KR101834254B1 - 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선에 관한 것으로, 아라미드 섬유로 이루어진 복수 개의 지지선으로 형성된 심선 및 알루미늄 및 알루미륨 합금 중 적어도 하나로 구성되어 상기 심선을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수의 도선을 포함하는 배전용 전선을 제공한다. 아라미드 섬유로 이루어진 복수 가닥의 방적사가 연사되어 불연성수지에 함침 형성된 심선; 및 알루미늄 및 알루미륨 합금 중 적어도 하나로 구성되어 심선을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수의 도선을 포함하되, 불연성수지는 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리아미드수지 또는 멜라민 수지인 것을 특징으로 하는 배전용 전선을 제공한다. 가공전선 표피의 전류 밀도를 증가시킨 중공도체; 중공도체의 표면에 밀착되게 배치되어 외주면을 메쉬 형태로 둘러싸는 와이어; 및 와이어의 표면을 감싸는 절연 피복;을 포함하는 배전용 전선을 제공한다.
본 발명에 따르면, 배전용 전선을 보다 경량화하면서도 유연성과 신축성을 향상시킬 수 있고, 따라서 배전용 전선을 전주에 가설할 경우 전주간 경간을 보다 길게 유지할 수 있어 배전설비의 건설 및 유지 비용을 절감할 수 있다.

Description

유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선{DISTRIBUTION LINE WITH IMPROVED FLEXIBILITY AND ELASTICITY}
본 발명은 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배전용 전선의 심선으로 아라미드 섬유를 사용하는 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선에 관한 것이다.
일반적으로 변전소로부터 주상변압기까지 전력을 공급하는 배전용 전선으로는 현재 강심 알루미늄 연선(Aluminum Conductor Steel Reinforced, ACSR)이 널리 사용되고 있다. 도 1은 현재 배전용 전선으로 사용되고 있는 강심 알루미늄 연선의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, ACSR은 강철로 구성된 강철 심선(110)(110)이 배전용 전선의 중심에 구비되고, 강철 심선(110)(110) 주위를 고순도 알루미늄 도선(200)으로 둘러싸는 형태로 구성되며, 전류가 흐르는 도체의 역할을 알루미늄 도선(200)이 담당하고, 케이블의 강성을 유지하는 역할을 강철 심선(110)(110)이 담당하는 구조로 이루어진다. 특히 강철 심선(110)은 전연성(Ductility)이 높은 알루미늄 도선(200)이 전선의 무게에 의하여 늘어나는 현상을 방지하고 전선의 무게를 지탱할 수 있도록 하는 역할을 한다.
그러나 강철 심선(110)(110)을 사용할 경우, 배전용 전선의 무게가 증가하고, 또한 강철 심선의 유연성 및 신축성의 부족으로 배전용 전선 전체의 유연성 및 신축성이 부족하다는 문제가 발생하며, 이에 따라 배전 체계를 구축하는 데 있어서 전신주 사이의 경간을 넓힐 수 없다는 제약이 발생한다. 현재 사용되고 있는 ACSR을 배전용 전선으로 사용할 경우 각 전신주 사이의 거리는 약 50m를 넘을 수 없다는 문제가 있다.
또한 도 2는 현재 제안되고 있는 복합 가공 송전선의 단면도이다. 도 2의 복합 가공 송전선의 경우, 그 심선(120)이 열경화성 수지와 고강도 섬유로 이루어진 고분자 복합재(121)의 표면에 금속 피복층(122) 및 금속 코팅층(123)을 형성하여 구성된다. 이 때 고분자 복합재(121)의 표면에 형성되는 금속 피복층(122) 및 금속 코팅층(123)은 송전선을 클램프에 압착시켜 철탑에 연결시킬 경우 클램프와의 접합력을 향상시키기 위한 형상의 변형을 일으키기 위하여 사용되나, ACSR과 같이 송전선의 심선에 금속 재료가 포함되어 구성되어 있어 송전선의 무게가 증가하고, 송전선의 유연성 및 신축성이 부족하다는 문제가 여전히 있다.
한국공개특허 제10-2011-0021192호(공개일: 2011.03.04., 발명의 명칭 : 증용량 저이도 가공송전선의 제조 방법 및 이에 의한 증용량 저이도 가공송전선, 청구범위 제1항)가 있다.
본 발명은, 배전용 전선의 심선으로 아라미드 섬유를 사용하여 보다 경량이면서도 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 아라미드 섬유로 이루어진 복수 가닥의 방적사가 연사되어 불연성수지에 함침 형성된 심선; 및 알루미늄 및 알루미륨 합금 중 적어도 하나로 구성되어 심선을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수의 도선을 포함하되, 불연성수지는 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리아미드수지 또는 멜라민 수지인 것을 특징으로 하는 배전용 전선을 제공하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 심선과 도선 사이에 배치되고 심선의 외주면을 메쉬 형태로 둘러싸는 와이어; 및 도선의 표면을 감싸는 절연 피복;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 심선과 도선 사이에 배치되고 심선의 외주면을 메쉬 형태로 둘러싸는 제1 와이어; 도선의 길이방향으로 연사되어 도선의 표면을 메쉬 형태로 감싸도록 형성된 제2 와이어; 및 제2 와이어의 표면을 감싸는 절연 피복;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 도선은, 단일 도체 형태로 압출 성형되거나 여러 가닥의 소선을 꼬아서 만들 수 있다.
또한 본 발명은, 가공전선 표피의 전류 밀도를 증가시킨 중공도체; 중공도체의 표면에 밀착되게 배치되어 외주면을 메쉬 형태로 둘러싸는 와이어; 및 와이어의 표면을 감싸는 절연 피복;을 포함할 수 있다.
바람직하게, 중공도체는, 단일 도체 형태로 압출 성형되거나 여러 가닥의 소선을 꼬아서 만들 수 있다.
본 발명에 따르면, 배전용 전선을 보다 경량화하면서도 유연성과 신축성을 향상시킬 수 있고, 따라서 배전용 전선을 전주에 가설할 경우 전주간 경간을 보다 길게 유지할 수 있어 배전 설비의 건설 및 유지 비용을 절감할 수 있으며, 전력 전송시 손실을 절감할 수 있다.
도 1은 강심 알루미늄 연선의 단면도이다.
도 2는 복합 가공 송전선의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어가 포함된 배전용 전선의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 와이어 및 제2 와이어가 포함된 배전용 전선의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공도체에 와이어가 포함된 배전용 전선의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성과 신축성을 향상시킨 배전용 전선의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배전용 전선은 아라미드 섬유로 이루어진 복수 복수 가닥의 방적사로 형성된 심선(100) 및 알루미늄 및 알루미륨 합금 중 적어도 하나로 구성되어 심선(100)을 둘러싸는 형태로 배치되는 복수의 도선(200)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 배전용 전선은 일반적으로 전선의 강도를 유지하기 위한 심선(100) 주위를 전류가 흐르는 복수의 도선(200)이 둘러싼 형태로 구성된다. 이는 도선(200)이 전선의 무게에 의하여 늘어나는 현상을 방지하고 전선의 무게를 지탱하기 위한 구성이며, 이 때 심선(100)이 강철선과 같은 도체로 구성되더라도 표면 효과에 의하여 전류는 전선 전체의 외측에 배치된 도선(200)을 통하여 흐르게 된다.
따라서, 심선(100)을 강철선이 아닌 유사한 강도를 지닌 부도체로 구성하더라도 배전용 전선으로서의 기능에는 문제가 발생하지 않으며, 반면 강철선과 유사한 강도를 지님과 동시에 무게가 가볍고 유연성 및 신축성이 있는 소재로 심선(100)을 구성할 경우, 상술한 바와 같이 강철선을 심선(100)으로 구성한 ACSR에서 발생하는 무게와 의 문제를 해소할 수 있다.
이러한 강도를 유지하면서 무게가 가볍고 유연성 및 신축성이 있는 소재로 고강도 섬유가 운위되고 있다. 특히 케블라(Kevlar) 또는 노멕스(Nomex) 등의 아라미드 섬유는 인장강도(Tensile Strength) 측면에서 강철의 약 4배 이상에 달하고 강철에 비하여 비중이 약 1/5으로서, 동일한 강도를 유지하는 경우 강철선에 비하여 매우 가벼운 심선(100)을 구성할 수 있는 소재이며, 또한 섬유 형태를 취하는 고분자 물질로서 유연성 및 신축성이 뛰어난 소재이다. 표 1은 강철, 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드 섬유의 물성을 비교한 표이다. 상술한 바와 같이 아라미드 섬유가 강철에 비하여 강도 및 비중 면에서 유리하며, 강철을 대체하여 유연성과 신축성을 갖춘 소재로 고려되고 있는 기존의 소재인 유리섬유 및 탄소섬유에 비하여도 신축성 및 비중의 측면에서는 대등한 반면 강도의 측면에서 크게 유리함을 알 수 있다.
강철 강화유리섬유 강화탄소섬유 아라미드섬유
인장강도
MPa (ksi)		 482-689
(70-100)		 482-1585
(70-230)		 600-3688
(87-535)		 1724-2537
(250-368)
탄성계수
x103 MPa x103
ksi)		 200
(29)		 35-51
(5.1-7.4)		 (103-579)
15-84		 (41-125)
6.0-18.2
최대인장율(%) 6-12 1.2-3.1 0.5-1.9 1.9-4.4
비중 (g/cc) 7.85 1.5 1.6 1.44
따라서 배전용 전선의 심선(100)을 아라미드 섬유로 구성할 경우 배전용 전선의 경량화를 달성할 수 있으며, 또한 심선(100)의 소재를 아라미드 섬유로 한정함으로써 복합 소재에 의한 고강성 섬유 또는 고강성 수지를 사용하는 경우에 비하여 제조공정을 단순화하고 단가를 절감할 수 있다. 또한 심선(100)이 자성체가 아닌 부도체로 형성됨에 따라 심선(100)과 도선(200) 사이에서 발생하는 인덕턴스에 의한 손실이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 심선(100)은 아라미드 섬유로 이루어진 복수 가닥의 방적사를 합쳐서 구성할 수 있다. 또한 심선(100)은 복수 가닥의 방적사가 서로 연사되어 형성될 수도 있으며, 이 경우 심선(100)의 강도가 더욱 증가할 수 있다. 또한 심선(100)은 복수 가닥의 방적사가 불연성 수지에 함침되어 형성될 수도 있으며, 이 경우 심선(100)의 내화성을 향상시키고 누전 등의 사고가 일어날 경우 발생할 수 있는 화재의 위험을 방지할 수 있다. 이 때 불연성 수지는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 멜라민 수지 등을 사용할 수 있다. 또한 불연성 수지에 심선(100)을 함침시킴으로써 심선(100)의 강도를 보강하고 심선(100)에 강한 압력을 가하여 그 형태에 변형을 가할 경우 그 변형을 유지할 수 있도록 하여 클램프를 통하여 배전용 전선을 전주에 고정할 경우에도 안정적으로 배전용 전선이 고정되게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어(300)가 포함된 배전용 전선의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 배전용 전선은 심선(100), 도선(200), 와이어(300) 및 절연피복을 포함할 수 있다.
와이어(300)는 에나멜 와이어를 사용할 수 있다. 와이어(300)가 에나멜 와이어로서 구현되는 경우 와이어(300)는 심선(100)의 외주면에 적어도 1층의 베이킹 에나멜 등으로 구성되는 에나멜층과, 상기 에나멜층 외측에 적어도 1층의 압출 피복 수지층과, 상기 에나멜층 및 압출 피복 수지층 사이에 접착층을 구비할 수 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로, 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어(300)는, 도체와 이것을 피복하는 수지층과의 접착 강도, 에나멜층과 압출 피복 수지층과 같은 피막층 사이에서의 접착 강도, 내마모성, 내용제성 및 가공 전후에서의 전기 절연성 유지 특성의 어느 것에도 우수하고, 부분 방전 개시 전압도 높고, 또한 장기간에 걸쳐서 우수한 내열 노화 특성을 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 와이어 및 제2 와이어가 포함된 배전용 전선의 단면도이다. 도 5를 참조하면 심선(100)과 도선(200) 사이에 제1 와이어가 도선(200) 외부에 제2 와이어가 배치될 수 있다. 와이어(300)는 도 4에서 설명한 와이어(300)와 동일한 절연 와이어(300)로 구성될 수 있다. 제2 와이어 외부는 절연 피복(400)으로 감싸도록 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공도체(120)에 와이어(300)가 포함된 배전용 전선의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 상술한 심선(100) 대신 중공도체(120)를 사용한 모습이다.
전선에 흐르는 전류에 의해 표피효과가 발생을 하고 이에 따라 전류는 가공전선 단면도에서 볼 때 중앙보다는 표피 쪽으로 많이 흐르는 현상이 발생한다. 따라서 이를 고려하여 전류밀도가 낮은 중앙부위는 도체를 없애고 전류밀도가 높은 표피 부근에만 전류가 흐르는 도체를 배치시키는 중공도체(120)를 사용하는 것이 이론적으로 많은 이득이 있다.
중공도체(120)를 사용하면 현실적으로 도체 부피의 증가로 인한 풍압하중 증가 및 설치공법의 어려움 등의 많은 문제가 발생한다. 따라서 중공도체(120)를 대신하고 중공도체(120)의 상기의 문제점을 해소시킬 수 있는 복도체를 사용하는 것이 보편적이다.
고강성 및 고탄성을 갖춘 아라미드 섬유로 이루어진 방적사를 심선(100)의 소재로 사용함으로써 고강성을 유지하면서도 배전용 전선의 중량을 절감하고, 배전용 전선의 유연성 및 신축성을 향상시킴으로써 배전용 전선이 전신주에 설치될 경우 전신주 사이에서 전선이 쳐지는 이도 정도가 현재 널리 사용되고 있는 ACSR에 비하여 50% 정도 저감될 수 있다. 또한 현재 제안되고 있는 복합 가공 송전선에 비해서도 심선(100)에 금속 재료를 사용하지 않으므로, 경량화를 실현하면서 유연성 및 신축성을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서 배전 설비의 안전을 확보하기 위하여 기존과 같은 이도 정도를 유지하면서도 전신주 사이의 경간을 더 넓게 확보할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 배전용 전선을 보다 경량화하면서도 유연성과 신축성을 향상시킬 수 있고, 따라서 배전용 전선을 전주에 가설할 경우 전주간 경간을 보다 길게 유지할 수 있어 배전 설비의 건설 및 유지 비용을 절감할 수 있으며, 전력 전송시 손실을 절감할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100 : 심선 110 : 강철 심선
120 : 중공도체
200 : 도선 300 : 와이어
400 : 절연 피복

Claims (6)

  1. 아라미드 섬유로 이루어진 복수 가닥의 방적사가 연사되어 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리아미드수지 또는 멜라민 수지 중 어느 하나에 해당하는 불연성수지에 함침 형성된 심선;
    알루미늄 및 알루미늄 합금 중 적어도 하나로 구성된 단일 도체 형태로 압출 성형되어 상기 심선을 둘러싸는 형태로 배치되는 도선;
    상기 심선과 상기 도선 사이에 배치되고 상기 심선의 외주면을 메쉬 형태로 둘러싸는 제1 와이어;
    상기 도선의 길이방향으로 연사되어 상기 도선의 표면을 메쉬 형태로 감싸도록 형성된 제2 와이어; 및
    상기 제2 와이어의 표면을 감싸는 절연 피복;을 포함하되,
    상기 제1 와이어 및 제2 와이어는,
    상기 심선 외주면에 적어도 1층의 에나멜층과, 상기 에나멜층 외측에 적어도 1층의 압출 피복 수지층과, 상기 에나멜층 및 압출 피복 수지층 사이에 접착층을 구비한 에나멜 와이어 형태인 것을 특징으로 하는 배전용 전선.
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JP2000150242A (ja) * 1998-11-09 2000-05-30 Murata Mfg Co Ltd コイル
KR200411793Y1 (ko) * 2005-12-16 2006-03-17 엄현덕 신축성을 구비한 전선 케이블
JP2015026476A (ja) * 2013-07-25 2015-02-05 旭化成せんい株式会社 多層型伸縮伝送線

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