KR101839725B1 - 직류 전력케이블 중간접속 시스템 - Google Patents

Abstract

케이블에서의 동분이 유출되는 것을 방지할 수 있는 직류 전력케이블 중간접속 시스템을 제공하는 것이다.

Description

직류 전력케이블 중간접속 시스템{Jointing power cable system using joint box}

본 발명은 직류 전력케이블 중간접속 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전력케이블에서의 동분 유출을 방지할 수 있는 직류 전력케이블 중간접속 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력케이블은 전력을 공급하는 도체를 이용하여 지중, 지상 또는 해저를 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하도록 사용된다.

상기 전력케이블은 수백m 또는 수십km 간격으로 중간접속함(Joint box)에 의해 접속이 이루어지며, 상기 전력케이블의 말단은 종단접속함(Termination connection box)에 의해 가공선과 접속이 이루어지게 된다. 상기 중간접속함 또는 종단접속함에서 전력케이블을 연결하는 경우에 케이블의 절연층이 노출된 상태에서 도체를 먼저 연결하고 상기 절연층 표면에 고점도 절연유에 함침된 절연지를 지권하여 보강절연층을 형성한다. 이 경우, 상기 절연지를 감는 도중, 즉, 절연지 사이에 절연유를 도포하면서 상기 절연지를 지권하고, 이어서 외부반도전층, 금속시스 및/또는 방식층을 복원하게 된다.

중간접속함에 의해 한 쌍의 케이블, 예를 들어 절연유 함침 전력케이블이 접속되는 경우 케이블에 전류가 흐름에 따라 케이블 내 도체가 가열되어 케이블 내의 절연유의 점도가 감소하여 도체 소선 사이에 있던 동분들이 중력방향으로 이동할 수 있다. 중력방향으로 이동하는 동분들은 보강절연층으로 유출되고, 보강절연층으로 유출된 동분에서 절연파괴가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 케이블에서의 동분이 유출되는 것을 방지할 수 있는 직류 전력케이블 중간접속 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중간 접속함은, 도체, 내부반도전층, 절연층 및 외부반도전층을 구비하고 상기 내부반도전층, 절연층 및 외부반도전층이 순차적으로 벗겨진 한 쌍의 케이블을 서로 연결시키는 중간접속함에 있어서, 상기 한 쌍의 케이블의 도체를 서로 전기적으로 연결하는 도체 압착슬리브; 크래프트지로 이루어진 최내층과 복합절연지로 이루어진 최외층을 가지며, 상기 전력케이블의 상기 도체, 상기 도체 압착슬리브 내지 상기 절연층의 적어도 일부를 감싸는 보강절연층; 및 상기 도체 압착슬리브와 상기 도체 사이에 배치되어 상기 도체로부터 발생할 수 있는 동분(銅粉)이 유출되는 것을 방지하는 동분유출방지부; 를 구비할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 케이블의 절연층은, 상기 내부반도전층을 둘러싸며, 절연유에 함침된 크래프트지로 이루어진 제1 절연층; 상기 제1 절연층을 둘러싸며, 절연유에 함침된 복합절연지로 이루어진 제2 절연층; 및 상기 제2 절연층을 둘러싸며, 절연유에 함침된 크래프트지로 이루어진 제3 절연층을 포함하고, 상기 동분유출방지부는, 상기 제1 절연층과 상기 도체 압착슬리브 사이에 노출된 상기 도체 상에 배치되는 카본지층; 및 상기 도체 압착슬리브와 상기 도체 사이에 배치되는 동판; 을 포함하며, 상기 카본지층은 상기 도체 압착슬리브와 상기 도체 사이에도 위치할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 카본지층은 상기 케이블의 상기 내부반도층이 연장됨으로써 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 카본지층은 복수 매의 카본지를 상기 도체 상에 공권하고, 상기 공권 이후 갭권으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 동분유출방지부는, 상기 카본지층, 상기 동판, 및 상기 도체 압착슬리브를 둘러싸는 카본 크리프지층을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 동분유출방지부는, 상기 카본 크리프지층 상에 권취되는 절연지를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도체 압착슬리브는 내면에서 돌출되어 형성된 적어도 두 개의 주름산과 상기 주름산 사이에 형성되는 적어도 하나의 주름골을 갖는 몸체부를 포함하며, 상기 동판은 상기 도체 압착슬리브의 일단에서 상기 주름산까지 배치되고, 상기 주름산의 꼭지점을 넘지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케이블용 중간 접속함을 이용하여 한 쌍의 케이블을 접속하는 방법은, 도체, 내부반도전층, 절연층 및 외부반도전층을 구비하고 상기 내부반도전층, 절연층 및 외부반도전층이 순차적으로 벗겨진 한 쌍의 케이블을 케이블용 중간 접속함을 이용하여 접속하는 방법에 있어서, 노출된 상기 내부반도전층 일부를 포함하여 상기 도체를 동판으로 감싸는 단계; 상기 한 쌍의 케이블에서 노출된 한 쌍의 도체의 각 단부를 도체 압착슬리브로 파지하여 상기 한 쌍의 도체를 접속하는 단계; 노출된 상기 내부반도전층과 상기 도체 압착슬리브를 카본 크리프지층으로 둘러싸는 단계; 상기 카본 크리프지층 상에 절연지를 권취하는 단계; 및 상기 절연지 및 상기 케이블의 절연층의 적어도 일부를 보강절연층으로 감싸는 단계; 를 구비할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 내부반도전층은 복수 매의 카본지가 상기 도체 상에 공권되고, 상기 공권 이후 갭권으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 내부반도전층은 상기 케이블에서 연장되어 그 일단이 상기 압착 슬리브에 대응되는 상기 동판과 상기 도체 사이까지 연장될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 동판은 상기 도체 압착슬리브의 내주면에 대응되는 위치를 벗어나지 않으면서 상기 도체 압착슬리브의 일단 내측으로 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도체 압착슬리브는 파지 전 그 외면에 돌출되어 형성되는 적어도 두 개 이상의 돌출부와 상기 돌출부 사이에 형성되는 적어도 하나 이상의 오목부를 상기 외면에 구비하며, 상기 도체 접속 단계는, 상기 돌출부가 형성된 영역을 압착하여 상기 도체 압착슬리브의 내측으로 돌출되는 주름산이 형성되어 상기 도체를 파지하는 단계; 및 상기 도체 압착슬리브 외면을 평탄하게 다듬질하는 단계; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 동판은 상기 도체 압착슬리브의 일단에서 상기 주름산까지 배치되고, 상기 주름산의 꼭지점을 넘지 않을 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 케이블의 절연층은, 상기 내부반도전층을 둘러싸며, 절연유에 함침된 크래프트지로 이루어진 제1 절연층; 상기 제1 절연층을 둘러싸며, 절연유에 함침된 복합절연지로 이루어진 제2 절연층; 및 상기 제2 절연층을 둘러싸며, 절연유에 함침된 크래프트지로 이루어진 제3 절연층을 포함하며, 상기 카본 크리프지층으로 둘러싸는 단계는, 상기 제1 절연층과 상기 도체 압착슬리브 사이에 노출된 상기 내부반도전층과 상기 도체 압착슬리브를 둘러싸도록 카본 크리프지를 랩권으로 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 보강절연층은, 상기 절연지 상에서 상기 제3 절연층 외경까지 형성되는 제1 보강절연층; 및 상기 제1 보강절연층 상에 형성되는 제2 보강절연층; 으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 보강절연층은 상기 제1 보강절연층의 방사 방향으로 그 길이방향에서의 폭이 좁아져서 양단에서 슬로프가 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 중간접속함에 의해 접속된 한 쌍의 케이블의 도체에서 도체 가열에 따른 절연유의 점도 저하로 도체 소선 사이에 있던 동분이 중력방향으로 이동하여 보강절연층으로 유출되는 것을 방지함으로써 동분 유출로 인한 보강절연층의 절연 파괴를 막을 수 있다.

도 1은 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 중간접속함에 의해 접속된 케이블을 개략적으로 나타내는 부분 절개도이다.
도 3은 도 2의 C를 확대한 도면이다.
도 4는 압착 전 도체 압착슬리브를 나타내는 단면도이다.
도 5는 압착 후 도체 압착슬리브를 나타내는 단면도이다.
도 6 내지 도 10은 압착 후 도체 압착슬리브를 나타내는 다양한 실시예들의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

일반적으로 절연유 함침 케이블은 수백m 내지는 수km 간격으로 중간접속함에 의해 접속이 이루어지며, 절연유 함침 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 가공선과 접속이 이루어지게 된다. 이하에서는 먼저 절연유 함침 전력케이블의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 접속함의 연결과정을 살펴보기로 한다.

도 1은 초고압 직류 전력케이블의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 1을 참조하면, 전력케이블(100)은 도체(11), 내부반도전층(12), 절연층(14), 외부반도전층(16)을 포함하여, 도체(11)를 따라 케이블 길이 방향으로만 전력을 전송하고, 케이블 반경 방향으로는 전류가 누설되지 않도록 하는 케이블 코어부(10)를 구비한다.

상기 도체(11)는 전력을 전송하기 위해 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 전력 손실을 최소화할 수 있도록 도전율이 우수하고 케이블 제조 및 사용에 적절한 강도와 유연성을 가진 소재, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.

상기 도체(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 원형의 중심소선(11a)과 상기 원형 중심소선(11a)을 감싸도록 연선된 평각소선(11b)으로 이루어진 평각소선층(11c)을 구비하며 전체적으로 원형의 단면을 가지는 평각도체일 수 있으며, 다른 예로서 복수개의 원형소선을 연선하여 원형으로 압축한 원형 압축도체일 수 있다. 상기 평각도체는 원형 압축도체에 비하여 점적율이 상대적으로 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.

상기 도체(11)는 복수개의 소선이 연선되어 형성되므로 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(11) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하될 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 도체(11) 외부에는 내부반도전층(12)이 형성될 수 있다. 상기 내부반도전층(12)은 절연성 물질에 카본블랙, 카본 나노튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가질 수 있다.

상기 내부반도전층(12)은 상기 도체(11)와 후술하는 절연층(14) 사이에서 급격한 전계변화가 발생하는 것을 방지하여 절연성능을 안정화하는 기능을 수행한다. 또한, 도체면의 불균일한 전하분포를 억제함으로써 전계를 균일하게 하고, 도체(11)와 절연층(14) 사이에 간격이 형성되는 것을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제하는 역할도 하게 된다.

상기 절연층(14)은 상기 내부반도전층(12)의 바깥쪽에 구비되어 도체(11)를 따라 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜 준다.

상기 절연층(14)은 절연유에 함침된 절연지로 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연층(14)은 상기 내부반도전층(12)을 둘러싸도록 절연지가 다층으로 권취되고, 상기 케이블 코어부가 형성된 후 절연유에 함침시킴으로써 형성될 수 있다. 이와 같이 절연유가 절연지에 흡수되는바, 절연층(14)의 절연 특성이 향상될 수 있다.

상기 절연유는 상기 절연지 내부의 공극 및 상기 절연지를 권취하여 형성된 층간의 틈에 충진되어 절연특성을 향상시키며, 케이블의 굽힘시 상기 절연지간의 마찰력을 저감시켜 케이블의 굴곡 특성을 향상시킨다. 상기 절연유는 그 종류가 특별히 제한되지는 않지만, 상기 도체(11)를 구성하는 구리 또는 알루미늄과 접촉하여 열에 의해 산화되지 않아야 하며, 상기 절연지를 용이하게 함침할 수 있도록 함침온도, 예를 들어 100℃에서는 충분히 낮은 점도를 가지며, 60℃에서의 동점도가 10~500 센티스토크(centistoke)인 중점도 절연유 또는 60℃에서의 동점도가 500 센티스토크 이상인 고점도의 절연유를 사용하는 것이 바람직하다.

상대적으로 점도가 낮은 저점도 절연유를 사용하는 경우, 절연지가 절연유에 함침된 상태를 유지시키고, 절연유의 유동에 의해 절연층에 공극이 생기는 것을 방지하기 위해 급유설비 등을 사용하여 절연유를 가압할 필요가 있다. 하지만, 중점도 또는 고점도 절연유를 사용하는 경우에는 절연유의 유동이 적기 때문에 절연유를 가압하기 위한 급유설비가 필요없거나, 필요한 급유설비의 수를 줄일 수 있어 케이블 연장길이를 길게 할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 상기 절연유는 나프텐계 절연유, 폴리스틸렌계 절연유, 광유, 알킬 벤젠이나 폴리부텐계 합성유, 중질 알켈레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연유를 사용할 수 있다.

상기 절연지는 크래프트 펄프(Kraft pulp)를 원료로 하여 펄프 중의 유기 전해질을 제거한 크래프트지(Kraft paper) 또는 플라스틱 필름의 일면 또는 양면에 크래프트지를 접착한 복합절연지일 수 있다. 상기 플라스틱 필름은 그 일면 또는 양면에 접착되는 크래프트지 보다 큰 저항률을 가져 함침공정 또는 케이블 작동시 절연유의 유동에 따라 크래프트지에 기포가 생성되더라도 그 기포에 분담되는 전압을 완화할 수 있으며, 폴리에틸렌(Polyethylen), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리부틸렌(Polybutylen) 등의 폴리올레핀계 수지나 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로폴리프로필렌(Tetrafluoroethylene-Hexafluoropropylene) 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(Ethylen-tetrafluoroethylene) 공중합체 등의 불소 수지로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 내열성이 우수한 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 절연층(14)은 크래프트지만을 권취하고, 절연유에 함침시켜 형성될 수 있다. 이 경우 상기 절연유가 케이블 하중방향으로 절연유가 유동하여 공극이 발생할 수 있다. 반면, 복합 절연지를 권취하고, 절연유에 함침시켜 상기 절연층(14)을 형성하는 경우, 상기 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지는 절연유에 함침되지 않으며, 케이블 제조시의 함침 온도 또는 케이블 작동시의 작동 온도에 따라 열팽창을 하게 된다. 열가소성 수지가 열팽창을 하게 되면 이에 적층된 크래프트지에 면압을 가하게 되어 절연유의 이동 통로를 협소하게 하므로 중력에 따른 절연유 유동 또는 온도에 따른 절연유의 수축/팽창에 유동을 억제할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상기 복합 절연지는 크래프트지 보다 절연내력이 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 전력 케이블을 통전시키는 경우, 전류가 흐르는 통로 역할을 하는 도체에 열이 발생하며, 케이블 반경방향으로 내측에서 외측을 향해 온도가 점차 낮아지게 되어 상기 절연층(14)에서도 온도 차이가 발생한다. 따라서, 상기 도체 직상구간에 속하는 절연층, 즉 내부반도전층(12) 상에 형성되는 절연층의 절연유는 점도가 낮아지고 열팽창을 하여 바깥방향으로 이동하게 되며, 케이블 온도 하강시에는 이동한 절연유의 점도가 높아지고 원래대로 되돌아가지 않게 되어 도체 직상 구간의 절연층 부분에 공극이 발생하게 될 수 있다.

또한, 상기 온도 차이에 따라 점차 전계가 역전되어 작용하는 전계가 점차 높아지는 금속시스 직하구간에 속하는 절연층, 즉 외부반도전층(16) 방향으로 형성되는 절연층에는 높은 전계가 작용하게 된다. 상기 도체 직상구간 및 금속시스 직하구간은 공극이 발생할 가능성이 높고, 케이블 내부의 온도 변화에 따라 고전계가 작용하는 영역으로 부분방전, 절연파괴 등의 기점이 되는 절연 취약부로 작용할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 상기 절연층(14) 중 상기 절연 취약부를 포함하는 영역에는 절연지로 크래프트지만을 사용할 수 있다. 즉, 상기 절연층(14)을 상기 내부반도전층(12)에서 후술하는 외부반도전층(16) 방향으로 제1 절연층, 제2 절연층 및 제3 절연층으로 구분하여 제1 절연층 및/또는 제3 절연층에는 크래프트지만을 사용하며, 제2 절연층에는 상기 복합 절연지를 사용할 수 있다.

이 경우, 복합절연지가 권취된 제2 절연층과 크래프트지가 권취된 제1 절연층 및/또는 제3 절연층 간에 저항률 차이가 발생하며, 저항률이 낮은 크래프트지가 권취된 상기 절연층(14)의 제1 절연층 및/또는 제3 절연층은 저항률이 상대적으로 낮아 상기 절연 취약부에 분담되는 전계를 완화하는 작용을 한다. 구체적으로, 저항률에 따라 전계가 분포되는 직류 케이블의 저항성 전계분포 특성상 저항률이 높은 복합 절연지가 권취된 상기 제2 절연층에 높은 전계가 작용하며, 상기 제1 절연층 및/또는 제3 절연층에 포함된 도체 직상구간 및/또는 금속시스 직하구간에 상대적으로 낮은 전계가 작용하므로 절연 취약부에 작용하는 전계가 완화되어 절연 성능을 안정화할 수 있다.

또한, 상기 절연층(14)은 제3 절연층을 제1 절연층 보다 두껍게 형성할 수 있다. 상기 절연층(14)의 외부에 후술하는 금속시스(22)를 형성하거나, 케이블 코어부가 내측부터 순차적으로 노출된 두 개의 전력 케이블을 접속한 후 금속시스(22)을 복원하는 경우 등에 있어서 가해지는 열이 상기 절연층(14)의 제2 절연층에 인가되어 상기 플라스틱 필름의 변형이 발생할 수 있기 때문에 상기 제1 절연층보다 제2 절연층을 두껍게 형성하여 제2 절연층의 플라스틱 필름을 열로부터 보호하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 절연층의 두께는 전력 케이블에 요구되는 임펄스 서지 전압 등을 고려하여 선정할 수 있다.

상기 절연층(14)의 외부에는 외부반도전층(16)이 구비될 수 있다. 상기 외부반도전층(16)은 내부반도전층과 같이 절연성 물질에 도전성 입자, 예를 들면 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등이 첨가되어 반도전성을 가지는 물질로 형성되어, 상기 절연층(14)과 후술하는 금속시스(22) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 절연 성능을 안정화한다. 또한, 상기 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지하며, 상기 절연층(14)을 물리적으로 보호하는 기능도 수행할 수 있다. 또한, 상기 외부반도전층(16)은 금속화지를 추가로 구비할 수 있다. 상기 금속화지는 크래프트지에 알루미늄 박막을 적층하여 형성할 수 있으며, 상기 절연층(14)의 절연유 함침이 용이하도록 복수개의 천공이 존재할 수 있다.

상기 케이블 코어부(10)는 케이블에 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 수분 흡수부(21)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 수분 흡수부는 상기 도체(11)의 연선된 소선 사이 및/또는 상기 도체(11)의 외부에 형성될 수 있으며, 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 수분 흡수부는 급격한 전계 변화를 방지하기 위하여 반도전성을 가질 수 있다.

상기 케이블 코어부(10)의 외부에는 케이블 보호부(20)가 구비되며, 해저에 포설되는 전력케이블은 케이블 외장부(30)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 케이블 보호부 및 케이블 외장부는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인으로부터 코어부를 보호한다.

상기 케이블 보호부(20)는 금속시스(22)와 고분자 시스(24)를 포함하여, 사고전류, 외력 내지 기타 외부환경 요인으로부터 케이블을 보호한다.

상기 금속시스(22)는 상기 코어부(10)를 둘러싸도록 형성할 수 있다. 특히, 상기 전력 케이블이 해저와 같은 환경에 포설되는 경우, 수분과 같은 이물질이 상기 케이블 코어부(10)에 침입하는 것을 방지하기 위해 상기 케이블 코어부(10)를 실링하도록 형성할 수 있으며, 상기 케이블 코어부(10) 외부에 용융된 금속을 압출하여 이음새가 없는 연속적인 외면을 가지도록 형성하여 차수성능이 우수하게 할 수 있다. 상기 금속으로는 납(Lead) 또는 알루미늄을 사용하며, 해저에 포설되는 전력 케이블의 경우에는 해수에 대한 내식성이 우수한 납을 사용하는 것이 바람직하고, 기계적 성질을 보완하기 위해 금속 원소를 첨가한 합금연(Lead alloy)을 사용하는 것이더욱 바람직하다. 또한, 상기 금속시스(22)는 전력 케이블 단부에서의 접지되어 지락 또는 단락 등의 사고 발생시 사고 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 외부의 충격으로부터 케이블을 보호하고, 전계가 케이블 외부로 방전되지 못하도록 할 수 있다.

또한, 상기 금속시스(22)는 케이블의 내식성, 차수성 등을 추가로 향상시키고 상기 고분자 시스(24)와의 접착력을 향상시키기 위해 표면에 부식 방지 컴파운드, 예를 들어, 블로운 아스팔트 등이 도포될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 금속 시스(22)와 상기 케이블 코어부(10) 사이에는 동선직입 테이프 내지 수분 흡수층(21)이 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 동선직입 테이프는 동선(Copper wire)과 부직포 테이프 등으로 구성되어 외부반도전층(16)과 금속시스(22)간의 전기적 접촉을 원활히 하는 작용을 하며, 상기 수분흡수층은 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 동선직입 테이프와 수분 흡수층은 급격한 전계 변화를 방지하기 위해 반도전성을 가지는 것이 바람직하며, 통전 및 수분흡수 작용을 모두 할 수 있도록, 수분 흡수층에 동선을 포함시켜 구성할 수도 있다.

상기 고분자 시스(24)는 상기 금속시스(22)의 외부에 형성되어 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 고분자 시스(24)는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 등과 같은 수지로 형성될 수 있으며, 해저에 포설되는 전력 케이블의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 난연성이 요구되는 환경에서는 폴리염화비닐 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 전력 케이블(100)은 상기 고분자 시스의 내측 또는 외측에 아연도금 처리된 강철 케이프 등으로 구성되는 금속 보강층(26)을 구비하여, 상기 절연유의 팽창에 의해 상기 금속시스(22)가 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 금속 보강층(26)의 상부 및/또는 하부에는 반도전성 부직포 테이프 등으로 이루어져 전력 케이블에 가해지는 외력을 완충하는 베딩층(미도시)을 구비할 수 있으며, 폴리염화비닐 내지 폴리에틸렌 등의 수지로 구성되는 외부 시스(28)를 더 구비하여 전력 케이블의 내식성, 차수성 등을 더욱 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 추가적으로 보호할 수 있다.

또한, 해저에 포설되는 전력 케이블은 선박의 닻 등에 의해 외상을 입기 쉬우며, 해류나 파랑 등에 의한 굽힘력, 해저면과의 마찰력 등에 의해서도 파손될 수 있으므로 이를 막기 위하여 상기 케이블 보호부의 외부에 케이블 외장부(30)를 추가로 구비할 수 있다.

상기 케이블 외장부는 아머층(34) 및 써빙층(38)을 포함할 수 있다. 상기 아머층(34)은 강철, 아연도금강, 구리, 황동, 청동 등으로 이루어지고 단면 형태가 원형, 평각형 등인 와이어를 횡권하여 적어도 1층 이상으로 구성할 수 있으며, 상기 전력 케이블의 기계적 특성과 성능을 강화하는 기능을 수행할 뿐만아니라 외력으로부터 케이블을 추가적으로 보호한다.

폴리프로필렌 얀 등으로 구성되는 상기 써빙층(38)은 상기 아머층(34)의 상부 및/또는 하부에 1층 이상으로 형성되어 케이블을 보호하며, 최외곽에 형성되는 써빙층(34)은 색상이 다른 2종 이상의 재료로 구성되어 해저에서 포설된 케이블의 가시성을 확보할 수 있다.

도 2는 중간접속함에 의해 접속된 케이블을 개략적으로 나타내는 부분 절개도로서, 상세하게는 중간접속함(200)에 의해 도 1과 같은 구성을 가지는 절연유 함침 케이블(100A, 100B)이 서로 접속된 상태를 개략적으로 도시한 부분절개도이다. 도 3은 도 2의 C를 확대한 도면이다.

도 2 및 3을 참조하면, 먼저 한 쌍의 절연유 함침 케이블(100A, 100B)에서 절연층(14A, 14B) 및 도체(11A, 11B)가 노출된 상태에서 절연유 함침 케이블(100A, 100B)의 도체(11A, 11B)의 각 단부를 전기적으로 연결할 수 있다. 전기적으로 연결된 도체(11A, 11B)은 전류의 통로 역할을 하며, 이를 통해 전력이 전달될 수 있다. 도체(11A, 11B)은 도체 압착슬리브(1P)로 압착하거나 용접하여 서로 전기적으로 연결한다.

케이블 절연층(14A)은 상술한 바와 같이 제1 케이블 절연층(14A1), 제2 케이블 절연층(14A2), 제3 케이블 절연층(14A3)으로 이루어질 수 있다. 케이블 절연층(14A)은 다단 구조를 갖도록 펜슬링될 수 있다. 일 예로서 도 2 및 6에 도시된 바와 같이 케이블 절연층(14A)은 제1 펜슬링 단(14a1), 제2 펜슬링 단(14a2), 제3 펜슬링 단(14a3)의 다단 구조를 갖도록 펜슬링될 수 있다. 제1 펜슬링 단(14a1)은 내부반도전층(12), 제1 케이블 절연층(14A1), 및 제2 케이블 절연층(14A2) 일부로 이루어지며, 제2 펜슬링 단(14a2)은 제2 케이블 절연층(14A2)으로 이루어지고, 제3 펜슬링 단(14a3)은 제2 케이블 절연층(14A2) 일부와 제3 케이블 절연층(14A3)으로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 보강절연층과 함께 후술한다.

도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에는 상기 도체(11A, 11B)로부터 발생하는 동분(銅粉)이 유출되는 것을 방지하는 동분유출방지부(PC)가 위치할 수 있다.

중간접속함에 의해 한 쌍의 케이블, 예를 들어 절연유 함침 케이블이 접속되는 경우 케이블에 전류가 흐름에 따라 케이블 내 도체가 가열되어 케이블 내의 절연유의 점도가 감소하여 도체 소선 사이에 있던 동분들이 중력방향으로 이동할 수 있다. 중력방향으로 이동하는 동분들은 보강절연층으로 유출되고, 보강절연층으로 유출된 동분에서 절연파괴가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동분유출방지부(PC)는 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이, 또는/및 제1 보강절연층(2101)의 최내층(2101A)과 도체(11A, 11B) 사이에 배치됨으로써 도체(11A, 11B)에서 발생한 동분이 보강절연층(210)으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

동분유출방지부(PC)는 일 예로서 케이블(100A)의 제1 펜슬링 단(14a1)과 도체 압착슬리브(1P) 사이에 노출된 도체(11A) 상에 위치하는 제1 전계균일화층(12)과, 상기 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되는 동분유출방지판(211)으로 이루어질 수 있다.

제1 전계균일화층(12)은 도체 압착슬리브와 상기 도체 사이, 및 상기 보강절 연층과 상기 도체 사이에 배치될 수 있다. 즉 제1 전계균일화층(12)은 제1 케이블 절연층(14A1)과 도체 압착슬리브(1P) 사이 뿐만 아니라 더 연장되어 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에까지 이어질 수 있다.

제1 전계균일화층(12)은 일 예로서 케이블(100A)의 내부반도전층이 연장됨으로써 이루어질 수 있다. 즉, 제1 전계균일화층(12)은 케이블(100A)의 내부반도전층 그 자체로서 제1 케이블 절연층(14A1)과 함께 제거되지 않고 소정의 길이를 남겨 두고 제거되어 이루어지며, 상기 내부반도전층이 제거된 후에 도체(11A)가 노출된다.

제1 전계균일화층(12)은 적어도 한 매의 절연지를 도체(11A) 상에 지권하여 형성하되 최초 2매는 공권으로, 이후 갭권으로 형성될 수 있다.

상세하게는, 제1 전계균일화층(12)은 상기 직류 전력 케이블(100A, 100B)의 도체(11A, 11B)에 인접한 최내층을 공권 즉, 상기 케이블의 길이방향으로 중첩되도록 복수 매의 반도전성 테이프를 횡권하여 형성되고, 공권 이후에는 갭권, 즉 절연지의 일종인 반도전 테이프를 직류 전력 케이블(100A, 100B)의 길이방향으로 이격되도록 횡권함으로써 이루어질 수 있다.

또한 다른 예로서, 제1 전계균일화층(12)은 상기 직류 전력 케이블(100A, 100B)의 도체에 인접한 최내층을 랩권, 즉 상기 직류 전력 케이블(100A, 100B)의 도체(11A, 11B) 상에 절연지의 일종인 카본지 1매를 중첩시켜 상기 직류 전력 케이블(100A, 100B)의 길이방향으로 횡권하여 형성하고, 랩권 이후에는 케이블의 길이방향으로 중첩되도록 복수 매의 반도전성 테이프인 카본지를 횡권하는 공권으로 형성하며, 공권 후 갭권, 즉 절연지의 일종인 반도전 테이프(카본지)를 직류 전력 케이블(100A, 100B)의 길이방향으로 이격되도록 횡권함으로써 이루어질 수 있다.

제1 전계균일화층(12)이 공권 이후 갭권으로 형성되는바 복수 매의 절연지(카본지)의 공극을 최소화하여 동분유출을 1차적으로 막을 수 있다. 또한 복수 매의 절연지(카본지)를 공권한 후 갭권하여 지권하므로 벤딩 특성을 향상시킬 수 있다.

제1 전계균일화층(12)은 제1 케이블 절연층(14A1)이 제거되어 노출된 케이블(100A)의 내부반도전층이 노출되고 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에까지 연장될 수 있다. 즉 제1 전계균일화층(12)은 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 위치할 수 있다.

제1 전계균일화층(12)은 일 예로서 도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 형성되는 도체 압착슬리브(1P) 내측면의 주름산(도 5의 1Pa')이 시작하는 위치, 즉 도체 압착슬리브(1P)의 일단까지 연장될 수 있다. 다른 예로서 도 5에 도시된 바와 같이 제1 전계균일화층(12)은 상기 주름산(도 5의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘지 않고 그 직전까지 연장될 수 있다. 이와 같이 연장됨으로써 케이블의 도체(11A)와 도체 압착슬리브(1Pa) 간의 충분한 전류 경로를 확보할 수 있다. 또 다른 예로서 도 6에 도시된 바와 같이 제1 전계균일화층(12)은 상기 주름산(도 5의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘어서까지 연장될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.

동분유출방지판(211)은 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치될 수 있다. 즉 동분유출방지판(211)은 도체 압착슬리브(1P)의 내측에 대응되도록 배치되고, 도체 압착슬리브(1P)을 넘지 않을 수 있다. 다른 예로서 도 9 및 10에 도시된 바와 같이 동분유출방지판(211")은 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이 뿐만 아니라 도체 압착슬리브(1P)의 양단을 넘어서까지 연장될 수 있다.

동분유출방지판(211)은 동분이 투과할 수 없을 정도로 치밀한 조직을 가지는 재질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 압착슬리브의 압착시에 작용하는 힘에 견딜 수 있는 금속재질로 형성될 수 있다. 동분유출방지판(211)은 케이블(100A, 100B)의 도체(11A, 11B)의 재질에 대응하도록 구리, 알루미늄, 구리합금, 또는 알루미늄합금 재질로 이루어질 수 있다.

동분유출방지판(211)은 일 예로서 구리테이프로 제1 전계균일화층(12)의 일부와 도체(11A)를 감싸고, 서로 맞닿는 구리테이프의 단부를 종첨이나 납땜하여 이루어질 수 있다. 구리테이프의 양단을 납땜하여 동분유출방지판(211)을 형성하는 경우에는 납땜의 연결부를 매끈하게 처리하여 에지가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에서 동분유출방지판(211)이 종첨에 의해 케이블 도체(11A)를 감싸도록 형성되는바 도체(11A)에서 발생하는 동분의 유출경로가 최소화되고 이에 따라 동분은 동분유출방지판(211)에 의해 차단될 수 있다.

케이블 도체(11A)의 단부를 향하는 동분유출방지판(211)의 일단부는 도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 그 내측면에 형성되는 주름산(1Pa')을 넘어 주름골(1Pb')에 인접하는 위치(a1)에서 시작하여 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하여 연장됨으로써 도체 압착슬리브(1P)으로의 압착력을 받을 수 있다. 일 예로서 도 5에 도시된 바와 같이 동분유출방지판(211)은 주름산(1Pa')에서 가장 높은 지점인 산마루(T)를 넘어서까지 연장되는 것이 바람직하다.

또한 케이블의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 동분유출방지판(211)의 타단부(a2)는 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되어 에지로 작용하지 않을 수 있다.

도 4 및 5를 참조하여 제1 전계균일화층(12)과 동분유출방지판(211)의 배치를 설명하면 다음과 같다.

도 4 및 도 5는 도체 압착슬리브로 한 쌍의 도체(11A, 11B)를 전기적으로 연결하는 상태를 도시한 단면도이다. 즉 도 4는 압착 전 도체 압착슬리브를 나타내는 단면도이고, 도 5는 압착 후 도체 압착슬리브를 나타내는 단면도이다.

도 4를 참고하면, 상기 한 쌍의 도체(11A, 11B)를 전기적으로 접속하는 경우, 도체 압착슬리브(1P)의 도체 수용부에 상기 한 쌍의 도체(11A, 11B)의 각 단부가 끼워지며, 도 5에서와 같이 상기 도체 압착슬리브의 외면이 압착 장치에 의해 압착되어 상기 한 쌍의 도체를 파지함으로써 접속 상태를 견고히 지지하게 되며, 압착 후에 상기 도체 압착슬리브의 외면이 고르게 다듬질되어 평평한 표면이 형성된다.

구체적으로, 상기 도체 압착슬리브(1P)는 도 5에 도시된 바와 같이 외면에 돌출되어 형성되는 적어도 두 개 이상의 돌출부(1Pa)와 상기 돌출부(1Pa) 사이에 형성되는 적어도 하나 이상의 오목부(1Pb)를 면에 구비하고, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 돌출부(1Pa)이 형성된 영역이 상기 압착 장치에 의하여 압착되어 상기 도체 압착슬리브(1P)의 내측으로 돌출되어 주름산(1Pa')을 형성하게 됨으로써 각 도체의 단부를 파지하게 되며, 압착에 의해 불균일해진 상기 도체 압착슬리브(1P)의 외면은 평탄하게 다듬질되어 상기 도체 압착슬리브 외면의 전계집중 내지 코로나 방전 등을 방지할 수 있다.

제1 전계균일화층(12)은 상술한 바와 같이 케이블(100A)의 내부반도전층에서 도체 압착슬리브(1P)를 향하는 방향으로 연장되어 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되고, 동분유출방지판(211)은 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 타단부가 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되지 않으며 도체(11A)의 단부를 향하는 일단부는 소정의 길이로 연장될 수 있다.

도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 도체 압착슬리브(1P)의 내측면에 주름산(1Pa')이 형성되고, 제1 전계균일화층(12)은 상기 주름산(도 5의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘지 않고 그 직전까지 연장되며, 동분유출방지판(211)은 주름산(1Pa')에서 가장 높은 지점인 산마루(T)를 넘어서까지 연장될 수 있다.

도 6 내지 도 10은 제1 전계균일화층과 동분유출방지판의 다양한 변형예를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 전계균일화층(121)은 케이블(100A)의 내부반도전층에서 도체 압착슬리브(1P)를 향하는 방향으로 연장되어 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되고, 동분유출방지판(211)은 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 타단부가 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되지 않으며 도체(11A)의 단부를 향하는 일단부는 소정의 길이로 연장될 수 있다.

도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 도체 압착슬리브(1P)의 내측면에 주름산(1Pa')이 형성되고, 제1 전계균일화층(121)은 상기 주름산(도 6의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘어서까지 연장되며, 동분유출방지판(211)은 주름산(1Pa')에서 가장 높은 지점인 산마루(T)를 넘어서까지 연장될 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 전계균일화층(122)은 케이블(100A)의 내부반도전층에서 도체 압착슬리브(1P)를 향하는 방향으로 연장되어 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되고, 동분유출방지판(211')은 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이 전면에 걸쳐 배치될 수 있다. 즉 도 5 및 6에서는 도체(11A)와 도체 압착슬리브(1P) 사이에 한 개의 동분유출방지판(211)이 배치되고, 또한 도체(11B)와 도체 압착슬리브(1P) 사이에 또 다른 한 개의 동분유출방지판(211)이 배치되나, 도 7에 도시된 실시예에서는 하나의 동분유출방지판(211')이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에 배치된다. 상기 동분유출방지판(211')은 양 단부, 즉 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 단부와 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14B1)을 향하는 단부가 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되지 않고, 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에 배치될 수 있다.

도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 도체 압착슬리브(1P)의 내측면에 주름산(1Pa')이 형성되고, 제1 전계균일화층(122)은 상기 주름산(도 7의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘어서까지 연장될 수 있다.

도 8을 참조하면, 제1 전계균일화층(123)은 케이블(100A)의 내부반도전층에서 도체 압착슬리브(1P)를 향하는 방향으로 연장되어 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되고, 동분유출방지판(211')은 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이 전면에 걸쳐 배치될 수 있다. 즉 도 5 및 6에서는 도체(11A)와 도체 압착슬리브(1P) 사이에 한 개의 동분유출방지판(211)이 배치되고, 또한 도체(11B)와 도체 압착슬리브(1P) 사이에 또 다른 한 개의 동분유출방지판(211)이 배치되나, 도 8에 도시된 실시예에서는 하나의 동분유출방지판(211')이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에 배치된다. 상기 동분유출방지판(211')은 양 단부, 즉 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 단부와 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14B1)을 향하는 단부가 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되지 않고, 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에 배치될 수 있다.

도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 도 8에 도시된 바와 같이 도체 압착슬리브(1P)의 내측면에 주름산(1Pa')이 형성되고, 제1 전계균일화층(123)은 상기 주름산(도 8의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘지 않고 그 직전까지 연장될 수 있다.

도 9를 참조하면, 제1 전계균일화층(124)은 케이블(100A)의 내부반도전층에서 도체 압착슬리브(1P)를 향하는 방향으로 연장되어 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되고, 동분유출방지판(211")은 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 타단부가 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되어 연장되며, 도체(11A)의 단부를 향하는 일단부는 소정의 길이로 연장될 수 있다. 즉 동분유출방지판(211")은 그 일부분이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에 배치되고 다른 일부분은 도체 압착슬리브(1P)를 넘어서 케이블 절연층(14A)을 향하여 연장될 수 있다.

도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 도 9에 도시된 바와 같이 도체 압착슬리브(1P)의 내측면에 주름산(1Pa')이 형성되고, 제1 전계균일화층(124)은 상기 주름산(도 6의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)를 넘어서까지 연장되며, 동분유출방지판(211)은 주름산(1Pa')에서 가장 높은 지점인 산마루(T)를 넘어서까지 연장될 수 있다. 도체 압착슬리브(1P)를 넘어서는 영역에서 동분유출방지판(211")의 다른 일부분과 제1 전계균일화층(124)이 중첩되어 배치될 수 있다.

도 10을 참조하면, 제1 전계균일화층(125)은 케이블(100A)의 내부반도전층에서 도체 압착슬리브(1P)를 향하는 방향으로 연장되어 그 일단이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A) 사이에 배치되고, 동분유출방지판(211")은 케이블(100A)의 제1 케이블 절연층(14A1)을 향하는 타단부가 도체 압착슬리브(1P)에서 돌출되어 연장되며, 도체(11A)의 단부를 향하는 일단부는 소정의 길이로 연장될 수 있다. 즉 동분유출방지판(211")은 그 일부분이 도체 압착슬리브(1P)와 도체(11A, 11B) 사이에 배치되고 다른 일부분은 도체 압착슬리브(1P)를 넘어서 케이블 절연층(14A)을 향하여 연장될 수 있다.

도체 압착슬리브(1P)의 압착에 의해 도 10에 도시된 바와 같이 도체 압착슬리브(1P)의 내측면에 주름산(1Pa')이 형성되고, 제1 전계균일화층(124)은 상기 주름산(도 10의 1Pa')에서 가장 높은 산마루(T)에 못 미쳐 그 직전까지 연장되며, 동분유출방지판(211)은 주름산(1Pa')에서 가장 높은 지점인 산마루(T)를 넘어서까지 연장될 수 있다. 또한 도체 압착슬리브(1P)를 넘어서는 영역에서 동분유출방지판(211")의 다른 일부분과 제1 전계균일화층(125)이 중첩되어 배치될 수 있다.

상기 동분유출방지부(PC)는 도 3을 참조하면, 상기 제1 전계균일화층(12), 상기 동분유출방지판(211), 및 상기 도체 압착슬리브(1P)를 둘러싸는 제2 전계균일화층(212)과, 상기 제2 전계균일화층(212) 상에 권취되는 가압층(213)을 더 포함할 수 있다.

제2 전계균일화층(212)은 상기 제1 전계균일화층(12), 동분유출방지판(211) 및 도체 압착슬리브(1P)를 둘러싸도록 카본 크리프지(crepe)를 랩권하여 상기 제1 전계균일화층(12), 동분유출방지판(211), 도체 압착슬리브(1P)를 강하게 밀착시킴으로써 동분이 유출되는 것을 추가적으로 방지할 수 있다. 즉 도체 압착슬리브(1P)를 압착한 후 그 표면을 다듬질하지만 높은 정도의 평활도를 유지하는 것이 곤란하다. 제2 전계균일화층(212)은 다듬질된 도체 압착슬리브(1P)의 외주면을 감싸서 표면을 고르게 함으로써 도체 압착슬리브(1P) 외주면에서의 전계를 균일하게 할 수 있다.

또한 제2 전계균일화층(212)은 제1 전계균일화층(212) 및 동분유출방지판(211)을 가압할 수 있다.

제2 전계균일화층(212)은 일 예로서 카본 크리프지를 랩권으로 지권할 수 있다. 즉 제2 전계균일화층(212)은 카본 크리프지를 케이블의 길이방향으로 중첩되도록 지권하여 형성될 수 있다.

제2 전계균일화층(212)은 다른 예로서 카본지로 이루어질 수 있다. 제2 전계균일화층(212)은 도체 압착슬리브(1P) 양단에서의 단차를 고려할 때 주름진 카본지로 이루어지는 것이 바람직하다.

제2 전계균일화층(212)은 반도전성이므로, 도체 압착슬리브(1P)와 보강절연층(210) 사이에서 급격한 전계 변화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

제2 전계균일화층(212) 상에는 가압층(213)가 권취될 수 있다. 상기 가압층(213)는 제1 전계균일화층(12), 동분유출방지판(211), 도체 압착슬리브(1P), 제2 전계균일화층(212)를 서로 밀착시킴으로써 동분 유출을 보다 확실히 방지할 수 있다.

가압층(213)는 벤딩 특성을 고려하여 갭권으로 제2 전계균일화층(212) 상에 지권되는 것이 바람직하다. 즉 가압층(213)은 일 예로서 크래프티지를 상기 케이블의 길이방향으로 중첩되도록 횡권함으로써 형성될 수 있다.

케이블 통전시 고전계가 걸리는 도체 압착슬리브(1P) 상의 전계를 완화하기 위해 가압층(213)는 절연지로 권취될 수 될 수 있다.

상기 가압층(213)은 상기 보강절연층(2110)보다 체적저항이 1/100 배 이하로 낮을 수 있다.

상기 절연유 함침 케이블(100A, 100B)의 각 도체를 도체 압착슬리브(1P)로 압착하여 접속하고, 동분유출방지부(PC)를 형성한 다음, 상기 도체(11A, 11B)의 접속부위를 비롯한 케이블 절연층(14A1, 14A2, 14A3)의 적어도 일부를 감싸는 보강절연층(210)을 형성하게 된다.

상기 보강절연층(210)은 제1 보강절연층(210A, 210B)과 제2 보강절연층(210C, 210D)으로 이루어질 수 있다. 제1 보강절연층(210A, 210B)은 케이블(100A)의 제3 케이블 절연층(14A3) 외경까지 형성되며, 제2 보강절연층(210C, 210D)은 제1 보강절연층(210A, 210B) 상에 형성될 수 있다. 즉 제2 보강절연층(210C, 210D)은 상기 제1 보강절연층(210A, 210B)의 방사 방향으로 적층될 수 있다.

상기 보강절연층(210)은 절연지 및/또는 복합절연지로 이루어질 수 있으며, 보강절연층(210)의 최내층(210A)은 절연지로 이루어지고, 최외층(210D)은 복합절연지로 이루어질 수 있다.

이하, 구체적으로 살펴본다. 일 실시예에서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 도체 압착슬리브(1P)와 상기 케이블(100)의 절연층(14A)의 제일 안쪽에 위치한 제1절연층(14A1) 사이에는 소정의 공간이 잔존할 수 있다. 상기 압착슬리브(1P)와 상기 케이블(100)의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 제1절연층(14A1) 사이에 남아있는 공간은 크래프트지와 같은 절연지를 감싸 메꾸게 된다.

이 경우, 상기 보강절연층(210)의 절연지로 이루어진 최내층(210A)의 바깥면은 상기 케이블(100)의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 제1절연층(14A1)의 바깥면과 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 대략적으로 동일한 거리에 위치하게 된다.

또한, 상기 압착슬리브(1P)의 바깥면은 전계분포를 균일하게 하기 위하여 반도전 테이프로 둘러싸일 수 있다. 이때, 상기 반도전 테이프의 바깥면이 케이블의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 제1절연층(14A1)의 바깥면보다 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 가까운 거리에 위치하는 경우, 보강절연층(210)의 최내층(210A)의 바깥면이 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 대략 동일한 거리에 위치하도록 형성될 수 있다.

만약, 상기 보강절연층(210)의 절연지로 이루어진 최내층(210A)과 상기 케이블의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 제1절연층(14A1)의 바깥면이 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 대략 동일한 거리에 위치하지 않아서 단차가 발생한다면, 상기 단차가 발생한 부분은 전계취약점으로 작용하여 전계가 집중되어 절연파괴를 야기할 수 있다.

한편, 상기 보강절연층(210)의 최외층(210D)은 상기 케이블(100)의 노출된 절연층(14)의 외경 이상에서 형성된다. 상기 케이블의 노출된 도체(210)가 압착슬리브(1P)에 의해 접속되었으므로, 상기 압착슬리브(1P)의 두께만큼 도체 구간의 높이가 증가하였을 뿐만 아니라 케이블 통전 시 상대적으로 열이 많이 발생하게 된다. 또한, 상기 절연보강층(310)은 복수의 절연지 내지 복합절연지를 권취하여 형성되어 상대적으로 절연에 취약한 부분이므로 상기 절연보강층(310)의 최외층(210D)을 케이블 절연층(14)의 외경 이상에서 형성하여 절연성능을 보강할 필요가 있다.

상기 절연보강층(310)의 최외층(210D)은 절연지에 비해 절연내력이 우수한 복합 절연지로 구성된다. 이 경우, 상기 케이블(100)의 동작 시에 상대적으로 온도가 높은 케이블(100)의 절연층(14) 및 상기 보강절연층(210)의 최외층의 안쪽에 위치한 영역(210A ~ 210C)까지에 집중되는 전계를 상기 보강절연층(210)의 최외층(210D)으로 분산시킬 수 있다.

한편, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)과 최외층(210D) 사이에 복합절연지층로 이루어진 중간층(210B, 210C)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 보강절연층(210)의 중간층은 상기 최내층(210A)과 최외층(210D) 사이에서 내측에서 외측으로 순차적으로 제1 중간층(210B)과 제2 중간층(210C)을 구비할 수 있다.

본 실시예에서 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)만 절연지로 이루어지고, 상기 보강절연층(210)의 제1 중간층(210B), 제2 중간층(210C) 및 최외층(210D)은 모두 복합절연지로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)이 절연지층으로 이루어지고, 상기 제1 중간층(210B) 및 제2 중간층(210C)이 복합절연지로 구성된 경우, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라 절연보강층 최내층(210A)의 크래프트지보다 저항율이 상대적으로 큰 복합절연지로 형성되는 상기 제1 중간층(210B) 및 제2 중간층(210C)에 전계가 많이 분포된다. 따라서, 케이블 작동 시 상대적으로 고온이 되어 절연유의 수축/팽창이 비교적 활발히 발생함에 따라 기포가 발생할 가능성이 높으며 전계 강도가 커서 상대적으로 절연에 취약한 절연보강층의 최내층(210A)에 분담되는 전계를 완화시킬 수 있게 되므로 절연성능의 안정화를 꾀할 수 있다.

또한, 보강절연층(210)의 최내층(210A)을 제외한 나머지 영역(210B ~ 210D)을 모두 복합 절연지로 지권하게 되므로 작업능률이 향상되어 생산성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 나아가 불량율을 줄일 수 있다.

한편, 다른 실시예에서 상기 보강절연층(210)은 복합절연지로 이루어진 제1 중간층(210B)과 절연지로 이루어진 제2 중간층(210C)을 구비할 수 있다.

이 때, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)과 최외층(210D) 사이에 구비되는 상기 제1 중간층(210B)과 제2중간층(210C)은 각각 상기 케이블(100A, 100B)의 절연층(14A, 14B)의 제2 케이블 절연층(14A2) 및 바깥쪽의 제3 케이블 절연층(14A3)과 상기 케이블(100A)의 중심에서 동일한 거리에 배치된다. 결국, 상기 다른 실시예의 구성에 따르면 상기 케이블(100A)의 노출된 절연층(14A)의 외경 이하에서 상기 보강절연층(210)은 상기 케이블(100A)의 절연층(14A)과 동일한 재질 및/또는 구성을 가진다고 할 수 있다.

이 경우, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)이 절연지층으로 이루어지고, 상기 제1 중간층(210B)이 복합절연지로 구성되므로, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라 보강절연층(210)의 최내층(210A)의 크래프트지보다 저항율이 상대적으로 큰 복합절연지로 형성되는 상기 제1 중간층(210B)에 전계가 많이 분포된다. 따라서, 케이블 작동 시 상대적으로 고온이 되어 절연유의 수축/팽창이 비교적 활발히 발생함에 따라 기포가 발생할 가능성이 높으며 전계 강도가 커서 상대적으로 절연에 취약한 보강절연층의 최내층(210A)에 분담되는 전계를 완화시킬 수 있게 되므로 절연성능의 안정화를 꾀할 수 있다.

이어서, 상기 케이블의 외부반도전층(16)과 통전되는 반도전층 및 상기 케이블의 금속시스(22)와 통전되는 금속층이 상기 보강절연층(210) 상에 복원되고, 보호동관(240)이 씌워진다. 상기 보호동관(240)은 외부로부터 접속함 내부를 보호하고, 상기 케이블(100)의 금속시스(22)와 통전되어 사고 전류의 통로 역할을 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 케이블
11: 도체
12: 내부 반도전층
14: 절연층
16: 외부 반도전층
200: 중간 접속함

Claims (19)

1. 한 쌍의 직류 전력 케이블 및 상기 직류 전력케이블을 서로 연결하는 중간접속함을 포함하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템에 있어서,
   상기 직류 전력케이블은
   전력을 전송하기 위한 전류의 통로 역할을 하는 도체;
   상기 도체를 둘러싸도록 형성된 내부반도전층;
   상기 내부반도전층의 바깥쪽에 형성되며, 상기 도체를 따라 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 절연유로 함침된 절연지로 이루어진 케이블 절연층; 및
   상기 케이블 절연층을 둘러싸도록 형성된 외부반도전층을 포함하며,
   상기 도체, 내부반도전층, 케이블 절연층 및 외부반도전층이 순차적으로 노출된 상기 한 쌍의 전력케이블의 단부가 서로 대향하도록 구비되고,
   상기 중간접속함은,
   상기 한 쌍의 전력케이블의 도체를 파지하며 서로 전기적으로 연결하는 도체 압착슬리브;
   절연유에 함침된 절연지로 이루어지며, 상기 도체 압착슬리브 및 상기 전력케이블에서 노출된 도체 내지 케이블 절연층의 적어도 일부를 둘러싸는 보강절연층; 및
   상기 도체와 상기 보강절연층 사이에 형성되어 상기 도체로부터 동분(銅粉)이 유출되는 것을 방지하기 위하여, 상기 도체 압착슬리브와 상기 도체 사이에 배치되는 동분유출방지판을 포함하는 동분유출방지부;를 구비하고,
   상기 도체 압착슬리브는 내면에서 돌출되어 형성된 적어도 두 개의 주름산과 상기 주름산 사이에 형성되는 적어도 하나의 주름골을 갖는 몸체부를 포함하며,
   상기 동분유출방지판은 상기 몸체부와 상기 도체 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 동분유출방지부는,
   상기 도체 압착슬리브와 상기 도체 사이, 또는 상기 보강절연층과 상기 도체 사이에 배치되는 제1 전계균일화층;
   상기 보강절연층과 상기 도체 압착슬리브 사이, 또는 상기 보강절연층과 상기 제1 전계균일화층 사이에 배치되는 제2 전계균일화층; 및
   상기 보강절연층과 상기 도체 압착슬리브 사이, 또는 상기 보강절연층과 상기 도체 사이에 배치되는 가압층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 동분유출방지판은 상기 도체 압착슬리브의 일단에서 근접한 위치의 상기 주름산을 넘어서까지 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 동분유출방지판은 상기 도체 압착슬리브의 일단에서 타단에 이르도록 상기 몸체부와 상기 도체 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 동분유출방지판은 상기 도체의 길이방향으로 종첨된 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 동분유출방지판은 상기 도체와 같은 계열의 금속 내지 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
8. 제2항에 있어서,
   상기 제1 전계균일화층은 상기 직류 전력 케이블의 길이방향으로 이격되도록 횡권된 반도전 테이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 전계균일화층은 상기 케이블의 도체에 인접하여서는 상기 케이블의 길이방향으로 중첩되도록 반도전성 테이프를 횡권하여 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전계균일화층은 상기 케이블의 도체에 인접하여서는 상기 케이블의 길이방향으로 중첩되도록 복수 매의 반도전성 테이프를 횡권하여 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
11. 제2항에 있어서,
    상기 동분유출방지부는 상기 제1 전계균일화층의 적어도 일부와 상기 동분유출방지판의 적어도 일부가 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
12. 제2항에 있어서,
    상기 동분유출방지부는 상기 도체 압착슬리브의 각각의 상기 주름산에서 상기 동분유출방지판의 적어도 일부와 상기 제1 전계균일화층의 적어도 일부가 중첩되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
13. 제1항에 있어서,
    상기 동분유출방지부는 상기 도체 압착슬리브의 일단부와 상기 도체 압착슬리브 일단부 측에 형성된 주름산의 꼭지점 사이에서 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
14. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전계균일화층은 상기 케이블의 내부반도전층에서 연속적으로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
15. 제2항에 있어서,
    상기 동분유출방지부를 구성하는 상기 제2 전계균일화층은 상기 도체 압착슬리브의 외면 및 상기 제1 전계균일화층을 감싸는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 전계균일화층은 주름이 형성된 반도전 테이프로 형성된 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
17. 제2항에 있어서,
    상기 동분유출방지부를 구성하는 상기 가압층은 상기 제1 전계균일화층, 상기 동분유출방지판, 상기 도체 압착슬리브, 및 제2 전계균일화층을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 가압층은 절연지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.
19. 제18항에 있어서,
    상기 가압층은 상기 보강절연층보다 체적저항이 1/100 배 이하로 낮은 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블 중간접속 시스템.

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