는 전도성 물질 및 제1인장선 주위를 둘러싸며 집합하는 제2인장선을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 소선의 연선에 의한 광섬유 복합가공지선 구성으로 생긴 틈을 전도성 물질로 채움으로써 도체단면적이 동일한 외경에 비하여 커지므로 전기적 특성이 좋아지고, 저항이 낮아져 동일 단락전류가 흐를 경우 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 일정하게 제한할 수 있다. 또한 전기적 특성향상치 만큼 광섬유 복합가공지선의 외경을 작게 만들 수 있다.

Description

광섬유 복합가공지선 및 그 제작방법{Optical fiber composite ground wire and method of forming the same}
본 발명은 광케이블에 관한 것으로, 특히 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선에 관한 것이다.
전선로는 지중선로와 가공선로로 구분되며, 도시 이외의 지역에서는 주로 가공선로를 이용하여 송전하고 있다. 가공선로의 경우에는 벼락이 전선을 직격할 수있어서, 전선로의 최상부에 피뢰 역할을 하는 전선이 설치되어 있는데, 이를 가공지선이라 한다. 한편, 전선로에는 통신 선로가 필요하다. 특히, 송전선로에는 원격감시나 원격제어 등을 위한 통신선로를 반드시 갖추어야 한다. 이러한 가공지선이나 통신선로는 각각 별도로 설치되어 있으며, 이들은 하나로 통합하는 것이 바람직하다.
그러나, 구리나 알루미늄 같은 일반 도체로는 이러한 역할을 수행하는데 장애가 있다. 통신선 주변을 지나는 전력선은 유도 전압이나 유도 전류를 유도하여 통신 장애를 일으키기 때문이다. 이러한 통신 장애는 전력선의 전압이나 전류의 세기에 비례하고, 통신선과 전력선 사이의 거리에 반비례한다. 특히, 수십만 볼트의 전압하에서 고전류가 공급되는 송전선로는 주변의 통신선에 강한 통신장애를 일으킨다. 그럼에도 불구하고, 송전선로에는 통신선을 설치하는 것이 불가피하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 광섬유 복합가공지선(optical fiber composite ground wire; OPGW)이라는 소재가 개발되었다.
광섬유 복합가공지선은 단락전류나 번개등 여러 위해요소로부터 전력선을 보호하는 기존의 가공지선의 기능외에 전자기적 유도에 영향을 받지 않는 광섬유를 삽입하여 통신매질의 복합기능을 수행하는 케이블이다.
광섬유 복합가공지선은 철탑과 철탑사이에 연결되는 가공지선으로서 가혹한 외부환경에 노출되어 있다. 즉, 여름철 태풍이나 계절풍에 의한 바람과 00C이하에서는 빙설이나 서리 또는 얼음이 광섬유 복합가공지선에 덥혀 광섬유 복합가공지선이인장되고 파단이 되기도 한다. 풍압하중 및 빙설이나 서리 또는 얼음에 의한 광섬유 복합가공지선의 자중은 광섬유 복합가공지선 외경에 비례하게 커진다. 이러한 외부 환경은 광섬유 복합가공지선의 인장력을 크게 가져가야하며 즉 스틸성분이 많이 들어가야한다.
철탑안전도를 향상시키기 위해서는 외경이 작고 하중이 적은 광섬유 복합가공지선을 설치하여야 하나 이는 상기와 같이 기계적특성과 전기적특성이 서로 역관계에 있으며 광섬유복합가공지선이 설치되는 환경에 맞게 양자의 특성을 적절히 맞추는 일은 한정된 소재의 제한을 받는다.
도 1은 종래의 광섬유 복합가공지선의 제1예의 단면도를 나타낸 것이다.
1심 이상의 아크릴 코팅 광섬유의 집합(110)을 보호하기 위해, 0.1%이상의 연입율을 가지고 적어도 하나 이상의 튜브(120)에 집합한다. 광섬유(110)가 삽입된 튜브(120)를 보호하고 광섬유 복합가공지선의 하중을 지지하는 중심지지선 역할을 하며 부식방지와 광섬유 복합가공지선의 기계적 특성을 제공하는 제1인장선(130)으로 튜브(120) 주위를 둘러싸며 집합한다. 제1인장선(130) 주위를 광섬유 복합가공지선의 전기적 특성을 제공하는 제2인장선(150)으로 둘러싸며 집합한다.
도 2는 종래의 광섬유 복합가공지선의 제2예의 단면도로서, 도 1에 제2인장선(240)을 2층으로 둘러싸며 집합한 것이다.
이러한 종래의 광섬유복합가공지선 설계로는 광섬유복합가공지선의 전기적 기계적특성을 맞추는데 한계가 있다.
또한, 전력선의 단락에 의한 단락전류(Fault Current) 및 번개에 의한 과도한 전류가 광섬유 복합가공지선에 흐르게 되면 도체성분으로 이루어진 광섬유 복합가공지선의 온도가 올라가게 된다.
따라서, 광섬유 복합가공지선의 온도상승은 내부의 광섬유의 장기 신뢰성을 떨어뜨리므로 광섬유 복합가공지선의 저항을 낮춰 단락전류시 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 일정하게 제한해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기적 기계적 특성을 향상시키며, 정격단락전류값을 높이는 광섬유 복합가공지선 및 그 제작방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 광섬유 복합가공지선의 제1예의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 광섬유 복합가공지선의 제2예의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선의 제1실시예의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선의 제2실시예의 단면도를 도시한 것이다.
도 5a는 종래의 광섬유 복합가공지선의 저항을 도시한 것이다.
도 5b는 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선의 저항을 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광섬유 복합가공지선은 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선에 있어서, 광섬유; 상기 광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합이 삽입되는 적어도 하나의 튜브; 상기 튜브 주위를 둘러싸며 집합하여 상기 튜브를 보호하는 제1인장선; 상기 튜브와 상기 제1인장선의 틈사이에 충전하는 전도성 물질; 및 상기 제1인장선 주위를 둘러싸며 집합하는 제2인장선을 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광섬유 복합가공지선은 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선에 있어서, 광섬유; 상기 광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합이 삽입되는 적어도 하나의 튜브; 상기 튜브 주위를 둘러싸며 집합하여 상기 튜브를 보호하는 제1인장선; 상기 제1인장선 주위를 둘러싸며 집합하는 제2인장선; 상기 튜브와상기 제1인장선 및 제2인장선 틈사이에 충전하는 전도성 물질; 및 상기 제2인장선을 둘러싸며 집합하는 제3인장선을 포함함을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 광섬유 복합가공지선 제작방법은 (a)광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합을 적어도 하나의 튜브에 삽입하는 단계; (b)상기 광섬유가 삽입된 튜브를 보호하고 중심지지선 역할을 하는 제1인장선으로 상기 튜브 주위를 둘러싸며 집합하는 단계; (c)상기 튜브와 상기 제1인장선의 틈사이에 전도성 물질을 충전하는 단계; 및 (d)상기 제1인장선을 제2인장선으로 둘러싸며 집합하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 복합가공지선의 제1실시예의 단면도를 도시한 것으로서, 광섬유(310), 튜브(320), 제1인장선(330), 전도성물질(340) 및 제2인장선(350)으로 이루어진다.
광섬유(310)는 1심 이상의 아크릴 코팅 광섬유를 사용하며, 0.1%이상의 연입율을 가지고 튜브(320)내에 집합한다. 튜브(320)는 광섬유(310)를 보호하기 위하여 광섬유(310)를 집합하며, 스틸(steel)튜브를 사용한다. 제1인장선(330)은 부식방지 및 파단을 방지하기 위해 알루미늄 클래드 강선을 사용한다. 전도성물질(340)은 튜브(320)와 제1인장선(330)의 틈사이에 충전하여 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 제한하여 튜브(320)내 광섬유(310)의 장기 신뢰성을 떨어뜨림을 방지하는 것으로, 알루미늄을 사용한다. 제2인장선(350)은 제1인장선(330)주위를 둘러싸며 집합하며 알루미늄 합금선을 사용한다.
상술한 구성에 의하여 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선의 제1실시예의 제작방법을 설명하기로 한다.
1심 이상의 아크릴 코팅 광섬유의 집합(310)을 보호하기 위해, 0.1%이상의 연입율을 가지고 적어도 하나 이상의 튜브(320)에 집합한다. 광섬유(310)가 삽입된 튜브(320)를 보호하고 중심지지선 역할을 하며 부식방지와 파단을 방지하는 제1인장선(330)으로 튜브(320) 주위를 둘러싸며 집합한다. 튜브(320)와 제1인장선(330)의 틈사이에 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 제한하는 전도성물질인 알루미늄(340)을 충전한다. 제1인장선(330) 주위를 제2인장선(350)으로 둘러싸며 집합한다.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 복합 가공지선의 제2실시예의 단면도를 도시한 것으로서, 광섬유(410), 튜브(420), 제1인장선(430), 전도성물질(440) 제2인장선(450) 및 제3인장선(460)로 이루어진다.
광섬유(410)는 1심 이상의 아크릴 코팅 광섬유를 사용하며, 0.1%이상의 연입율을 가지고 튜브(420)내에 집합한다. 튜브(420)는 광섬유(410)를 보호하기 위하여 광섬유(410)를 집합하며, 스틸(steel)튜브를 사용한다. 제1인장선(430)은 부식방지 및 파단을 방지하기 위하여 알루미늄 클래드 강선으로 이루어진다. 제2인장선(450)은 제1인장선(430) 주위를 둘러싸며 집합하며 알루미늄 합금선으로 이루어진다. 전도성물질(440)는 튜브(420)와 제1인장선(430) 및 제2인장선(450)의 틈사이에 충전하여 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 제한하는 것으로, 알루미늄을 사용한다. 제3인장선(460)은 제2인장선(450) 주위를 둘러싸며 집합하며 알루미늄 합금선으로이루어진다.
상술한 구성에 의하여 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선의 제2실시예의 제작방법을 설명하기로 한다.
1심 이상의 아크릴 코팅 광섬유의 집합(410)을 보호하기 위해, 0.1%이상의 연입율을 가지고 적어도 하나 이상의 튜브(420)에 집합한다. 광섬유(410)가 삽입된 튜브(420)를 보호하고 중심지지선 역할을 하며 부식방지와 파단을 방지하는 제1인장선(430)으로 튜브(420) 주위를 둘러싸며 집합한다. 제1인장선(430) 주위를 제2인장선(450)으로 둘러싸며 집합한다. 튜브(420)와 제1인장선(430)과 제2인장선(450)의 틈사이에 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 제한하는 전도성물질인 알루미늄(440)을 충전한다. 제2인장선(450) 주위를 제3인장선(460)으로 둘러싸며 집합한다.
여기서, 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선과 종래의 광섬유 복합가공지선의 정격단락전류에 대하여 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5b는 광섬유 복합가공지선의 저항을 도시한 것이다. 도 5a는 종래의 광섬유 복합가공지선의 저항을 도시한 것으로, 알루미늄 클래드 강선은 R1으로 표시하고 알루미늄 합금선은 R2로 표시한다. 그러면 광섬유 복합가공지선의 저항값은 다음과 같다.
도 5a는 R1, R2의 온도상승으로 R1, R2의 저항이 상승되고, 저항이 높아지면 온도가 오르는 루프(loop) 동작을 한다.
따라서, 전력선의 단락에 의한 단락전류 및 번개에 의한 과도한 전류가 광섬유 복합가공지선에 흐르게 되면 도체성분으로 이루어진 광섬유 복합가공지선의 온도상승은 내부의 광섬유의 장기 신뢰성을 떨어뜨린다.
도 5b는 본 발명에 의한 광섬유 복합가공지선의 저항을 도시한 것으로, 알루미늄 클래드 강선은 R3으로 표시하고, 알루미늄 합금선은 R4로 표하시고, 충전된 전도성물질은 R5로 표시한다. 그러면 광섬유 복합가공지선의 저항값은 다음과 같다.
도 5b는 R3와 R4에 전도성 물질(R5)이 더해져 IR3과 IR4에 흐르는 전류를 낮춤으로 R3 과 R4의 온도가 낮아지게 된다.
따라서, 전력선의 단락에 의한 단락전류 및 번개에 의한 과도한 전류가 광섬유 복합가공지선에 흐르게 되면 전도성 물질로 전류가 분산되므로 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 일정하게 제한한다.
또한, 도 1과 도 3의 정격단락전류(I2t)를 비교하면(도 3의 전도성 물질이 51% 알루미늄 일 때) 다음과 같다.
튜브(120,320), 제1인장선(130,330) 및 제2인장선(140,350)의 외경은 모두 동일하게 3mm로 하고 튜브(120,320), 제1인장선(130,330) 및 제2인장선(140,350)의 구성은 1/6/12개로 하며 베이스 및 제1인장선(130,330)은 AW20%이고, 제2인장선(140,350)은 도전율 51% 알루미늄 합금 일 때, 도 1의 광섬유복합가공지선의 정격단락전류는 85KA2·sec 이고, 도 3의 광섬유복합가공지선의 정격단락전류는 110KA2·sec 이다.
그러므로, 케이블 정격 단락전류값이 동일외경 동일소선의 구성에서 140%의 향상을 얻을 수 있다.(동일케이블 파단하중)
도 2와 도 4의 정격단락전류(I2t)를 비교하면(도 4의 전도성 물질이 51% 알루미늄 일 때) 다음과 같다.
튜브(220,420), 제1인장선(230,430), 제2인장선(240,450) 및 제3인장선(460)의 외경은 모두 동일하게 3mm로 하고 튜브(220,420), 제1인장선(230,430), 제2인장선(240,450) 및 제3인장선(460)의 구성은 1/6/12/18개로 하며 베이스 및 제1인장선(230,430)은 AW20%이고, 제2인장선(240,450)과 제3인장선(460)은 도전율 51% 알루미늄 합금 일 때, 도 2의 광섬유복합가공지선의 정격단락전류는430KA2·sec 이고, 도 4의 광섬유복합가공지선의 정격단락전류는 600KA2·sec 이다.
따라서, 케이블 정격 단락전류값이 동일외경 동일소선의 구성에서 140%의 향상을 얻을 수 있다.(동일케이블 파단하중)
본 발명에 의하면, 소선의 연선에 의한 광섬유 복합가공지선 구성으로 생긴 틈을 전도성 물질로 채움으로써 도체단면적이 동일외경에 비하여 커지므로 전기적 특성이 좋아지고, 저항이 낮아져 동일 단락전류가 흐를 경우 광섬유 복합가공지선의 온도상승을 일정하게 제한할 수 있다. 또한 전기적 특성 향상치 만큼 광섬유 복합가공지선의 외경을 작게 만들 수 있다.

Claims (8)

  1. 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선에 있어서,
    광섬유;
    상기 광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합이 삽입되는 적어도 하나의 튜브;
    상기 튜브 주위를 둘러싸며 집합하여 상기 튜브를 보호하는 제1인장선;
    상기 튜브와 상기 제1인장선의 틈사이에 충전하는 알루미늄; 및
    상기 제1인장선 주위를 둘러싸며 집합하는 제2인장선을 포함함을 특징으로하는 광섬유 복합가공지선.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1인장선은
    중심지지선 역할을 하며 부식방지와 파단을 방지하도록 알루미늄 클래드 강선을 사용함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2인장선은
    알루미늄 합금선을 사용함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선.
  4. 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선에 있어서,
    광섬유;
    상기 광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합이 삽입되는 적어도 하나의 튜브;
    상기 튜브 주위를 둘러싸며 집합하여 상기 튜브를 보호하는 제1인장선;
    상기 제1인장선 주위를 둘러싸며 집합하는 제2인장선;
    상기 튜브와 상기 제1인장선 및 제2인장선 틈사이에 충전하는 알루미늄; 및
    상기 제2인장선을 둘러싸며 집합하는 제3인장선을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1인장선은
    중심지지선 역할을 하며 부식방지와 파단을 방지하도록 알루미늄 클래드 강선을 사용함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2인장선과 제3인장선은
    알루미늄 합금선을 사용함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선.
  7. 통신 및 가공지선의 역할을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 복합가공지선 제작방법에 있어서,
    (a)광섬유의 집합을 보호하기위해, 상기 광섬유의 집합을 적어도 하나의 튜브에 삽입하는 단계;
    (b)상기 광섬유가 삽입된 튜브를 보호하고 중심지지선 역할을 하는 제1인장선으로 상기 튜브 주위를 둘러싸며 집합하는 단계;
    (c)상기 튜브와 상기 제1인장선의 틈사이를 알루미늄으로 충전하는 단계; 및
    (d)상기 제1인장선을 제2인장선으로 둘러싸며 집합하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선 제작방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 튜브와 상기 제1인장선 및 제2인장선의 틈사이에 알루미늄으로 충전하고, 제3인장선으로 제2인장선을 둘러싸며 집합하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 광섬유 복합가공지선 제작방법.
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