KR101904494B1 - 고압전선용 코어, 그 제조장치 및 이를 이용한 제조방법 - Google Patents

고압전선용 코어, 그 제조장치 및 이를 이용한 제조방법 Download PDF

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Abstract

철탑 간의 거리를 증대시키거나, 송전량을 증가시킬 수 있고, 외부의 충격으로 파손되더라도 끊어지지 않아 안전성이 향상된 고압전선용 코어, 그 제조장치 및 이를 이용한 제조방법이 개시된다. 상기 고압전선용 코어 제조방법은 일방향으로 연장된 아라미드 섬유 다발을 연속적으로 수지에 함침시키는 단계; 상기 수지가 함침된 아라미드 섬유의 표면을 부직포로 둘러싸고, 열을 가하여 경화시켜, 섬유층 및 섬유층을 둘러싸는 펠트층을 형성하는 단계; 다수의 수지 토출구를 이용하여 상기 펠트층의 표면에 UV 차폐용 수지를 떨어뜨려, 상기 펠트층의 표면에 UV 차폐용 수지를 위치시키는 단계; 및 상기 펠트층의 표면에 위치된 UV 차폐용 수지에 열을 가하여 경화시켜, 코어를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

고압전선용 코어, 그 제조장치 및 이를 이용한 제조방법{Core for high-voltage power line, apparatus for preparing the same and method for preparing the same}
본 발명은 고압전선용 코어, 그 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 첨단 소재를 응용하여 철탑 간의 거리를 증대시키거나, 송전량을 증가시킬 수 있고, 외부의 충격으로 파손되더라도 끊어지지 않아 안전성이 향상된 고압전선용 코어, 그 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.
고압전선은 통상적으로 탄소섬유와 에폭시 수지로 구성되어 있는 내부코어 및 상기 내부코어의 외부를 둘러싸고, 유리섬유와 에폭시 수지 구성되어 있는 외부코어로 이루어진 복합코어를 이용하여 제조되고 있다. 그 목적은 케이블 내의 하중 지지요소(Load bearing element)로써, 보강된 복합코어를 이용하는 전기적 전달 케이블(Electrical transmission cable)을 제공하는 것이며, 내부 강화된 플라스틱 코어를 이용하여 전기적 전달 케이블을 통하여 전류를 전달하는 방법을 제공하는 것이다.
통상적으로 이용되는 상기 복합코어의 경우, 유연성이 작기 때문에 감아서 운반하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라, 탄소 섬유는 다른 섬유들에 비해 비용이 많이 들기 때문에 탄소 섬유만으로 구성된 복합코어는 경제적, 실용적이지 못하다. 또한, 외부의 충격으로 고압전선이 파손되는 경우, 탄소섬유로 제조된 코어는 취성파괴에 약하기 때문에 절단되고, 절단된 고압전선이 지면으로 떨어져 인명 및 재산 피해를 일으킬 수 있고, 자외선에 의한 변형이 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 내열성 및 강도가 우수하고, 가벼우며, 안전한 고압전선용 복합코어 제조장치 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 일방향으로 연장된 아라미드 섬유 다발을 연속적으로 에폭시 수지에 함침시키는 단계; 상기 에폭시 수지가 함침된 아라미드 섬유의 표면을 부직포로 둘러싸고, 열을 가하여 경화시켜, 섬유층 및 섬유층을 둘러싸는 펠트층을 형성하는 단계; 다수의 수지 토출구를 이용하여 상기 펠트층의 표면에 UV 차폐용 수지를 떨어뜨려, 상기 펠트층의 표면에 UV 차폐용 수지를 위치시키는 단계; 및 상기 펠트층의 표면에 위치된 UV 차폐용 수지에 열을 가하여 경화시켜, 코어를 형성하는 단계를 포함하는 고압전선용 코어 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 아라미드 섬유를 공급하는 아라미드 섬유 공급부; 상기 아라미드 섬유에 함침되는 열 경화성 수지가 채워져 있는 함침배스; 상기 열 경화성 수지가 함침된 아라미드 섬유에 위치한 과잉 수지를 제거하고, 상기 아라미드 섬유의 표면을 부직포로 둘러싸는 결합 가이드 부재; 상기 수지가 함침된 아라미드 섬유 다발 및 부직포에 열을 가하여 수지를 경화시키는 제1 히터; 상기 아라미드 섬유 및 부직포의 표면을 UV 차폐용 수지가 둘러싸도록, 상기 UV 차폐용 수지를 저장하는 수지 저장소; 및 상기 UV 차폐용 수지를 아라미드 섬유 및 부직포를 향해 분사하는 다수의 수지 토출구를 포함하는 UV 차폐층 코팅장치; 및 상기 아라미드 섬유 및 부직포를 둘러싼 UV 차폐용 수지의 과잉 수지를 제거하고, 열을 가하여, 코어를 형성하는 제2 히터를 포함하는 고압전선용 복합코어 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따라 제조되는 고압전선용 코어는 내열성 및 강도 우수하여 열에 의한 변형을 최소화시킬 수 있고, 중량이 가볍고, 낮은 선 팽창계수를 가지고 있기 때문에, 철탑 간의 거리를 증가시킬 수 있어, 설치시 필요한 철탑의 수를 감소시킬 수 있다. 또한, 송전층의 단면적을 증가시켜 송전량을 증가시킬 수 있고, 외부의 충격에 의하여 고압전선이 파손되더라도, 절단되지 않아 안전하다.
도 1은 본 발명에 따른 고압전선용 코어 제조장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 고압전선용 코어를 제조하기 위한 제조장치 중 결합 가이드 부재의 분리사시도(a) 및 단면도(b).
도 3은 본 발명에 따른 고압전선용 코어를 제조하기 위한 제조장치 중 UV 차폐층 코팅장치를 확대한 개략도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고압전선용 코어의 전면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압전선용 코어의 전면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고압전선용 코어 제조장치의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고압전선용 코어 제조장치(100)는 풀러(puller, 140)에 의해서 아라미드 섬유 공급부(102)로부터 아라미드 섬유 다발(104)을 풀링(pulling)하는 공정을 수행하는 장치이다. 구체적으로는, 아라미드 섬유 공급부(102)로부터 공급되는 아라미드 섬유 다발(104)은 제1 및 제2 가이드롤(106, 110)을 통과하여 함침배스(108)에 함침되는데, 상기 함침배스(108)는 기다란 배스(bath) 형상으로 형성되어 있고, 상기 함침배스(108)에는 상기 아라미드 섬유 다발(104)을 함침하도록 열경화성 수지인 에폭시 수지(epoxy resin)가 채워져 있다. 상기 수지가 함침된 아라미드 섬유 다발은 제2 및 제4 가이드롤(112, 114)을 통과하여 결합 가이드 부재(116)로 풀링된다. 상기 결합 가이드 부재(116)는 상기 아라미드 섬유 다발(104)의 외부를 펠트(부직포)로 둘러싸는 역할을 한다.
여기서, 상기 수지가 함침된 아라미드 섬유 다발은 필요에 따라, 제4 가이드롤(114)에 별도의 광섬유 공급부(101)를 이용하여, 상기 아라미드 섬유 다발(104)과 함께 광섬유 다발(103)을 더욱 포함하여 상기 결합 가이드 부재(116)에 섬유를 공급할 수 있다. 여기서, 상기 광섬유 다발(103)은 일방향으로 연장되어 있고, 바람직하게는 상기 아라미드 섬유 다발(104)과 동일한 방향으로 연장되어 있다. 예를 들면, 상기 광섬유 다발(103)은 상기 아라미드 섬유와 함께 공급되어, 상기 함침배스(108)를 거쳐, 수지가 함침된 아라미드 섬유와 함께 제4 가이드롤(114)을 통하여, 결합 가이드 부재(116)로 풀링될 수 있고, 바람직하게는, 상기 아라미드 섬유가 상기 광섬유 다발(103)을 둘러싼 형태로, 즉, 아라미드 섬유의 중심부에 광섬유를 위치시켜, 상기 결합 가이드 부재(116)에 공급되게 된다. 이와 같은 경우, 상기 광섬유 다발(103)은 본 발명의 고압전선용 코어의 내부에 위치하여, 사용자가 고압전선에 본 발명의 코어를 적용하여, 사용하는 도중에 고압전선이 절단되거나, 이상변위가 발생하면, 상기 코어의 내부에 위치한 광섬유 다발(103)이 끊긴 위치를 추적하여, 절단된 고압전선의 주위에 있지 않아도, 실시간으로 고압전선의 절단 또는 이상 여부를 모니터링 할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 고압전선용 코어를 제조하기 위한 제조장치 중 결합 가이드 부재의 분리사시도(a) 및 단면도(b)이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 결합 가이드 부재(116)는 몸체부(220)와 마개부(210)를 포함한다. 상기 몸체부(220)는 원형의 파이프 형상을 가지고, 상부에 펠트가 삽입될 수 있도록, 그 외주면의 하부가 돌출되어 있는 돌출부(222)를 구비하여, 몸체부(220)와 마개부(210)의 결합시, 상부에 펠트가 삽입될 수 있는 공간이 형성된다. 또한, 상기 몸체부(220)는 입구측보다 출구측(226)의 직경이 작게 형성되어 있는 테이퍼(taper)의 형상을 가진다.
상기 마개부(210)는 상기 몸체부(220)의 일단에 삽입되며, 그 중심에 상기 수지가 함침된 아라미드 섬유 다발에 함침된 과잉 수지를 제거하는 섬유통과공(212)이 형성되어 있고, 바람직하게는 과잉 수지가 하부로 흘러내리도록 돌출 형성되어 있는 섬유통과부(213)이고, 상기 마개부(210)는 제1 평탄부(214), 상기 제1 평탄부(214)보다 작은 직경을 가지는 제2 평탄부(218) 및 상기 제1 평탄부(214)와 제2 평탄부(218)를 연결하는 연결부(216)로 이루어져 있다.
상기 수지가 함침된 아라미드 섬유 다발은 상기 섬유통과부(213)를 통과하면서, 과잉 수지가 제거되고, 이어서, 상기 몸체부(220)의 돌출부(222)로 인하여 형성되는 공간(마개부와 몸체부의 사이, 214와 224 사이)에 펠트(부직포 등, 230)를 삽입하는데, 상기 펠트(230)는 마개부(210)의 제1 평탄부(214), 연결부(216) 및 제2 평탄부(218)를 따라 상기 아라미드 섬유의 외주를 원형으로 둘러싸게 된다.
이어서, 상기 아라미드 섬유 다발과 이를 둘러싼 펠트는 제1 금형 및 히터(122)를 통과하게 된다. 상기 제1 히터(예를 들어, 히팅장치가 된 금형, 122)는 상기 결합 가이드 부재와 연결되어, 상기 제1 히터(122)에서 제공하는 열에 의해 상기 수지가 경화하게 되어, 아라미드 섬유 다발 및 수지를 포함하는 섬유층 및 상기 섬유층을 둘러싸고 있는 펠트층이 형성된다. 상기 제1 히터(122)의 온도는 상기 수지를 경화하기 위하여 160 내지 220 ℃, 바람직하게는 180 내지 200 ℃일 수 있다. 상기 과정을 통해 경화된 섬유층 및 펠트층은 UV 차폐층 코팅장치(118)로 풀링된다. 상기 UV 차폐층 코팅장치(118)는 상기 섬유층을 둘러싸고 있는 펠트층의 표면에 UV 차폐용 수지를 떨어뜨려, UV 차폐용 수지가 상기 펠트층의 표면에 위치하게끔 하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명에 따른 고압전선용 코어를 제조하기 위한 제조장치 중 UV 차폐층 코팅장치를 확대한 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 UV 차폐용 코팅장치(118)는 수지 저장소(304) 및 수지 토출구(306)를 포함한다.
상기 수지 저장소(304)는 UV 차폐용 수지(308)를 저장하는 역할을 한다. 상기 UV 차폐용 수지(308)는 0.5 내지 5, 바람직하게는 0.5 내지 1 중량%의 UV 차폐제 및 나머지 중량%의 열경화성 수지, 에폭시 수지를 포함한다. 상기 UV 차폐제로는 통상적으로 이용되는 UV 차폐제를 이용할 수 있으며, 예를 들면, 벤조트리아졸(benzotriazol), 벤조페논(benzophenone), HALS(hindered amine light stabilizer) 등의 UV 차폐제를 이용할 수 있다.
상기 수지 토출구(306)가 UV 차폐용 수지(308)를 떨어뜨리는 속도는 목적하는 고압전선용 코어의 직경 및 생산 속도에 따라 달라진다. 또한, 상기 수지 토출구(306)는 펠트층의 표면(302)을 UV 차폐용 수지가 둘러쌀 수 있으면 개수는 무관하나, 바람직하게는 1 내지 3 개, 더욱 바람직하게는 1 내지 2 개이다. 상기 수지 토출구(306)는 펠트층(302)의 상부에 위치하여 UV 차폐용 수지(54)를 떨어뜨릴 수 있다. 상기 섬유층 및 펠트층(302)는 상기 UV 차폐층 코팅장치(118)을 통과함으로써, 표면이 UV 차폐용 수지(308)로 둘러싸이게 된다. 상기 수지 토출구(306)와 상기 펠트층(302)의 거리는 0.5 내지 6 cm, 바람직하게는 1 내지 3 cm이고, 각각의 수지 토출구(306) 간의 거리는 20 내지 30 cm, 바람직하게는 22 내지 28 cm이다. 펠트층(302)과 수지 토출구(306)의 이격거리 및 수지 토출구(306) 간의 이격거리가 너무 작으면, 펠트층(302)의 표면에 UV 차폐용 수지(308)가 너무 많이 떨어져 UV 차폐용 수지(308)가 흘러내리거나, 부분부분 뭉쳐 일정한 직경으로 형성되지 않을 수 있고, 너무 크면, 펠트층(302)의 표면에 UV 차폐용 수지(308)가 충분히 위치되지 못해 UV 차폐층의 형성이 어려울 수 있다.
상기 UV 차폐층 코팅장치(118)를 통과하여 표면이 UV 차폐용 수지로 둘러싸인 섬유층 및 펠트층은 제2 히터(138)로 풀링되는데, 상기 제2 히터(138)는 UV 차폐용 수지를 가열해 사용자가 원하는 직경 및 형상으로 UV 차폐층은 형성할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따라 제조되는 UV 차폐층의 두께는 0.01 내지 1 mm, 바람직하게는 0.03 내지 0.5 mm이고, 상기 제2 히터(138)의 온도는 150 내지 220 ℃, 바람직하게는 160 내지 200 ℃일 수 있다. 상기 제2 히터(138)를 통과한 섬유층, 펠트층 및 UV 차폐층, 즉 본 발명에 따른 고압전선용 코어는 풀러(140)로 풀링된다. 상기 제2 히터(138)의 온도가 너무 낮으면, 상기 UV 차폐용 수지가 충분히 경화되지 않을 수 있고, 온도가 너무 높으면, 너무 단단해질 수 있다. 또한, 제조되는 UV 차폐층의 두께가 너무 얇으면, UV 차폐층의 효과가 없을 수 있고, 너무 두꺼우면 효율이 떨어질 수 있다.
또한, 본 발명에 이용되는 열 경화성 수지는, 필요에 따라, 공정에 도움을 주는 경화제(hardener), 촉진제(accelerator) 또는 내부이형제 등의 다수의 첨가제를 포함할 수도 있다. 선택된 촉진제는 제조공정에서 금형온도 및 속도에 의존한다. 또한, 생산라인 속도와 표면품질을 개선시키기 위해서, 수지는 표면인장을 감소시키는데 도움을 주는 계면활성제(surfactant)를 포함할 수도 있고, 탄산칼슘 또는 다른 충전제(filler)를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 함유물(ingredient)들은 수지에 용적(bulk)을 추가시키며, 수지의 물리적인 특성을 유지하는 동안 비용을 감소시키는 기능을 한다. 또한, 추가적인 첨가제(additive)가 첨가될 수도 있다.
본 발명에 따라 제조되는 고압전선용 코어를 이용할 경우, 고압 전선의 피복이 벗겨지거나, 고압 전선 간의 연결시, 고압 전선이 태양광, 예를 들면, 자외선에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제조되는 고압 전선이 경량화되고, 내열성이 우수하고 저선 팽창 계수를 가져, 송전탑 설치시 철탑간의 거리를 늘리거나, 송전층의 단면적을 증가시킬 수 있다. 그에 따라, 철탑의 설치 개수가 감소하거나, 종래에 설치된 철탑의 경우, 송전량을 증가시킬 수 있어서, 경제적이다. 또한, 외부의 충격으로 고압전선이 파손될 경우, 절단되지 않아 고압전선의 아래를 지나가는 행인들의 안전이 보장될 수 있다. 여기서, 저선 팽창 계수란, 온도가 1 ℃ 변화할 때, 재료의 길이 변화를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고압전선용 코어의 전면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고압전선용 코어(400)는 일방향으로 연장된 다수의 아라미드 섬유 다발 수지에 함침되어 있는 섬유층(402), 상기 섬유층을 둘러싸서 외부의 충격으로부터 보호해주는 펠트층(surface matt, 404) 및 상기 펠트층(404)을 둘러싸고, UV 차폐제 및 수지가 혼합되어 있는 UV 차폐층(406)을 포함한다. 여기서, 수지는 열경화성 에폭시 수지일 수 있다.
상기 섬유층(402)의 직경은 전선의 굵기에 따라 규격이 달라질 수 있으나, 바람직하게는 3 내지 12 mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 mm이고, 상기 펠트층(404)은 통상적으로 이용되는 부직포일 수 있으며, 상기 UV 차폐층(406)의 두께는 0.01 내지 1 mm, 바람직하게는 0.03 내지 0.5 mm이다. 상기 섬유층(402) 및 UV 차폐층(406)의 두께가 상기 범위를 벗어나면, 효율이 떨어지거나, 경제적이지 못할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압전선용 코어의 전면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고압전선용 코어(500)는 섬유층(402)의 내부에 단일 또는 다수의 광섬유 다발인 광섬유(408)를 더욱 포함하는 것을 제외하면, 상기 고압전선용 코어에서 상술한 바와 같다. 여기서, 상기 광섬유(408)은 상기 아라미드 섬유와 동일한 방향으로 연장되어 있다. 상기 광섬유(408)의 직경은 전선의 굵기에 따라 규격이 달라질 수 있으나, 바람직하게는 0.1 내지 2 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1.5 mm이다. 상기 광섬유(408)의 두께가 상기 범위를 벗어나면, 효율이 떨어지거나, 경제적이지 못할 수 있다. 본 발명에 따른 고압전선용 코어(500)는 상기 광섬유(408)를 포함함으로서, 고압전선이 절단되거나, 이상이 발생할 경우, 근처에 있지 않아도, 원거리에서 절단 또는 이상 여부를 모니터링할 수 있고, 어느 부분이 절단되거나, 이상이 발생했는지 빠르게 알 수 있어, 후속조치를 빠르게 할 수 있으며, 고압전선의 밑을 오가는 행인들의 고압전선으로부터의 안전성을 더욱 확보할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 고압전선용 코어(500)는 일단 또는 타단이 광센서(optical sensor) 또는 빛 감지센서와 연결되어, 상기 광섬유(408)의 절단 또는 이상 여부를 실시간으로 확인할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 아라미드 섬유를 공급하는 아라미드 섬유 공급부(102);
    상기 아라미드 섬유에 함침되는 열 경화성 수지가 채워져 있는 함침배스(108);
    상기 열 경화성 수지가 함침된 아라미드 섬유에 위치한 과잉 수지를 제거하고, 상기 아라미드 섬유의 표면을 부직포로 둘러싸는 결합 가이드 부재(116);
    상기 수지가 함침된 아라미드 섬유 다발 및 부직포에 열을 가하여 수지를 경화시키는 제1 히터(122);
    상기 아라미드 섬유 및 부직포의 표면을 UV 차폐용 수지가 둘러싸도록, 상기 UV 차폐용 수지를 저장하는 수지 저장소(304); 및 상기 UV 차폐용 수지를 아라미드 섬유 및 부직포를 향해 분사하는 다수의 수지 토출구(306)를 포함하는 UV 차폐층 코팅장치(118); 및
    상기 아라미드 섬유 및 부직포를 둘러싼 UV 차폐용 수지의 과잉 수지를 제거하고, 열을 가하여, 코어를 형성하는 제2 히터(138)를 포함하며,
    상기 결합 가이드 부재(116)는 몸체부(220)와 마개부(210)를 포함하며, 상기 몸체부(220)는 원형의 파이프 형상을 가지고, 상부로 부직포가 삽입될 수 있도록, 그 외주면의 하부가 돌출되어 있는 돌출부(222)를 구비하여, 상기 몸체부(220)와 마개부(210)의 결합시, 상부에 부직포가 삽입될 수 있는 공간이 형성되며, 상기 몸체부(220)는 입구측보다 출구측(226)의 직경이 작은 테이퍼(taper)의 형상을 가지며, 상기 마개부(210)는 상기 몸체부(220)의 일단에 삽입되며, 그 중심에 상기 아라미드 섬유에 함침된 과잉 수지를 제거하는 섬유통과공(212)이 형성되어 있는 것인, 고압전선용 코어 제조장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 열 경화성 수지가 함침된 아라미드 섬유에 광섬유를 더욱 공급하는 광섬유 공급부(101)가 더욱 구비되어 있고, 상기 열 경화성 수지가 함침된 아라미드 섬유가 상기 광섬유를 둘러싸도록 공급하는 것인, 고압전선용 코어 제조장치.
  5. 삭제
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