KR101901291B1 - 전력용 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력용 케이블에 관한 것으로, 난연성이 우수하고 효과적인 전자파 차폐 기능을 갖는 전력용 케이블에 관한 것으로, 외주면에 절연체(111)가 피복된 하나 이상의 도체(110)를 일체로 고정하는 충전용 지사(120)와; 상기 충전용 지사(120)의 외주면을 나선형으로 중첩되어 감싸는 동 테이프(131)와; 상기 동 테이프(131)를 감싸는 글라스 테이프(140)와; 상기 글라스 테이프(140)를 종권으로 감싸게 되는 알루미늄 재질의 랩핑 테이프(132)와; 진공 분위기에서 상기 랩핑 테이프(132)의 외주면에 진공 압출 성형되는 베딩층(150)과; 상기 베딩층(150)을 종권으로 감싸게 되는 아연도강선에 의해 편조되거나 주름진 스틸 테이프로 이루어진 보호층(160)과; 진공 분위기에서 상기 보호층(160)의 외주면에 진공 압출 성형되는 시스층(170)을 포함한다.

Description

전력용 케이블{Power cable}
본 발명은 난연성이 우수하고 효과적인 전자파 차폐 기능을 갖는 전력용 케이블에 관한 것이다.
전력 케이블은 전력을 공급하기 위하여 주요 시설에 포설되게 되며, 특히 철도 시설물에서 전력용 케이블과 통신용 케이블들이 함께 포설되는 경우에 전자기파에 의한 영향을 방지하기 위해 전자파의 차폐 기능이 매우 절실히 요구된다.
특히 전력 케이블은 누전 등에 의한 화재 발생 시에 유해 연기의 주요 발생원이 될 수 있으며, 케이블을 따라서 화재가 전이될 수 있다.
공개특허공보 제10-2010-0012591호(공개일자: 2010.02.08.)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 난연성과 효과적인 전자기파의 차폐 기능을 갖는 전력용 케이블을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력케이블은, 외주면에 절연체가 피복된 하나 이상의 도체를 일체로 고정하는 충전용 지사와; 상기 충전용 지사의 외주면을 나선형으로 중첩되어 감싸는 동 테이프와; 상기 동 테이프를 감싸는 글라스 테이프와; 상기 글라스 테이프를 종권으로 감싸게 되는 알루미늄 재질의 랩핑 테이프와; 진공 분위기에서 상기 글라스 테이프의 외주면에 진공 압출 성형되는 베딩층과; 상기 베딩층을 종권으로 감싸게 되는 아연도강선에 의해 편조되거나 주름진 스틸 테이프로 이루어진 보호층과; 진공 분위기에서 상기 보호층의 외주면에 진공 압출 성형되는 시스층을 포함한다.
바람직하게는, 상기 동 테이프는, 중첩도(중첩 면적/전체 면적)가 30% ~ 50% 범위이다.
바람직하게는, 상기 보호층은, 0.3㎜ 이상의 아연도강선을 7-10가닥으로 직조하여 자체 꼬임을 갖거나 서로 인접된 아연도강선끼리 꼬임을 갖는다.
본 발명에 따른 전력케이블은 도체를 일체로 고정하는 충전용 지사와, 충전용 지사의 외주면을 감싸는 동 테이프와, 동 테이프를 감싸는 글라스 테이프와, 글라스 테이프의 외주면을 감싸게 되는 알루미늄 재질의 랩핑 테이프와, 진공 분위기에서 글라스 테이프의 외주면에 진공 압출 성형되는 베딩층과, 베딩층을 감싸는 아연도강선에 의해 편조되거나 주름진 스틸 테이프로 이루어진 보호층과, 진공 분위기에서 보호층의 외주면에 진공 압출 성형되는 시스층을 포함하여 우수한 난연성과 전자기파의 3중 차폐구조를 제공하며, 편조된 아연도강선 또는 주름진 스틸 테이프에 의해 제공되는 보호층에 의해 인장 강도를 높임과 동시에 케이블의 유연성을 확보하여 외부 충격 또는 설치류에 의한 도체의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 사시 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전력케이블의 단면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 전력케이블에 있어서 동 테이프의 랩핑예를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 시스층의 압출 성형을 위한 진공 압출기 헤드의 단면 구성도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 전력용 케이블은 다양한 용도의 전력용 케이블로 사용될 수 있으며, 특히 우수한 난연성과 전자기파 차폐 기능이 요구되는 철도통합무선망(LTE-R), 철도터널, 도로터널, 역사, 지하철 등에서 적합하게 사용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력케이블의 사시 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 전력케이블의 단면 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 전력케이블은, 도체(110)를 일체로 고정하는 충전용 지사(120)와, 동 테이프(131), 글라스 테이프(140), 랩핑 테이프(132), 베딩층(150), 보호층(160) 및 시스층(170)을 포함한다.
도체(conductor)(110)는 일반적으로 단심 또는 다심의 구리 또는 알루미늄에 의해 제공될 수 있으며, 외주면에 절연체(111)가 피복된다. 절연체(111)는 도체의 전류가 외부로 누설되는 것을 막는 절연층을 구성한다. 절연체(insulation)는 전력케이블의 용도에 따라서 내화성, 내마모성, 내열성, 내한성, 내유성, 유연성 등의 물성 중 하나 이상을 갖는 기능성 고분자, 예를 들어, 가교폴리에틸렌(XLPE), 폴리염화비닐(PVC)이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
충전용 지사(紙絲)(120)는 절연체에 의해 피복된 도체를 일체로 고정하여 외부의 충격을 흡수하여 도체를 보호하는 역할을 하며, 바람직하게는, 꼬임을 갖는 종이 재질의 지사에 의해 제공된다. 종이 재질의 충전용 지사는 일정 폭을 갖는 종이를 실처럼 꼬아서 만든 것으로서 케이블의 제작 시에 도선과 함께 길이 방향으로 배치되어 도선 사이에 형성된 공간을 채운다.
바람직하게는, 충전용 지사는 비할로겐의 난연성 첨가제(non-halogen flame retardant additives)가 첨가되거나 난연제를 함침 또는 도포하는 등의 난연 처리가 이루어진 난연지사(flame retarded paper yarn)가 사용된다.
이러한 충전용 지사(120)는 화재 발생 시에 화재 전이를 억제할 수 있으며, 또한 습기에 노출되더라도 습기가 케이블을 따라서 전이되는 것을 예방할 수 있다. 예를 들어, 소수성인 폴리프로필렌(PP)을 충전재로 사용하는 경우에는 케이블 내부에 국소적으로 발생된 수분이 충전재와 피복층 사이의 미세한 틈을 따라서 모세관 현상에 의해 다른 구간으로 쉽게 확산되어 케이블 전체가 습기를 포함할 수 있다. 반면에, 종이 재질의 충전용 지사는 국소적으로 발생된 수분을 흡수하여 다른 구간으로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
또한 이러한 충전용 지사는 공기층 산포가 연합시 시단과 종단부분에 있으므로 추후에 설명되는 진공 압출과정에서 지그로 공기층의 제거가 용이하여 케이블 내부의 공기를 완전히 제거하여 난연 효과를 높일 수 있다.
한편, 충전용 지사(120)는 도체(110)와 함께 중성선(N상)(Drain wire)(112)을 일체로 고정할 수 있다.
비철금속인 동 테이프(131)는 충전용 지사(120)의 외주면을 감싸게 되며, 박형의 동 테이프가 사용되어 케이블 전체의 유연성에는 크게 영향을 주지 않는다. 이러한 동 테이프(131)는 전자기파의 차폐에 효과적이면서도 알루미늄 등의 비철금속 중에서 용점이 높아서 화재 발생 시에 케이블을 따라서 발생될 수 있는 화재의 전이를 억제할 수 있다.
바람직하게는, 동 테이프(131)는 충전용 지사(120)를 횡권으로 감싸되, 서로 중첩되어 감기는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 전력케이블에 있어서 동 테이프의 랩핑예를 보여주는 도면으로서, 충전용 지사(120)의 외주면을 따라서 동 테이프(131)가 일정한 장력을 갖고 연속하여 나선형으로 감기게 되며, 이때 동 테이프(131)는 일부가 겹쳐지도록 연속적으로 감기게 되며, 바람직하게는, 동 테이프는 30% 이상의 중첩도(중첩 면적/전체 면적)를 가지며, 보다 바람직하게는, 동 테이프의 중첩도는 50%를 넘지 않는다.
이와 같이, 동 테이프는 충전용 지사의 외주면에 30% 이상의 중첩도를 갖고 나선형으로 감싸게 되어 보다 효과적으로 전자기파의 차폐가 이루어질 수 있다.
동 테이프(131)의 외주면에는 난연성의 글라스 테이프(140)가 횡권으로 감기며, 이러한 글라스 테이프(140)는 난연성을 가지며, 절연성과 내부로 습기나 물이 침입하는 것을 방지한다. 글라스 테이프(140)는 동 테이프의 외주면을 따라서 일정 장력을 갖고 연속하여 나선형으로 감기게 되며, 이때 글라스 테이프는 일부가 겹쳐지도록 연속적으로 감기는 것이 바람직하다.
랩핑 테이프(132)는 글라스 테이프(140)의 외주면을 종권으로 감싸게 되는 비철금속성의 테이프로서, 바람직하게는, 박형(0.13㎜ ~ 0.15㎜)의 알루미늄 테이프에 의해 제공되어 케이블 전체의 유연성에는 크게 영향을 주지 않는다. 이러한 알루미늄 재질의 랩핑 테이프(132)는 내부의 전자기파의 차폐에 효과적이다.
바람직하게는, 알루미늄 재질의 랩핑 테이프(132)의 권취 바깥 면에 합성수지(PE)가 라미네이팅될 수 있으며, 이러한 종권으로 감기게 되는 알루미늄 재질의 랩핑 테이프(132)는 다음에서 설명하는 베딩층(150)의 진공 압출과정에서 라미네이팅층은 베딩층(150)과 밀착이 이루어져 공기층이 제거된다.
베딩층(Bedding)(150)은 랩핑 테이프(132)를 감싸도록 마련되며, PVC, PE, 폴리올레핀(Polyolefin) 소재에 의해 제공되어 도체에 물리적 압박 및 손상을 방지하게 되며, 바람직하게는, 저독성 난연 폴리올레핀 컴파운드가 사용될 수 있으며, 또는 차폐용 도료가 추가될 수 있다. 차폐용 도료로는 금, 은, 니켈, 구리 등의 금속분말이 사용될 수 있다.
특히 본 발명에서 베딩층(150)은 진공 압출공정에 의해 랩핑 테이프(132)의 외주면에 형성되며, 이에 대해서는 구체적으로 관련 도면을 참고하여 다시 설명한다.
보호층(160)는 베딩층(150)을 종권으로 감싸도록 마련되며, 바람직하게는, 아연도강선을 편조(Braid)하여 제공되거나 주름진 스틸 테이프(Corrugated steel tape)에 의해 제공될 수 있다.
보호층(160)으로서 아연도강선의 편조층은 케이블의 사이즈(굵기)에 따라서 0.3㎜ 이상의 아연도강선을 7-10가닥으로 직조하여 제공될 수 있으며, 아연도강선 자체의 꼬임을 갖거나 편조 시에 인접된 아연도강선과의 꼬임을 갖도록 하여 일부 파단이 발생되는 경우에 꼬임이 풀리면서 탄성에 의해 파단부가 바깥으로 돌출된다. 편조된 보호층은 베딩층(150)과 일정한 장력을 갖고 감기는 것이 바람직하다.
보호층(160)의 다른 예로서 주름진 스틸 테이프는 바깥 면에 합성수지(PE)가 라미네이팅됨이 바람직하며, 이때 시스층(170)의 진공 압출과정에서 라미네이팅층은 시스층(170)과 밀착이 이루어져 주름진 공간의 공기층이 제거된다.
이러한 보호층(160)은 전자기파에 대한 차폐 성능(특히, 저주파)이 우수하며, 또한 설치류로부터 물리적으로 케이블을 보호할 수 있는 장점이 있다. 또한 편조된 아연도강선 또는 주름진 스틸 테이프에 의해 제공된 보호층은 케이블의 두께를 두껍게 하지 않으면서도 적절한 유연성과 장력을 제공하여 포설 작업 시에 작업성이 우수하며, 설치류 등으로부터 케이블을 보호하는 역할을 한다.
시스층(Sheath)(170)은 보호층(160)의 외주면을 감싸게 되며, 베딩층(150)과 같은 소재가 사용될 수 있으며, 차폐 도료를 더 포함할 수 있다. 시스층(170)은 내부의 도체를 보호하기 위해 일정한 기계적 강도가 요구되어 단단하고 인장강도가 높은 것이 바람직하다. 이러한 시스층(170)은 베딩층(150)의 제작 공정과 마찬가지로 진공 압출공정에 의해 이루어짐을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전력케이블은 기본적으로 동 테이프와, 알루미늄 재질의 랩핑 테이프, 및 편조 형성된 아연도강선 또는 주름진 스틸 테이프에 의한 3중 차폐가 적용되어 전자기파의 차폐성을 높일 수가 있다.
또한 아연도강선 또는 주름진 스틸 테이프에 의한 보호층은 전력케이블에 적절한 유연성과 장력을 제공하게 되어 포설 작업 시에 작업성이 우수하며, 부가적으로 설치류에 의한 케이블이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 전력케이블은 주지의 연성공정, 압출공정, 랩핑 공정 등에 의해 제조될 수 있으며, 특히 본 발명의 특징적인 구성 중의 하나로서 전력케이블을 구성하는 베딩층(150)과 시스층(170)은 진공 분위기에서의 진공 압출공정에 의해 제조가 이루어짐을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전력케이블의 시스층의 압출 성형을 위한 진공 압출기 헤드의 단면 구성도이다.
도 4를 참고하면, 진공 압출기 헤드(200)는, 진공펌프(미도시)와 연결되는 복수의 진공홀(211a)(211b)이 형성된 프론트 니들(210)과, 진공홀(211a)(211b)과 연통된 공동(221)이 형성된 캐리어(220)와, 캐리어(220)의 선단면에 접합된 깔대기 구조로서 끝단에 원기둥 형태의 가이드 팁(231)이 구비되는 가이드(230)와, 캐리어(220)와 가이드(230)가 실장되는 바디(240)와, 캐리어(220)와 가이드를 연결하는 연결관(250)을 포함한다.
바디(240)는 압출기(미도시)에서 용융된 합성수지가 주입되는 주입구(241)가 형성되어 압출기 헤드의 외관을 형성하며, 캐리어(220)가 내측 중앙을 따라서 고정되고 합성수지가 배출되는 선단부에 다이(260)를 지지한다.
프론트 니들(210)은 복수의 진공홀(211a)(211b)이 구비되어 진공펌프와 니플 등에 의해 연결되며, 케이블의 압출 성형 작업 시에 캐리어(220) 내부에 진공을 형성한다. 바람직하게는, 진공홀(211a)(221b)은 프론트 니들(210)에서 서로 반대 방향(예를 들어, 90ㅀ와 270ㅀ)에 배치되는 제1진공홀(211a)과 제2진공홀(211b)로 구성되어 두 개의 진공홀을 통해 진공이 이루어져 공동(221) 내부의 진공도를 높일 수 있으며, 케이블 내부의 공기층 제거를 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
이와 같이 진공 압출기 헤드를 통하여 베딩층(150)과 시스층(170)의 제조공정은 각각 진공 압출 성형이 이루어지며, 이때 베딩층(150)과 시스층(170) 각각의 진공 압출 성형 과정에서 밀착이 이루어지는 랩핑 테이프(132)와 보호층(160)은 종권으로 권취되며, 따라서 진공 압출 과정에서 랩핑 테이프(132)와 보호층(160)의 밀림이 발생되는 것을 방지한다. 또한 이와 같이 제작된 케이블은 랩핑 테이프(132) 및 베딩층(150)과, 보호층(160) 및 시스층(170)이 서로 견고히 접착되어 밀착성을 높일 수 있으며, 케이블 안쪽의 공기를 완전히 제거하여 화재 발생 시에 유해연기의 발생을 방지하고 케이블을 따라서 화재가 전이되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 전력케이블은 동 테이프(131), 알루미늄 재질의 랩핑 테이프(132) 및 보호층(160)을 포함하여 전자기파 차폐 효과를 높일 수 있으며, 또한 높은 융점을 갖는 동 테이프(131)와 함께 랩핑 테이프(132)의 외주면에 진공 압출 성형이 이루어지는 베딩층(150)과, 보호층(160)의 진공 압출 성형되는 시스층(170)은 케이블 내부에 발생될 수 있는 공기층을 완전히 제거함으로서 난연성이 우수하며, 화재 발생 시에 유해연기를 최소화하여 화재 시에 시야 확보가 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 본 실시예에서는 전력케이블을 예시하여 설명하였으나, 본 발명은 충전용 지사 내에 광튜브가 구비된 광복합케이블을 포함할 수 있다.
110 : 도체 111 : 절연체
120 : 충전용 지사 131 : 동 테이프
132 : 랩핑 테이프 140 : 글라스 테이프
150 : 베딩층 160 : 보호층
170 : 시스층

Claims (3)

  1. 외주면에 절연체가 피복된 하나 이상의 도체를 일체로 고정하게 되는 꼬임을 갖는 종이 재질의 지사로 이루어진 충전용 지사와;
    상기 충전용 지사의 외주면을 나선형으로 중첩되어 감싸는 동 테이프와;
    상기 동 테이프를 감싸는 글라스 테이프와;
    상기 글라스 테이프를 종권으로 감싸게 되는 알루미늄 재질의 랩핑 테이프와;
    진공 분위기에서 상기 글라스 테이프의 외주면에 진공 압출 성형되는 베딩층과;
    상기 베딩층을 종권으로 감싸게 되는 아연도강선에 의해 편조되거나 주름진 스틸 테이프로 이루어진 보호층과;
    진공 분위기에서 상기 보호층의 외주면에 진공 압출 성형되는 시스층을 포함하는 전력케이블.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동 테이프는, 중첩도(중첩 면적/전체 면적)가 30% ~ 50% 범위인 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보호층은, 0.3㎜ 이상의 아연도강선을 7-10가닥으로 직조하여 자체 꼬임을 갖거나 서로 인접된 아연도강선끼리 꼬임을 갖는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
KR1020180035238A 2018-01-31 2018-03-27 전력용 케이블 KR101901291B1 (ko)

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