KR101473238B1

KR101473238B1 - 전력 케이블용 종단 접속함의 내부 아크 시험을 위한 지그

Info

Publication number: KR101473238B1
Application number: KR1020130163125A
Authority: KR
Inventors: 전명훈
Original assignee: 일진전기 주식회사
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-12-24

Abstract

본 발명은 시험 기관에서 규정하는 까다로운 테스트 조건을 충족할 수 있는 전력 케이블용 종단 접속함의 내부 아크 시험을 위한 지그에 관한 것이다.
본 발명의 내부 아크 시험용 지그는, 중공의 애관이 외부를 정의하고 중심부에 전력 케이블이 배치되는 종단 접속함 내부에 배치되어, 종단 접속함 내에서 단락 전류에 의한 아크를 발생시키는 내부 아크 시험을 행하기 위해 사용되는 내부 아크 시험용 지그이다. 상기 내부 아크 시험용 지그는, 상기 전력 케이블의 도체와 전기적으로 연결되며, 상기 전력 케이블의 외측으로 일부가 노출되는 케이블측 도체; 중공의 실린더 형상을 가지고, 내부 아크 시험 시에는 내측의 중공에 상기 전력 케이블이 위치하고 외측에 상기 애관이 위치하도록 배치되며, 전기적으로 접지된 실린더형 도체; 및 상기 케이블측 도체에 전류를 공급하는 전류 공급부; 를 포함한다. 상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체의 내부면은 기설정된 간격으로 이격된 채로 배치되며, 기설정된 전류 허용 한도를 가진 전선으로 서로 전기적으로 연결된다.
본 발명의 내부 아크 시험용 지그는 충분한 단면적을 가지기 때문에 까다로운 단락 전류 유지 조건 (예를 들어 31.5 kA로 0.5초 단락 전류 유지) 도 충족시킬 수 있다.

Description

전력 케이블용 종단 접속함의 내부 아크 시험을 위한 지그{ZIG FOR INNER ARC TEST FOR TERMINATION OF VOLTAGE POWER CABLE}

본 발명은 전력 케이블용 종단 접속함의 내부 아크 시험을 위한 지그에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시험 기관에서 규정하는 까다로운 테스트 조건을 충족할 수 있는 전력 케이블용 종단 접속함의 내부 아크 시험을 위한 지그에 관한 것이다.

전력 케이블은 지중 혹은 지상을 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하기 위한 전선으로서, 트레이용 난연 케이블 (Tray Flame-Retardant Cross-Linked Polyethylene PVC), 저독 난연 케이블 (XLPE Insulated and halogen Free Polyolefin Power Cable), 소방용 케이블 (PE Insulated with Fire-Proof Layer and PVC Sheathed Fire-Resistant Power Cable), 특고압 전력 케이블 (22.9kV XLPE Insulated, Concentric Neutral conductor with water blocking tapes, and PVC Sheathed power cable) 등으로 나누어 볼 수 있다.

이러한 전력 케이블을 연결하기 위해서 접속함이 사용된다. 접속함은 종단 접속함 (terminal box) 과 중간 접속함 (joint box) 으로 크게 구분된다. 여기서, 종단 접속함은 기중 종단 접속함, 가스중 종단 접속함 및 유중 종단 접속함 등으로 구분될 수 있으며, 중간 접속함은 보통 접속함 (normal joint) 과 절연 접속함 (insulation joint) 등으로 구분될 수 있다.

종단 접속함은 케이블 도체와 도체 인출봉을 접속하고 그 접속부를 절연시키는데 사용되는 것으로, 절연을 위해 자기, 유리, 합성수지 또는 고분자 재질로 이루어진 중공 형상의 애관 (?管; insulator, 또는 “애자” 또는 “절연통” 이라고도 함) 과, 이 애관의 상부 및 하부를 각각 밀봉시키기 위해 실링판을 각각 포함하는 상부 밀봉 조립체 및 하부 밀봉 조립체와, 상부 밀봉 조립체에 구비되어 외부 수분으로부터 종단 접속함을 보호하는 우복과, 그리고 하부 밀봉 조립체에 구비되며 종단 접속함으로 인입된 전력 케이블을 보호하는 보호관을 포함한다.

그런데, 종단 접속함의 내부에 아크가 발생하는 등의 이유로 종단 접속함의 내부에 일정 수준 이상의 압력이 발생되면 종단 접속함이 터지면서 종단 접속함을 이루는 애관을 비롯한 부품들이 주변으로 비산될 수 있고, 이에 따라 종단 접속함의 주변에 피해가 우려된다.

종단 접속함의 이러한 비산 우려 때문에, 유럽의 이탈리아 시험소 (CESI) 등에서는 종단 접속함의 내부에 아크를 발생시킴으로써, 종단 접속함을 비산시키는 시험 (이하에서, 이를 '내부 아크 시험'이라 함) 을 통해, 종단 접속함의 품질을 테스트해왔다.

그러나, 예를 들어 이탈리아 시험소에서의 시험에서 아크를 발생시키기 위해 요구되는 단락 전류는 31.5 kA 또는 50 kA 로, 최소한 0.5 초 유지되어야 하는데, 이러한 조건을 만족시키기 어려워, 내부 아크 시험을 통과하기란 상당히 어려웠다. 이에 따라, 유럽 등지에 종단 접속함을 납품하기가 어려웠다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 시험 기관에서 규정하는 까다로운 테스트 조건을 충족할 수 있는 전력 케이블용 종단 접속함의 내부 아크 시험을 위한 지그를 제공함에 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내부 아크 시험용 지그는, 중공의 애관이 외부를 정의하고 중심부에 전력 케이블이 배치되는 종단 접속함 내부에 배치되어, 종단 접속함 내에서 단락 전류에 의한 아크를 발생시키는 내부 아크 시험을 행하기 위해 사용되는 내부 아크 시험용 지그이다. 상기 내부 아크 시험용 지그는, 상기 전력 케이블의 도체와 전기적으로 연결되며, 상기 전력 케이블의 외측으로 일부가 노출되는 케이블측 도체; 중공의 실린더 형상을 가지고, 내부 아크 시험 시에는 내측의 중공에 상기 전력 케이블이 위치하고 외측에 상기 애관이 위치하도록 배치되며, 전기적으로 접지된 실린더형 도체; 및 상기 케이블측 도체에 전류를 공급하는 전류 공급부; 를 포함한다. 상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체의 내부면은 기설정된 간격으로 이격된 채로 배치되며, 기설정된 전류 허용 한도를 가진 전선으로 서로 전기적으로 연결된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 실린더형 도체는, 상부링, 하부링, 상기 상부링과 상기 하부링 사이의 중간부 및 상기 하부링의 하단과 연결되는 적어도 2개의 바 (bar) 타입의 연결부를 포함하여 구성된다. 상기 상부링의 내부면과 상기 케이블측 도체가 서로 이격되어 배치되되, 상기 상부링은 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 실린더형 도체에는 중공과 외부를 연통시키는 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전류 공급부는, 상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체 간의 단락 전류가 31.5 kA 또는 50 kA 로 최소한 0.5 초간 유지되도록 전류를 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체의 내부면의 이격거리는 10 mm 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 하부링, 상기 중간부 및 상기 연결부는 구리 재질로 이루어지며, 상기 중간부는, 상기 중간 접속함의 스트레스 릴리프 콘 (stress relief cone) 과 대향하게 위치되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 내부 아크 시험용 지그는 충분한 단면적을 가지기 때문에 까다로운 단락 전류 유지 조건 (예를 들어 31.5 kA로 0.5초 단락 전류 유지) 도 충족시킬 수 있다.

또한, 실린더형 구조로서, 협소한 종단 접속함의 내부에 쉽게 삽입될 수 있다.

또한, 케이블측 도체와 실린더형 도체 간의 간격을 조정함으로써 다양한 단락 전류 조건에 맞도록 쉽게 변형하여 테스트할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 아크 시험용 지그가 적용된 전력 케이블용 종단 접속함의 개략적인 부분 측단면도의 일부이다.
도 2는 도 1의 실린더형 도체의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 A 부분의 개략적인 확대도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 도면부호를 사용함에 있어, 도면이 상이한 경우라도 동일한 구성을 도시하고 있는 경우에는 가급적 동일한 도면부호를 사용한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 내부 아크 시험용 지그의 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 아크 시험용 지그가 적용된 전력 케이블용 종단 접속함의 개략적인 부분 측단면도의 일부이며, 도 2는 도 1의 실린더형 도체의 개략적인 사시도이며, 도 3은 도 1의 A 부분의 개략적인 확대도이다.

먼저, 도 1을 참조로 하여, 본 실시예의 내부 아크 시험용 지그 (100) 가 적용되어 테스트되는 대상인 전력 케이블용 종단 접속함에 대해서 개략적으로 설명한다.

테스트의 대상인 전력 케이블용 종단 접속함은 베이스 (1) 위에 전력 케이블 (10) 이 베이스 (1) 에 대해 수직으로 상측을 향하게 배치된다. 전력 케이블 (10) 은 중심 도체 (11) 와 그 외측을 둘러싸는 XLPE (12) 를 포함한다. 또한, 전력 케이블 (10) 은 XLPE (12) 외측에 미도시한 금속 시스, 절연 피복 등이 더 부가될 수도 있다.

전력 케이블 (10) 은 스트레스 릴리프 콘 (stress relief cone, 20) 에 의해 그 일부가 둘러싸여진다. 여기서, 스트레스 릴리프 콘 (20) 은, 시스단에 집중되는 전계를 완화시키기 위해 에폭시제의 벨 마우스 (bell mouth) 형태나 광폭 절연지와 금속 박으로 구성된 콘덴서 콘 (condenser cone) 형태를 사용할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.

스트레스 릴리프 콘 (20) 의 하부에는 고무 실링 (30) 이 장착된다. 이 고무 실링 (30) 은 내부에 충진될 수 있는 실리콘 오일과 같은 유체의 외부 유출을 방지한다.

애관 (40) 은 그 내부에 중공을 가지도록 형성되며, 그 중공 내에 전력 케이블 (10) 및 스트레스 릴리프 콘 (20) 등이 위치하게 된다. 애관 (40) 은 절연 컴파운드 (insulation compound) 로 이루어지며, 예를 들어 자기, 유리, 합성수지 또는 고분자 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 애관 (40) 은 외부 절연을 행하게 된다.

또한, 애관 (40) 은 하부의 베이스 (1) 에 의해 지지되며, 상부에는 전력 케이블 (10) 과 연결되는 미도시의 컨덕터 로드 (conductor rod) 가 위치한다. 또한, 애관 (40) 내부에는 실리콘 오일이 충진될 수도 있다.

상술한 종단 접속함의 구성은 기존의 종단 접속함의 구성과 동일하므로, 이외의 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 상술한 종단 접속함의 테스트를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 아크 시험용 지그 (100) 에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예의 내부 아크 시험용 지그 (100) 는 케이블측 도체 (110), 실린더형 도체 (120) 및 전류 공급부 (미도시) 를 포함한다.

케이블측 도체 (110) 는, 전력 케이블 (10) 의 도체 (11) 와 전기적으로 연결되며, 전력 케이블 (10) 의 외측으로 일부가 노출된다. 케이블측 도체 (110) 의 단부는 뾰족한 형상으로 구성되어, 쉽게 단락 전류에 의한 아크가 발생할 수 있게 된다.

케이블측 도체 (110) 는 전기 도전성의 재료로 이루어지면 무방하나, 발생하게 될 아크의 열에 잘 견디는 재료인 스테인리스 스틸 계열의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

실린더형 도체 (120) 는 중공의 실린더 형상을 가지고, 도 1과 같이 내측의 중공에 전력 케이블 (10) 이 위치하고 외측에 애관 (40) 이 위치하도록 배치되며, 전기적으로는 접지된다.

실린더형 도체 (120) 는 상부링 (121), 하부링 (122), 상부링 (121) 과 하부링 (122) 사이의 중간부 (123) 및 하부링 (122) 아래와 연결되는 2 개 이상의 바 (bar) 타입의 연결부 (124) 를 구비한다.

상부링 (121) 과 하부링 (122) 은 중간부 (123) 에 비하여 두껍게 형성되고, 연결부 (124) 는 베이스 (1) 와 체결되어, 실린더형 도체 (120) 를 베이스 (1) 에 대하여 고정한다. 또한, 연결부 (124) 는 베이스 (1) 와 전기적으로 도전됨으로써, 실린더형 도체 (120) 전체가 접지되게 된다.

상부링 (121), 하부링 (122), 중간부 (123) 및 연결부 (124) 는 모두 도체로 이루어지나, 특히 상부링 (121) 의 내부면에서는 상술한 케이블측 도체 (110) 와의 사이에서 아크가 발생하므로, 상부링 (121) 은 스테인리스 스틸 계열의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이외에 하부링 (122), 중간부 (123) 및 연결부 (124) 는 모두 전기 전도도가 높은 구리로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 도 2를 참조하면 상부링 (121), 하부링 (122) 및 중간부 (123) 중 어느 하나 이상은 그 내면과 외면이 유체 연통하도록 복수 개의 홀들이 형성될 수 있다. 이러한 홀들은 실린더형 도체 (120) 의 내부에서 아크에 의한 급격한 압력 상승 (혹은 폭발) 발생 시에 내부에 충진된 유체가 쉽게 외부로 유출되어 실린더형 도체 (120) 가 파손되는 것을 방지한다. 이러한 홀들의 배치 및 크기는 테스트의 조건 등에 따라 다양하게 변형 실시될 수도 있다.

중간부 (123) 는 상부링 (121) 및 하부링 (122) 에 비해 상대적으로 얇은 판재로 구성되며, 중간 접속함의 스트레스 릴리프 콘 (20) 과 대향하게 위치되도록 배치된다.

연결부 (124) 는 본 실시예에서는 2개로 구성되며, 하부의 베이스 (1) 에 나사 결합을 통해 고정된다. 연결부 (124) 는 등각을 이루면서 3개, 4개 등이 배치될 수도 있다.

도 3을 특히 참조하면, 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 의 내부면은 일정 간격 D 만큼 이격되도록 배치된다. 테스트의 시작 전에는 케이블측 도체 (110) 와 상부링 (121) 이 기설정된 전류 허용 한도를 가진 전선 (111) 에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다. 여기서 기설정된 전류 허용 한도를 가진 전선 (111) 으로서는, 예를 들어 1.5 SQ 인 구리 전선이 사용될 수도 있으며, 그 외에도 다양한 규격의 전선이 사용될 수 있다.

여기서, 전선 (111) 은 케이블측 도체 (110) 및 상부링 (121) 에 형성된 홀에 삽입되고, 셋 스크류 (set screw) 에 의해 고정될 수 있다. 이외에도 다양한 고정 구조가 비제한적으로 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이, 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 의 내부면은 기설정된 D 만큼 이격되어 있는데, D 는 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 간의 필요한 단락 전류의 크기 및 그 유지 시간에 따라 실험 및 시뮬레이션 등에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 전류 공급부로부터 전류가 인가되어 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 간의 단락 전류가 31. 5 kA 또는 50 kA로 최소한 0.5 초간 유지되도록 하기 위해서 (참고로, 이러한 조건은 이탈리아 CESI 시험소에서 요구하는 조건이기도 함), D는 약 10mm 로 설정되어야 한다는 것이 실험에 의해 확인되었다.

상술한 구성을 가진 내부 아크 시험용 지그 (100) 를 사용하여 테스트를 행하는 것에 대하여 설명하면, 먼저 케이블측 도체 (110) 에 고전류 (혹은 고전압) 가 인가된다. 케이블측 도체 (110) 에 인가되는 전류는 전선 (111) 을 통해 일정 정도 실린더형 도체 (120) 로 흐르다가, 전선 (111) 의 허용 전류값을 넘으면 전선 (111) 이 끊어지게 된다.

이후에, 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 는 단락되는데, 케이블측 도체 (110) 에 고전류가 인가된 상태이므로, 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 간에 단락 전류가 발생함에 따라 아크가 발생한다.

아크는 버블을 발생시키는 등의 이유로 종단 접속함의 내부압을 급격히 증가시키게 되며, 이에 따라 내부에서 폭발이 일어날 수 있고, 애관 (40) 이 내부압을 견디지 못하고 깨져 비산할 수 있다.

이러한 애관 (40) 등의 비산 거리 측정을 통해, 종단 접속함의 안정성을 테스트할 수 있다. 종단 접속함에서는 내부에서 여러가지 이유로 인해 단락 전류가 발생할 수 있으며, 이에 의한 폭발은 2차 사고를 일으키게 되므로, 이에 대한 테스트가 필수적이다. 최근에는 이러한 필요 때문에, 세계적으로 까다로운 테스트 기준을 설정하여 내부 아크 시험을 행하는 국가들이 증가하고 있는 추세이다.

상술한 본 발명의 내부 아크 시험용 지그 (100) 는 충분한 단면적을 가지기 때문에 까다로운 단락 전류 유지 조건 (예를 들어 31.5 kA로 0.5초 단락 전류 유지) 도 충족시킬 수 있다. 또한, 실린더형 구조로서, 협소한 종단 접속함의 내부에 삽입될 수 있다. 또한, 케이블측 도체 (110) 와 실린더형 도체 (120) 간의 간격 D 를 조정함으로써 다양한 단락 전류 조건에 맞도록 쉽게 변형하여 테스트할 수도 있다.

한편, 도 1과 도 2는 동일 축적이 아니며, 도 2는 실린더형 도체 (120) 의 구조를 간략화하여 도시한 것에 불과하다는 점에 주의해야 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10…전력 케이블 11…도체
12…XLPE 20…스트레스 필리프 콘
30…고무 실링 40…애관
110…케이블측 도체 111…전선
120…실린더형 도체 121…상부링
122…하부링 123…중간부
124…연결부
100…본 발명에 따른 내부 아크 시험용 지그

Claims

중공의 애관이 외부를 정의하고 중심부에 전력 케이블이 배치되는 종단 접속함 내부에 배치되어, 종단 접속함 내에서 단락 전류에 의한 아크를 발생시키는 내부 아크 시험을 행하기 위해 사용되는 내부 아크 시험용 지그로서,
상기 전력 케이블의 도체와 전기적으로 연결되며, 상기 전력 케이블의 외측으로 일부가 노출되는 케이블측 도체;
중공의 실린더 형상을 가지고, 내부 아크 시험 시에는 내측의 중공에 상기 전력 케이블이 위치하고 외측에 상기 애관이 위치하도록 배치되며, 전기적으로 접지된 실린더형 도체; 및
상기 케이블측 도체에 전류를 공급하는 전류 공급부; 를 포함하며,
상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체의 내부면은 기설정된 간격으로 이격된 채로 배치되며, 기설정된 전류 허용 한도를 가진 전선으로 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 내부 아크 시험용 지그.
제1 항에 있어서,
상기 실린더형 도체는, 상부링, 하부링, 상기 상부링과 상기 하부링 사이의 중간부 및 상기 하부링의 하단과 연결되는 적어도 2개의 바 (bar) 타입의 연결부를 포함하여 구성되며,
상기 상부링의 내부면과 상기 케이블측 도체가 서로 이격되어 배치되되, 상기 상부링은 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내부 아크 시험용 지그.
제1 항에 있어서,
상기 실린더형 도체에는 중공과 외부를 연통시키는 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 내부 아크 시험용 지그.
제1 항에 있어서,
상기 전류 공급부는, 상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체 간의 단락 전류가 31.5 kA 또는 50 kA 로 최소한 0.5 초간 유지되도록 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는, 내부 아크 시험용 지그.
제4 항에 있어서,
상기 케이블측 도체와 상기 실린더형 도체의 내부면의 이격거리는 10 mm 인 것을 특징으로 하는, 내부 아크 시험용 지그.
제2 항에 있어서,
상기 하부링, 상기 중간부 및 상기 연결부는 구리 재질로 이루어지며,
상기 중간부는, 중간 접속함의 스트레스 릴리프 콘 (stress relief cone) 과 대향하게 위치되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 내부 아크 시험용 지그.