KR101638600B1 - 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자의 제조와 접속방법 - Google Patents

알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자의 제조와 접속방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블과 접속단자의 제조와 접속방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블은 알루미늄 합금 도체, 절연피복재 및 압착단자를 포함하되, 상기 알루미늄 합금 도체는 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 동(Cu), 붕소(B), 갈륨(Ga), 및 기타원소를 조성물로 하여 제조되고, 알루미늄 합금 도체를 형성하는 조성물 전체 함량에서 철(Fe) 0.3~1.1 중량%, 규소(Si) 0.02~0.17 중량%, 아연(Zn) 0.05~0.15 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.06 중량%, 동(Cu) 0.01~0.35 중량%, 붕소(B) 0.01~0.05 중량%, 갈륨(Ga) 0.01~0.04 중량%, 기타원소 0.03~0.15 중량% 및 나머지 중량은 알루미늄(Al)을 포함한다.
상기한 구성에 의해 본 발명은 알루미늄 합금에 첨가되어 전기전도도, 기계적 강도, 인장강도, 신율, 크리프 변형, 도전율을 향상시켜 전기 인가시 저항으로 인한 발열이 감소하고 전선의 허용 전류를 높일 수 있도록 조성 원소와 함량을 최적화할 수 있고, 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블을 고온(105℃ 이하)에서 사용할 수 있는 조성물들로 배합하여 절연피복재를 형성함으로써 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블의 허용 전류를 높일 수 있다.

Description

알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자의 제조와 접속방법{ALUMINIUM ALLOY FLEXIBLE ELECTRIC WIRE AND CABLE MANUFACTURING AND CONNECTING METHOD FOR TERMINAL LUG}
본 발명은 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자의 제조와 접속방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인장강도 10kgf/mm2 이상, 신율 15% 이상, 크리프 저항(Cu와 동일), 도전율 60% 이상을 동시에 만족하며 전선의 기능에 적합하도록 개량하여 전기 인가시 저항으로 인한 발열이 감소하고 전선의 허용 전류를 증가시켜 100℃ 이상 발열시에도 물리적인 특성, 즉 연신율, 인장강도, 크리프 저항 등이 구리(Cu)와 대등하도록 조성 원소와 함량을 최적화한 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자의 제조와 접속방법에 관한 것이다.
전력송신이나 신호전송에 사용되는 전선은 전기 전도도의 우수성 때문에 구리가 보편적으로 사용된다. 그러나 최근 구리 원료 가격의 상승으로 인하여 이를 대체하기 위한 재료들의 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 그 중 알루미늄은 구리에 비해 원가가 저렴하고 가벼우며 전기 전도도 또한 구리 다음으로 우수하여 구리 전선의 대체품으로 많이 연구되고 있다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 알루미늄 합금 전선은 구리 도체 전선 및 케이블에 비해 경량(輕量)이면서 가격이 저렴하다는 점, 주조성이 용이하며 다른 금속과 합금이 잘되는 점, 상온 및 고온 가공이 용이하며 대기 중에서 내식력과 내구성이 강한 점 등의 이유로 송전선, 자동차, 항공기, 원동기, 각종 전력기기 등 여러 분야에 걸쳐 사용되고 있다. 아울러 기술적으로도 진보되어 알루미늄 합금 전선의 사용은 점차 증가 추세에 있다.
예를 들어, 알루미늄 합금은 용융점이 비교적 낮아 재용해가 비교적 용이하고 무게가 가벼우며 열용량이 커서 주조성이 양호함에 따라 사형, 금형, 다이캐스팅 등의 주조법을 통해 전기기기, 자동차 엔진, 기타 각종 부품 등의 대량 생산품은 물론 수공업적 미술품에 이르기까지 광범위한 분야에 걸쳐 사용되고 있다.
특히, 전선을 수용하기 위해 사용하는 금속제 전선관은 직류 고장 전류를 차단할 시 발생하는 개방 서지 전압으로부터의 영향을 최소화하기 위해 비자성체이자 내식성, 가공성, 전기전도성, 열전도성이 우수하다고 알려진 알루미늄 합금 소재가 통상 사용되었다.
이러한 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 경(硬)알루미늄 합금 도체 또는 경알루미늄 소선을 여럿 꼬아서 만든 연선(撚線) 등이 있으며, 통상적으로 구리 전선 및 케이블과 같이 연속주조(連續鑄造), 열간압연(熱間壓延) 등의 공정을 거쳐 얻은 소선(素線)을 냉간신선(冷間伸線) 하여 제품화하고 있다.
또한, 대부분의 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 유연성이나 기계적 강도, 신율 및 크리프 변형 특성을 개선하고 알루미늄 합금 전선 및 케이블의 인장 강도(기계적 강도)와 전기 전도도를 모두 확보할 목적으로 Fe(철), Cu(구리), Zr(지르코늄), Si(규소) 성분 등을 포함하고 있다.
그러나 철, 구리, 규소 등의 성분을 포함한 알루미늄 합금들이 개발되었으나 여전히 만족할 만한 수준의 기계적 특성과 전기 전도도, 크리프 저항, 유연성을 얻지 못하고 있는 실정이며, 알루미늄의 종류가 광범위하기 때문에 유연성 전선으로 사용할 수 있는 합금의 개발과 발열에 저항하는 절연재료 전선의 연결기술 등을 개발하여 알루미늄 합금 전선의 허용전류를 상승시킬 수 있는 방안의 모색이 절실한 실정이다 또한, 종래의 선행기술들은 소재의 부분적인 특성에 치중하였으나, 전선은 중간연결 또는 말단 부분의 연결을 하여야 하므로 연결 기술이 확립되어야만 소재의 특성을 충분히 발휘할 수 있는 바, 이에 본 발명은 이러한 접속 방법을 포함한다.
국내등록특허 제10-1544888호(2015년 08월 10일 등록) 국내등록특허 제10-1414838호(2014년 06월 26일 등록) 국내공개특허 제10-2015-0080011호(2015년 07월 08일 공개) 국내공개특허 제10-2010-0052627호(2008년 05월 20일 공개)
전선 제조용 알루미늄 선행 특허는 강도, 신율 혹은 도전율을 각각 개량하여 실용성이 저하되는 문제점을 갖고 있는데 반해 본 발명은 알루미늄 합금에 첨가되는 원소와 비율을 개량하여 전기전도도, 기계적 강도, 인장강도, 신율, 특히 크리프 변형과 도전율을 향상시켜 전원 인가시 저항으로 인한 발열이 감소하고 전선의 허용 전류를 높일 수 있도록 조성 원소와 함량을 최적화하여 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자 제조와 접속방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블을 고온(105℃ 이하)에서 사용할 수 있는 조성물들로 배합하여 절연피복재를 형성함으로써 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블의 허용 전류를 높을 수 있는 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속단자 제조와 접속방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 접속단자를 도체 특성에 부합되도록 연화 및 서냉을 하여 접속단자도 신율특성을 가지도록 함으로써 접속단자의 압착시 도체가 항복 강도까지 늘어남으로써 도체의 단선 및 경화로 사용중 도체가 단락과 발열되는 것을 방지할 수 있도록 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속 단자 제조와 접속방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 기존 특허에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 알루미늄 합금 도체, 절연피복재 및 접속단자를 포함하되, 상기 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 동(Cu), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 기타원소를 조성물로 하여 제조되고, 상기 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 기존 제품(상기 알루미늄 합금 전선)을 형성하는 조성물 전체 함량에서 철(Fe) 0.3~1.1 중량%, 규소(Si) 0.02~0.17 중량%, 아연(Zn) 0.05~0.15 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.06 중량%, 동(Cu) 0.01~0.35 중량%, 붕소(B) 0.01~0.05 중량%, 갈륨(Ga) 0.01~ 0.04 중량%, 기타원소는 0.03~0.15 중량%이며 나머지 중량은 알루미늄(Al)으로 조성된다. 상기의 기타원소는 세륨(Ce) 또는 란타늄(La) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 전선 및 케이블의 제조방법은
합금막대(ROD) 준비 단계(S100)-알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 동(Cu), 붕소(B), 갈륨(Ga), 및 기타원소를 조성물을 이용하여 합금하여 합금 막대를 제조하는 단계.
신선 단계(S200) - 준비단계(S100)에서 제조된 제품을 양 방향으로 가압하여 일정한 두께의 선형으로 알루미늄 합금 가닥을 제조하는 단계
꼬음 단계(S300) - 신선단계(S200)에서 제조된 알루미늄 합금 가닥을 규격별로 서로 꼬는 단계
연화 및 서냉 단계(S400); 꼬음단계(S300)에서 제조된 알루미늄 합금 가닥을 일정한 온도로 가열한 후 서냉하는 단계
상기 합금 막대 준비 단계(S100)에서 제조된 합금 막대(Rod)를 형성하는 조성물들은 상기 알루미늄 합금 전선 및 케이블을 형성하는 조성물 전체 함량에서 상기 철(Fe) 0.3~1.1 중량%, 규소(Si) 0.02~0.17 중량%, 아연(Zn) 0.05~0.15 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.06 중량%, 동(Cu) 0.01~0.35 중량%, 붕소(B) 0.01~0.05 중량%, 갈륨(Ga) 0.01~0.04 중량%, 기타원소는 0.03~0.15 중량% 이며 나머지 중량은 알루미늄(Al)으로 조성된다. 상기의 기타원소는 세륨(Ce) 또는 란타늄(La) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기 꼬음 단계(S300)는 기존 구리(Cu)도체에 비해 부족한 도전율을 보상하기 위해 도체 외경 사이즈를 5~15% 정도 증가하여 제조된다.
상기 연화 및 서냉 단계(S400)를 거친 알루미늄 합금 도체는 소선의 인장강도가 10kg/mm2 이상, 연신율은 10~35%가 되고, 도전율이 60% 이상, 크리프 변형은 500시간 동안 20℃의 상온에서 하기의 표 2와 같은 결과를 얻을 수 있다.
아울러 접속단자에 대한 연화와 압축연결에 대한 발명은 알루미늄 소재로 경알루미늄 또는 연알루미늄 (경알루미늄 접속단자를 100~350℃에 1~4시간 연화) 접속단자를 사용하며 2중 압축(압축 후 추가압축) 방법으로 한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속단자 제조와 접속방법은 알루미늄 합금 도체에 전기전도도, 기계적 강도, 인장강도, 신율, 크리프 변형, 도전율을 향상시켜 전기 인가시 저항으로 인한 발열이 감소하고 전선의 허용 전류를 높일 수 있도록 조성 원소와 함량을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속단자 제조와 접속방법은 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블을 고온(105℃ 이하)에서 사용할 수 있는 조성물들로 배합하여 절연피복재를 형성함으로써 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블의 허용 전류를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속단자 제조와 접속방법은 압착단자를 도체 특성에 부합되도록 연화 및 서냉을 하여 압착단자도 신율특성을 가지도록 함으로써 압착단자의 압착시 도체가 항복 강도까지 늘어나는 경우에도 도체의 단선 및 경화로 사용중 도체가 단락되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 실시예는 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 통해 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블을 보여주는 사진이고, 도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블은 알루미늄 합금 도체, 절연피복재 및 접속단자를 포함한다는 것을 알 수 있다.
상기 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 동(Cu), 붕소(B), 갈륨(Ga), 및 기타원소를 조성물로 하여 제조된다.
상기 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 상기 알루미늄 합금 전선을 형성하는 조성물 전체 함량에서 상기 철(Fe)0.3~1.1 중량%, 규소(Si) 0.02~0.17 중량%, 아연(Zn) 0.05~0.15 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.06 중량%, 동(Cu) 0.01~0.35 중량%, 붕소(B) 0.01~0.05 중량%, 갈륨(Ga)은 0.01~0.04 중량%, 기타원소 0.03~0.15 중량% 및 나머지 중량은 알루미늄(Al)을 포함하여 제조된다.
본 발명에서 상기 철(Fe)은 상기 알루미늄 합금 전선에 포함되어 전선의 기계적 성능과 접속 성능을 향상시키며 크리프(CREEP) 변형특성을 개선 시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 기타원소는 전선의 내식성 향상과 기계적 성능을 향상시키고 알루미늄의 순도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 기타원소는 세륨(Ce) 또는 란타늄(La) 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 상기와 같은 함량비로 구성될 때 최적화되고, 알루미늄 합금의 도전율이 약 60~62%로 나타나게 되어 구리로 형성된 전선 대비 알루미늄 합금 전선의 단면적이 증가함으로써 발열의 냉각속도가 촉진되고 전선의 온도가 낮아지게 되어 동일 도체로 허용 전류를 크게 사용할 수 있다.
본 발명은 하기의 [표 3]의 "표 1" 기준 Creep Loss Test Report와 같이 시간 경과시에도 구리(Cu)와 대등한 Creep Loss로 통상 알루미늄(Al) 전선으로 사용하는 하기의 [표 3] AL AA 1350 하드, 소프트가 Creep Loss가 커서 제품의 장시간 사용시 형태가 변화하여 접속부분이 느슨해져서 연결부위의 저항이 증가하여 발생되는 발열을 방지할 수 있는 알루미늄 합금 성능의 가장 중요한 요소이다.
이하, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블의 제조방법은 합금 막대(Rod) 준비 단계(S100), 신선 단계(S200), 꼬음 단계(S300) 및 연화 및 서냉 단계(S400)로 진행된다.
1. 합금 막대(Rod) 준비 단계(S100)
상기 합금 막대 준비 단계(S100)는 상기 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 동(Cu), 붕소(B), 갈륨(Ga), 및 기타원소를 조성물을 이용하여 합금함으로써 합금 막대(Rod)를 제조하는 단계이다.
본 발명에서 상기 합금 막대(Rod)를 형성하는 조성물들은 상기 알루미늄 합금 전선을 형성하는 조성물 전체 함량에서 상기 철(Fe) 0.3~1.1 중량%, 규소(Si) 0.02~0.17 중량%, 아연(Zn) 0.05~0.15 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.06 중량%, 동(Cu) 0.01~0.35 중량%, 붕소(B) 0.01~0.05 중량%, 갈륨(Ga) 0.01~ 0.04 중량%, 기타원소는 0.03~0.15 중량% 및 나머지 중량은 알루미늄(Al)으로 조성된다. 상기의 기타원소는 세륨(Ce) 또는 란타늄(La) 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
2. 신선 단계(S200)
상기 신선 단계(S200)는 상기 조성물로 형성된 합금 막대를 양 방향으로 가압하여 일정한 두께의 선형으로 제조하는 단계로 합금 막대를 다이스를 이용하여 당김으로써 신선 가공이 진행된다.
3. 꼬음 단계(S300)
상기 꼬음 단계(S300)는 신선 단계(S200)를 거쳐 신선된 알루미늄 합금 가닥을 규격별로 꼬는 단계이며 기존 구리(Cu)도체에 비해 부족한 도전율을 보상하기 위해 도체 외경 사이즈를 5~15% 정도 증가하여 제조된다.
4. 연화 및 서냉 단계(S400)
상기 연화 및 서냉 단계(S400)는 상기와 같이 꼬아진 알루미늄 합금 가닥의 인장 강도와 연신율 및 크리프 변형을 개선하기 위하여 일정한 온도로 가열한 후 서서히 식히는 열처리 단계이다.
본 발명에서는 상기 연화 및 서냉 단계(S400)를 거침으로써 상기 꼬아진 알루미늄 합금 가닥에 남아 있는 열이력 및 가공에 의한 영향을 제거할 수 있고 인장 강도와 연신율 및 크리프 변형을 개선할 수 있다.
상기 연화 및 서냉 단계(S400)는 상기 꼬아진 알루미늄 합금 가닥을 150℃~600℃의 온도에서 1시간~12시간 가열한 후 냉각시 하기의 [표 4]와 같이 적합한 신율과 강도를 갖도록 할 수 있다.
본 발명에서는 상기 연화 및 서냉 단계(S400)를 거침으로써, 알루미늄 합금 전선은 소선의 인장강도가 10kg/mm2 이상, 연신율이 10~35%가 되고, 하기의 [표 3]과 같이 크리프 변형도 향상되어 구리와 비교시에도 대등한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 단계를 거쳐 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블을 제조함으로써 기존의 구리 전선을 대체할 만한 성능을 가지며 가격은 저렴하고 무게가 가벼우며 유연성이나 인장강도, 연신율, 크리프 변형 등의 기계적인 성능은 구리 전선과 대등하고, 보다 용이하게 작업이 가능하여 작업 시간 및 작업 비용을 단축할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블의 제조방법은 상기의 연화 및 서냉단계(S400)를 수행한 후, 절연 피복 단계와 절단 후 접속단자 압축 단계를 더 수행함으로써 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금 유연성 전선, 케이블 및 접속단자 제조와 접속방법에 대한 물성을 테스트하여 하기의 표에 나타내었다.
<알루미늄 합금 시험>
하기에 기재된 조성의 물질들을 350℃에서 6시간 동안 연화 후 강도, 신율, 도전율을 측정하였다.
알루미늄 합금 시험(%)
시료
No		 SI Fe Cu Mg Zn Ti B Ga Ce La AL 강도
(kgf/㎟) 		신율
(%)		 도전율
(%IIACS)
1 0.54 0.30 0.17 0.06 0.011 잔량 25.6 5 51.5
2 0.044 0.077 잔량 7.29 35.2 61.5
3 0.54 0.13 0.78 0.02 0.004 잔량 23.8 6 51
4 0.64 0.13 0.02 0.004 잔량 13.6 8 53
5 0.53 0.13 0.2 0.67 0.02 0.004 잔량 15.5 8 51.3
6 0.11 0.5 0.20 0.04 0.04 0.02 0.001 0.025 잔량 10.24 29.2 61.93
7 0.036 0.611 0.013 0.025 0.001 0.015 잔량 10.36 28 60.8
상기 꼬음 단계(S200)를 거침으로써 연선 도체의 외경 사이즈는 구리(Cu) 대비 5%~15%가 증가될 수 있다.
상기 연화 및 서냉 단계(S400)를 거친 알루미늄 합금 전선 및 케이블은 소선의 인장강도가 10kg/mm2 이상, 연신율이 10%~35%가 되며, 도전율이 60% 이상, 크리프 변형은 500시간 동안 20℃의 상온에서 [표 3]과 같은 결과를 얻었다.
합금 알루미늄은 순수연동과 흡사한 응력완화 하중을 가졌음을 알 수 있고 순수 알루미늄(1000계열)을 연화한 결과보다 내력이 높음을 알 수 있다.
상기 [표 1]의 시료 연화 처리와 비교
항 재 료 외경
(mm)		 비틀림
(회)		 하중
(kgf)		 강도
(kgf/㎟)		 신장길이
(mm)		 신율
(%)		 도전율
(%IACS)
1 순수경알미늄(AA1350) 3.995 42 219.00 17.46 6 2.4 61.14
2 순수연알미늄(AA1350) 3.966 153 91.35 7.29 88 35.2 62.6
3 순수경동 2.346 142 188 43.4 8 3.2 99.15
4 순수연동 2.309 206 111.75 26.7 78 31.2 100.99
5 "도표1" 6항경합금알미늄 2.309 40 104.70 25.04 7 2.8 58.64
6 "도표1"6항 연화 후 2.302 189 42.65 10.24 73 29.2 61.93
* 1항, 3항, 5항 연화 처리 없음
* 2항, 6항은 350℃에서 6시간 연화 시료
* 3항은 구리(Cu)로 650℃, 4시간 연화 시료
[표 2] 기준 Creep Loss Test Report
하 중 변 화 (kP)
시 료 AA1350
Hard		 AA1350
Annealed		 AL 합금
Annealed		 AL 합금
Annealed		 Cu
Annealed
"표1" 1항 "표1" 2항 "표1" 6항 "표1" 7항 "표1" 4항
경

과

시

간

(HRS)		 0.001 27.5 28.5 28.5 28.5 29.2
0.01 25.5 26.9 28.2 28.3 28.8
0.1 23.6 25.8 27.1 27.0 27.7
1 20.1 23.3 25.8 25.5 26.4
10 16.3 20.7 24.9 24.7 25.5
100 12.2 18.2 23.3 23.0 24.0
500 10.4 16.6 22.7 22.5 23.4
* ASTM E328-86 금속재료 응력이완시험
*초기 적용하중 : 30kP
[표 2]의 5항 소재의 시간별 연화시 강도, 신율 변화
시간
(hr)		 인장하중
(kgf)		 인장강도
(kgf/mm2)		 신장길이
(mm)		 신장율
(%)		 도전율
(%IACS)
2 88.68 21.17 42.3 16.9 61.15
3 75.67 18.0 55.3 22.1 61.35
4 68.65 16.39 68.5 28.4 61.91
5 56.85 13.5 71.5 28.6 61.92
6 42.65 10.18 73 29.2 61.93
7 41.54 9.92 75.6 30.2 61.93
8 38.0 9.08 82.2 32.8 62.95
* 표 1의 6항 시료 도체경 : 2.309 mm(4.1873sqmm)
* 연화 온도 : 350℃, 6시간
알루미늄 합금 전선과 구리(Cu) 전선 온도 분포 시험
시간
( min )		 동(Cu)전선
( ℃ ) 		알루미늄 합금 전선
( ℃ )
10 20.2 20.2
20 35 33.3
30 56 52.5
40 95 90.5
50 102 92.5
60 102.5 92.6
* 500A DC 30V 전류시험 (구리전선: 95SQ / 알루미늄합금전선: 140SQ)
상기 시험시료는 CU95SQ AL합금140SQ 모두 KSC IEC 60228:2005 표 4의 95SQ의 도체저항 20℃에서 0.210Ω/km의 시료로 비교시험
IEC 60287 에 CU 95SQ는 최대 허용전류가 350A이나 온도분포시험 목적으로 150% 과부하인 500A 로 시험
전류에 따라 30분 측정온도
전류(A) 동(CU)전선
( ℃) 		알루미늄 합금 전선
( ℃)
500A 102.5 92.5
520A 106 95.5
540A 109 97.5
560A 112 99.5
580A 115 102
600A 120 105
본 발명은 알루미늄 합금에 첨가되어 전기전도율, 기계적 강도, 인장강도, 신율, 크리프 변형, 도전율을 향상시켜 전원 인가 시 [표 5]와 같이 저항으로 인한 발열이 감소하고 전선의 허용 전류를 높일 수 있도록 조성원소와 함량을 최적화할 수 있다.
전선 및 케이블의 알루미늄 도체는 IEC 60228에 의거 [표 2]에 1항 또는 2항을 주로 사용되나 1항은 강도는 만족하나 신율이 최대 약 4% 로 유연성이 없으며 2항은 유연성은 최대 35%로 좋으나 강도가 기준치에 미달된다. 본 발명의 알루미늄 합금을 사용 시 [표 2]에 5항을 소재로 적정온도로 연화 및 서냉 시 강도와 신율에서 전선에 적합한 인장강도와 신율 및 1항의 도전율과 대등한 알루미늄 합금 생산이 가능하였다.
IEC 60228에서 요구하는 전선의 도체 인장강도를 얻기 위하여 연화 온도 시간을 조정함으로 전선 및 케이블로 적합한 강도와 신율 변화가 가능하여 유연하면서 인장강도 10kg/mm2 이상의 제품이 가능하며 표 2의 1항, 2항 소재는 인장강도, 신율 중 한 가지 특성은 가능 하나 양자 모두를 만족하기는 불가능하였다.
또한, 본 발명은 통상의 CU 전선이 최고 약 90℃에 사용온도로 제조되지만(표 5 에서와 같이 IEC 60287 기준인 340A를 사용시 90도 이하가 됨을 알 수 있다)
본 발명의 제품은 [표 5], [표 6]와 같이 허용전류가 커짐으로 전선을 고온(105℃ 이하)에서 사용할 수 있는 조성물들로 배합하여 절연피복재를 형성함으로써 알루미늄 합금으로 형성되는 전선 및 케이블의 허용 전류를 높일 수 있다.
그리고 상기한 선행특허 (특허문헌 0004) 국내공개특허 제10-2010-0052627호(2008년05월20일 공개)에 의한 전선 및 케이블의 연결부위 발열 방지를 위하여, 본 발명은 압착단자를 도체 특성에 부합되도록 연화 및 서냉을 하여 접속단자도 신율 특성을 가지도록 하는 것과 경알루미늄 사용 시에도 접속단자의 압착을 2중으로 실시하여 도체가 항복 강도까지 늘어나지 않도록 압축 연결하여 도체의 단선 및 경화로 사용 중 도체가 단락되며 발열되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 합금도체를 이용, 알루미늄 합금 케이블 140sqmm 전선에 대한 압축에 따른 접속단자 종류별 저항율(비연결시: 100%)
경알루미늄 러그
도체 저항율		 연화 알루미늄 러그
도체 저항율
1회 압축 130% 125%
2회 압축 98 ~ 100% 95 ~ 100%
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 알루미늄(Al), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 동(Cu), 붕소(B), 갈륨(Ga), 및 기타원소를 조성물을 이용하여 합금함으로써 합금 막대(Rod)를 제조하는 합금 막대(Rod) 준비 단계(S100);
    상기 조성물로 형성된 합금 막대를 양 방향으로 가압하여 일정한 두께의 선형으로 알루미늄 합금 가닥을 제조하는 신선 단계(S200);
    상기 신선된 알루미늄 합금 가닥을 규격별로 서로 꼬는 꼬음 단계(S300);
    상기 꼬아진 알루미늄 합금 가닥을 일정한 온도로 가열한 후 냉각하는 연화 및 서냉 단계(S400)를 포함하되,
    상기 합금 막대 준비 단계(S100)에서 상기 합금 막대(Rod)를 형성하는 조성물들은 상기 알루미늄 합금 전선 및 케이블을 형성하는 조성물 전체 함량에서 상기 철(Fe) 0.3~1.1 중량%, 규소(Si) 0.02~0.17 중량%, 아연(Zn) 0.05~0.15 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.06 중량%, 동(Cu) 0.01~0.35 중량%, 붕소(B) 0.01~0.05 중량%, 갈륨(Ga) 0.01~0.04 중량%이며, 기타원소 0.03~0.15 중량% 및 나머지 중량은 알루미늄(Al)을 포함하고,
    상기 기타원소는 세륨(Ce) 또는 란타늄(La) 중 어느 하나 이상이 사용되며,
    상기 꼬음 단계(S300)를 거침으로써 연선 도체의 외경 사이즈를 5~15%가 증가되도록 하고,
    상기 연화 및 서냉 단계(S400)는 상기 꼬아진 알루미늄 합금 가닥을 150℃~600℃의 온도에서 1시간~12시간 가열함으로써, 상기 연화 및 서냉 단계(S400)를 거친 알루미늄 합금 전선은 소선의 인장강도가 10kg/mm2 이상, 연신율이 10~35%가 되고, 크리프 변형은 20℃의 온도에서 500시간 순 알루미늄 대비 295%가 향상된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 유연성 전선 및 케이블의 제조방법.
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