KR101625812B1

KR101625812B1 - 튜브형 절연 디바이스, 고전압 전력 장치 및 절연된 고전압 전력 케이블을 제공하기 위한 방법

Info

Publication number: KR101625812B1
Application number: KR1020157021490A
Authority: KR
Inventors: 니콜라우스 찬트; 옌스 록스; 차우-혼 호; 알렉산드레 우다로프; 로뱅 그레모; 사비어 코른만; 파트릭 카우프만; 로렌츠 헤르만; 엠마누엘 로가키스; 마르코 슈나이더
Original assignee: 에이비비 테크놀로지 리미티드
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2016-05-30
Also published as: WO2014122244A1; CN105144524A; JP5933861B2; CN105144524B; US20150357804A1; BR112015018101A2; KR20150103288A; JP2016512017A

Abstract

본 발명은 케이블용의 튜브형 전기 절연 디바이스 (108) 에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 절연 디바이스는 삽입에 의해 복수의 전기 도전체들 세그먼트들 (104) 을 수용하기 위해 배열된다. 절연 디바이스 (108) 는 가요성이 있고, 일단 튜브형 전기 절연 디바이스 (108) 에 삽입되면 전기 도전체들 (104) 에 대한 전기 접촉을 확립하기 위해 내부 원주방향의 전기 도전성 층 (110) 을 포함한다. 본 발명은 또한 고전압 전력 케이블의 내부 전기 도전체 (104) 를 형성하기 위해 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치되도록 배열된 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102), 및 내부 전기 도전체를 하우징 및 둘러싸도록 배열된 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스 (108) 를 포함하는 고전압 전력 케이블 장치에 관한 것이다. 튜브형 전기 절연 디바이스 (108) 는 본 발명에 따르는 것이다. 본 발명은 또한 가요성의 절연된 고전압 전력 케이블을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 즉, 케이블을 형성하기 위해 사이트 상에서 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계를 포함한다.

Description

튜브형 절연 디바이스, 고전압 전력 장치 및 절연된 고전압 전력 케이블을 제공하기 위한 방법{A TUBULAR INSULATION DEVICE, A HIGH VOLTAGE POWER ARRANGEMENT AND A METHOD FOR PROVIDING AN INSULATED HIGH VOLTAGE POWER CABLE}

본 발명은 제 1 양태에 있어서 케이블용의 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스에 관한 것이다.

제 2 양태에서, 본 발명은 고전압 전력 케이블의 내부 전기 도전체를 형성하기 위해 서로 나란히 배치된 복수의 가늘고 긴 도전체 세그먼트들, 및 그 내부 전기 도전체를 하우징 및 둘러싸도록 배열된 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스를 포함하는 고전압 전력 케이블 장치에 관한 것이다.

제 3 양태에서, 본 발명은 가요성의 절연된 고전압 케이블을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.

도전체 세그먼트는, 각각의 단부에서 다른 도전체 세그먼트에 연결될 것이고 다른 나란히 연장되는 도전체 세그먼트들과 함께 도전체를 형성하는 세그먼트로서 이해될 것이다. 전력 케이블 세그먼트는 각각의 단부에서 다른 케이블 세그먼트에 연결될 세그먼트로서 이해될 것이다.

장거리 전력 송신 또는 분배를 위한 기술들의 개발은 일반적으로 원격 재생가능한 발전 시설들, 예를 들어, 대형 솔라 파크들 (solar parks), 여러 연결된 윈드 파크들 (wind parks) 또는 대형 수력 발전소들을 대형 로드 센터들에 연결할 필요성에 의해 드라이빙된다. 또한, 상이한 전력 시스템들을 상호연결하는 산업 동향이 존재한다. 선행 기술에서는, 3GW 를 넘는 용량들에 대한 전력 송신은 단지 경제적으로 알맞은 옵션으로서 오버헤드 라인들에 일반적으로 제한된다. 그러나, 고전압, 또는 초고전압 오버헤드 송신 라인들은 인구 밀집 지역들 아주 가까이에서/안에서 그 송신 라인들이 통과하는 곳에 시각, 전기 및 자기 공해를 야기한다. 게다가, 오버헤드 송신 라인들은 대형 통로를 필요로 하고 따라서 설치를 위한 땅을 필요로 하는데, 이는 그 땅의 가격이 높고 따라서 비용을 발생시키는 인구 밀집 지역에서 문제가 많다. 따라서, 전력 송신을 위한 지하 및 해저 전력 케이블들을 이용하는 것은, 그 케이블들이 어떤 철탑도 필요로 하지 않고 지하 케이블들로서 설치되며 따라서 가시적이지 않기 때문에 매력적인 대안이다. 그러나, 전력의 송신을 증가시키기 위하여, 지하 및 해저 전력 케이블들을 확대하는 것은 내부 도전체 사이즈 및 케이블 피복 (insulation) 두께의 한계들로 인해 제한된다. 고용량 송신 시스템에서 송신된 전력은 전압 또는 전류를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 더 높은 전압들은, 전기장을 증가시킴 없이, 전력 케이블 피복의 두께의 증가를 필요로 한다. 케이블 피복 상의 열부하를 증가시킴 없이, 더 높은 전류들을 달성하는 것은 전력 케이블의 내부 전기 도전체의 단면적의 증가를 필요로 하거나 또는 내부 전기 도전체를 위해 더 높은 도전율을 가진 재료를 필요로 한다.

본 발명의 발명자들은, 선행 기술의 전력 케이블 기술의 확대를 제한하는 요인이 선행 기술의 전력 케이블의 단면적이 그 전력 케이블의 전체 가요성을 희생하지 않고는 증가될 수 없다는 사실이며, 이는 결국 증가된 단면적을 가진 전력 케이블의 불요성 (inflexibility) 이 운반하기 너무 어렵게 만들거나, 또는 너무 긴 전력 케이블 세그먼트들의, 생산 사이트로부터 설치 사이트까지의 운반을 방해하기 때문에 생성된 전력 케이블 세그먼트의 길이가 감소되어야 하는 것을 초래한다는 것을 확인하였다. 일반적으로, 전력 케이블들은 케이블 압출 라인에서의 압출 (extrusion) 에 의해 생성될 수도 있고, 설치 사이트 상의 조인트 (joint) 들의 수를 최소로 유지하기 위해 압출된 전력 케이블 세그먼트들을 가능한 한 길게 생성하는 것이 바람직하다. 전력 케이블 세그먼트들의 길이의 감소는 전체 전력 송신 라인을 설치하기 위하여 전력 케이블 세그먼트들을 연결하기 위한 조인트들의 수의 증가를 초래한다. 따라서, 설치 시간이 연장되며, 동작에서의 전력 송신 또는 분배 시스템의 장기 전기 신뢰도가 조인트들의 수의 증가에 따라 감소한다.

US 5,043,538호는 중심 전기 도전체, 플라스틱과 같은 절연 재료의 상부층 (overlayer), 복수의 개개의 도전체들로 형성된 차폐층으로서, 그 차폐층은 반도체 재료의 층에 임베딩되는, 상기 차폐층, 오버랩된 습기 배리어 금속박 재료의 층, 및 절연 재료의 추가 상부층을 포함하는 방수성 (water impervious) 케이블 구성을 설명하고 있다.

WO 02/27734호는 거리에 걸쳐 전력의 송신을 위한 전기 케이블링 시스템을 개시하고 있다. 그 케이블링 시스템은 압출된 알루미늄 튜브 도전체들의 세트를 포함한다.

US 4,298,058호는 내부 구리 튜브 및 외부 강철 튜브의 코러게이티드 트윈 튜브 장치를 놓는 고무 탄성의 내부 슬리브에 동봉된 3 개의 함께 스트랜드된 절연된 도전체들을 포함하는 방습형 (moisture-proofing) 전기 케이블을 설명하고 있다.

US 7,999,188-B2호는 전기 도전체를 둘러싸는 전기 절연층, 및 그 전기 절연층을 둘러싸는 시스 (sheath) 를 포함하는, 전기 에너지, 특히 중전압 또는 고전압 전기 에너지를 운반 또는 분배하기 위한 케이블을 개시하고 있다. 시스는 기계적 성질들 및 특히 열압 (thermopressure) 저항을 손상시키지 않고 향상된 가요성을 보장하도록 구성된다는 것이 개시되어 있다.

EP 1585204호는 설치 배관 (installation duct) 이 3 개의 페이즈들을 위한 케이블들을 하우징하는 AC 송신용 케이블 장치를 개시하고 있다. 각각의 페이즈 케이블은 그 자신의 피복을 갖는다. 설치 배관은 접지를 보장할 정도로 충분히 두꺼운 금속의 내부 스크린으로 이루어진다. 케이블은 사이트에서 어셈블링되며, 그것에 의해 설치 배관은 페이즈 케이블들 둘레로 롤링되고 밴드 측면들을 함께 용접할 때 평면 밴드로부터 원형 형상에 달한다. 장차 배관이 될 것 (duct-to-be) 이 밴드로서 와인딩될 수 있기 때문에 운반은 용이해진다.

본 발명의 목적은 전력 케이블, 특히 해저 설치용 또는 육상 설치용 전력 케이블, 예를 들어, 지하 케이블에 의해 송신된 전력을, 그 전력 케이블의 운반의 제한들에 관한 생성된 전력 케이블 세그먼트들의 길이의 어떤 감소도 없이 증가시키는 것이다.

본 발명의 상기 언급된 목적은 본 발명의 제 1 양태에 따라, 케이블용의 튜브형 전기 절연 디바이스에 관련된 독립항의 전제부에서 특정된 종류의 튜브형 전기 절연 디바이스가 케이블용의 튜브형 전기 절연 디바이스에 관련된 독립항의 특징부에서 특정된 특정 특징들을 포함하는 것에서 이루어진다. 따라서, 튜브형 전기 절연 디바이스는 삽입에 의해 복수의 전기 도전체들 세그먼트들을 수용하기 위해 배열되며, 여기서 튜브형 전기 절연 디바이스는 가요성이 있고, 일단 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입되면 전기 도전체들에 대한 전기 접촉을 달성하기 위해 내부 원주방향의 (inner circumferential) 전기 도전성 층을 포함한다.

가요성은 절연 디바이스의 중심 라인을 통한 임의의 평면에서의 가요성을 의미하며, 즉 가요성은 절연 디바이스가 구부러지는 것을 허용하는 것이 문맥으로부터 분명한 것으로 생각된다. 일반적으로, 본 발명에 따른 절연 디바이스는 대략 1:6.25 내지 1:25 정도, 통상 대략 1:10 내지 1:15 정도 구부러질 수 있다. 굽힘성 (bendability) 은 절연 디바이스의 직경과 가능한 굽힘 반경 (possible bending radius) 간의 관계로서 측정된다. 그 가능한 굽힘 반경은, 절연 디바이스가 상당한 변형, 균열 또는 다른 결함 없이 그 반경에서 와인딩하기 위해 과도한 힘을 이용하지 않고도 구부러질 수 있는 반경에 대응한다.

본 발명에 따르면, 절연 디바이스는 따라서 도전체와는 별개이고, 그 도전체가 케이블을 형성하기 위해 안에 삽입될 수 있는 엔티티이다. 본 발명의 절연 디바이스는 이로써 바람직한 방식으로 매우 높은 전력을 송신하기 위한 고전압 전력 케이블을 획득하기 위한 필수 컴포넌트를 제공한다.

본 발명의 절연 디바이스에 의해, 과도한 짧은 케이블 세그먼트들을 초래하지 않고 종래의 케이블로 달성될 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 전력을 허용하는 케이블을 획득하는 것이 가능할 것이다. 종래의 케이블 기법으로 1GW 를 넘는 크기의 전력을 송신하기 위해서는, 전압을 상기 논의된 종류의 문제들을 야기하는 레벨로 증가시키거나 병렬의 복수의 케이블들을 이용하거나 할 필요가 있다. 320kV 와 같은 "적당한 (moderate)" 고전압을 갖고 하나의 단일 케이블을 이용하기 위한 대안은 종래의 케이블이 드럼 상에서 운반되도록 구부러질 수 없을 정도로 높은 도전체 면적을 초래할 것이다. 그 결과는 매우 짧은 케이블 세그먼트들 및 다수의 조인트일 것이다. 본 발명에 따른 절연 디바이스가 제공된 케이블로, 이것이 회피된다.

본 발명의 원리들은 다음과 같이 요약될 수 있다 :

- 도전 단면적을 증가시키고 고전압을 "적당한" 정도로 유지함으로써 전류를 증가시키는 것,

- 고체 절연 튜브를 도전체 스트랜드로부터 분리하는 것,

- 이로써 긴 세그먼트들의 달성, 및

- 이로써 송신된 GW/km 당 조인트들의 수의 감소.

절연 디바이스의 사용으로 형성된 케이블의 굽힘 성질들은 드럼 상에 롤링되고 수백 미터의 세그먼트 길이를 가진 어셈블링된 케이블의 운반을 허용한다.

절연 디바이스의 특정 구성은 대안으로는 사이트 상에서 케이블을 어셈블링하는 것을 또한 가능하게 하여, 도전체 세그먼트들 및 절연 디바이스는 그 사이트에 개별적으로 운반된다. 이로써, 개개의 미어셈블링된 부분들 운반은 더 가벼워지고, 운반 중량 제한 (예를 들어, 도로 운반의 경우 32 톤) 이 훨씬 더 긴 세그먼트 길이에 이르게 된다.

예를 들어, 3GW 의 전력이 320kV 의 전압에서 종래의 케이블 기법으로 송신될 예정이라면, 그것은 너무 딱딱하여 운반을 위해 구부러지지 않는 케이블들 없이 충분한 도전성 면적을 획득하기 위하여 병렬의 5 개의 케이블들을 필요로 할 것이다.

본 발명에 따른 절연 디바이스를 갖는 케이블의 경우에는, 단 하나의 단일 케이블만이 필요하게 되며, 이는 길이가 300 미터를 넘는 케이블 세그먼트와 어셈블링되어 운반될 수 있다. 이러한 섹터의 총 중량은 약 32t 일 것이며 하나의 트럭 상에서 운반될 수 있다.

삽입될 도전체 세그먼트들과 미어셈블링된 본 발명에 따른 절연 디바이스를 운반할 때, 케이블 세그먼트들은 이 예에서는 거의 700 미터로 증가될 수 있는데, 그 경우에는 그것이 중량 제한에 매칭해야 하는 절연 디바이스 단독의 중량이기 때문이다.

이 예에서는 본 발명의 절연 디바이스가 제공될 수 있는 케이블이 5 개의 종래의 케이블들을 대신한다. 이것은 생산비가 감소될 것이고, 케이블 트렌치를 위해 필요한 공간 또한 감소될 것을 초래한다.

본 발명의 절연 디바이스의 바람직한 실시형태에 따르면, 그것은 운반을 위해 드럼 상에 코일링될 수 있을 정도로 가요성이 있다.

이 기준은 표준 케이블 운반 드럼들의 최대 종래의 사이즈를 참조하여 명확한 가요성 정도를 표현한다. 이 가요성 정도는 본 발명의 절연 디바이스의 유익한 효과들이 본질적인 양태들과 관련하여 이용되는 것을 보장한다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 내부 원주방향의 전기 도전성 층은 그 링-형상 단면이 운반을 위해 드럼 상에 코일링될 때 유지되도록 형태적으로 안정적이다.

이렇게 하여 운반 중의 절연 디바이스의 단면의 임의의 변형을 회피함으로써, 절연 디바이스가 어셈블리 사이트에서 어셈블링될 때 그 절연 디바이스의 적절한 조건을 보장하고 그것을 도전체 세그먼트들의 삽입을 용이하게 하기 위해 사이트에서 리셰이프-스퀴징 (reshape-squeeze) 할 어떤 필요성도 제거한다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 절연 디바이스는 그 굽힘 반경이 튜브형 전기 절연 디바이스의 외경의 4 내지 20 배의 범위 내에 있을 정도로 가요성이 있다.

그 범위는 4 내지 10 배인 것이 바람직하다.

굽힘 반경에 대한 특정 범위, 특히 좁은 범위는, 한편으로는 운반 양태를 그리고 다른 한편으로는 안정성과 같은 다른 실용적 양태들을 고려하여 본 발명의 목적을 위해 최적화되는 굽힘 성질을 표현한다. 이 문맥에서의 용어 굽힘 반경은, 절연 디바이스가 과도한 힘을 이용하거나 그 절연 디바이스를 손상시키지 않고 구부러질 수 있는 반경을 의미한다는 것이 이해될 것이다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 튜브형 전기 절연 디바이스의 내부 원주방향의 전기 도전성 층은 코러게이티드 튜브 또는 스트립으로 와인딩된 호스이다.

이것은 내부층의 가요성을 획득하는 특히 적합하고 편리한 방식이다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 튜브형 전기 절연 디바이스는 압출에 의해 생성된다. 통상적으로, 그것은 따라서 튜브형 전기 절연 디바이스의 전체 튜브형 형상에 의해 정의된 길이 방향으로 무결절성이다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 절연 디바이스는 전기 도전성 내부층의 외부에 위치하고 그것을 둘러싸는 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체, 및 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체의 외부에 위치하고 그것을 둘러싸는 원주방향의 전기 도전성 외부층을 포함한다.

이 실시형태에 의하여, 가요성이 있고 효율적인 케이블 절연 시스템이 제공되는데, 이는 본 발명에 의해 제공된 발명적 개념, 즉 미어셈블링된 케이블 멤버들의 운반 및 사이트 상의 케이블 멤버들의 어셈블리에 적합하다. 이 실시형태에 의하여, 통전 (current-carrying) 내부 전기 도전체에 의해 생성된 전기장은 효율적으로 제어되고 잘 정의될 수 있다. 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체는 하나 또는 복수의 원주방향의 전기 절연체들을 포함할 수도 있다. 전기 도전성 내부층 및 외부층 중 적어도 하나는 반도체일 수도 있다. 외부 도전성 층 밖에는, 다른 원주방향의 층들이 예를 들어 환경적 보호로서 추가될 수도 있다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 도전성 내부층 및 외부층 각각은 금속 또는 금속 컴포지션으로 이루어지거나, 또는 전기 도전성 폴리머 또는 폴리머 컴포지션으로 이루어진다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 도전성 내부층 및 외부층은 습기 및 기계적 마모로부터 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체를 보호하는 보호 배리어를 형성하도록 배열된다.

이 실시형태는 본 발명에 의해 제공된 발명적 개념에 적합하며, 여기서 전력 케이블은, 전기 절연 디바이스의 전기 절연체가 미어셈블링된 전기 절연 디바이스 및 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 운반 동안 내측에서 그리고 또한 외측에서 보호될 때 사이트 상에서 어셈블링된다. 게다가, 전기 절연 디바이스 및 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 어셈블리 동안, 전기 절연 디바이스의 전기 절연체는 또한 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들에 의해 영향을 받는 임의의 기계적 마모로부터 보호를 받는다. 이 실시형태에 의하여, 가요성이 있고 효율적인 케이블 절연 시스템이 제공된다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 도전성 내부층 및 외부층 중 적어도 하나는 외측에 및/또는 내측에 반도체 재료로 커버된다.

그 층들 양자가 커버되는 것이 바람직하다. 이 문맥에서의 반도체 재료 로는, 낮은 전기 도전율을 갖지만 다른 한편으로는 절연 재료보다 전기를 더 잘 전도한다는 정의를 따르는 반도체 재료가 의미된다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 절연 용량은 그것이 고전압 전력 케이블에서 이용될 수 있는 정도이다.

이 실시형태는 본 발명의 이점들이 이러한 애플리케이션에 특히 적절하다는 것을 반영한다. 본 발명은 320kV 이상에서의 전압 레벨들과 같은 초고 전압에 특히 관심을 갖는다. 절연 층의 두께는 30mm 보다 더 큰 것이 바람직하다. 특히, 그 층은 적어도 60mm 두께이며, 이는 초고 전압 애플리케이션들에 적합하다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 내부층은 적어도 80mm, 바람직하게는 적어도 120mm 의 내경을 갖는다.

큰 내경은 90% 의 채움-비율 (fill-ratio) 에서 5000mm² 보다 약간 더 작은 총 도전성 단면적의 도전체 세그먼트들을 하우징하도록 허용한다. 그러나, 종종 본 발명을 적용할 때, 도전성 단면적의 요건은 훨씬 높아지고 채움-비율은 낮아질 것이다. 예를 들어, 3GW 송신의 경우, 도전성 단면적은 21000mm² 이고 채움 비율은 50% 일 수도 있다. 이것은 내경이 약 230mm 정도가 될 것을 요구한다. 바람직한 범위의 내경은 80 내지 400mm 이며, 바람직하게는 120 내지 250mm 이다. 내경은 예를 들어 내부층이 코러게이티드 튜브일 때 길이 방향으로 가변할 수도 있다. 그 경우에, 용어 "내경" 은 최소로 보이는 내경과 관련된다. 용어 채움-비율은 이하 추가 정의된다.

본 발명의 튜브형 전기 절연 디바이스의 상기 특정된 바람직한 실시형태들은 케이블용의 튜브형 전기 절연 디바이스에 관련된 독립항에 종속하는 청구항들에서 특정된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 목적은 고전압 케이블 장치에 관련된 독립항의 전제부에서 특정된 종류의 고전압 전력 케이블 장치가 고전압 케이블 장치에 관련된 독립항의 특징부에서 특정된 특정 특징들을 포함하는 것에서 이루어진다. 따라서, 그 케이블 장치에는 본 발명에 따른, 특히 그 바람직한 실시형태들 중 임의의 것에 따른 튜브형 전기 절연 디바이스가 제공된다.

본 발명의 고전압 전력 장치는 상기 설명된, 본 발명의 절연 디바이스 및 그 바람직한 실시형태들의 이점들과 유사한 종류의 이점들을 갖는다.

복수의 도전체 세그먼트들은 그 도전체 세그먼트들의 절연 디바이스에의 삽입을 단순화하기 위하여 예를 들어, 테이프, 와이어 등에 의해 함께 번들링될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 고전압 전력 케이블 장치의 바람직한 실시형태에 따르면, 도전체의 적어도 하나의 도전체 세그먼트는 도전체의 적어도 다른 나란히 연장되는 도전체 세그먼트와 전기 접촉하고 있다.

본 발명은, 케이블이 서로 절연되는 도전체 세그먼트들을 포함할 때에도 적용될 수도 있지만, 본 발명의 이점들은 도전체 세그먼트들이 공통 도전체를 형성하기 위해 서로 전기 접촉하고 있을 때, 특히 모든 도전체 세그먼트들이 서로 전기 접촉하고 있을 때 주로 관심을 갖는다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 개개의 전기 도전체 세그먼트들은 그들이 드럼 상에 코일링될 수 있을 정도로 가요성이 있다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 개개의 전기 도전체 세그먼트들은, 그들의 굽힘 반경이 도전체 세그먼트들이 절연 디바이스의 굽힘성에 대해 더 넓은 범위를 특정하는 상기 실시형태에 따른 절연 디바이스의 굽힘성에 피팅 (fitting) 하는 그러한 굽힘 반경이 될 정도로 가요성이 있다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 개개의 전기 도전체 세그먼트들의 굽힘 반경은, 도전체 세그먼트들이 절연 디바이스의 굽힘성에 대해 더 좁은 범위를 특정하는 상기 실시형태에 따른 절연 디바이스의 굽힘성에 피팅하는 그러한 굽힘 반경이다.

바로 위에서 언급된 실시형태들은 그 굽힘 성질들에 관련되는 본 발명의 튜브형 전기 절연 디바이스의 실시형태들과 유사한 종류의 이점들을 갖는다. 가요성 및 굽힘 반경이 의미하는 것에 관한 설명은 절연 디바이스와 관련하여 상기 제시되며, 이들은 케이블에도 관련된다. 통상, 도전체 세그먼트들의 굽힘 반경은 튜브형 전기 절연 디바이스의 외경의 각각 약 5 내지 25 배, 및 5 내지 12.5 배의 범위 내에 있을 것이다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들은 전기 도전체 세그먼트들이 고전압 전력 케이블 장치가 구부러질 때 절연 디바이스에 대하여 이동할 수 있도록 절연 디바이스에 관하여 적어도 부분적으로 느슨하게 배열된다.

느슨하게 배열되는 것은, 도전체 세그먼트들이 종래의 압출된 케이블과 마찬가지로 절연 디바이스의 내주 (inner periphery) 에 고정 또는 부착되지 않는다는 의미이다. 그러나, 이것은 도전체 세그먼트들이 절연 디바이스의 내주와 접촉하고 있다는 것을 배제하지는 않는다. 도전체 부분들은 전체 길이를 따라 느슨하게 배열될 수도 있지만 대안으로는 케이블을 따라 소정의 스폿들에서 절연 디바이스의 내주에 부착될 수도 있다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 도전체의 나란히 연장되는 도전체 세그먼트들의 수는 적어도 4 개이다.

도전체 세그먼트들의 수가 클수록, 소정의 총 도전체 단면적에 대해 높은 굽힘성을 달성하는 것에 관한 이익들이 커진다. 따라서 이 견지로부터, 4 개 이상과 같은 다수의 도전체 세그먼트들을 갖는 것이 바람직하다. 다른 고려사항들이 도전체 세그먼트들의 수를 제한하기 위한 이유들이 될 수도 있다. 실제로, 도전체 세그먼트들의 수는 100 개를 초과하지 않을 것이다. 그러나, 대부분의 경우들에서, 절연 디바이스의 굽힘성은 제한 요인이며, 이로써 보통은 낮은 수의 도전체 섹터들이 굽힘성 기준에 관하여 충분하다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 도전체의 도전성 단면적은 적어도 3000mm², 바람직하게는 적어도 5000mm² 이다.

이것은 도전체 세그먼트들의 도전성 단면적들의 합이다. 이해될 것으로 생각되는 바와 같이, 소정의 전압에 대해 전력이 클수록, 그리고 따라서 도전성 단면적이 클수록 본 발명의 이익들이 커진다. 이것은 단면들이 특정한 것보다 높은 경우에 본 발명을 적용하는 것이 바람직한 이유이다. 이점들은 도전성 단면적이 10000mm² 보다 높고 특히 20000mm² 보다 높을 때 가장 적절하다. 본 발명은 그 수치 (figure) 의 최대 2 배 및 심지어는 5 배의 도전성 단면적들에 대해 적용될 수도 있다.

추가 바람직한 실시형태에 따르면, 절연 디바이스의 내부 단면적은 도전체의 도전성 단면적과 초과 단면적 (excess cross sectional area) 의 합이며, 여기서 초과 단면적은 절연 디바이스의 내부 단면적의 적어도 10% 이다.

초과 단면적은 보이드 공간에 의해 완전히 형성될 수도 있지만, 도전체 세그먼트들 중 하나 이상의 도전체 세그먼트들 둘레의 피복과 같은 전기 절연 디바이스 내에 하우징된 비도전성 컴포넌트들을 또한 포함할 수도 있다.

케이블의 어셈블리를 허용하기 위하여, 운반 전이나 또는 사이트에서 중 어느 하나에서, 도전체 세그먼트들이 삽입될 수 있도록 절연 디바이스 내에는 소정의 초과 공간이 존재해야 한다. 초과 공간이 클수록 삽입은 쉬워질 것이다. 한편, 소정의 도전성 단면적에 대해 절연 디바이스의 직경을 최소화하도록 충분한 채움-비율을 획득하는 것에 관심을 갖는다. 대부분의 경우들에서의 초과 단면적에 대한 특정된 최소값은 도전체 세그먼트들의 삽입을 쉽게 만들 것이다. 다양한 이유들로, 채움-비율은 보통은 초과 단면적의 특정된 최소값에 대응하는 90% 보다 더 낮을 것이다. 초과 단면적에 대해 대응하는 더 높은 수치로 30% 또는 심지어는 20% 의 채움-비율이 적용될 수도 있다. 바람직하게는, 다양한 양태들을 고려할 때, 초과 단면적은 20 내지 50% 의 범위 내에 있다. 채움-비율은 도전체의 단면적과 절연 디바이스의 내부 단면적 사이의 비율이다. 따라서, 예를 들어, 30% 의 채움-비율은 70% 의 초과 단면적을 의미한다. 내부층이 코러게이티드 튜브의 경우와 마찬가지로 길이 방향으로 가변하는 직경을 갖는 경우에, 절연 디바이스의 내부 단면적은 최소로 보이는 직경과 관련된다.

고전압 전력 케이블 장치의 상기 언급된 바람직한 실시형태들은 고전압 케이블 장치에 관련된 독립항에 종속하는 청구항들에서 특정된다.

본 발명의 상기 언급된 목적은 본 발명의 제 3 양태에 따라 절연된 고전압 전력 케이블을 제공하기 위한 방법을 제공함으로써 이루어지며, 그 방법은 :

복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 제공하는 단계;

가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스를 제공하는 단계;

미어셈블링된 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 설치 사이트에 운반하는 단계; 및

복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 전기 도전체를 형성하기 위해 그리고 전기 도전체 및 튜브형 전기 절연 디바이스의 절연된 고전압 전력 케이블을 형성하기 위해 사이트 상에서 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계로서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계는 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 미리 제작된 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입하는 단계를 포함하는, 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계

를 포함한다.

설치 사이트는 케이블이 설치될 실제 위치는 물론 특정된 운반 후의 케이블이 설치를 위해 준비되는 중간 어셈블리 사이트일 수도 있다.

본 발명의 발명자들은, 미어셈블링되어 있을 때 개개의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 케이블 절연 시스템이 내부 전기 도전체 및 케이블 절연 시스템을 포함하는 어셈블링된 절연된 고전압 전력 케이블 세그먼트와 비교하여 운반을 위해 더 가요성이 있다는 것을 확인하였다. 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스는 별도로 운반될 수 있으며, 따라서 운반을 위한 (예를 들어, 트럭 상의) 잠재적인 중량 제한이 회피될 수 있다. 더욱이, 대응하는 치수들의 어셈블링된 고전압 전력 케이블 세그먼트와 비교하여 더 긴 길이들의 개개의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 튜브형 전기 절연 디바이스가 운반될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의하여, 절연된 고전압 전력 케이블 또는 케이블 세그먼트의 운반, 특히 큰 단면적의 내부 전기 도전체 및 긴 연속적인 케이블 세그먼트 길이 양자를 제공하는 고전압 전력 케이블 또는 케이블 세그먼트의 운반이 용해진다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하여, 전력 케이블, 특히 육상 설치용 전력 케이블, 예를 들어 지하 케이블, 또는 해저 설치용 전력 케이블에 의해 송신된 전력의 증가, 또는 그의 통전 능력은 운반 동안 고전압 전력 케이블의 가요성을 거의 손상시키지 않고 내부 전기 도전체의 단면적의 증가에 의해 이루어진다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해 이루어진 내부 전기 도전체의 단면적의 증가는 운반을 위한 케이블 세그먼트 길이의 단지 작은 감소만을 및 따라서 적은 수의 추가적인 조인트들을 필요로 한다. 반대로, 더 긴 길이들을 갖는 전력 케이블 세그먼트들은 본 발명의 방법에 의하여 효율적인 방식으로 운반될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 의하여, 조인트들의 수는 최소로 유지될 수 있고, 그 설치는 보다 효율적으로 이루어지며, 설치 비용은 감소되며, 동작에서의 전력 송신 또는 분배 시스템의 신뢰도는 증가될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 따르면, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계는 전기 도전체를 형성하기 위해 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 단계를 포함한다. 이 실시형태에 의하여, 큰 단면적을 갖는 내부 전기 도전체는 효율적인 방식으로 제공된다.

본 발명에 따른 방법의 추가 바람직한 실시형태에 따르면, 방법은 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입되기 전에 전기 도전체를 어셈블링하기 위해 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 것을 특징으로 한다. 이 실시형태에 의하여, 사이트 상의 절연된 고전압 전력 케이블의 효율적인 어셈블리가 제공된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 방법은 전기 도전체를 튜브형 전기 절연 디바이스 내부에 어셈블링하기 위해 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 것을 특징으로 한다. 이 실시형태에 의하여, 사이트 상의 절연된 고전압 전력 케이블의 효율적인 어셈블리가 제공된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 운반하는 단계는 미어셈블링된 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 적어도 하나의 드럼 또는 롤 상에 개별적으로 와인딩하는 단계를 포함한다. 이 실시형태에 의하여, 효율적인 운반이 제공된다. 그러나, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스는 또한 다른 방식들로, 예를 들어 드럼 또는 롤 없이 코일링되는 것에 의해 미어셈블링되어 운반될 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 추가 바람직한 실시형태들에 따르면, 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스는 본 발명에 따른, 특히 그 바람직한 실시형태들 중 임의의 것에 따른 튜브형 전기 절연 디바이스이다.

본 발명의 방법의 상기 특정된 바람직한 실시형태들은 가요성의 절연된 고전압 전력 케이블을 제공하기 위한 방법에 관련된 독립항에 종속하는 청구항들에서 특정된다.

본 발명에 따른 및 본 발명이 가진 추가 이점들에 따른 방법, 고전압 전력 케이블 장치 및 튜브형 전기 절연 디바이스 각각의 추가 바람직한 실시형태들은 종속항들 및 실시형태들의 상세한 설명으로부터 드러난다.

본 발명은 이제 예시적인 목적들을 위해, 실시형태들에 의하여 및 동봉된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블 장치의 실시형태의 개략적인 투시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블 장치의 실시형태의 튜브형 전기 절연 디바이스의 실시형태의 일 섹션의 개략적인 투시도이다.
도 3a 는 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블 장치의 실시형태의 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 실시형태의 개략적인 단면도이다.
도 3b 는 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블 장치의 실시형태의 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 다른 실시형태의 개략적인 단면도이다.
도 4a 는 어셈블리 전의 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 실시형태를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 4b 는 어셈블리 전의 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 다른 실시형태를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 방법의 실시형태의 양태들을 예시하는 플로우 차트이다.
도 6 은 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 튜브형 전기 절연 디바이스가 운반되는 동안 저장될 수도 있는 방법을 예시하는 개략적인 도면이다.
도 7 은 본 발명의 예에 따른 전기 절연 디바이스의 상세를 통한 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 추가 예에 따른 케이블의 개략적인 투시도이다.

도 1 은 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블 장치의 실시형태의 양태들을 개략적으로 도시한다. 예시적인 목적들을 위해 내부가 보이도록 한 도면인 도 1 에서, 고전압 전력 케이블 장치는 어셈블링되고 따라서 어셈블링된 상태가 된다. 고전압 전력 케이블 장치는 고전압 전력 케이블 (106) 의 내부 전기 도전체 (104) 를 형성하기 위해 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치되도록 배열된 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102) 을 포함한다. 고전압 전력 케이블 (106) 은 고전압 직류 (HVDC) 케이블 또는 고전압 교류 (HVAC) 케이블일 수도 있다. 고전압 전력 케이블 장치는 전기 도전체 세그먼트들 (102) 로 형성된 내부 전기 도전체 (104) 를 하우징 및 둘러싸도록 배열된 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스 (108) 를 포함한다.

도 2 는 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스 (208) 의 다른 실시형태의 일 섹션을 도시하며, 이는 본질적으로는 도 1 의 전기 절연 디바이스 (108) 에 대응할 수도 있다. 도 2 의 전기 절연 디바이스 (208) 는 도 2 에 도시된 것보다 더 긴 길이를 갖는다는 것이 이해될 것이다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102) 은 튜브형 전기 절연 디바이스 (108; 208) 에 삽입가능하다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102) 및 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 설치 사이트에 미어셈블링되어 운반되도록 배열된다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102) 및 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102) 의 내부 전기 도전체 (104) 를 형성하기 위해 그리고 내부 전기 도전체 (104) 및 전기 절연 디바이스 (108; 208) 의 절연된 고전압 전력 케이블 (106) 을 형성하기 위해 사이트 상에서 어셈블링되도록 배열된다. 설치 사이트는 고전압 전력 케이블 (106) 이 예를 들어 육상에, 이를 테면 지하에 설치될 위치이다. 바람직하게는, 개개의 전기 도전체 세그먼트들 (102) 및 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 운반을 위해 가요성이 있다.

각각의 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102) 을 하우징 및 둘러싸도록 배열된 원주방향의 전기 도전성 내부층 (110; 210), 전기 도전성 내부층 (110; 210) 외부에 위치하고 그것을 둘러싸는 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212), 및 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 의 외부에 위치하고 그것을 둘러싸는 원주방향의 전기 도전성 외부층 (114; 214) 을 포함할 수도 있다. 내부층 (110; 210) 은 코러게이티드될 수도 있다. 외부층 (114; 214) 은 코러게이티드될 수도 있다. 전기 도전성 내부층 및 외부층 (110, 114; 210, 214) 각각은 외측에 및/또는 내측에 반도체 재료로 커버될 수도 있다. 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 는 적어도 하나의 고체 또는 유체 절연체, 예를 들어 전기 절연 액체 또는 전기 절연 가스 또는 가스 혼합물, 예를 들어, SF₆, 또는 임의의 다른 적합한 절연 가스 또는 가스 혼합물을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 는 예를 들어, 전기 절연 재료, 예를 들어 유전 재료로 이루어진 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연 층, 예를 들어 하나 또는 복수의 고체 층들을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 는 상기 언급된 대안들의 혼합물들, 예를 들어 고체 절연된 인클로저 내의 가압된 절연 가스를 포함할 수도 있다. 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들, 예를 들어 적어도 하나의 원주방향의 반도체 층을 둘러싸도록 배열된 하나 이상의 추가적인 원주방향의 층들을 포함할 수도 있다. 전기 도전성 내부층 및 외부층 각각은 금속 또는 금속 컴포지션, 또는 임의의 다른 전기 도전성 재료, 예를 들어 전기 도전성 폴리머 또는 폴리머 컴포지션, 예를 들어 전기 도전성 열가소성 수지 (thermoplastic) 로 이루어질 수도 있다. 일반적으로, 전기 도전성 내부층 및 외부층 (110, 114; 210, 214) 은 습기 및 기계적 마모로부터 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 를 보호하는 보호 배리어를 형성하도록 배열된다. 일반적으로, 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 외부로부터 내부에 하우징된 내부 전기 도전체 (104) 를 전기 절연시키도록 배열된다.

도 3a 및 도 3b 및 도 4a 및 도 4b 를 참조하여, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 복수의 실시형태들의 단면이 개략적으로 예시된다. 도 3a 및 도 3b 를 참조하여, 각각의 전기 도전체 세그먼트 (302; 402) 는 단일 전기 도전성 스트랜드 (304) 또는 단일 전기 도전성 프로파일 와이어 (404), 또는 복수의 전기 도전성 스트랜드들 (304) 또는 복수의 전기 도전성 프로파일 와이어들 (404) 을 포함할 수도 있다. 도 3a 및 도 3b 는 전기 도전성 세그먼트들 (302; 402) 을, 그들이 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치되었고 전기 도전체 (306; 406) 에 어셈블링되었을 때를 개략적으로 예시한다. 스트랜드들 (304) 또는 와이어들 (404) 은 구리 또는 알루미늄, 또는 임의의 다른 적합한 전기 도전성 재료 또는 재료 컴포지션으로 이루어질 수도 있다.

도 4a 및 도 4b 는 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 추가 실시형태들을 개략적으로 예시한다.

도 4a 의 실시형태에서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (502) 은 고전압 전력 케이블의 내부 전기 도전체를 형성하기 위해 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치되도록 배열된 2 개의 세그먼트들 (502) 을 포함한다.

도 4b 의 실시형태에서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (602) 은 고전압 전력 케이블의 내부 전기 도전체를 형성하기 위해 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치되도록 배열된 4 개의 세그먼트들 (602) 을 포함한다. 그러나, 다른 형상들 및 수들의 도전체 세그먼트들이 가능하다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들은 예를 들어 길이방향으로 연장하는 테이프에 의해 함께 보유될 수도 있다. 그러나, 전기 절연 디바이스 (108; 208) 내부에 배치될 때, 전기 도전체 세그먼트들은 이러한 테이프 없이 함께 보유될 수도 있다. 내부 전기 도전체를 형성할 때, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들은 그 전기 도전체 세그먼트들을 방사상 방향으로 함께 기계적으로 압축하지 않고 축 방향으로 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 함께 배열될 수도 있다. 대안으로, 전기 도전체 세그먼트들은 내부 전기 도전체가 형성될 때 방사상 방향으로 기계적으로 압축될 수도 있다.

도 5 및 도 6 을 참조하여, 본 발명에 따른 절연된 고전압 전력 케이블을 제공하기 위한 방법의 실시형태의 양태들이 개략적으로 예시된다. 본 발명의 실시형태는 단계 701 에서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 제공하는 단계, 및 단계 702 에서, 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스를 제공하는 단계를 포함한다. 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602) 및 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 상기 개시된 실시형태들에 대응할 수도 있다. 단계 703 에서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들은 적어도 하나의 드럼 또는 롤 상에 미어셈블링된 상태로 개별적으로 와인딩될 수도 있다. 단계 704 에서, 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 적어도 하나의 드럼 또는 롤 (803) 상에 미어셈블링되어 개별적으로 와인딩될 수도 있다 (도 6 참조).

도 6 은 복수의 층들에서의 드럼 또는 롤 (802) 상에 그 드럼 또는 롤 (802) 의 방사상 방향으로 그리고 또한 길이 방향으로 와인딩된 절연 디바이스 (108; 208) 를 개략적으로 예시한다. 각각의 전기 도전체 세그먼트 (102; 302; 402; 502; 602) 는 대응하는 방식으로 와인딩될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 단계 705 에서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스는 설치 사이트에 미어셈블링되어 운반된다. 따라서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스는 상기 언급한 바와 같이 드럼들 또는 롤들 (802) 상에 와인딩된 채 미어셈블링되어 운반될 수도 있다. 그러나, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스는 드럼들 또는 롤들 (802) 상에 와인딩되지 않고 미어셈블링되어 운반될 수도 있다. 그 방법의 실시형태는 단계 706 에서, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 전기 도전체를 형성하기 위해 그리고 전기 도전체 및 튜브형 전기 절연 디바이스의 절연된 고전압 전력 케이블을 형성하기 위해 사이트 상에서 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계를 포함한다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계는 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입하는 단계를 포함한다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계는 전기 도전체를 형성하기 위해 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 단계를 포함할 수도 있다. 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들은 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입되기 전에 전기 도전체를 어셈블링하기 위해 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치될 수도 있다. 대안으로, 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들은 전기 도전체를 튜브형 전기 절연 디바이스 내부에 어셈블링하기 위해 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치될 수도 있다.

도 2 에 묘사한 바와 같이 전기 절연 디바이스의 내부 금속층을 코러게이티드 프로파일로서 제공하기 위한 대안으로서, 내부층은 스트립으로 와인딩된 금속성 호스일 수도 있다. 도 7 은 이러한 호스 (810) 의 일 예를 예시한다.

본 발명의 절연된 고전압 전력 케이블의 추가 예가 도 8 에 예시된다. 이 예에서, 케이블에 의해 송신된 전력은 3GW 이다. 외부 금속성 층 (914) 은 보강 (armouring), 스크린 및 습기 배리어이지만, 명료함을 이유로 단순화되어 묘사된다. 실제로는 코러게이티드되거나 스트립으로 와인딩되는 절연 디바이스의 내부층 (910) 도 마찬가지이다. 그들 사이에는 절연 층 (912) 이 있으며, 그 절연 층 (912) 은 내부층 (910) 을 이용한 트리플 압출에 의해, 그 압출을 위한 베이스먼트로서 제공된다.

절연 디바이스 (908) 내에 하우징된 도전체 디바이스 (904) 는 이 예에서는, 각각이 52mm 의 직경을 가진 알루미늄 스트랜드인 10 개의 도전체 섹션들 (902) 로 이루어진다. 내부층의 내경은 231mm 이며, 절연 디바이스의 외경은 307mm 이다. 채움-팩터는 약 50% 이다. 도전체 디바이스 (904) 의 도전성 면적은 약 21000mm² 이며, 0.45A/mm² 의 전류 밀도의 경우, 전류는 9.4kA 가 될 것이다. 이로써 320kV 의 전압에서 송신하면 그 결과 3GW 가 된다.

케이블이 공장에서 어셈블링될 때, 그 케이블은 309m 의 세그먼트들로 운반될 것이다. 그것은 1:10.4 의 굽힘 비율로 드럼 상에 와인딩된다. 알루미늄 스트랜드들의 중량은 58kg/m 이며, 절연 디바이스의 중량은 47kg/m 이다. 따라서 완전한 세그먼트는 약 32t 의 중량을 갖는다.

케이블이 사이트 상에서 어셈블링될 때, 도전체 세그먼트들 및 절연 디바이스는 별개의 드럼 상에서 운반되며 굽힘 비율은 1:9.4 이다.

이 경우에, 세그먼트들은 더 강한 굽힘 비율로 인해 더 길 수 있고, 이 경우의 세그먼트 길이는 681mm 이다. 이로써, 조인트들의 수는 절반 미만으로 감소된다.

도 8 에서, 도전체 세그먼트들 모두는 동일한 직경을 갖지만, 케이블은 대안으로는 상이한 직경의 도전체 세그먼트들을 포함할 수도 있다.

일반적으로, AC 용 고전압은 약 1 내지 1.5kV 및 그보다 높을 수도 있다. 그러나, HVDC 애플리케이션들 및 시스템들의 경우, 고전압은 약 72kV 이상, 예를 들어, 320kV, 500kV, 800kV, 또는 1000kV, 및 그보다 높을 수도 있다. HVDC 전력 송신은 전송 및 수신 라인 단부들 간의 전압 강하 및 전기 안정성 한계들 때문에 100km 를 넘는 거리에 걸쳐 HVAC 전력 송신을 능가하는 이점을 갖는다.

상기 개시된 장치의 상이한 실시형태들의 특징들은 추가 이로운 실시형태들을 제공하는 다양한 가능한 방식들로 조합될 수도 있다. 본 발명은 예시된 실시형태들에 제한되는 것으로 간주되어서는 안되고 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어남 없이 당업자에 의해 다수의 방식들로 변형 및 변경될 수 있다.

Claims

튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 로서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 는, 복수의 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402) 이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108; 208; 908) 에 삽입되면 고전압 전력 송신 케이블 장치를 형성하기 위한 것이며,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 는 가요성, 굽힘성의 관점에서 가요성이 있고, 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208, 908) 에 삽입되면 전기 도전체들 (104; 306; 406) 에 대한 전기 접촉을 확립하기 위해 원주방향의 전기 도전성 내부층 (110, 210, 810) 을 포함하며, 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 는 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208, 908) 에 삽입되면 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 외부로부터 상기 전기 도전체들 (104; 306; 406) 을 전기 절연시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 1 항에 있어서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 운반을 위해 드럼 상에 코일링될 수 있을 정도로 가요성이 있는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 2 항에 있어서,
상기 원주방향의 전기 도전성 내부층 (110, 210) 은 그 링-형상 단면이 운반을 위해 상기 드럼 상에 코일링될 때 유지되도록 형태적으로 안정적인 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 2 항에 있어서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 그 굽힘 반경이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 외경의 4 내지 20 배의 범위 내에 있을 정도로 가요성이 있는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 4 항에 있어서,
상기 굽힘 반경은 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 상기 외경의 4 내지 10 배의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 1 항에 있어서,
상기 원주방향의 전기 도전성 내부층 (110, 210) 은 코러게이티드 튜브 또는 스트립으로 와인딩된 호스인 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 1 항에 있어서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 는 압출에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 1 항에 있어서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108; 208) 는 상기 전기 도전성 내부층 (110, 210) 의 외부에 위치하고 상기 전기 도전성 내부층 (110, 210) 을 둘러싸는 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212), 및 상기 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 의 외부에 위치하고 상기 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 를 둘러싸는 원주방향의 전기 도전성 외부층 (114; 214) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 8 항에 있어서,
상기 전기 도전성 내부층 및 외부층 (110, 114; 210, 214) 각각은 금속 또는 금속 컴포지션으로 이루어지거나, 또는 전기 도전성 폴리머 또는 폴리머 컴포지션으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 8 항에 있어서,
상기 전기 도전성 내부층 및 외부층 (110, 114; 210, 214) 은 습기 및 기계적 마모로부터 상기 적어도 하나의 원주방향의 전기 절연체 (112; 212) 를 보호하는 보호 배리어를 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 8 항에 있어서,
상기 전기 도전성 내부층 및 외부층 (110, 114; 210, 214) 중 적어도 하나는 내측에, 외측에 또는 내측 및 외측에 반도체 재료로 커버되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
제 1 항에 있어서,
상기 내부층은 적어도 80mm 의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
고전압 전력 송신 케이블 장치로서,
고전압 전력 케이블의 내부 전기 도전체 (104; 306; 406) 를 형성하기 위해 서로 나란히 배치된 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602), 및
상기 내부 전기 도전체를 하우징 및 둘러싸도록 배열된 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스 (108; 208) 를 포함하며,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 것인 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 내부 전기 도전체 (104, 306, 406, 904) 의 적어도 하나의 전기 도전체 세그먼트 (102, 302, 402, 502, 602, 902) 는 상기 내부 전기 도전체 (104, 306, 406, 904) 의 적어도 다른 나란히 연장되는 전기 도전체 세그먼트 (102, 302, 402, 502, 602, 902) 와 전기 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 13 항에 있어서,
개개의 상기 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602) 은 그들이 드럼 상에 코일링될 수 있을 정도로 가요성이 있는 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 15 항에 있어서,
개개의 상기 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602) 은 그들의 굽힘 반경이 상기 전기 도전체 세그먼트들이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스의 굽힘성에 피팅하는 그러한 굽힘 반경이 될 정도로 가요성이 있는 것을 특징으로 하며, 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 상기 굽힘성은, 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 굽힘 반경이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 외경의 4 내지 20 배의 범위 내에 있을 정도인, 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 16 항에 있어서,
개개의 상기 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602) 의 상기 굽힘 반경은 상기 전기 도전체 세그먼트들이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스의 굽힘성에 피팅하는 그러한 굽힘 반경인 것을 특징으로 하며, 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 상기 굽힘성은, 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 굽힘 반경이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208) 의 외경의 4 내지 10 배의 범위 내에 있을 정도인, 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602) 은 상기 고전압 전력 송신 케이블 장치가 구부러질 때 상기 전기 도전체 세그먼트들 (102; 302; 402; 502; 602) 이 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208, 908) 에 대하여 이동할 수 있도록 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208, 908) 에 관하여 적어도 부분적으로 느슨하게 배열되는 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 내부 전기 도전체 (104, 306, 406, 904) 의 나란히 연장되는 전기 도전체 세그먼트들 (102, 302, 402, 502, 602, 902) 의 수는 적어도 4 개인 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 내부 전기 도전체 (104, 306, 406, 904) 의 도전성 단면적은 적어도 3000mm² 인 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208, 908) 의 내부 단면적은 상기 내부 전기 도전체 (104, 306, 406, 904) 의 도전성 단면적과 초과 단면적 (excess cross sectional area) 의 합이며, 상기 초과 단면적은 상기 튜브형 전기 절연 디바이스의 상기 내부 단면적의 적어도 10% 인 것을 특징으로 하는 고전압 전력 송신 케이블 장치.
가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 제공하기 위한 방법으로서,
복수의 가요성의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 제공하는 단계 (701);
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 가요성의 가늘고 긴 튜브형 전기 절연 디바이스를 제공하는 단계 (702);
설치 사이트에, 미어셈블링된 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 운반하는 단계 (705); 및
상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들의 전기 도전체를 형성하기 위해 그리고 상기 전기 도전체 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스의 상기 가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 형성하기 위해 사이트 상에서 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계 (706) 로서, 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계는 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 상기 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입하는 단계를 포함하는, 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계 (706)
를 포함하는, 가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 제공하기 위한 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 어셈블링하는 단계 (706) 는 상기 전기 도전체를 형성하기 위해 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 제공하기 위한 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 튜브형 전기 절연 디바이스에 삽입되기 전에 상기 전기 도전체를 어셈블링하기 위해 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 것을 특징으로 하는 가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 제공하기 위한 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 전기 도전체를 상기 튜브형 전기 절연 디바이스 내부에 어셈블링하기 위해 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들을 서로 나란히 그리고 서로 전기 접촉하여 배치하는 것을 특징으로 하는 가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 제공하기 위한 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 운반하는 단계 (705) 는 미어셈블링된 상기 복수의 가늘고 긴 전기 도전체 세그먼트들 및 상기 튜브형 전기 절연 디바이스를 적어도 하나의 드럼 또는 롤 (802) 상에 개별적으로 와인딩하는 단계 (703; 704) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성의 절연된 고전압 전력 송신 케이블을 제공하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 내부층은 적어도 120mm 의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 튜브형 전기 절연 디바이스 (108, 208).
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