KR101200616B1 - 전력케이블용 도체의 연선구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중 전력케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 세그먼트 도체를 구비한 전력케이블의 도체를 이루는 소선의 연선구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전력케이블용 도체의 연선구조는, 다수개의 소선이 원형으로 이루어지는 중심 연선부와, 상기 중심 연선부의 외주에 접해 방사상으로 배치되며 다수개의 소선이 부채꼴로 이루어져 서로 접하여 원형의 단면을 갖는 다수개의 외곽 연선부를 포함하고, 상기 중심 연선부는 가운데에 하나의 중심 소선과, 상기 중심 소선의 외부로 6개의 소선이 원형형태로 배열되는 중심 외곽소선을 포함하며, 상기 외곽 연선부는 상기 중심 외곽소선의 외주면에 6(n+1)(n은 양의 정수) 소선이 나선형으로 꼬여 배치되는 구조를 가지고, 상기 중심 소선은 절연코팅 소선으로 이루어지며, 상기 중심 외곽소선은 상기 중심 외곽소선은 절연코팅 소선과 나도체 소선이 교번적으로 배치되어 이루어진다.

Description

전력케이블용 도체의 연선구조{STRUCTURE OF STRANDED CONDUCTOR FOR ELECTRICAL POWER CABLE}

본 발명은 지중 전력케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 세그먼트 도체를 구비한 전력케이블의 도체를 이루는 소선의 연선구조에 관한 것이다.

기술의 발달에 따라 필연적으로 전력수요가 증대하고, 이러한 전력수요 증대에 대응하기 위해 전력케이블의 도체의 외경이 커지고 있다.

전력케이블의 도체의 외경이 커지는 것은 표피 효과(Skin Effect)로 인한 AC 손실을 가지는 문제로 귀결된다. 표피 효과로 인해 AC 저항이 증가하게 되고, 결국 전송 용량의 증가에 제한이 가해진다. 이러한 AC 손실을 줄이기 위해, 다중 세그멘트 도체(Multisegmental Conductor)가 개발되었다.

전력케이블의 중심부에는 3개 내지 6개의 세그먼트로 이루어진 부채꼴 형상의 외곽 연선부와 그 중심에 원형의 중심 연선부가 소선의 결합으로 이루어진 중심도체가 형성된다.

중심 도체의 외주면에는 내부 반도전층이 배치되고, 내부 반도전층의 외주면에는 절연층이 도포되며, 절연층은 다시 외부 반도전층으로 도포된다.

이 외부 반도전층은 다시 납이나 알루미늄에 의한 차폐층에 의해 둘러 싸이고, 차폐층의 외부에는 외부 시스층이 형성된다.

그러나 이러한 다중 세그멘트 도체의 경우 표피 효과에 의한 손실을 보상하기 위해 다중 세그멘트를 이루는 다수개의 소선들을 서로 절연을 시켜야 그 효과를 최대한 이끌어낼 수 있기 때문에 다수개의 소선들은 전부 절연 코팅이 이루어진다.

다중 세그멘트 도체를 이루는 소선들을 전부 절연코팅을 할 경우, 도체와 이 도체를 둘러싸는 내부 반도전층 사이에 유기 전압이 발생되어 연선 공정중에 절연코팅층이 손상될 수 있으며, 또한 절연코팅 소선은 나도체 소선에 절연막을 피복 코팅하는 것이므로 나도체 소선당 절연막 피복코팅에 따른 비용의 상승이 증가되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다중 세그멘트를 이루는 다수개의 소선을 절연코팅 소선과 나도체 소선을 적절하게 배치하여, 유기 전압에 의한 절연코팅층이 손상을 방지하고, 나아가 나도체 소선당 절연막 피복코팅에 따른 비용 절감을 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전력케이블용 도체의 연선구조는, 다수개의 소선이 원형으로 이루어지는 중심 연선부와, 상기 중심 연선부의 외주에 접해 방사상으로 배치되며 다수개의 소선이 부채꼴로 이루어져 서로 접하여 원형의 단면을 갖는 다수개의 외곽 연선부를 포함하고, 상기 중심 연선부는 가운데에 하나의 중심 소선과, 상기 중심 소선의 외부로 6개의 소선이 원형형태로 배열되는 중심 외곽소선을 포함하며, 상기 외곽 연선부는 상기 중심 외곽소선의 외주면에 6(n+1)(n은 양의 정수) 소선이 나선형으로 꼬여 배치되는 구조를 가지고, 상기 중심 소선은 절연코팅 소선으로 이루어지며, 상기 중심 외곽소선은 절연코팅 소선과 나도체 소선이 교번적으로 배치되어 이루어진다.

여기서, 상기 중심 소선을 1 레이어층으로 하고, 상기 중심 소선을 중심으로 외곽으로 위치되는 레이어층을 순차적으로 2, 3, …m(m은 양의 정수) 레이어층이라 할 때, 홀수 레이어층의 소선은 절연코팅된 절연코팅 소선으로 이루어지고 짝수 레이어층의 소선은 교번적으로 절연코팅된 절연코팅 소선과 나도체 소선이 배치되는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

여기서, 상기 절연코팅 소선은 상기 나도체 소선에 일정한 두께의 절연막을 도포하여 이루어지며, 상기 절연막은 적어도 한 층 이상으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 절연막을 구성하는 물질은 폴리비닐포르말, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 나일론, 페녹시, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리히단토인, 폴리히단토인에스테르이미드 및 에나멜로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

여기서, 상기 절연막은 에나멜로 선택되어 코팅되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 외곽 연선부는 3개 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 중심 연선부와 상기 외곽 연선부 사이 및 상기 외곽 연선부들 사이에는 각각 절연필름이 개재되며, 상기 제1 레이어층으로부터 상기 m 레이어층에 이르기까지 각 레이어층 간에는 절연필름이 개재되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 다중 세그멘트를 이루는 다수개의 소선을 절연코팅 소선과 나도체 소선을 적절하고 규칙적으로 배열함으로써, 유기 전압에 의한 절연코팅층이 손상을 방지하고 나도체 소선당 절연막 피복코팅에 따른 비용 절감을 획기적으로 줄일 수 있는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 종단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력케이블의 구조를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력케이블의 도체 단면 구조를 보인 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 도체의 중심 연선부를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력케이블의 도체의 외곽 연선부 중 하나의 세그먼트를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력케이블용 도체의 연선구조 및 그에 따른 작용효과에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 종단면도를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력케이블은 중심 도체(11)와, 중심 도체(11)의 외주에 권취되는 내부 반도전층(Inner Semi-conductive Layer, 12), 내부 반도전층(12)의 외주에 형성되는 XLPE(Cross Linking-Polyethylene)가 가압 성형되는 절연층(Insulation Layer, 13), 절연층(13)의 외주에 권취되는 외부 반도전층(Outer Semi-conductive Layer, 14), 외부 반도전층(14)의 외주에 형성되는 금속시스(15)와, 금속시스(15) 위에 피복되는 방식층(16)으로 이루어진다.

중심 도체(11)는 변전소로부터 공급되는 전류가 전력기기 등에 공급될 수 있도록 안내하다.

중심 도체(11)는 표피 효과에 의한 전력 손실을 최소화하기 위해 분할 도체의 밀리켄 타입(Milliken Type)의 다중 세그먼트 구조를 갖는다.

내부 및 외부 반도전층(12, 14)은 중심 도체(11)에 전류가 공급되는 과정에서 발생되는 열이 외부로 전달되는 것을 차단하는 동시에 절연기능을 갖으며, 도체 표면 평활성을 확보하고 절연체와의 밀착효과를 통하여 계면에서의 부분방전을 억제하고 국부적인 전기 스트레스의 집중을 완화하는 역할을 하며, 반도전성 폴리에킬렌 등과 같은 반도전 컴파운드로 이루어지고 가교 폴리에틸렌 재질의 절연층(13)과 함께 동시 압출되어 형성된다.

절연층(13)은 과전류에 의해 발생되는 절연파괴 현상을 방지하는 동시에 내부 반도전층(12)을 통과한 열이 외부로 전달되는 것을 차단한다.

금속시스(15)는 알루미늄재로 이루어지며 굴곡특성(Bending)을 향상시키기 위해 파부형(Sine wave, Corrugated Aluminum) 즉 일정한 파형을 가진 상태로 형성될 수 있다.

방식층(16)은 폴리에틸렌과 같은 합성수지재를 금속시스(15) 외주에 압출하는 것에 의해 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 전력케이블의 구조를 보인 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전력케이블의 도체 단면 구조이고, 도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 도체의 중심 연선부를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 전력케이블의 도체의 외곽 연선부 중 하나의 세그먼트를 도시한 것이다.

중심 도체(11)는 표피 효과에 의한 전력 손실을 최소화하기 위해 분할 도체의 밀리켄 타입(Milliken Type)의 다중 세그먼트 구조를 갖는다.

중심 도체(11)는 중심 연선부(211)와 다수개의 외곽 연선부(212)로 이루어지며, 다시 중심 연선부(211) 및 외곽 연선부(212)는 다수개의 소선들이 일정한 규칙에 의해 배치된다.

중심 연선부(211)는 1+6구조로 하나의 중심 소선(221)을 중심으로 외주에 6개의 중심 외곽소선(222)이 결합된 형상의 원형 단면 구조를 갖는다.

중심 연선부(211) 외주로는 6개의 외곽 연선부(212)가 위치되며, 외곽 연선부(212)는 단면이 부채꼴 형상을 가지도록 하여 외곽 연선부(212)간 인접되어 형성되며, 중심 연선부(211)와 외곽 연선부(212)의 결합 구조에 의해 중심 도체(11)는 단면이 원형 형상을 갖도록 이루어진다.

6개의 외곽 연선부(212)는 바람직한 실시예로서 도시된 것이며, 3개 이상의 외곽 연선부를 갖는 것으로 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 만족시킬 수 있다.

이렇게 형성되는 중심 도체(11)는 중심 소선(221)을 중심점으로 하여 즉, 1 레이어층(231)으로 하여 그 외주에는 6개의 중심 외곽소선(222)이 2 레이어층(232)을 이룬다.

2 레이어층(232)의 외주로는 6*(n+1)(n은 양의 정수)개의 소선들이 전(前) 레이어층의 외주에 배치된다.

도 3를 참조하면, 본 발명에서는 12개의 소선들로 이루어진 3 레이어층(233), 18개의 소선들로 이루어진 4 레이어층(234), 24개의 소선들로 이루어진 5 레이어층(235), 30개의 소선들로 이루어진 6 레이어층(236), 36개의 소선들로 이루어진 7 레이어층(237), 42개의 소선들로 이루어진 8 레이어층(238), 48개의 소선들로 이루어진 9 레이어층(239) 및 54개의 소선들로 이루어진 10 레이어층(240)을 갖는 중심 도체(11)를 예시로서 제시된다.

또한, 중심 연선부(211)와 외곽 연선부(212) 사이 및 외곽 연선부(212)들 사이에는 각각 절연필름이 개재되며, 제1 레이어층으로부터 m(m은 양의 정수) 레이어층에 이르기까지 각 레이어층 간에도 절연필름이 개재될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 중심 연선부(211)와 외곽 연선부(212)는 다수개의 소선들이 일정한 규칙으로 배치되는 데, 여기서 다수개의 소선들은 절연막으로 코팅된 절연코팅 소선(311)들과 절연 코팅되지 않은 나도체 소선(312)들의 조합으로 구성된다.

상술한 가정에 의해 중심 소선(221)은 1 레이어층(231)이고, 중심 소선(221)을 중심으로 외곽으로 위치되는 레이어층을 순차적으로 2, 3, …m(m은 양의 정수) 레이어층이라 할 수 있다.

여기서, 홀수 레이어층(1, 3, 5, …)의 소선은 절연코팅된 절연코팅 소선(311)으로 이루어지고 짝수 레이어층(2, 4, 6, …)의 소선은 교번적으로 절연코팅된 절연코팅 소선(311)과 나도체 소선(312)이 배치되도록 구현된다.

결과적으로 홀수 레이어층의 소선은 전부 절연코팅 소선(311)으로 형성되며, 짝수 레이어층의 소선은 절연코팅 소선(311)과 나도체 소선(312)이 1/2씩 분배되어 형성된다.

절연코팅 소선(311)은 나도체 소선(312)에 절연막 코팅처리하여 형성되며, 절연막을 구성하는 물질은 폴리비닐포르말, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 나일론, 페녹시, 폴리에스테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리히단토인, 폴리히단토인에스테르이미드 및 에나멜로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 에나멜로 선택될 수 있다.

종래의 연선 구조(모든 소선들이 절연코팅 소선인 경우)와 본 발명의 연선 구조에 따른 표피 효과를 측정한 결과 본 발명의 연선 구조는 종래의 연선 구조에 비해 표피 효과가 1.03 ~ 1.1배 높게 나타났다. 하지만, 이 정도의 표피 효과 차이는 AC 손실 효과에 미비하게 반영되는 수치로서 표피 효과 계수를 최소화하면서 공정상의 효율 및 제조단가의 저코스트를 실현할 수 있는 소선의 배열 방법으로 적합함을 알 수 있다.

이러한 일정한 규칙에 의한 연선 구조는 다중 세그멘트를 이루는 다수개의 소선을 절연코팅 소선과 나도체 소선을 적절하고 규칙적으로 배열함으로써, 유기 전압에 의한 절연코팅층이 손상을 방지하고 나도체 소선당 절연막 피복코팅에 따른 비용 절감을 획기적으로 줄일 수 있는 것이 가능하게 된다. 또한 접속작업의 시간 및 공정 효율의 개선을 도모할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

11 : 중심 도체 12 : 내부 반도전층
13 : 절연층 14 : 외부 반도전층
15 : 금속시스 16 : 방식층
211 : 중심 연선부 212 : 외곽 연선부
221 : 중심 소선 222 : 중심 외곽소선

Claims (7)

1. 다수개의 소선이 원형으로 이루어지는 중심 연선부와, 상기 중심 연선부의 외주에 접해 방사상으로 배치되며 다수개의 소선이 부채꼴로 이루어져 서로 접하여 원형의 단면을 갖는 다수개의 외곽 연선부를 포함하고,
   상기 중심 연선부는 가운데에 하나의 중심 소선과, 상기 중심 소선의 외부로 6개의 소선이 원형형태로 배열되는 중심 외곽소선을 포함하며,
   상기 외곽 연선부는 상기 중심 외곽소선의 외주면에 6(n+1)(n은 양의 정수) 소선이 나선형으로 꼬여 배치되는 구조를 가지고,
   상기 중심 소선은 절연코팅 소선으로 이루어지며, 상기 중심 외곽소선은 절연코팅 소선과 나도체 소선이 교번적으로 배치되어 이루어지고,
   상기 중심 소선을 1 레이어층으로 하고, 상기 중심 소선을 중심으로 외곽으로 위치되는 레이어층을 순차적으로 2, 3, …m(m은 양의 정수) 레이어층이라 할 때, 홀수 레이어층의 소선은 절연코팅된 절연코팅 소선으로 이루어지고 짝수 레이어층의 소선은 교번적으로 절연코팅된 절연코팅 소선과 나도체 소선이 배치되는, 전력케이블용 도체의 연선구조.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 절연코팅 소선은 상기 나도체 소선에 일정한 두께의 절연막을 도포하여 이루어지며,
   상기 절연막은 적어도 한 층 이상으로 이루어지고,
   상기 절연막은 에나멜 재질로 이루어지는, 전력케이블용 도체의 연선구조.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 외곽 연선부는 3개 이상이고,
   상기 중심 연선부와 상기 외곽 연선부 사이 및 상기 외곽 연선부들 사이에는 각각 절연필름이 개재되며,
   상기 제1 레이어층으로부터 상기 m 레이어층에 이르기까지 각 레이어층 간에는 절연필름이 개재되는, 전력케이블용 도체의 연선구조.
   
   
   
   
   
   
7. 삭제

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