KR101131723B1 - Inner Backfill Material of TRM Underground Cable Box - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지중전력구 공법의 일부로 수행되는 강관압입 전력구의 내부 충진재에 관한 것이다. 개시발명은 산소(49 ± 5%), 규소(45 ± 5%), 및 철(5 ± 1%)로 구성되는 충진재이며, 함수비는 12.9% 내지 27%의 범위로 구성될 수 있고, 입도분포는 누적통과중량 백분율을 기준으로 치수 4.75 mm(90 ± 5%), 2.0 mm(55 ± 5%), 0.85 mm(30 ± 5%), 0.425 mm(9 ± 1%), 및 0.15 mm(2%)로 구성될 수 있는 충진재로서 종래의 충진재보다 열발산을 원할히 할 수 있는바, 지중송전케이블의 전송효율 및 내구성을 높일 수 있다.The present invention relates to an internal filler of a steel pipe indentation power tool is carried out as part of the underground power tool method. The present invention is a filler consisting of oxygen (49 ± 5%), silicon (45 ± 5%), and iron (5 ± 1%), the water content may be in the range of 12.9% to 27%, and the particle size distribution Are 4.75 mm (90 ± 5%), 2.0 mm (55 ± 5%), 0.85 mm (30 ± 5%), 0.425 mm (9 ± 1%), and 0.15 mm (2) %) As a filler that can be composed of heat dissipation can be smoother than conventional fillers, it is possible to increase the transmission efficiency and durability of underground transmission cables.
Description
본 발명은 지중전력구 공법의 일부로 수행되고 있는 강관압입 전력구의 내부 충진재에 관한 것으로, 특히 지중 송전케이블에 의한 열을 효율적으로 발산시키는 충진재에 관한 것이다.The present invention relates to an internal filler of a steel pipe indentation power sphere that is performed as part of the underground power sphere method, and more particularly to a filler that efficiently dissipates heat by underground transmission cable.
지중송전케이블에 고압의 전기가 통하게 되면 도선에 존재하는 저항의 영향을 받아 케이블 주변에서 저항열이 발생하게 된다. 이러한 열은 전기의 흐름에 방해가 되므로 신속히 케이블로부터 케이블 주위의 탈열기(Heat sink)로 발산시켜 주어야 케이블의 송전효율이 저감되지 않게 된다. 또한, 지중에 송전케이블을 포설하는 지중전력구 방식은 밀폐된 주변환경으로 인하여 더욱 열발산을 원활하지 못하게 한다. 특히 교차로, 철길 등 지상굴착이 어려운 장소에서는 교차로 등의 좌우 측에서 강관을 반대편으로 밀어 넣은 다음 충진재를 포설하는 강관압입 방식의 경우에는, 환기시스템을 구축하기가 곤란하므로 지상 굴착 공법에 비하여 강관 내부 의 충진재를 다질 수 있는 다짐 작업이 용이하지 않다. 따라서 충진재가 충분히 다져지지 않아 케이블을 통한 송전효율이 더욱 낮아지는 문제가 있다. When high voltage electricity is applied to underground transmission cable, resistance heat is generated around the cable under the influence of resistance present in the conductor. Since this heat interferes with the flow of electricity, it must be quickly dissipated from the cable to a heat sink around the cable so that the power transmission efficiency of the cable is not reduced. In addition, the underground power tool system that installs the transmission cable in the ground prevents further heat dissipation due to the enclosed surrounding environment. Particularly in places where ground excavation is difficult, such as intersections or railroad tracks, the steel pipe pressurization method that pushes the steel pipes to the opposite side from the left and right sides of the intersection and installs the filling material is difficult to establish a ventilation system. Compaction work is not easy to compact the fillers. Therefore, the filler is not sufficiently compacted there is a problem that the transmission efficiency through the cable is further lowered.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 전력구의 충진재로서 토사, 모래, 시멘트, 플라이애쉬(fly ash) 등을 사용하였으나, 지중 송전케이블에서 발생하는 열을 발산시키는 데에는 한계가 있고, 충진재로 주로 사용되었던 모래의 경우는 강관압입 전력구의 특성인 다짐공간이 협소하여 충분한 다짐도를 발휘하지 못하여 열저항온도에도 많은 편차가 있을 뿐만 아니라 최근 모래의 품귀현상에 따른 가격의 상승으로 이를 대체할 수 있는 충진재의 개발이 필요한 것이다. In order to solve this problem, in the past, earth, sand, cement, and fly ash were used as fillers for electric power tools, but there is a limit in dissipating heat generated from underground power transmission cables, and sand used mainly as fillers In the case of, the compaction space, which is the characteristic of the steel pipe indentation power sphere, is narrow, and it is not able to exhibit sufficient compaction degree. It is necessary.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 지중 송전케이블을 매설하기 위한 강관압입 전력구 공사에 있어서 열발산이 좋은 충진재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 강관압입 전력구 공사에 본 발명을 이용하면 다짐이 충분하지 않더라도 충분한 열저항온도를 발휘하므로 송전효율이 저감되는 것을 방지할 수 있다.An object of the present invention is to provide a filler with good heat dissipation in the construction of steel pipe indentation power outlet for embedding underground power transmission cable. If the present invention is used for steel pipe indentation power outlet construction, even if the compaction is not sufficient, it is possible to prevent the power transmission efficiency from being reduced because it exhibits a sufficient heat resistance temperature.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 산소(49 ± 5%), 규소(45 ± 5%), 및 철(5 ± 1%)로 구성되는 충진재이며, 함수비(含水比)는 12.9% 내지 27%의 범위로 구성될 수 있고, 입도분포는 누적통과중량 백분율을 기준으로 치수 4.75 mm(90 ± 5%), 2.0 mm(55 ± 5%), 0.85 mm(30 ± 5%), 0.425 mm(9 ± 1%), 및 0.15 mm(2%)로 구성되는 충진재이며, 100℃ -cm/W 이하의 열저항온도를 갖도록 조성되어 강관압입전력구 방식 지중전송케이블의 열발산을 효율적으로 하도록 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a filler composed of oxygen (49 ± 5%), silicon (45 ± 5%), and iron (5 ± 1%), the water content (含水 比) 12.9% to 27% The particle size distribution can be in the range of 4.75 mm (90 ± 5%), 2.0 mm (55 ± 5%), 0.85 mm (30 ± 5%), 0.425 mm (9) ± 1%), and 0.15 mm (2%), the filling material is configured to have a heat resistance temperature of 100 ℃ -cm / W or less to efficiently heat dissipation of the steel pipe pressurization type underground transmission cable.
지중 송전케이블 공사에 본 발명의 충진재를 활용하면, 종래 고가의 모래를 대체하여 송전케이블에서 발생하는 열을 효율적으로 발산시킴으로써 송전케이블에 가해지는 열을 저감시킴으로서 경제적으로 송전케이블의 송전효율 및 케이블수명 등을 향상시키는 효과가 있다.When the filler of the present invention is used in underground transmission cable construction, it replaces the expensive sand and efficiently dissipates heat generated from the transmission cable, thereby reducing the heat applied to the transmission cable and economically transmitting power and cable life of the transmission cable. It is effective to improve the back.
이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, the same reference numerals will be described in detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the same components preferred embodiments of the present invention. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.
일반적으로 송전케이블의 송전효율을 판단하는 방법으로서 충진재의 열저항온도를 측정하여 판단하고 있다. 즉, 열발산의 정도를 판단하기 위하여 열저항온도를 이용하는데, 시료가 열원으로부터 받은 열을 얼마나 용이하게 탈열기로 전달할 수 있는가를 나타내는 양이다. In general, as a method of determining the transmission efficiency of a transmission cable, it is determined by measuring the thermal resistance temperature of the filler. That is, the heat resistance temperature is used to determine the degree of heat dissipation, which is how much the sample can transfer the heat received from the heat source to the de-heater.
열저항온도는 전류용량에 차이를 가져오는데, 송전전압이 높을수록 열저항온도에 따른 전력케이블의 전류용량 변화가 커진다. 이는 교류 전력케이블에서 발생하는 유전체 손실이 전압의 제곱에 비례하여 커지므로 전력케이블에서 많은 열이 발생하기 때문이다. 따라서, 충진재는 되도록 낮은 열저항온도를 갖도록 구성되어야 한다. The thermal resistance temperature makes a difference in the current capacity. The higher the transmission voltage, the larger the change in the current capacity of the power cable according to the thermal resistance temperature. This is because the dielectric loss generated by the AC power cable increases in proportion to the square of the voltage, so that a lot of heat is generated in the power cable. Therefore, the filler should be configured to have a low thermal resistance temperature as much as possible.
열저항온도를 측정하기 위한 방법으로 직접법과 간접법을 이용할 수 있는데 본 발명의 일실시예에서는 직접법을 이용하였다. 직접법 중에서도 열저항 계산시 비열을 측정할 필요가 없는 탐침법을 이용할 수 있는데, 균질하고 무한매체내의 선 형발열체를 따라 발생하는 온도비를 측정하는 것이다. Direct and indirect methods may be used as a method for measuring the thermal resistance temperature. In one embodiment of the present invention, the direct method is used. Among the direct methods, the probe method, which does not need to measure specific heat, can be used to calculate the thermal resistance. It is to measure the temperature ratio generated along the linear heating element in a homogeneous and infinite medium.
본 발명의 일실시예로서 조성된 충진재에 대한 열저항온도의 측정은 KD2 열저항측정기(thermal analyzer)를 사용하였으며, 시험용 몰드의 크기는 직경이 10 cm, 높이가 11 cm의 원통형 몰드를 이용하였다. 표 1은 표준번호가 KS F 2312인 "흙의 다짐 시험" 방법에 의하여 시료를 85% 다짐도에 맞게 성형하여 열저항온도를 측정한 결과이다. 5번의 실험에 의하여 측정된 열저항온도는 각각 74, 69, 71, 70 및 69 (℃-cm/W) 로 나타났으며, 모든 실험결과는 100℃-cm/W 이하로 열저항온도가 기준보다 낮게 측정되었음을 알 수 있다.As an embodiment of the present invention, the measurement of the thermal resistance temperature of the filler was made using a KD2 thermal analyzer, and the size of the test mold was 10 cm in diameter and 11 cm in height. . Table 1 is a result of measuring the heat resistance temperature by molding the sample to 85% compaction degree by the "Sim compaction test" method of the standard number KS F 2312. The heat resistance temperatures measured by five experiments were 74, 69, 71, 70 and 69 (℃ -cm / W), respectively. All experimental results were below 100 ℃ -cm / W. It can be seen that it is measured lower.
열저항온도는 토양의 구성성분에 따라 달라지는데, 표 2에서 석영이 가장 낮고 운모가 가장 높은 값을 가지는 것을 알 수 있다. The heat resistance temperature depends on the composition of the soil. Table 2 shows that quartz has the lowest value and mica has the highest value.
구성성분
Ingredient
열저항온도(℃-cm/Watt)
Heat Resistance Temperature (℃ -cm / Watt)
본 발명의 일실시예로서의 충진재료의 구성은 퇴적암계열의 점판암으로부터 나온 재료이고, 재료의 구성비는 산소(O)가 49±5%, 규소(Si)가 45±5%, 철(Fe)이 5±1%로 구성할 수 있다. As an embodiment of the present invention, the filling material is a material derived from sedimentary rocks of sedimentary rocks, and the composition ratio of the material is 49 ± 5% of oxygen (O), 45 ± 5% of silicon (Si), and iron (Fe) of 5 It can be configured as ± 1%.
점판암(Slate)은 퇴적암의 일종인 셰일이 약한 열변성작용을 받아서 만들어지는 암석으로서, 변성작용의 다음 단계인 편암이나 편마암이 되기 이전의 암석이다. 잘 발달한 편리 및 편리를 따라 박판상으로 쪼개지는 성질을 가지며, 재결정작용이 매우 약한 세립질 암석으로서 퇴적암으로 분류되기도 한다. 주성분은 점토광물 및 석영(SiO2)이며, 우리나라의 동부에 널리 분포하고 있어 쉽게 이용할 수 있다. Slate is a rock made by shale, a type of sedimentary rock, that is subjected to weak thermal degeneration. It is a rock before the formation of schist or gneiss. It is a fine-grained rock with very good re-crystallization, and is classified as sedimentary rock according to its well-developed convenience and convenience. The main components are clay mineral and quartz (SiO 2 ), which are widely distributed in the eastern part of our country, and can be easily used.
점판암을 파쇄하여 생기는 석분(石粉)이 상기와 같은 구성비로 이루어지는 시료가 되는데, 상기 시료을 일정한 기준으로 다져 소정의 구성비를 가질 뿐만 아니라 일정한 함수비 및 원하는 열저항특성을 가지는 충진재를 성형할 수 있다. The stone powder (crushed stone) generated by crushing the slate plate is a sample having the composition ratio as described above.
지중전력케이블의 충진재로서 좋은 충진재료가 되기 위한 조건은 낮은 열전도율를 갖고 높은 열확산율을 가져야 하고, 시공 후 침하의 문제에서 벗어나기 위해서는 낮은 열저항온도 및 체적의 변화가 없어야 한다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 점판암을 파쇄하여 생기는 충진재는 산소와 규소를 주성분으로 한 것으로서 이러한 조건을 만족하여 좋은 충진재로 이용될 수 있다.As a filler for underground power cables, the condition to be a good filler should be low thermal conductivity and high thermal diffusivity, and low thermal resistance temperature and volume change to avoid settlement problems after construction. Therefore, the filler produced by crushing the slate plate according to an embodiment of the present invention as a main component of oxygen and silicon can be used as a good filler that satisfies these conditions.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다짐도와 열저항온도의 관계를 보여주는 그래프이다. 다짐도(Cd)는 자연건조시킨 시료의 함수비를 변화시켜서 동일한 부피와 에너지로 다진 결과를 가지고 함수비와 건조밀도와의 관계곡선을 작도하여 최대건조밀도와 최적함수비를 구한다. 즉, 아래와 같이 실험실에서의 다짐 시험의 최대 건조 단위 무게(Rdmax)에 대한 다짐 후 현장에서의 건조 단위 무게(Rd)와의 비로 표현되는 것이다.1 is a graph showing the relationship between the compaction degree and the heat resistance temperature according to an embodiment of the present invention. The compaction degree (C d ) is obtained by varying the water content of the naturally dried sample, and the resultant is chopped with the same volume and energy. The relationship between the water content and the dry density is plotted to find the maximum dry density and the optimum water content. That is, it is expressed as the ratio of the dry unit weight (R d ) in the field after compaction to the maximum dry unit weight (R dmax ) of the compaction test in the laboratory as follows.
Cd = (Rd / Rdmax) x 100 (%)C d = (R d / R dmax ) x 100 (%)
도 1을 참조하면, 기본재료에서의 다짐도와 열저항의 관계와 본 발명의 일실시예인 충진재를 비교하였을 때, 다짐도 85%에서의 본 발명의 충진재는 좋은 열저항 특성을 가짐을 알 수 있다. 본 발명의 일실시예로서 충진재의 다짐도는 다짐작업이 어려운 강관압입 공법의 특성상 일반적으로 다짐작업 없이 흙을 자연상태로 쌓아 놓았을 때의 다짐도인 85%로 설정할 수 있다. Referring to Figure 1, when comparing the relationship between the compaction degree and the thermal resistance of the base material and the filler of an embodiment of the present invention, it can be seen that the filler of the present invention at 85% compaction has good heat resistance characteristics. As an embodiment of the present invention, the compaction degree of the filler may be set to 85%, which is the compaction degree when the soil is stacked in a natural state without the compaction work in general due to the characteristics of the steel pipe intrusion method that is difficult to compact.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 충진재에 대한 함수비와 열저항온도의 관계를 도시한 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the relationship between the water content and the heat resistance temperature for the filler according to an embodiment of the present invention.
함수비는 열 안정성과 관련되는데, 흙 속에 포함된 수분을 건조로에서 증발시켜 증발 전후의 무게 차이를 정량적으로 구한다. 충진재가 어느 정도 이상의 임계 함수비를 가지고 있어 열저항온도가 전력케이블에서 발생하는 열의 흐름에 영향을 받지 않고 동시에 열저항온도도 일정하게 유지시키도록 함수비를 조정하게 된다. Water content is related to thermal stability. The moisture content in soil is evaporated in a drying furnace to quantitatively determine the difference in weight before and after evaporation. Since the filler has a critical water content of more than a certain level, the water resistance temperature is not affected by the heat flow generated from the power cable, and at the same time, the water content is adjusted to keep the heat resistance temperature constant.
열의 전달은 물을 통한 것이 아니라 주로 열저항이 작은 고체입자를 통한 것이기 때문에 시료의 함수비가 감소하면 열저항온도가 커질 수 있고, 전력케이블의 온도가 높아져 과열되는 열폭주(thermal runaway) 현상이 생기는 열적 불안정상태가 된다. Since heat transfer is not through water but mainly through solid particles with low thermal resistance, a decrease in the water content of the sample may increase the thermal resistance temperature and increase the temperature of the power cable, causing a thermal runaway phenomenon. Thermal instability.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예로서의 충진재가 함수비 12.9 % 내지 27.0 % 의 범위에서 열저항온도를 모두 100 이하로 조정하여 열 안정성을 갖도록 할 수 있다. 상한은 통상적으로 함수비가 30%를 넘어서면 수분성분이 과다하여 충진재가 흡착물화하여 충진기능을 할 수 없으므로 그보다 적은 27%로 설정할 수 있다.Referring to FIG. 2, the filler as an embodiment of the present invention may have thermal stability by adjusting all the thermal resistance temperatures to 100 or less in the range of water content of 12.9% to 27.0%. The upper limit is generally set to less than 27% because the water content exceeds 30%, the water content is excessive, so that the filler can not be adsorbed to the filling function.
모래의 경우와 비교하였을 때, 충진재로 이용되고 있는 모래의 열저항온도는 일반적인 토사의 열저항온도의 거동과 같이 함수비가 증가할수록 열저항온도가 감소하는 특성이 있고, 함수비가 1.7% 일때 100℃-cm/W 이고, 함수비가 3% 일때 80℃-cm/W 이하로 나타난다. 이에 비하여 본 발명의 충진재는 함수비가 12.9% 이상에서 100 이하의 열저항온도를 가지므로 고가의 모래를 대체할 수 있는 좋은 충진재로서 이용될 수 있을 것이다.Compared with the case of sand, the heat resistance temperature of sand used as a filler has the characteristics that the heat resistance temperature decreases as the water content increases, such as the behavior of the general soil resistance temperature, and 100 ℃ when the water content is 1.7%. It is -cm / W, and when the water content is 3%, it is displayed as 80 ° C-cm / W or less. In contrast, the filler of the present invention has a heat resistance temperature of 100 or less at a water content of 12.9% or more, and thus may be used as a good filler to replace expensive sand.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 충진재 및 기본재료의 입도분포곡선을 도시한 그래프이다. 입도분포는 열저항온도에 영향을 주는 또 하나의 인자이다. 퇴적암계열의 점판암을 파쇄하면 입경이 작은 석분으로 되고 석분을 체분석하여 입도분포곡선을 그릴 수 있다. 도 3을 참조하면, 입경 4.75mm이하의 입도들로 입경가적곡선을 그려 입도분포가 누적통과중량백분율(%)을 기준으로 치수가 4.75 mm(90±5), 2.0 mm(55±5%), 0.85 mm(30±5%), 0.425 mm(9±1%), 0.15 mm(2%)인 구성입도들로 이루어진 충진재를 구성할 수 있다. 기본재료의 경우(310) 석분과 강모래의 경우가 좋은 입도분포를 보여주고 있으며, 도시된 바와 같이 본 발명의 충진재(320)는 강모래의 입도분포와 유사하게 입도의 구성이 입도크기(Grain size) 0.01mm내지 10mm범위에서 고루 퍼져있는 좋은 입도분포곡선을 보여주고 있다.Figure 3 is a graph showing the particle size distribution curve of the filler and the base material according to an embodiment of the present invention. Particle size distribution is another factor influencing the thermal resistance temperature. When crushed sedimentary rocks of sedimentary rocks are crushed, they can be made into small powder particles and sieves can be analyzed to draw particle size distribution curves. Referring to FIG. 3, the particle size distribution is drawn with particle sizes of 4.75 mm or less, and the particle size distribution is 4.75 mm (90 ± 5) and 2.0 mm (55 ± 5%) based on the cumulative passing percentage. It is possible to construct a filler with compositional granularities of 0.85 mm (30 ± 5%), 0.425 mm (9 ± 1%) and 0.15 mm (2%). In the case of the basic material (310), the fine powder and the steel sand show a good particle size distribution. As shown, the
따라서, 이와 같은 본 발명의 충진재를 강관압입 전력구의 내부 충진재로 이용하면, 전력케이블의 송전에서 발생하는 열을 신속하게 외부로 발산함으로써 송전효율이 저감되지 않고 전력케이블의 손상을 방지할 수 있다.Therefore, when the filler of the present invention is used as the internal filler of the steel pipe indentation power outlet, the heat generated from the power transmission of the power cable is quickly dissipated to the outside, whereby the power transmission efficiency is not reduced and the damage to the power cable can be prevented.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정하지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부한 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention, without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Many modifications are possible to those skilled in the art. In addition, matters that can be easily inferred from the accompanying drawings are to be regarded as included in the contents of the present invention even if they are not described in the detailed description, and various modifications may be separately understood from the technical spirit or the prospect of the present invention. Will not be.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 충진재와 기본재료에 대하여 상대다짐도에 대한 열저항온도의 관계를 도시한 그래프,1 is a graph showing the relationship between the thermal resistance temperature for the relative compaction degree for the filler and the base material according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 충진재와 모래에 대하여 함수비에 대한 열저항온도의 관계를 도시한 그래프, 및2 is a graph showing the relationship between the heat resistance temperature versus the water content for the filler and sand according to an embodiment of the present invention, and
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 충진재와 기본재료에 대한 입도분포곡선을 도시한 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the particle size distribution curve for the filler and the base material according to an embodiment of the present invention.
Claims (3)
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| KR20110015329A (en) | 2011-02-15 |
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