KR101831776B1 - 고전압 전력 케이블을 제조하기 위한 연속 공정 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 도체와 적어도 하나의 폴리머 코팅층을 포함한 에너지 케이블 제조방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 폴리머 혼합물을 얻기 위해 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하는 단계; 상기 폴리머 혼합물의 유량압력을 상승시키는 단계; 상기 폴리머 혼합물을 필터링하는 단계; 상기 도체에 상기 코팅층을 만들기 위해 압출헤드를 통해 상기 폴리머 혼합물을 유출하게 하는 단계; 및 상기 케이블을 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

고전압 전력 케이블을 제조하기 위한 연속 공정{CONTINUOUS PROCESS FOR MANUFACTURING A HIGH VOLTAGE POWER CABLE}

본 발명은 에너지 케이블 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 도체 및 폴리머 코팅층을 포함한 고전압 전력 케이블을 제조하는 공정 및 장치에 관한 것이다. 케이블은 직류(DC) 또는 교류(AC) 전송 또는 분배용으로 사용될 수 있다.

전기에너지 전송 또는 분배용 에너지 케이블은 일반적으로 적어도 하나의 케이블 코어를 포함한다. 각 케이블 코어는 주로 도전성 금속으로 제조되는 적어도 하나의 도체와, 순차적으로 내부 반도체층, 절연층 및 외부 반도체 층이 둘러싸며 형성된다. 케이블이 고전압 애플리케이션용인 경우, 금속 또는 금속 및 폴리머 재료로 제조될 수 있는 스크린층이 일반적으로 적어도 하나의 케이블 코어를 둘러싼다. 스크린층은 선택적으로 적어도 하나의 케이블 코어 주위로 감기며 서로 겹쳐지고 접합 또는 접착되는 길이방향 림을 갖는 폴리머가 코팅된 와이어(끈), 적어도 하나의 케이블 코어 주위로 나선형으로 감긴 테이프, 또는 금속 시트로 형성될 수 있다.

내부 반도체층, 절연층 및 외부 반도체층은 일반적으로 폴리머층이다.

이런 플리머층은 예컨대 WO 98/52197에 개시된 바와 같이, 일반적으로 폴리올레핀 기반의 가교 폴리머, 특히, 가교 폴리에틸렌(XLPE), 또는 엘라스토머 에틸렌/프로필렌(EPR) 또는 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 가교 코폴리머로 제조된다. 가교 단계는 도체에 폴리머 재료를 압출한 후에 수행되며 일반적으로 고전압 애플리케이션들에서 도달되는 매우 고온(가령, 90℃-105℃) 하에서도 재료에 만족스러운 기계적 전기적 특성을 제공한다. 압출 및 가교 후에, 릴 또는 스풀상에 감긴 케이블은 가스제거단계를 거쳐야 하며, 이 단계 동안 가교 반응에 의해 발생되고 케이블층들내에 갇힌 휘발성 화학물질들이 방출된다. 가스제거단계 주기는 일반적으로 매우 길며(층의 개수 및 층의 두께에 따라 50일까지 또는 심지어 그 이상) 생산시간 및 비용을 늘리는 케이블의 제조과정에서 대기주기를 나타낸다. 이 제조단계는 특히 DC 케이블에 중요하다.

가교 폴리머에 대한 대안으로서, 에너지 케이블의 폴리머층들은 열가소성 재료, 즉, 가교되지 않고 따라서 케이블의 제조공정 동안 가스제거단계가 필요치 않는 재료로 제조될 수 있다. 이런 면에서, 적어도 하나의 코팅층, 가령, 유전체 유체와 친밀하게 혼합되는 폴리프로필렌 매트릭스를 기초로 한 절연층을 포함한 전기케이블이 공지되어 있고 WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066318, WO 07/048422 및 WO 08/058572에 개시되어 있다. 이런 종류의 케이블에 유용한 폴리프로필렌 매트릭스는 적절한 가요성을 케이블에 제공하나 케이블 동작시 기계적 특성 및 열압(thermopressure) 저항을 손상시키고 온도를 과하게 높이지 않도록 상대적으로 낮은 결정성(crystallinity)을 특징으로 하는 폴리프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머 또는 둘 다를 포함한다. 폴리프로필렌 매트릭스와 친밀히 혼합되는 유전체 유체가 있음으로 인해 케이블 코팅, 특히 절연층의 성능도 또한 영향받는다.

이런 열가소성 재료들이 고전압 애플리케이션용 에너지 케이블에 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체의 복합물이 매우 친밀하고 매우 균일하면 사용하기에 적합하다.

또한, 고전압 애플리케이션에 중요한 매우 큰 유전체 강도를 얻기 위해, 열가소성 재료는 실질적으로 오염물이 없어야 한다.

US 5,182,066은 전기 케이블 코어 주위로 절연층을 도포하는 공정 및 장치를 개시하고 있다. 절연재료의 펠렛들이 스크류 압출기와 같은 압출기 내에서 열과 압력을 받으며 가공된다. 그런 후, 절연재료가 기설정된 크기보다 큰 오염입자들을 제거하는 필터를 통해 직접 제공된다. 여과된 절연재료는 그 후 여과된 절연재료를 정적 믹서와 같은 믹서에 공급하는 기어펌프와 같은 펌프에 의해 수용되며, 상기 믹서기로부터 재료를 케이블 코어에 도포하는 종래 압출기의 크로스 헤드로 재료가 나간다. 가교제가 사용되는 경우, 가교제는 펌프와 믹서 중간에 주입된다. 펌프는 믹서를 통해 여과된 절연재를 밀어내어 압출 크로스헤드의 입력부에서 절연재료에 필요한 압력을 제공하는 것이 필요하다.

본 출원인은 US 5,182,066에 기술된 공정 및 장치가 상술한 폴리머 혼합 폴리프로필렌 매트릭스/유전체 유체로부터 제조된 코팅층을 사출하는데 적합하지 않은 것을 관찰하였다.

실제로, 상술한 바와 같이, 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체는 특히 고전압 애플리케이션용 에너지 케이블에 사용하기 위해 매우 친밀하고 균일하게 혼합되어야 한다. 그러나, 스크류 압출기는 고전압 애플리케이션용에 필요한 만큼 친밀하고 균일하게 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합할 수 없다.

더욱이, 피압출 혼합물에서의 압력 증가로 혼합물은 유동성이 과도해지는 온도에 이를 수 있어, 가능하게는 불규칙적 압출 및/또는 이후 냉각 절차를 복잡해 진다.

복합기계 또는 컴파운더가 일반적으로 압출기에 장입되는 펠렛 형태로 혼합 폴리프로필렌 매트릭스/유전체 유체를 제조하기 위해 고안될 수 있으나, (시작 재료로부터 마지막 제품까지) 연속 제조공정을 설정할 가능성이 산업적 관점에서 흥미가 끌리는데, 이는 제조시간을 더 단축시키고 재료의 오염 위험을 줄이기 때문이다.

그러나, 컴파운더가 혼합물에 전할 수 있는 압력이 압출헤더로부터의 산업상 종래 유속에 대해 너무 낮기 때문에 컴파운더를 압출헤더에 연결할 가능성이 없다. 고전압 전류 전송에 유해한 있을 수 있는 오염물질을 제거하는데 필요한 필터가 있음으로 인해 유압이 더 떨어지게 된다.

상기를 고려해서, 본 출원인은 상기 결함을 극복하는 도체 및 폴리머 코팅층을 포함한 고전압 전력 케이블을 제조하는 공정 및 장치를 제공하는 문제에 매달렸다.

특히, 본 출원인은 폴리머 혼합 폴리프로필렌 매트릭스/유전체 유체로 제조되는 폴리머 코팅층 및 도체를 포함한 고전압 전력 케이블을 제조하는 공정 및 장치에 있어서, 유전체 유체와 함께 폴리프로필렌 혼합물을 뒤섞게 하고, 혼합물에 오염물질이 있는 것을 줄이게 하며, 산업적으로 허용될 수 있는 속도로 도체 상에 혼합물을 압출하게 하는 경향이 있는 고전압 전력 케이블을 제조하는 공정 및 장치를 제공하는 문제에 매달렸다. 상기 공정은 적어도 시작 재료 혼합단계로부터 절연 도체 냉각단계에까지 연속적이어야 한다.

이 문제는 컴파운더내에 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하는 단계를 포함한 공정으로 해결되며, 상기 컴파운더는 있을 수 있는 오염물질을 제거한 필터를 통해 혼합물을 길이방향으로 진행함에 따라 도체 주위로 혼합물을 압출하는 압출기의 압출헤더로 미는 용적형 펌프에 혼합물 폴리프로필렌 매트릭스/유전체 유체를 연속적으로 제공한다.

폴리프로필렌 혼합물/유전체 유체 혼합물을 섞는 기능 및 필터에 의해 유도된 압력 강하를 포함해 혼합물의 압출에 적절한 압력을 제공하는 기능은 2개의 구별되는 장치들에 의해 수행되며, 이들 2개의 기능들 각각이 별도로 최적화되도록 독립적으로 선택될 수 있다.

특히, 혼합 폴리프로필렌 매트릭스/유전체 유체를 섞는 기능은 스크류 압출기와는 달리 고전압 애플리케이션에 요구되는 바와 같이 친밀하고 균일하게 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합할 수 있는 컴파운더에 의해 수행된다.

다른 한편으로, 혼합물에 적절한 압력을 제공하는 기능은 컴파운더와 필터 사이에 개입된 용적형 펌프에 의해 수행된다. 용적형 펌프는 바람직하게는 양(ΔP2)만큼 혼합 유량의 압력을 올리도록 동작된다. 양(ΔP2)은 필터와 압출헤더에 의해 야기된 압력강하에 의존한다. 이런 압력강하는 양과 일정성 면에서 산업적으로 허용될 수 있는 속도로 도체에 혼합물을 압출하도록 사전에 보상되어야 한다. 용적형 펌프는 실질적 온도 증가없이 혼합물에 안정적인 압력을 가할 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위를 위해, 다르게 표시한 것을 제외하고, 양을 표시한 모든 숫자, 정량, 퍼센트 등은 "약"이라는 용어로 모든 예에서 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 모든 범위들은 개시된 최대점 및 최소점의 임의의 조합을 포함하며 본 명세서에서 구체적으로 나열되거나 될 수 없는 임의의 중간 범위를 포함한다.

본 명세서 및 특허청구범위에서, "도체"는 주로 금속재료, 보다 바람직하게는 알루미늄, 구리 또는 그 합금으로 제조되는 전기 도체요소 또는 막대나 스트랜드 멀티와이어로 또는 반도체층으로 코팅된 상기와 같은 도체요소를 말한다.

본 명세서 및 특허청구범위에서, "코팅층"은 에너지 케이블에서 도체를 둘러싼 층을 말한다. 코팅층은 도체와 직접 접촉될 수 있다. 대안으로, 코팅층은 도체와 코팅층 사이에 개입된 하나 이상의 다른 층들 외부에 있을 수 있다. 코팅층은 반도체층 또는 절연층일 수 있다.

본 발명을 위해, "고전압"이라는 용어는 35kV 보다 높은 전압을 말한다.

제 1 태양에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 도체와 적어도 하나의 폴리머 코팅층을 포함한 에너지 케이블 제조방법으로서,

상승된 유량압력으로 100kg/h보다 더 큰 유량속도로 압출을 가능하게 하도록,

폴리머 혼합물을 얻기 위해 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하는 단계;

상기 폴리머 혼합물의 유량압력을 상승시키는 단계;

상기 폴리머 혼합물을 필터링하는 단계;

상기 도체에 상기 코팅층을 만들기 위해 압출헤드를 통해 상기 폴리머 혼합물을 유출하게 하는 단계; 및

상기 케이블을 냉각하는 단계를 포함하는 에너지 케이블 제조방법에 관한 것이다.

이점적으로, 본 발명의 방법은 연속적이다. "연속적인 공정"은 상당한 중단없이 차례차례로 단계들이 수행되는 공정을 말한다.

바람직하기로, 혼합하는 단계는 니더에 의해 수행된다.

바람직하기로, 유량압력을 상승시키는 단계는 용적형 펌프에 의해 수행된다.

바람직하기로, 상기 필터링하는 단계는 40㎛보다 더 큰, 더 바람직하게는 10㎛보다 더 큰 오염입자들을 제거하는 단계를 포함한다.

바람직하기로, 압출헤드를 통해 폴리머 혼합물을 유출하게 하는 단계(이하 "압출단계"라 함)는 240℃보다 큰 온도에서 수행된다.

바람직하기로, 상기 냉각하는 단계는 현수선형 프로파일을 갖는 냉각튜브에서 수행된다.

바람직하기로, 상기 냉각하는 단계는 압력 하에서 수행된다.

이점적으로, 상승된 유량압력은 150kg/h보다 더 큰, 더 바람직하게는 200kg/h보다 더 큰, 더욱더 바람직하게는 400kg/h보다 더 큰 유량속도로 압출을 가능하게 한다. 상한은 고려될 수 없다.

제 2 태양에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 도체와 적어도 하나의 폴리머 코팅층을 포함한 에너지 케이블 제조장치로서,

폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하여 폴리머 혼합물을 제공하도록 구성된 컴파운더;

상기 폴리머 혼합물을 펌프하도록 구성된 용적형 펌프;

상기 폴리머 혼합로부터 오염물을 제거하도록 구성된 필터;

상기 도체에 상기 폴리머 혼합물을 압출하여 상기 코팅층을 형성하도록 구성된 압출헤드; 및

냉각부를 순차적으로 구비한 에너지 케이블 제조장치를 제공한다.

바람직하기로, 상기 컴파운더는 니더이다.

바람직하기로, 상기 용적형 펌프는 기어펌프이다.

이점적으로, 상기 컴파운더, 상기 용적형 펌프, 상기 필터 및 상기 압출헤드는 연속 제조라인을 형성하도록 서로 연결되어 있다. 냉각부는 추가층들을 케이블에 제공하는데 적합한 다른 장치들 다음 라인에 제공될 수 있다.

이점적인 실시예에 따르면, 냉각부는 압출헤드의 출력부에 연결된 냉각튜브를 포함한다.

바람직하기로, 냉각튜브는 현수선형 프로파일을 갖는다.

이점적으로, 냉각튜브는 가압된다.

바람직하기로, 본 발명의 방법 및 장치는 전기 절연특성을 갖는 폴리머 코팅층, 즉, 절연층을 압출하도록 되어 있다. "절연층"이란 적어도 5kV/mm, 더 바람직하게는 10kV/mm보다 더 큰 유전 강성률(유전체 절연파괴 세기)을 갖는 재료로 제조된 커버층을 말한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명은 첨부도면을 참조로 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 더 완전하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 일부분 내에서 혼합물의 압력 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된, 특히 고전압 애플리케이션에 적합한 에너지 케이블의 사시도이다.

도 1은 에너지 케이블의 도체에 폴리머 혼합물로 제조된 코팅을 압출하기 위한 장치(1)를 도시한 것으로 폴리머 혼합물은 유전체 유체와 혼합되는 폴리프로필렌 매트릭스를 포함한다.

장치(1)는 컴파운더(10), 컴파운드(10)의 출력부에 연결된 용적형 펌프(11), 용적형 펌프(11)의 출력부에 연결된 필터(12), 필터(12)의 출력부에 연결된 압출헤드(13) 및 압출헤드(13)의 출력부에 연결된 냉각튜브(14)를 포함한다. 컴파운더(10), 용적형 펌프(11), 필터(12), 압출헤더(13) 및 냉각튜브(14)는 연속제조라인(또는 설비)을 이루도록 서로 연결되어 있다. 장치(1)는 컴파운더(10)의 상류 및/또는 냉각튜브(14)의 하류에 연결된 다른 부품들을 포함할 수 있으며, 이들은 본 설명에 관련없기 때문에 도 1에 미도시되어 있다.

컴파운더(10)는 바람직하게는 니더(kneader), 가령 코-니더(ko-kneader) 또는 버스-니더(Buss-kneader)이다. 이런 타입의 컴파운더는 다른 타입의 컴파운더보다 더 높은 혼합능력을 갖기 때문에 바람직하다. 또한, 혼합 온도가 쉽게 조절될 수 있고, 세척 및 유지 동작도 간단하며 크기도 매우 컴팩트하다.

가령, 컴파운더(10)는 적어도 50kg/h, 1,000kg/h 까지, 또는 심지어 그 이상의 속도로 적어도 하나의 폴리머, 바람직하게는 2개(가령 펠렛 형태로)의 폴리머를 공급하기 위한 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 호퍼(hopper) 및 폴리머 공급속도의 2%에서 10%의 속도로 적어도 하나의 유체(특히, 유전체 유체)를 공급하기 위한 적어도 하나의 도즈유닛을 구비할 수 있다. 컴파운더는 또한 (가령, 진공펌프를 구비한) 가스제거 시스템 및 온도제어 시스템을 구비할 수 있다.

용적형 펌프(11)는 바람직하게는 기어펌프이다. 이런 타입의 펌프는 심지어 높은 압력 상승을 받더라도 펌프의 일정 출력 및 이웃 혼합물 온도증가로 인해 특히 이점적이다. 이는 중요한 요건인데, 하기에 더 잘 설명되어 있는 바와 같이 압출동안 혼합물의 온도가 중요한 파라미터이기 때문이다. 또한, 용적형 펌프의 출력시 혼합물의 유속은 압력과 거의 무관하며 적절하게 펌프를 동작시킴으로써(가령, 시간 단위당 회전수를 조절함으로써) 조절될 수 있다.

필터(12)는 소결 필터 또는 바람직하게는 메시 필터일 수 있다. 선택적으로 자동 필터변경장치를 포함한 필터 시스템도 역시 이용될 수 있다. 필터(12)는 40㎛, 더 바람직하게는 10㎛ 보다 큰 입자의 통과를 막도록 구성된다. 적절한 혼합 점성도를 유지하기 위해 필터(12)에는 (가령, 전기 저항기를 포함한) 가열시스템이 제공될 수 있다.

압출헤드(13)는 압출다이 시스템(도 1에 미도시됨)을 구비한다.

냉각튜브(14)는 바람직하게는 현수선형 프로파일(즉, 쌍곡선 코사인 프로파일)을 갖고 냉각유체, 바람직하게는 물 또는 질소를 포함한다. 이점적으로, 냉각튜브(14)는 가압된다. 선택적으로 물 또는 질소로 동작되는 수직 냉각 시스템이 역시 고안될 수 있다.

장치(1)는 또한 컴파운더(10), 펌프(11), 필터(12) 및 압출헤드(13)에 전기연결된 제어시스템(도 1에 미도시됨)을 구비할 수 있으며, 운전자가 이들의 동작(특히, 분량, 온도, 럼프(rump)-업, 럼프-다운, 및 안정상태 조건 동안의 유속)을 제어하게 한다.

상기 장치는 케이블의 도체에 코팅층(특히, 절연층)을 압출하는데 적합하다. 하나 이상의 코팅층(가령, 내부 반도체층, 절연층 및 외부 반도체층)이 본 발명의 장치로 도체에 도포될 경우, 반도체층(들)이 종래 방법으로 도포될 수 있으나, 장치는 바람직하게는 컴파운더, 용적형 펌프, 필터 및 각 코팅층이 도포되는 압출헤드를 구비한다.

도 2의 그래프를 또한 참조로, 장치(1)의 동작을 상세히 설명할 것이다.

가령, 펠렛 형태의 폴리프로필렌 매트릭스의 구성성분과 유전체 유체가 컴파운더(10)에 공급되며, 상기 컴파운더는 이들을 매우 친밀하고 균일하게 반죽해 균일한 열가소성 혼합물을 컴파운드의 출력부에 제공한다.

가령, 폴리프로필렌 매트릭스는 에테로파식(etherophasic) 폴리프로필렌(PP) 코폴리머(가령, Hifax^TM)만을 포함할 수 있거나, 에테로포식 폴리프로필렌(PP) 코폴리머와 랜덤 PP 코폴리머(가령, Moplen^TM)을 포함할 수 있다. 유전체 유체는 방향성 합성액체(가령, 디벤질톨루엔) 또는 미네랄 오일(가령, Nyflex^TM)일 수 있다. 반도체층이 도포되어야할 경우, 카본블랙도 또한 폴리프로필렌 매트릭스에 혼합된다.

혼합하는 동안, 컴파운더(10)내에서 받는 마찰력으로 인해 온도 및 혼합물의 유량압력 모두가 증가한다. 특히, 혼합물의 유량압력은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 양(ΔP1)만큼 증가된다. 이 제 1 양(ΔP1)은 상대적으로 작은데, 이는 컴파운더(10)가 실질적으로 혼합물의 유량압력을 증가시키는 경향이 없기 때문이다.

그런 후, 혼합된 혼합물은 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 양(ΔP2)만큼 유량압력을 두드러지게 증가시키는 용적형 펌프(11)로 들어간다. 특히, 용적형 펌프(11)는 혼합물에 전해진 압력상승(ΔP2)은 필터(12)를 통과하고 혼합물이 허용가능한 압출속도로 코팅층의 압출을 가능하게 하기에 충분한 압력으로 압출헤더(13)에 도달하게 함에 따라 혼합물이 받는 압력강하를 사전 보상하도록 동작된다.

그러므로, 이점적으로, 장치(1)에서 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하는 기능 및 필터에 의해 유도된 압력강하를 보상하기 위한 혼합 유량압력을 올리는 기능이 2개의 별개의 구성요소들에 의해 수행되며, 이들 2개의 기능들 각각이 별개로 최적화되도록 별도로 선택될 수 있다.

특히, 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하는 기능은 고전압 애플리케이션에 요구되는 바대로 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 스크류 압출기보다 더 친밀하고 균일하게 혼합할 수 있는 컴파운더(10)에 의해 수행된다. 또한, 컴파운더(10)는 동작조건 범위의 유속에 무관하게 일정한 분배를 제공한다. 또한, 컴파운더(10)는 유연하다. 즉, (가령 무기 필터를 포함한) 다른 조성물들과 함께 열가소성 재료를 혼합하는데 사용될 수 있다고 세척하기도 쉽다.

그런 후 혼합물은 40㎛보다 더 큰, 바람직하게는 10㎛보다 더 큰 오염입자들을 제거하는 필터(12)를 통과한다. 혼합물이 필터(12)를 통과함에 따라, 필터 압력은 도 2에 도시된 바와 같이 제 3 양(ΔP3)만큼 감소된다.

여과된 혼합물은 압출헤드(13)로 공급되고 압출헤드는 또한 길이방향을 따라 실질적으로 일정한 속도로 진행하는 도체(20)를 수용한다. 도체(20)가 진행함에 따라, 압출헤드(13)의 압출다이는 여과된 혼합물의 코팅층(21)을 도체(20)에 도포한다. 압출동작은 바람직하게는 200에서 240℃의 제어된 온도로 수행된다. 압출온도는 240℃보다 더 높지 않는 것이 바람직한데 이는 이같은 온도 이상에서 혼합물은 너무 유동적이게 되어 도체(20) 주위로 균일한 두께를 갖는 층의 압출이 거의 실행될 수 없기 때문이다. 압출동안, 혼합물의 압력은 도 2에 도시된 바와 같이 제 4 량(ΔP4)만큼 감소된다.

그 후 코팅층(21)을 갖는 도체(20)는 냉각튜브(14)를 지나며, 상기 냉각튜브에서 코팅층(21)은 압출온도에서 훨씬 더 낮은 온도로 냉각된다. 냉각튜브(14)내 냉각유체는 바람직하게는 일반적으로 냉각튜브(14)를 따라 저하되고 전체 튜브를 따라 40℃를 초과하지 않는 온도에 있다.

특히, 냉각튜브(14)의 출력부에서, 도체(20)는 제어된 견인력으로 당겨져, 냉각튜브(14)와 동일한 현수선형 프로파일을 취하게 된다. 이는 임의의 지지체상에서 냉각층(21)을 치우치게 함이 없이 냉각단계를 수행하게 한다. 실제로 압출 후 코팅층의 재료의 매우 낮은 점성도로 인해, 지지체와의 접촉으로 바람직하지 못하게 코팅층이 변형될 수 있다.

압출 후, 압출된 재료는 온도가 높기 때문에 코팅층(21)은 매우 소프트함을 유의해야 한다. 따라서, 특히 코팅층(21)의 두께가 10mm보다 더 큰 경우, 압출된 재료는 자신의 무게의 영향을 받아 낙하된다. 이런 낙하는 코팅층(21)의 왜곡을 일으킬 수 있어, 도체(20)에 대해 이심적이게 된다.

이점적으로, 이런 낙하는 장치(1)의 냉각튜브(14)에서 발생하지 않는다. 실제로, 냉각튜브(14)에서, 냉각 유체는 코팅층(21)에 부력을 미쳐, 무게를 지탱한다. 따라서, 이점적으로 압출된 재료가 압출동안 높은 온도로 인해 여전히 소프트하더라도, 재료는 낙하되지 않고 도체(20) 주위로 코팅층(21)의 동심 모양이 보존된다.

또한, (압출 후 바로 약 200℃의 온도를 갖는) 압출된 재료가 (온도가 약 40℃인) 냉각유체와 접촉함에 따라, 코팅층의 두께 내에서 공극이 형성될 수 있음에 유의해야 한다. 이는 냉각됨에 따라 최내각부 이전에 코팅층의 최외각부가 냉각되고, 소프트한 최내각부 주위로 응고되고 동심적으로 단단해지는 사실에 기인한다. 최내각부가 냉각되면, 또한 단단해지며 최외각부로 분리가 발생할 수 있다. 이는 코팅층(21)의 균일도가 결핍되고 공극 형성을 야기할 것이다.

이점적으로, 이런 유해한 영향들은 장치(1)의 냉각튜브(14)에서 발생하지 않는다. 실제로, 상술한 바와 같이, 냉각튜브(14)는 압력하에 있고, 이런 압력은 코팅층의 두께내에서 상술한 기계적 스트레스의 형성을 막는다. 따라서 최종발생한 코팅층은 적절히 균일하고 실질적으로 공극이 없다.

케이블 건조(建造)를 완료하기 위한 다른 층들이 당업자에 알려진 방식으로 제공될 수 있다. 이점적으로, 케이블 제조공정을 완료하기 위한 단계들 모두가 연이어 수행된다.

상기 장치는 매우 효율적인 방식으로 도체에 혼합 폴리프로필렌 매트릭스/유전체 유체의 코팅층을 압출하는 것을 가능하게 한다. 실제로, 혼합 기능과 압력 상승기능의 분리로 이런 기능들 모두를 별도로 최적화하는 것이 가능해진다. 친밀하고 균일한 혼합이 컴파운더(10)에 의해 제공되는 한편, 용적형 펌프(11)는 혼합물 유량의 압력을 정확하고 효율적으로 올리게 한다.

본 출원인은 상술한 장치가 공지의 장치보다 더 효율적인 방식으로 전기 케이블을 제조하게 하는 것을 알았다. 특히, 장치(1)는 용적형 펌프(11)가 고압 및 유량속도로 압출헤드(13)에 혼합물을 제공하게 하는 사실로 인해 공지의 장치의 속도라인보다 속도라인을 2배 및 심지어 3배 더 빠르게 도달하게 한다.

도 3은 본 발명에 따른 공정 및 장치에 의해 생산된 케이블(31)을 도시한 것이다.

케이블(31)은 도체(32), 내부 반도체층(33), 중간 절연층(34), 외부 반도체층(35), 금속 스크린층(36) 및 덮개(37)를 포함한다.

도체(32)는 일반적으로, 금속 와이어, 바람직하게는 종래 방법에 의해 함께 꼬아지는 구리 또는 알루미늄 또는 그 합금이나 고체 알루미늄 또는 구리 막대로 구성된다.

절연층(34)은 도체(32) 주위로 본 발명의 교시에 따른 조성물의 압출에 의해 만들어진다.

반도체층(33 및 35)은 또한 본 발명의 교시에 따른 폴리머 혼합물의 압출에 의해 만들어진다. 바람직하기로, 폴리프로필렌 매트릭스 조성물과 유전체 유체 기반의 조성물이 적어도 하나의 도전성 필터, 주로 카본블랙을 추가함으로써 반도전적이게 된다.

케이블 코어 주위로 나선형으로 감긴 전기 도전성 와이어 또는 스트립이나 아래층에 길이방향으로 감싸지고 중첩되는(바람직하게는 접합 또는 접착되는) 전기도전성 테이프로 제조되는 금속 스크린층(36)이 외부 반도체층(35) 주위로 대개 위치된다. 상기 와이어, 스트립 또는 테이프의 전기 도전성재료는 대개 구리 또는 알루미늄 또는 그 합금이다.

스크린층(36)은 일반적으로 폴리올레핀, 주로 폴리에틸렌으로 제도된 덮개(37)에 의해 커버될 수 있다.

케이블에는 또한 보호구조물(도 3에 미도시됨)이 제공될 수 있으며, 이 구조물의 주요 목적은 충격 또는 압력에 맞서 케이블을 기계적으로 보호하는 것이다.

상술한 장치로 에너지 케이블, 특히 고전압 DC 애플리케이션(250 kV)용 단극 에너지 케이블 및 고전압 AC 애플리케이션(150 kV)용 단극 에너지 케이블을 제조하였다. 각 케이블의 도체는 구리 와이어로 제조되었고 1000㎟의 단면적을 가졌다. 장치는 절연층을 도체에 압출하는데 사용되었다. 절연층은 상술한 바와 같이 유전체 유체와 친밀하게 혼합되는 폴리프로필렌 매트릭스를 포함한 열가소성 매트릭스로 제조되었다. 절연층의 두께는 16mm였다.

제조된 케이블은 AC 전압 테스트, DC 전압 테스트, 90℃에서 조명 펄스 테스트 및 AC 절연파괴 테스트를 받았다. 이런 테스트 결과 상기 케이블들은 국제 및 국내 표준에 맞는 것으로 입증되었다.

Claims (13)

1. 적어도 하나의 도체(20)와 적어도 하나의 폴리머 코팅층(21)을 포함하는 에너지 케이블의 연속적 제조방법으로서,
   상승된 유량압력으로 100kg/h보다 더 큰 유량속도로 압출을 가능하게 하도록:
   니더(10)에 의해, 폴리머 혼합물을 얻기 위해 폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하는 단계;
   용적형 펌프(11)에 의해, 상기 폴리머 혼합물의 유량압력을 상승시키는 단계;
   40㎛보다 더 큰 오염입자들을 제거하는 단계를 포함하는, 폴리머 혼합물의 점성도를 유지하기 위한 가열시스템을 포함하는 필터에 의해 상기 폴리머 혼합물을 필터링하는 단계;
   240℃보다 크지 않은 온도에서, 상기 도체(20)에 상기 코팅층(21)을 만들기 위해 압출헤드(13)를 통해 상기 폴리머 혼합물을 유출하게 하는 단계; 및
   압력하에 현수선형 프로파일(catenary profile)을 갖는 냉각튜브에서 수행되는, 상기 케이블을 냉각하는 단계를 순차적으로 포함하며,
   상기 케이블을 냉각하는 동안, 상기 도체(20)는 제어된 견인력(traction force)으로 당겨져서 상기 도체(20)가 냉각튜브(14)와 같은 현수선형 프로파일을 가지게 되는, 에너지 케이블의 연속적 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터링하는 단계는 10㎛보다 더 큰 오염입자들을 제거하는 단계를 포함하는 에너지 케이블의 연속적 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상승된 유량압력은 400kg/h보다 더 큰 유량속도로 압출을 가능하게 하는 에너지 케이블의 연속적 제조방법.
4. 연속적 제조방법에 의한 적어도 하나의 도체(20)와 적어도 하나의 폴리머 코팅층(21)을 포함하는 에너지 케이블의 제조장치(1)로서,
   폴리프로필렌 매트릭스와 유전체 유체를 혼합하여 폴리머 혼합물을 제공하도록 구성된 니더(10);
   상기 폴리머 혼합물을 펌프하도록 구성된 용적형 펌프(11);
   폴리머 혼합물의 점성도를 유지하기 위한 가열시스템을 포함하고 상기 폴리머 혼합물로부터 40㎛보다 더 큰 오염물을 제거하도록 구성된 필터(12);
   240℃보다 크지 않은 온도에서, 상기 도체(20)에 상기 폴리머 혼합물을 압출하여 상기 코팅층(21)을 형성하도록 구성된 압출헤드(13); 및
   압력하에 현수선형 프로파일을 갖는 냉각튜브를 포함하는 냉각부(14)를 순차적으로 구비하며,
   상기 에너지 케이블을 냉각하는 동안, 상기 도체(20)는 제어된 견인력으로 당겨져서 상기 도체(20)가 냉각튜브(14)와 같은 현수선형 프로파일을 가지게 되는, 에너지 케이블의 제조장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 용적형 펌프(11)는 기어펌프인 에너지 케이블의 제조장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 필터(12)는 메시 필터인 에너지 케이블의 제조장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

Images