KR101396453B1 - 불연성 저압접속함 뚜껑 및 그 제조방법 - Google Patents

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조남욱
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한국건설기술연구원
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Abstract

본 발명은 지중저압 선로가 분기되는 지중 저압접속함의 뚜껑을 불연성 섬유 강화 플라스틱을 사용하여 구성함으로써 경량이면서 우수한 내화성을 갖도록 한 불연성 저압접속함 뚜껑 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 불연성 저압접속함 뚜껑은, 지중에 매설되는 저압접속함의 상부를 개폐하는 저압접속함 뚜껑에 있어서, 절연성의 합성수지 또는 석고 재질로 된 베이스보드와; 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 제조된 수지수용액에 난연섬유를 함침시켜 성형되고, 반건조된 프리프레그(prepreg) 상태에서 상기 베이스보드의 일면 또는 양면에 설정 온도와 압력으로 가열 압착되어 바로 접합되는 불연시트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

불연성 저압접속함 뚜껑 및 그 제조방법{Incombustible Lid for Low Voltage Cabling Box and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 불연성 저압접속함 뚜껑에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중저압 선로가 분기되는 지중 저압접속함의 뚜껑을 불연성 섬유 강화플라스틱(FRP)을 사용하여 구성함으로써 경량이면서 우수한 내화성을 갖도록 한 불연성 저압접속함 뚜껑 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 각 가정이나 사무실 및 대규모의 공장 등에서 사용되는 전기는 각 지역별로 설비되어 있는 변전소를 통해 전기를 공급받게 되는데, 이러한 변전소는 전압이나 전류의 변성 및 전력의 배분을 목적으로 설치되는 것으로, 발전소에서 생산된 전력을 송전선로를 통해 사용자에게 보내 주게 된다.
변전소는 대체로 지상에 설비되게 되는데, 이러한 변전소의 경우 고압의 전류를 이송시켜 주어야 하기 때문에 고압전선이 외부로 노출되어 있는 것이 대부분이고, 외부로 노출된 고압전선은 외부간섭으로 인한 누전 및 합선이 유발되기 쉬우며, 어지럽게 가설된 고압전선으로 인해 주변의 경관을 해치 등의 문제가 있어 지하에 고압전선을 설치하게 되었다.
저압접속함은 주택이나 상가, 빌딩 등에 전기를 공급하기 위한 메인 케이블을 여러 개의 분기용 케이블들을 통하여 다수의 전력 수요처에 각각 전기가 공급될 수 있도록 연결하기 위해 지중에 매설되는 구조물이다. 이러한 저압접속함은 전기 케이블들이 접속되기 위한 접속 공간이 구비된 접속함 본체가 도로나 인도 등의 지면 아래쪽에 매립 설치되고, 별도의 뚜껑에 의해 상기 접속함 본체의 접속 공간이 개방되거나 차단되는 구조로 이루어진다.
통상적으로 저압접속함의 뚜껑은 차량 등의 하중을 견딜 수 있도록 주철제로 만들어지지만, 내부 전력선에서 누전이 발생하면서 비가 오는날이면 주철제의 뚜껑으로 전기가 흘러서 행인(行人)의 감전사망사고가 수 차례 발생하는 문제가 있었다.
이에 국내 등록실용신안 제20-0398766호에 개시된 것과 같이 고강도 플라스틱과 같은 절연물질을 재료로 하여 기존의 맨홀 뚜껑과 모양 및 형태가 동일하거나 유사하게 제작하되, 내부에 강심(强心)을 삽입하여 기존의 주철제 맨홀 뚜껑 강도와 동등하거나 동등이상이 되도록 구성한 전기안전형 강심 맨홀절연뚜껑이 개시되어 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 맨홀절연뚜껑은 강도 보강을 위한 내부 강심이 철강재료로 이루어지므로 무게가 매우 두꺼운 문제가 있으며, 내부 강심을 둘러싸는 절연층이 통상의 플라스틱 재료로 이루어져 있기 때문에 저압접속함 내,외측에서 각종 요인으로 인하여 화재가 발생했을 때 절연층이 연소되어 유독가스가 발생하고 화염이 커져 다른 케이블에도 화염이 옮겨 붙게 하는 문제가 있다.
대한민국 등록실용신안 제20-0398766호(2005년 10월 10일) : 전기안전형 강심 맨홀절연뚜껑
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 금속재를 사용하지 않고 절연성 및 불연성을 갖도록 하여 매우 가볍고, 우수한 방화 성능을 갖는 불연성 저압접속함 뚜껑 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 불연성 저압접속함 뚜껑은, 지중에 매설되는 저압접속함의 상부를 개폐하는 저압접속함 뚜껑에 있어서, 절연성의 합성수지 또는 석고 재질로 된 베이스보드와; 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 제조된 수지수용액에 난연섬유를 함침시켜 성형되고, 반건조된 프리프레그(prepreg) 상태에서 상기 베이스보드의 일면 또는 양면에 설정 온도와 압력으로 가열 압착되어 바로 접합되는 불연시트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 상기한 불연성 저압접속함 뚜껑의 제조방법으로서, (a) 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 수지수용액을 제조하는 단계와; (b) 상기 수지수용액에 난연섬유를 함침시키고 평판 형태의 불연시트로 성형하는 단계와; (c) 반건조 상태의 불연시트를 베이스보드의 면에 안착시키고, 설정 온도와 압력으로 불연시트를 가열 압착하여 베이스보드에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑의 제조방법이 제공된다.
이와 같은 본 발명의 저압접속함 뚜껑은 베이스보드의 일면 또는 양면에 불연시트가 접착제를 사용하지 않고 직접 접합되어 베이스보드의 강도를 강화함과 동시에 불연성을 대폭 향상시키는 작용을 하게 된다. 또한 전체가 절연성 재질로 이루어지므로 절연 효과도 함께 얻을 수 있고, 무거운 금속재를 사용하지 않으므로 무게를 대폭 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압접속함의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 저압접속함 뚜껑의 사시도이다.
도 3은 도 2의 저압접속함 뚜껑의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 저압접속함 뚜껑의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 저압접속함 뚜껑을 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압접속함 뚜껑의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압접속함 뚜껑의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저압접속함 뚜껑의 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 불연성 저압접속함 뚜껑 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 저압접속함 뚜껑(100)은 지중에 매설되는 통형상의 함체(10)의 상단부 플랜지(11)에 안착되어 함체(10) 내측 공간을 폐쇄한다. 상기 저압접속함 뚜껑(100)과 플랜지(11) 사이에는 외부로부터 함체(10) 내부로 물이 침투하는 것을 방지하기 위한 고무 또는 실리콘 재질의 패킹재(20)가 설치된다.
상기 저압접속함 뚜껑(100)은 불연성 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 만들어진다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 저압접속함 뚜껑(100)의 일 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 저압접속함 뚜껑(100)은 절연성의 합성수지 또는 석고 재질로 된 베이스보드(110)와, 상기 베이스보드(110)의 양면에 가열 압착되어 바로 접합되는 불연시트(120)를 포함하여 구성된다.
상기 베이스보드(110)는 석고 또는 공지의 난연성 합성수지로 만들어질 수 있으며, 불연시트(120)가 접합되는 일측면에 격자 구조로 복수개의 요홈(111)이 배열되어 있다. 아래에 더 상세히 설명하겠지만, 상기 요홈(111)은 상기 불연시트(120)를 가열 압착할 때 압력이 가해지지 않도록 함으로써 불연시트(120)에 함유된 마이크로캡슐(122)의 파괴를 최소화하기 위한 목적으로 구성된 부분이다.
상기 불연시트(120)는 베이스보드(110)의 강도를 강화함과 동시에 화재시에도 연소되지 않는 내화성을 제공한다. 상기 불연시트(120)는 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 제조된 수지수용액에 난연섬유(121)를 함침시켜 성형되고, 반건조된 프리프레그(prepreg) 상태에서 상기 베이스보드(110)의 일면 또는 양면에 설정 온도와 압력으로 가열 압착된다. 상기 불연시트(120)는 멜라민 수지를 포함하고 있기 때문에 프리프레그 상태에서 베이스보드(110)에 소정의 온도와 압력으로 가열 압착시키면 멜라민 수지 성분이 접착제의 작용을 하여 베이스보드(110)에 직접 접합된다.
상기 불연시트(120)는 수지 수용액 전체 중량 대비 20 내지 30 중량%의 메틸올멜라민 수지와 수지 수용액 전체 중량 대비 10 내지 25 중량%의 무기계 난연재를 혼합하고, 수지 수용액 전체 중량 대비 1 내지 10 중량%의 용제를 투입하여 분산시킨 뒤, 수지 수용액 전체 중량 대비 50 내지 60 중량%인 물에 희석하여 제조된다. 상기 수지 수용액에서 메틸올멜라민 수지, 무기계 난연재, 용제 및 물의 함량 범위가 상기의 범위를 벗어나게 되면, 최종 생성물인 불연시트(120)의 물성, 예를 들어, 비중, 바콜경도, 흡수율, 인장강도, 굴곡 강도, 굴곡 탄성률 및 내마모성 등이 저하되므로 상기의 함량 범위를 지켜서 제작하는 것이 바람직하다.
상기 메틸올멜라민 수지에 혼합되는 무기계 난연재는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 징크 보레이트, 트리암모늄 포스페이트 및 삼산화 안티몬으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 2가지 이상인 것으로, 그 양은 메틸올멜라민 수지의 중량에 대하여 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. 상기 메틸올멜라민 수지는 난연 섬유와의 결합력을 향상시키는 장점이 있다. 또한, 상기 무기계 난연재 2종 이상을 상기 중량% 범위 내에서 사용하면 물에 대한 용해가 용이하고, 수용액 상태에서의 수지와의 혼합과 희석이 용이하며, 휘발성 용제를 사용하지 않고 난연재를 분산할 수 있고, 수지의 성형 후 휘발성 유기 오염 물질(VOCs)을 방출하지 않는다는 장점을 갖는다.
한편, 상기 불연시트(120)는 불연성과 베이스보드(110)와 접합 강도를 더욱 향상시키기 위하여 다수의 마이크로캡슐(122)을 함유한다. 상기 마이크로캡슐(122)은 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재의 혼합물에 난연섬유(121)를 함침시키는 과정에서 상기 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재의 혼합물에 혼합될 수 있다. 상기 마이크로캡슐(122)은 합성수지재의 외피층 내에 열을 흡수하는 상변화물질 또는 소화액제의 코어(core) 물질이 수용된 구조로 이루어져, 화재가 발생했을 때 고온의 열에 외피층이 깨지면서 내부의 상변화물질이 열에너지를 흡수하는 작용을 하게 된다.
상기 마이크로캡슐(122)의 외피층은 멜라민 수지를 함유하는 것이 바람직한데, 마이크로캡슐(122)의 외피층이 멜라민 수지를 함유하게 되면 불연시트(120)가 베이스보드(110)에 압착될 때 외피층이 깨지면서 멜라민 수지에 의해 불연시트(120)와 베이스보드(110) 간의 접합력이 더욱 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한 상기 마이크로캡슐(122)의 코어 물질은 파라핀계 탄화수소 또는 디메틸 프로판디올(DMP), 하이드록시메틸-메틸-프로판디올(HMP)을 함유하는 상변화물질로서, 화재 발생시 열에너지를 흡수하면서 상변화하여 불연 효과를 돕는 작용을 하거나, 액상의 소화액제로서 소화작용을 하게 된다.
상기 마이크로캡슐(122)은 불연시트(120)가 베이스보드(110)에 압착될 때 압력에 의해 깨질 가능성이 존재하는데, 마이크로캡슐(122)이 상기 불연시트(120) 내측의 난연섬유(121)에 의해 보호되는 것들은 쉽게 깨질 가능성이 줄어들게 되므로 불연시트(120)가 베이스보드(110)에 접합된 후 최대한 많은 수의 마이크로캡슐(122)을 남길 수 있다.
또한 베이스보드(110)에 격자 구조로 다수의 요홈(111)이 형성되어 있으므로 불연시트(120)를 베이스보드(110)에 압착할 때 상기 요홈(111)에 해당하는 부분은 압력이 약화되어 마이크로캡슐(122)이 깨질 가능성이 최소화되며, 불연시트(120)는 압력을 정상적으로 받게 되는 요홈(111)의 외측 부분만 베이스보드(110)에 단단히 접착된다.
상기와 같은 저압접속함 뚜껑(100)은 SMC(sheet Molding Compound) 공법을 이용하여 제작될 수 있다. 즉, 프리프레그 상태의 불연시트(120)와 베이스보드(110)를 SMC(sheet Molding Compound) 장비의 하부 금형 상에 포개어 놓고, 상부 금형을 하측으로 이동시켜 설정된 온도와 압력으로 불연시트(120)를 베이스보드(110)에 대해 가압하면 불연시트(120)와 베이스보드(110)가 원하는 임의의 형태로 성형됨과 동시에 불연시트(120)가 베이스보드(110)에 접합된다. 이 때, 불연시트(120)는 베이스보드(110)의 요홈(111)의 외측 부분 표면에 접합된다.
이러한 저압접속함 뚜껑의 제조방법에 대해 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 먼저 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 수지수용액을 제조하고(단계 S1), 상기 수지수용액에 난연섬유를 함침시킨다(단계 S2).
그리고, 수지수용액이 함침된 난연섬유를 건조장치에 투입하고 가열하여 수지수용액에 함유된 수분을 제거하는 건조 공정을 수행한다(단계 S3). 이 건조 공정을 수행하지 않게 되면 난연섬유의 수지수용액에 다량의 수분이 존재하게 되어 이후의 불연시트 성형 공정을 수행하더라도 충분한 불연성을 얻을 수 없는 가능성이 존재한다.
이어서 건조 공정을 통해 건조된 난연섬유에 소정의 열을 가하면서 얇고 편평한 평판 형태로 프리프레그 상태(prepreg)의 불연시트(120)를 성형한다(단계 S4).
상기와 같이 불연시트(120)가 완성되면, 반건조 상태의 불연시트(120)를 금형 상에 놓여진 베이스보드(110)의 면에 안착시키고, 상측에서 프레스금형이 설정 온도와 압력으로 불연시트(120)를 가열 압착한다. 이 때 불연시트(120)에 함유되어 있는 메틸올멜라민 성분이 용융되면서 불연시트(120)가 베이스보드(110)의 면에 견고하게 접착된다(단계 S5).
한편 상기 불연시트(120)와 베이스보드(110) 간의 접합력을 향상시키고, 저압접속함 뚜껑(100)의 강도를 더욱 향상시키기 위하여 도 6에 도시한 것과 같이 상기 베이스보드(110)와 불연시트(120) 사이에 그물망(net) 구조의 망상체(130)가 개재될 수 있다.
상기 망상체(130)는 난연성의 섬유 재질로 되어, 불연시트(120)의 메틸올멜라민 수지에 의해 베이스보드(110)에 함께 접합되면서 저압접속함 뚜껑(100)의 전체 강도를 증대시키는 작용과 함께, 불연시트(120)가 베이스보드(110)에 합착될 때 마이크로캡슐(122)이 망상체(130)에 의해 보호되어 좀 더 많은 수의 마이크로캡슐(122)이 잔류할 수 있도록 하는 작용을 한다.
또는 도 7에 다른 실시예로 도시한 것과 같이, 베이스보드(110)의 양면을 에칭(etching) 또는 샌드블라스트(sand blast) 처리하여 표면을 거칠게 한 상태에서 불연시트(120)를 접합시켜 불연시트(120)와 베이스보드(110) 간의 접합력을 증대시킬 수도 있다. 상기와 같이 베이스보드(110)를 표면 처리하여 거칠게 하면 표면에 생성된 매우 미세한 요철에 메틸올멜라민 수지가 침투하여 접합력을 더욱 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 도 8에 도시한 실시예와 같이 상기 베이스보드(110)의 요홈(111)의 내측에 난연재질로 된 유연한 쿠션재(140)가 수용되고, 상기 쿠션재(140)에도 불연시트(120)에 함유된 것과 동일한 성분으로 만들어진 마이크로캡슐(141)이 포함될 수 있다.
상기 요홈(111)의 내측에 수용된 쿠션재(140)는 충격을 흡수하는 완충재로서의 기능과 함께 상기 마이크로캡슐(122)을 수용하는 수용체로서의 작용도 한다. 상기 쿠션재(140) 내측에 마이크로캡슐(122)이 함유되면 화재시 쿠션재(140) 내측의 마이크로캡슐(122)에 의해 열에너지가 흡수되거나 소화약제가 방출되어 더욱 우수한 불연 또는 소화 효과를 얻을 수 있다.
상기 쿠션재(140)는 난연성의 수지를 발포시켜 만들어진 것일 수도 있지만, 단순히 난연섬유들을 뭉쳐 놓은 것일 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 저압접속함 뚜껑(100)은 베이스보드(110)의 일면 또는 양면에 불연시트(120)가 접착제를 사용하지 않고 직접 접합되어 베이스보드(110)의 강도를 강화함과 동시에 불연성을 대폭 향상시키는 작용을 하게 된다. 또한 전체가 절연성 재질로 이루어지므로 절연 효과도 함께 얻을 수 있고, 무거운 금속재를 사용하지 않으므로 무게를 대폭 경감시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
10 : 함체 11 : 플랜지
20 : 패킹재 100 : 저압접속함 뚜껑
110 : 베이스보드 111 : 요홈
120 : 불연시트 121 : 난연섬유
122 : 마이크로캡슐 130 : 망상체
140 : 쿠션재 141 : 마이크로캡슐

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 지중에 매설되는 저압접속함의 상부를 개폐하는 저압접속함 뚜껑에 있어서,
    절연성의 합성수지 또는 석고 재질로 된 베이스보드(110)와;
    메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 제조된 수지수용액에 난연섬유를 함침시켜 성형되고, 반건조된 프리프레그(prepreg) 상태에서 상기 베이스보드(110)의 일면 또는 양면에 설정 온도와 압력으로 가열 압착되어 바로 접합되는 불연시트(120)를 포함하며;
    상기 불연시트(120)가 접합되는 베이스보드(110)의 면에 격자 구조로 복수개의 요홈(111)이 배열되고, 상기 불연시트(120)에는 합성수지재의 외피층 내에 열을 흡수하는 상변화물질 또는 소화액제의 코어(core) 물질이 수용되어 있는 마이크로캡슐(122)이 포함된 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  3. 제2항에 있어서, 상기 베이스보드(110)의 요홈(111) 내측에 난연재질로 된 유연한 쿠션재(140)가 수용된 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  4. 제3항에 있어서, 상기 쿠션재(140)에도 불연시트(120)에 함유된 것과 동일한 성분으로 만들어진 마이크로캡슐(141)이 포함된 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  5. 제2항에 있어서, 상기 베이스보드(110)와 불연시트(120) 사이에 그물망(net) 구조의 망상체(130)가 개재된 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  6. 제2항에 있어서, 상기 마이크로캡슐(122)은,
    멜라민 수지를 함유하는 외피층과;
    파라핀계 탄화수소 또는 디메틸 프로판디올(DMP), 하이드록시메틸-메틸-프로판디올(HMP)을 함유하는 코어 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  7. 제2항에 있어서, 상기 베이스보드(110)의 면은 에칭(etching) 또는 샌드블라스트(sand blast) 처리되어 표면이 거칠게 된 상태에서 불연시트(120)가 접합된 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  8. 제2항에 있어서, 상기 베이스보드(110)와 불연시트(120)는 SMC(sheet Molding Compound) 공법용 금형 상에 포개어져 가열 압착되면서 설정된 임의의 형태로 성형된 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑.
  9. (a) 메틸올멜라민 수지와 무기계 난연재를 혼합하고 용제를 투입하여 분산시킨 뒤 물에 희석하여 수지수용액을 제조하는 단계와;
    (b) 상기 수지수용액에 난연섬유를 함침시키고 평판 형태의 불연시트(120)로 성형하는 단계와;
    (c) 반건조 상태의 불연시트(120)를 베이스보드(110)의 면에 안착시키고, 설정 온도와 압력으로 불연시트(120)를 가열 압착하여 베이스보드(110)에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 불연성 저압접속함 뚜껑의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 수지수용액이 함침된 난연섬유를 건조장치에서 가열하여 수지수용액에 함유된 수분을 제거하는 건조 공정을 수행한 다음 불연시트(120)로 성형하는 것을 특징으로 하는 불연성 저압접속함 뚜껑의 제조방법.
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