KR101921506B1 - Cable 풀링 전선로 보호용 케이블 스타킹 시스템 및 이를 이용한 Cable 보호방법 - Google Patents

Cable 풀링 전선로 보호용 케이블 스타킹 시스템 및 이를 이용한 Cable 보호방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 일 실시예의 전선로를 묶어서 이동하고 포설하는 고리 회전형 케이블 스타킹 시스템에 있어서, 케이블 스타킹이 감겨 있는 DC모터 드럼;과, 상기 DC모터 드럼에 감겨 있는 당기면서 속도와 토크를 조절할 수 있는 인버터;와, 상기 DC모터 드럼의 하단에 배치되어 상기 케이블 스타킹을 인출하면서 회전하는 제1코너롤러;와, 상기 인버터의 하단에 배치되어 상기 케이블 스타킹을 상기 인버터 쪽으로 유도하는 제2코너롤러;와, 상기 제1, 2 코너롤러 사이에서 상기 케이블 스타킹의 인입과 인출을 유도할 수 있는 평롤러;를 포함하되, 상기 제1,2 코너 롤러 및 평롤러는 회전하는 속도를 실시간으로 체크할 수 있어서, 관리자가 상기 인버터의 일측에 연결된 모니터를 통해서 이상 지점에 대한 판단이 용이하고, 이상 지점 발생시 상기 인버터의 속도를 조절하는 방법으로 상기 전선로의 이동시 발생하는 장력을 조절할 수 있고,'상기 전선로는 케이블 스타킹에 의해서 묶여 있는 상태이되, 상기 케이블 스타킹의 중간 지점에는 바인딩 와이어에 의해서 둘러싸여 있는 형태로서, 상기 바인딩 와이어는, 전원의 공급에 의해서 가열되어 벌어진 형상의 바인딩 와이어로 상변태를 일으켰다가 전원의 차단시에 냉각되어 오무려진 형태로 상변태를 일으켜 상기 전선로를 보호할 수 있는 것일 수 있다.

Description

Cable 풀링 전선로 보호용 케이블 스타킹 시스템 및 이를 이용한 Cable 보호방법{CABLE STOCKING SYSTEM FOR PROTECTING UNDEGOUND CABLE AND PROTECTINNNG METHOD USING THE SAME}
본 발명은 Cable를 운반하는 과정에서 발생할 수 있는 장력에 의해서 케이블에 일정 이상의 장력이 발생하는 경우, 상기 전선로가 끊어지거나 절연저항이 증가하는 문제 등이 있게 되고 이와 같은 문제가 발생하였을 때에는, 복구가 불가능한 심각한 문제점이 발생하게 되는 문제점이 있었던 바 상기와 같은 문제에 대한 해결수단을 제공하고자 하는 것이다.
송전선로의 철탑은 상호간에 다수의 송전선을 연결하고 있으며, 이러한 송전선들은 고공에 설치되는 특성상 바람이나 눈, 비등의 기후적인 영향을 많이 받고 있으며, 진동 혹은 진폭이 발생하기 쉬운 조건 하에 설치된다.
강한 바람이 부는 경우, 송전선들이 상, 하로 심하게 흔들리게 됨에 따라서 송전선들이 서로 부딪히면서 마찰을 빗게 되는 경우가 발생한다.
이로 인하여 전선 손상 및 소선 단선 유발 등 대형 안전사고 발생의 원인이 되었다.
우리나라에서는 154kV, 345kV, 765kV 3종류의 송전선로가 있는 데, 154kV, 345kV(2B)T/L에서는 스페이서 댐퍼를 취부하여 전선 상호간 접촉 및 바람에 의한 전선 진동을 방지하고 있다.
현재 각 수용가에 공급되는 전력의 대부분은 도시와 교외 등 모든 지역에 걸쳐 포설되어 있는 송전선로를 통하여 이루어지고 있는 데, 이러한 송전선로에는 땅속에 직접 전력선을 매설하는 지중전선로와 철탑(또는 콘크리트 장주) 및 절연애자를 이용하여 소정높이 위의 공중에 전력선을 지지설치하는 가공선로의 두 가지가 있다.
여기서 지중전선로는 부가적인 보조장치들이 필요치 않아서 설치가 간단하는 장점이 있는 반면, 별도의 절연 매개물 없이 땅속에 매설되어 대지가 직접 접촉하므로 매설되는 전력선 자체적으로 써어지 전압 및 사용주파수 전압에 대한 절연이 가능하도록 제조해야 하기 때문에 고가의 비용이 드는 문제점이 있다.
그래도 전선주에 케이블을 설치하는 것보다 지하에 전선을 매설하는 것이 다음과 같은 장점이 있어서, 현재에는 지중전선로를 매설하는 것을 선호하고 있다.
전선과 통신선로를 지하에 매입하면, 비, 바람, 눈, 나무, 지지물 등에 간섭받지 않고, 사고 고장율이 낮으므로 공급신뢰도가 높아지는 장점이 있다.
특히 아파트와 같은 공동주택에서는 전신주를 사용하여 전원을 공급하면, 고층 건물이므로 건물에 의해 전선이 간섭받을 뿐만 아니라, 안전사고가 발생할 우려가 크고, 미관을 해치므로 현재 선호되고 있지는 않다.
도 1은 종래의 케이블 스타킹의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 케이블스타킹(1)이 일단의 브라켓(2)에 의하여 고정되고 상기 브라켓(2)은 상기 케이블 스타킹(1)이 교차되는 지점에 작용하는 인장력에 의하여 상기 케이블 스타킹(1)에 삽입된 지중전선로(4)를 고정시키는 방법을 사용할 수 있다.
이때 바인딩 선(3)을 통하여 상기 케이블 스타킹(1)을 고정시키는 방법을 사용하지만, 상기 바인딩 선(3)이 지중전선로(4)를 지하에 매립하는 도중에 풀어지거나 하는 이상적인 동작이 발생하는 경우 제대로 지중전선로(4)를 매립할 수 없는 문제가 있다.
또한 상기 지중전선로(4)를 둘러싸고 있는 케이블 스타킹(3)에 고정되어있는 전선로(4)에 작용하는 인장력이 소정 이상이 되면 상기 지중전선로(4)에 작용하는 절연저항이 증가하게 되고, 심하면 지중전선로(4)가 파손되는 일까지도 발생할 수 있다.
등록특허 10-1050539호(전선로와 배전반의 접속용 어댑터)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 현재의 전선로의 경우, 케이블 스타킹(cable stocking)에 전선로를 삽입한 후, 케이블 스타킹과 전선로의 결속력을 높이기 위한 방법으로 바인딩 와이어를 사용하고, 상기 바인딩 와이어 사용시 증가된 결합력으로 인하여 상기 케이블 스타킹의 브라켓 부분에 걸리는 인장력으로 인한 전선로의 파손을 막기 위하여 전선로 이송장치에 있어서, 케이블 스타킹의 이동속도를 측정할 수 있는 롤러를 설치하여 케이블 스타킹을 당기면서 발생하는 전선의 하중 또는 굴곡 개소에서 생기는 마찰력 등으로 전선로의 절연내력 저하를 방지할 수 있는 것을 목적으로 한다.
또한 상기 전선로가 놓여지는 고리 회전형 케이블 스타킹에 걸리는 장력 또는 토크를 실시간으로 유무선 통신망을 통해서 사용자에게 제공하여 상기 전선로의 파탄을 막고, 전선로의 절연피막의 손상을 방지할 수 있는 전선로 보호방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예의 전선로를 묶어서 이동하고 포설하는 고리 회전형 케이블 스타킹 시스템에 있어서, 전선로가 감겨 있는 DC모터 드럼;과, 상기 DC모터 드럼에 감겨 있는 당기면서 속도와 토크를 조절할 수 있는 인버터;와, 상기 DC모터 드럼의 하단에 배치되어 상기 전선로를 인출하면서 회전하는 제1코너롤러;와, 상기 인버터의 하단에 배치되어 상기 전선로를 상기 인버터 쪽으로 유도하는 제2코너롤러;와, 상기 제1, 2 코너롤러 사이에서 상기 전선로의 인입과 인출을 유도할 수 있는 평롤러;를 포함하되, 상기 제1,2 코너 롤러 및 평롤러에는 회전 속도 측정수단이 구비되어 회전하는 속도를 실시간으로 체크할 수 있고, 상기 평롤러는 제1 고정점과 제2 고정점을 포함하고 있어서, 상기 제1 고정점과 제2 고정점 사이의 중간지점의 하부에 위치하여, 상호간에 텐션(tension)을 유지하며, 상기 평롤러에 의해 상기 인버터의 측면에 배치된 모터를 통한 토크와 장력에 대한 제어가 용이하여, 관리자가 상기 인버터의 일측에 연결된 모니터를 통해서 이상 지점에 대한 판단이 용이하고, 이상 지점 발생시 상기 인버터의 속도와 전압을 조절하는 방법으로 상기 전선로의 이동 시 발생하는 장력을 조절할 수 있고, 상기 전선로를 풀어주는 DC모터의 속도를 제어하는 방법으로 전선로의 공급속도를 제어할 수 있으며, 상기 전선로는 케이블 스타킹에 의해서 묶여 있는 상태이되, 상기 케이블 스타킹의 중간 지점에는 바인딩 와이어에 의해서 둘러싸여 있는 형태로서, 상기 바인딩 와이어는, 상기 인버터에서 작용하는 토크에 대하여 실시간 감시가 가능하고, 전원의 공급에 의해서 가열되어 벌어진 형상의 바인딩 와이어로 상변태를 일으켰다가 전원의 차단시에 냉각되어 오무려진 형태로 상변태를 일으켜 상기 전선로를 보호할 수 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 고리 회전형 케이블 스타킹 시스템을 이용한 전선로의 공급방법에 있어서, (a) 마르텐 사이트 재질로 형성된 제1 합금은 오스테나이트로 상변태될 때, 횡폭이 넓어져서 전선로를 삽입할 수 있을 만큼의 횡폭을 가질 수 있고, 마르텐사이트 재질로 형성된 제2 합금은 오스테나이트로 상변태될 때, 횡폭이 좁아져서 상기 삽입된 전선로와 접촉하여 누를 수 있을 정도의 직경을 갖는 횡폭을 가질 수 있고, 상기 제1합금을 가열하여 상기 케이블 스타킹의 횡폭을 늘려서 상기 전선로를 삽입하는 단계(s10);와, (b) 상기 제2 합금을 가열하여 상기 케이블 스타킹의 횡폭을 줄여서 상기 전선로를 압착하는 단계(s20);와, (c) 상기 케이블 스타킹에 의하여 압착된 전선로들을 상기 케이블 스타킹의 헤드부를 통해서 DC모터 드럼(drum)에 권선시키는 단계(s30);와, (d) 상기 권선된 케이블 스타킹의 헤드부를 제1코너롤러, 평롤러 및 제2 코너롤러를 통하여 인버터 상에 배치하는 단계(s40);와, (e) 상기 인버터 모터를 통해서 상기 케이블 스타킹을 인장시켜서 상기 제1 코너 롤러, 평롤러, 및 제2 코너 롤러를 회전시키는 단계(s50); 및 (f) 상기 인버터의 일측에 형성된 제1 코너 롤러, 평롤러 및 제2 코너 롤러에 구비된 회전 속도 측정수단을 통해 회전수(round per minute)를 감시하는 단계(s60)를 포함하되, 상기 감시된 회전수에서 지연 또는 과속 현상이 발생하는 경우 상기 인버터의 속도를 제어하여 케이블 스타킹 및 상기 케이블 스타킹에 포함되어 있는 전선로를 보호하고, 상기 전선로용 케이블 스타킹 시스템에 포함되는 제1합금과 제2 합금은, 폴리우레탄에 의하여 일체화된 상태이어서 상기 폴리우레탄에 대한 신축 작용 또는 수축 작용에 대하여 같이 신축되고 수축되는 일체화된 행동을 보일 수 있어서, 상기 전선로의 삽입시와 고정시에 인버터에서 발생하는 장력을 상기 전선로로 전달할 수 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전선로를 구성하는 케이블들을 케이블 스타킹으로 일체화시켜서 이동과 관리를 편하게 수행할 수 있고 상기 케이블 이동시에 발생할 수 있는 장력의 문제는 각 종 롤러를 통한 이동 속도에 대한 간접적인 체크 방식과 인버터에 걸리는 토크에 대한 체크로 확인할 수 있어서 장력의 증가에 따른 케이블 절연저항의 증가, 절연내력의 감소 문제를 최소화 할 수 있다.
또한 상당한 거리를 갖고 있는 케이블이라고 하더라도 실시간으로 이동 속도(rpm) 및 토크에 대한 체크와 확인이 가능하기 때문에 이상상황에 대한 능동적인 수단이 될 수 있고, 기본적으로 간단한 구성으로 이루어져 있기 때문에 복잡하고 정교한 기계의 사용으로 말미암은 유지 보수의 문제를 해결할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
도 1은 종래의 케이블 스타킹의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예인 일체형 케이블 스타킹 시스템의 전체적인 구성을 모식적으로 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전선로용 케이블 스타킹에 고정수단이 형성되어 있는 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 스타킹에 결합되는 전선로를 고정하기 위한 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 스타킹 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 사시도이디.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 전선로를 윈치차로 인출하는 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 인버터의 V/F 제어방식에 따른 부하 Torque의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 8은 VVVF(Variable Voltabe Variable Frequency) 형태의 인버터의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터 회로에 대하여 설명의 편의를 위하여 트랜지스터를 스위치로 대체한 단상 브리지 회로를 보여주는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고, "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전선로용 케이블 스타킹 시스템에 대하여 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전선로용 케이블 스타킹 시스템(100)은, DC모터 드럼(110)과 상기 DC모터 드럼(110)에 감겨 있는 전선로(120)를 포함할 수 있다.
상기 전선로(120)는 전력 또는 전류를 전달하기 위한 선로로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 케이블 스타킹(1)에 의하여 일체화되어 있어서, 이동과 취급의 편리성을 도모할 수 있도록 구성되어 있다.
또힌 케이블 스타킹(1)은 전선로(120)를 옮기기 위한 구성요소로서, 상기 전선로(120)의 전체를 덮을 필요는 없으며, 이동의 편리성을 위해 전선로의 선단부만 묶어 놓은 형태일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 케이블 스타킹의 전체적인 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 케이블 스타킹은, 헤드부(310), 고리연결부(320) 및 본체부(330)를 포함할 수 있다.
상기 헤드부(310)는 윈치(winch) 등을 통해 인장할 수 있도록 고리형으로 형성될 수 있다.
상기 헤드부(310)의 후면으로는 고리 연결부(320)가 배치될 수 있다.
상기 고리 연결부(320)는 이동의 편의성과 상기 케이블 스타킹에 삽입되는 전선로(120)에 걸리는 장력 또는 토크를 고려하여 앞 부분이 회전할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 전선로(120)들은 전원을 통하여 각종 수용가에 전원을 공급하려고 하는 장치로서, 상기 전선로(120)들을 전신주를 통해서 지상에 설치하는 경우 설치하기도 어렵고, 또한 설치 후에 비, 바람, 눈등의 외부적 환경 변화에 따라 관리하기가 어려울 뿐만 아니라, 수리 등을 하기 위해서는 전신주에 올라가야 하는 등 수리보수에 많은 어려움이 있어서 다수개(구체적으로는 2개 이상의 배전선들)의 배전선들을 설치하는 경우에는, 지중에 매설하는 것이 통상적이다.
하지만 지중에 이러한 전선로(120) 들을 매립하는 경우에는 일체화시켜서 이동시키기 어렵고, 이동시킬 때 관리상의 어려움으로 인하여 전선로(120)의 피복이 벗겨지거나 설치 중에 강한 인장력에 의하여 단선 등이 발생하는 위험 요소가 존재할 수 있다.
따라서 이러한 문제에 대하여 능동적으로 대처하기 위해서는 인장력에 대한 체크와 전선로(120)의 인장에 따른 제1 코너 롤러(130), 평롤러(140) 및 제2 코너 롤러(150)에 대한 회전 속도(rpm)에 대한 체크로 상기 전선로(120)가 이동되는 각 지점에서 이상 상태를 확인할 수 있고, 전선로 보호용 케이블 스타킹 시스템은 최종적으로 윈치차 고정(170) 지점에 대하여 고정되어 있는 지점에서 실시간으로 원하는 속도와 원하는 토크로 제어할 수 있는 인버터(160)를 포함하고 있어서, 각 지점에 대한 조절작용을 수행할 수 있다.
또한 상기 인버터(160)의 일측에는 LCD(liquid Crystal Display)와 같은 각 롤러(130, 140, 150)의 회전에 대한 정보를 획득할 수 있는 수단과, 최종적으로 토크를 발휘할 수 있는 인버터(160)와 연결되어 있는 모터(165)를 이용할 수 있다.
이러한 비상상황을 최소화 하기 위해 이용하는 장비가 케이블 스타킹이다. 케이블 스타킹은 도 2에 도시된 바와 같이, 망사 형태로 형성되어 있어서, 상기 전선로(120)들을 이탈시키는 현상을 손쉽게 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전기배선 작업에서도 일괄적으로 진행할 수 있어서 전선 등의 배선 작업에 이용되곤 한다.
또한 상기 케이블 스타킹은 금속 재질로 형성되어 있는 것이 일반적이어서 신장과 수축이 유리한 장점을 갖는다. 하지만 이러한 장점이 있음에도 불구하고, 상기 케이블스타킹 내부에 전선로(120)들을 한꺼번에 넣고 빼는 작업을 용이하게 수행하기에는 아직 불편한 점이 많이 남아 있는 것이 현실이다.
상기와 같은 작업을 용이하게 수행하기 위해서는, 상기 케이블 스타킹의 일측을 고정할 수 있는 요소가 있어야 하고, 이와 같이 고정되어있는 케이블 스타킹의 일측에서 신장하고 줄이는 작업을 용이하게 수행할 수 있는 수단을 구비하고 있어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전선로용 케이블 스타킹에 고정수단이 형성되어 있는 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전선로용 케이블 스타킹의 본체부(330)는 전술한 바와 같이 망사 형태로 형성되어있는 것을 확인할 수 있다.
이때 상기 망사 형태의 케이블스타킹에는 전선로들(120)이 삽입될 수있다. 전선로(120)들은 전력 또는 신호를 전송하기 위한 배전선들로서, 내층에는 도전층이 형성되고, 상기 도전층을 둘러싸는 외피에는 절연층이 형성될 수 있다.
설사 이와 같은 전선로들이 지중에 매설되어서 외부의 바람이나 비등의 요인 등에 의하여 마모되거나 파손되는 일이 적게 발생한다고 하더라도 가동용 케이블의 특성상 외부에서 작용하는 인력 또는 구부러지는 힘 등에 대한 저항력이 없는 경우, 파손되어 전원 공급이나 통신용 신호 전달에 문제가 발생할 수 있고 이와 같은 문제 발생시에는 지중에 매설되어 있는 전선로들(120)을 끄집어 내서 테스트를 수행하거나 단선테스트를 수행하여야 하는 것이 필수적이라고 할 수 있다.
이와 같은 작업을 용이하게 수행하기 위해서는 상기 전선로들(120)을 일체화시켜서 움직일 수 있는 수단을 구비하고 있어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전선로용 케이블스타킹은 이러한 수단으로써, 상기 케이블 스타킹의 본체부(330)를 구성하는 본체부(330)들의 교차점(331)에 고정기구(205)를 통하여 제1, 2합금(210, 220)을 포함하는 바인딩 와이어(200)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 스타킹에 결합되는 전선로를 고정하기 위한 구성을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 바인딩 와이어(200)에 포함되는 제1, 2 합금(210, 220)은 오스테나이트(austenite)일 수 있다.
오스테나이트(austenite)는 철강과 탄소의 공용체일 수 있다. 이와 같은 철강의 공용체(solid solution) 에는 오스테나이트 뿐만 아니라, 페라이트, 세멘타이트, 펄라이트 등이 있을 수 있다.
오스테나이트는 면심입방구조(Face centered cubic)의 철 고용체로서, 상기 오스테나이트에 탄소의 함량이 일정 이상이 되는 경우 페라이트(Fe3C)로 상변태가 발생할 수 있다.
하지만 오스테나이트 또는 페라이트와 같은 안정상( stable phase) 와 달리, 상기 오스테나이트를 급냉하는 경우 입자들의 이동성이 확보되지 않기 때문에, 탄소의 과냉각 고용체(Supersaturated solid solution)인 마르텐사이트(martensite)가 형성될 수 있다. 상기 마르텐사이트는 과냉각 고용체로서, 상평형도( phase diagram)에 나타나지 않고, TTT, CCT에 표시된다.
이와 같은 마르텐 사이트는 평형 상태보다 과다하게 탄소(Carbon) 함량이 많은 것으로서, BCC( 체심 입장구조_Body Centered Cubic)상이 형성될 수 있다.
이와 같은 불안정상이 형성되는 이유는 입자들의 유동성이 확보되지 않은 상태에서 상변태의 구동력(driving force)가 갑자기 커질 때 발생할 수 있는 현상으로서, 고온 안정상인 오스테나이트를 급격히 냉각시키는 경우, 페라이트, 펄라이트 등의 C(탄소)가 안정된 위치에 안착되어있는 구조의 상이 형성되는 것이 아니라, 불안정한 상태의 상으로 형성될 수 있다.
즉 카본이 8면체 자리(octahedral site)에 안정적으로 자리잡고 있는 오스테나이트와 달리 마르텐 사이트는 상변태된 금속으로서 탄소가 안정된 위치에 자리잡고 있지 않은 상태의 과냉각상(supersaturated solid solution)이라고 할 수 있다.
이와 같은 과냉각 상을 만드는 간단한 방법은, 저항가열을 통해 오스테나이트를 일정한 형상으로 만들고 난 후 전원을 차단하는 방법과 같은 급냉 조건을 만들면 연성과 전성이 있는 마르텐 사이트를 만들 수 있지만 상기 마르텐 사이트는 불안정상이기 때문에 다시 고온으로 가열했을 때에는, 안정상인 오스테나이트의 변형되고 안정된 상으로 돌아가려는 성질을 나타내게 된다.
따라서 오스테나이트로 형성되어있는 제1 합금에 대하여 전원을 외부의 힘에 의해 변형을 시키고 나서 전원 차단 등의 조건으로 급냉시키면 마르텐사이트로 상변태가 이루어지고 변형이 어려운 구조를 갖게 된다.
본 발명은 이와 같은 급냉에 따른 상변태를 이용하여 상기 케이블 스타킹의 본체부(330)을 신장하거나 수축시키는 데 이용할 수 있다.
이 때 상기 케이블 스타킹의 본체부(330)은 기본적으로 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 원기둥 형태의 망 형태를 취하기 때문에 이 케이블 스타킹의 본체부(330)에 형성된 케이블 들의 교차점(331)에 고정된 바인딩 와이어(200)는 일측이 개방된 원호 형상일 수 있다.
특히 상기 고정된 바인딩 와이어(200)는 상기 케이블의 교차점(331)과 접촉시에 고정수단인 철사 등과 접촉점에서 용접 등을 통해서 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 스타킹 시스템(100)에서 케이블들이 교차하는 지점을 모식적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인딩 와이어(200)와 케이블 스타킹의 본체부(330)이 케이블 교차점(331)을 통해서 결합되어 있는 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 스타킹(130)은 케이블 스타킹(130)이 놓여지는 방향에 대하여 수직한 방향으로 바인딩 와이어(200)가 결합될 수 있고, 도시하지 않았지만 본 발명의 일 실시예에 따른 바인딩와이어(200)의 외측으로는 전원공급수단이 연결되어 있어서, 금속의 합금 성분인 제1합금(210)과 제2합금(220)에 대한 가열이 용이할 수 있다.
상기 제1합금(210)과 제2합금(220)을 가열하여 오스테나이트로 상변태 온도로 올리는 것은 전력공급량에 따라 조절될 수 있는 내용에 해당한다.
상기 제1합금(210)은 상기 마르텐사이트로 저온 상변태 되기 전에 상기 제1합금(210)이 상기 케이블 스타킹(130)의 교차점을 둘러싸는 원호 형상일 수 있다. 이와 같은 원호 형상이면서 케이블 스타킹의 교차점(131)과 강하게 결합되어 있기 때문에 상기 제1합금(210)에 대한 형상변형은 케이블 스타킹(130)의 원호 반경을 좁히거나 넓히는 데 용이하게 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 스타킹 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 사시도이디.
도 5를 참조하면, 케이블 스타킹에 의하여 고정되어있는 전선로(120)는 처음에는 DC모터 드럼(110)에 권선되어 있는 상태일 수 있다. 상기 DC모터 드럼(110)은 원통형으로서 중심에는 상기 DC모터 드럼(110)의 회전을 돕기 위한 샤프트(112)를 포함할 수 있다.
상기 샤프트(112)에 전원공급수단을 구비하여 동력을 제공하는 것도 가능할 수 있다. 특히 DC모터 드럼(110)은 DC모터의 작동으로 감겨 있는 전선로(4)의 공급 속도를 제어할 수 있다.
상기 DC모터 드럼(110)의 하단에는 제1 코너롤러(130)가 형성될 수 있다.
상기 제1 코너 롤러(130)는 상기 지중전선(120)을 먼거리 등으로 이동시키기 위한 수단으로서 회전이 가능할 수 있고, 상기 회전수는 별도의 속도 체크수단(미도시)에 의하여 회전수(round per minute)의 형태로 상기 제1 코너롤러(130) 및 상기 제1 코너롤러(130)의 회전에 따른 상기 전선로(120)의 이동속도 등에 대한 정보가 획득될 수 있다.
상기 제1 코너 롤러(130)에서 빠져 나온 전선로(120)는 평롤러(140)를 거쳐서 인버터(160)가 구비된 제2 코너 롤러(150)로 공급될 수 있다.
상기 인버터(160)는 속도와 토크의 조절이 가능한 동력 전달장치로서, 상기 케이블 스타킹의 헤드부(310)에 형성된 고리를 통해서 연결되고 인장력을 발휘할 수 있다.
특히 인버터는 구동속도를 조절할 수 있어서 상기 전선로(120)의 이동 도중에 고장 등의 비상 상황이 발생하는 경우 속도를 제어하여 전선로(120)의 이동을 조절할 수 있다.
특히 본 발명의 일 실시예에 따른 전선로용 케이블 스타킹 시스템(100)은 상기 제1, 2 코너 롤러(130, 150) 및 평롤러(140)에 회전 속도 측정수단이 구비되어 있고 상기 회전속도 측정수단은 유무선을 통해서 상기 전선로용 케이블 스타킹 시스템(100)를 조절할 수 있는 제어부(미도시)와 전기적으로 접속된 상태일 수 있다.
이와 같이 제어부에서 상기 제1, 2 코너 롤러 및 평롤러의 회전 속도를 보고 받은 관리자 또는 상기 전선로용 케이블 스타킹 시스템(100)의 사용자는 실시간으로 전선로(120)의 이동 상태에 대한 점검이 가능할 수 있다.
특히 평롤러(140)는 제1 고정점(142)과 제2 고정점(144)을 포함하고 있어서, 상기 제1 고정점(142)과 제2 고정점(144) 사이의 중간지점의 하부에 위치하여, 상호간에 텐션(tension)을 유지할 수 있는 지지수단을 더 포함할 수 있다. 즉 단순히 평롤러(140)를 회전시키기 위해서는 별개의 동력 수단이 필요할 수 있지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전선로용 케이블 스타킹 시스템은 평롤러(140)에 대하여 장력을 유지시켜 줄 수 있는 수단을 더 포함하고 있어서 별개의 구동수단을 구비하지 않더라도 상기 평롤로(140)를 회전시킬 수 있고 전선로(120)의 이동상태에 대한 판단이 용이하게 구성될 수 있다.
인버터(160)는 상기 전선로(120)를 이동시키기 위한 구동원으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전선로(120)들이 상기 제1,2 합금(210, 220)을 통해서 묶여서 일체화를 이룰 수 있고 이러한 일체화를 통해서, 상기 인버터(160)의 동력이 직접 전선로(120)로 전달되도록 구성되어 있다.
상기 전선로(120)는 도체로서 전기 전도의 역할을 수행할 수 있는 수단이기 때문에 단면적이 증가하거나 절연저항이 증가하게 되면 그 기능을 수행할 수 없다.
하지만 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인버터(160)에 의해 인출되는 전선로(120)의 이동을 점검할 수 있는 수단으로서 제1,2 코너 롤러(130, 150)와 평롤러(140)를 구비하고 있어서, 전선로의 절연저항의 증가와 그에 따른 용량의 감소를 막을 수 있다.
이와 같은 구성에 따를 때 상기 인버터(160)로부터 발휘되는 장력 또는 토크를 외부에서 줄이거나 늘이기 위한 별개의 수단을 구비하지 않더라도 장력이 급작스럽게 증가하여 전선로(120)가 파손되거나 고장 등을 일으키는 현상을 근본적으로 차단할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 전선로를 윈치차 고정지점에 연결되어 있는 인버터로 인출하여 고정하는 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1, 2관리인(125, 133) 들이 배치되어 있어서, 상기 전선로(120)의 이동을 도울 수 있도록 배치되어 있지만 근본적으로 윈치 차량 고정부(170)를 포함하고 있고, 상기 윈치 차량 (미도시) 등에는 인버터(160) 등의 장력 발휘수단이 구비되어 있어서 상기 전선로(160)의 상기 제1 코너롤러(130), 제2 코너롤러(150) 및 평롤러(140)의 회전작용으로 전선로(120) 및 케이블 스타킹이 이동하여 지하에 매설될 수 있는 구성으로 되어 있다.
인버터(160)는 전기적으로 직류(DC) 성분을 교류(AC) 성분으로 변환하는 장치이다.
한전에서 공급하는 전기(상용주파수 60Hz)를 그대로 공급하면, 모터는 최대 속도인 1,800rpm으로 회전하게 된다(4극 모터 기준).
인버터를 사용하면 사용하면 전원의 주파수를 바꾸어 공급하여 원하는 속도로 변경하여 사용할 수 있으며, 인버터(160)는 전력용 반도체를 활용한 전력변환으로 모터(165)를 제어하여 속도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이 인버터(160)과 모터를 연결하는 방식에는 V/F제어 방식이 있다.
상기 V/F(Voltage/Frequency) 제어방식은 인버터(160 사용시 가장 보편적으로 적용되는 제어방식이다. 상기 V/F 제어방식에 따를 때, 주파수가 가변함에 따라 전압도 비레적으로 가변되어 출력되도록 설계된 방식이다.
도 7은 인버터의 V/F 제어방식에 따른 부하 Torque의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 주파수를 변화시킬 때, V/F비가 일정하면, 상기 모터(165)가 발생시킬 수 있는 토크도 일정하다는 성질을 이용하여 주파수를 변화시킬 때, 그에 상응하는 전압을 변화시켜 제어할 수 있다. 다른 인버터 제어방식에 비해 성능은 떨어지나 경제성, 범용성이 높다.
도 6에서, 상기 전선로(120)를 옮기는 지반에는 트러프(155)가 설치될 수 있다. 상기 트러프(155)는 전선로(120)가 매설되는 지반과 같이 바닥이 울퉁 불퉁한 경우에, 경사가 완만하여 중력만으로 광석이나 석탁이 하부로 잘 내려가지 않는 경우에 광석이나 석탄이 잘 내려가도록 하기 위해서 설치되는 판자나 철재로 형성된 홈통을 말한다.
또한 중간에는 바인딩 와이어 고정부(135)에 대한 꼬임 해제수단(138)을 구비하고 있어서, 작업의 편의성을 도모할 수 있도록 구성되어있다.
상기 바인딩 와이어 고정부(135)는 풀링 아이라고도 하는 데, 상기 전선로(120)가 잘 안착될 수 있도록 고정수단과 삽입 수단을 포함할 수 있다.
이와 같은 풀링 아이(Pulling Eye, 135)의 후면부로는 상기 전선로(120)가 꼬이는 것을 방지하기 위한 수단으로서 꼬임을 푸는 기기인 꼬임 해제수단(138)을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 인버터(160)의 측면부로는 각 롤러(제1 코너 롤러(130)와 평롤러(140) 및 제2 코너 롤러(150))의 회전 속도(rpm)과 회전토크(torque)를 실시간으로 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같은 수단을 통해서 상기 인버터(160)에 연결된 모터(165)의 회전 속도에 대한 체크를 할 수 있고, 토크가 인버터(160)에서 작용하는 전압과 주파수의 관계로부터 측정과 동시에 역추적하여 이상상태에 대한 체크(check)와 점검을 수행할 수 있다. 물론, 상기 롤러(130, 140, 150)의 속도에서 이상 상황이 발생하였을 때에는, 상기 전압을 낮추어 회전속도를 낮추는 방식으로 이상 상태 발생지점에 대한 확인이 가능하고, 이와 같은 측정을 통해서 제어가 가능할 수 있다.
도시하지 않았지만 이와 같은 인버터(160)에 대한 체크는 원격에서 가능하도록 구성할 수 있다.
도 8은 VVVF(Variable Voltabe Variable Frequency) 형태의 인버터의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 모터(165)에 공급되는 전력은 3상의 교류전력이라고 할 수 있다. 컨버터부는 교류전원을 직류전원으로 전환해주는 장치이다. 여기서는 예시적으로 3상의 교류전력으로 설명하였지만 이는 단상의 교류 전력에 대하여도 적용이 가능하다.
이와 같이 직류로 정류된 전압은 리플을 제거하는 평활부인 평활 커패시터부, 및 상기 평활 커패시터부에 저장된 직류 전압에대한 트랜지스터를 통한 스위칭 작용으로 조절하고, 인버터(160)의 구동부에서 발휘되는 전압은 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 교류전압의 펄스 폭을 변화시킬 때 교류 전압의 펄스 폭을 조절함으로써 전압을 조절할 수 있다.
이와 같은 인버터(160)를 전기회로적으로 설명하면, 컨버터부는 6개의 다이오드로 구성되어 있어서, 캐패시터 쪽으로 전하를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 이와 같은 커패시터에서는 직류전압의 형태로 저장된다고 할 수 있다.
이와 같이 직류형태로 변환된 전류는 다수개의 트랜지스터를 거치면서 주파수와 전압의 조정이 가능한 전류의 형태로 변환된 상태라고 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3상 인버터 회로에 대하여 설명의 편의를 위하여 트랜지스터를 스위치로 대체한 단상 브리지 회로를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, ON 경우의 동작 모드는 ①①SA와 SB'가 ON이고, SA'와 SB가 OFF, ②②SB와 SA'가 ON이고, SA와 SB'가 OFF의 2개의 모드가 되며, 에서 부하(L로 표기)로 표시된 극성이 변화하고, 전류가 흐르는 방향이 변화하게 된다.
이러한 ①①과 ②②의 모드를 교대로 반복하게 되면, 부하(L)에는 교류가 흐르는 상태가 된다. 이때의 파형은 부하를 항으로 가정하면, ①①과 ②②의 직류전압의 파형이 교대로 반복하여 나타나는 파형이 될 수 있다. 이와 같이 전환모드의 속도를 변화시킴으로써 원하는 주파수(F)를 얻을 수 있다
이에 따라 자속분전류와 토크분 전류에 대한 독립적인 제어가 가능하므로, 부하에 적합한 주파수가 되도록 제어할 수 있다.
다음으로 전압을 변화시키기 위해서는 1주기 중에서 도 9의 스위치를 좀더 빠른 주기로 ON, OFF시킬 수 있다. 그 ON, OFF의 비율(듀티비)을 주파수가 낮은 때에는 ON을 짧게(OFF를 길게), 주파수가 높아짐에 따라 ON의 비율을 높여가면, 3상 유도전동기에 인가되는 전압을 높일 수 있다(이와 같이 전압의 펄스를 조절함으로써 변조하는 방식을 PWM변조라고 한다.).
이때 모터(165)의 자속분 전류와 토크 분 전류를 측정할 수 있다.
이를 통해서 자속분전류와 토크 분 전류의 벡터합인 총 전류에 대한 제어를 할 수 있고 수학식 1 내지 3에 도시된 바와 같이 제어할 수 있다.
(수학식 1)
Q ∝∝ N
(수학식 2)
T ∝∝ N2
(수학식 3)
PL ∝∝ N3(P ∝∝ N3)
(수학식 1 내지 3)에 표시된 바와 같이, 모터의 회전에 따라 유량, 풍량(Q)은 회전 속도(N)에 비례하고, 토크(T)는 회전속도(N)의 제곱에 비례한다. 또한 축동력(PL. P)은 회전속도(N)의 3승에 비례하는 특성을 갖는다.
제어부(미도시)는 이와 같은 각각의 자속분 전류와 토크 분 전류에 대한 측정을 통해 인버터를 통한 토크와 회전수의 제어가 가능할 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 케이블 스타킹 시스템 110: DC모터 드럼
120: 전선로 130: 제1 코너롤러
140: 평롤러 142: 제1 고정점
144: 제2 고정점 150: 제2 코너롤러
160: 인버터 170: 윈치차 고정지점
200: 바인딩 와이어 205: 고정기구
207: 합금일체화 폴리머(우레탄) 210: 제1합금
220: 제2합금

Claims (4)

  1. 전선로를 묶어서 이동하고 포설하는 고리 회전형 케이블 스타킹 시스템에 있어서,
    전선로가 감겨 있는 DC모터 드럼;
    상기 DC모터 드럼에 감겨 있는 당기면서 속도와 토크를 조절할 수 있는 인버터;
    상기 DC모터 드럼의 하단에 배치되어 상기 전선로를 인출하면서 회전하는 제1코너롤러;
    상기 인버터의 하단에 배치되어 상기 전선로를 상기 인버터 쪽으로 유도하는 제2코너롤러;
    상기 제1, 2 코너롤러 사이에서 상기 전선로의 인입과 인출을 유도할 수 있는 평롤러;를 포함하되,
    상기 제1,2 코너 롤러 및 평롤러에는 회전 속도 측정수단이 구비되어 회전하는 속도를 실시간으로 체크할 수 있고
    상기 평롤러는 제1 고정점과 제2 고정점을 포함하고 있어서, 상기 제1 고정점과 제2 고정점 사이의 중간지점의 하부에 위치하여, 상호간에 텐션(tension)을 유지하며,
    상기 평롤러에 의해 상기 인버터의 측면에 배치된 모터를 통한 토크와 장력에 대한 제어가 용이하여, 관리자가 상기 인버터의 일측에 연결된 모니터를 통해서 이상 지점에 대한 판단이 용이하고,
    이상 지점 발생시 상기 인버터의 속도와 전압을 조절하는 방법으로 상기 전선로의 이동 시 발생하는 장력을 조절할 수 있고,
    상기 전선로를 풀어주는 DC모터의 속도를 제어하는 방법으로 전선로의 공급속도를 제어할 수 있으며,
    상기 전선로는 케이블 스타킹에 의해서 묶여 있는 상태이되,
    상기 케이블 스타킹의 중간 지점에는 바인딩 와이어에 의해서 둘러싸여 있는 형태로서,
    상기 바인딩 와이어는,
    상기 인버터에서 작용하는 토크에 대하여 실시간 감시가 가능하고, 전원의 공급에 의해서 가열되어 벌어진 형상의 바인딩 와이어로 상변태를 일으켰다가 전원의 차단시에 냉각되어 오무려진 형태로 상변태를 일으켜 상기 전선로를 보호할 수 있는 것을 특징으로 하는 전선로를 묶어서 이동하고 포설하는 전선로용 케이블 스타킹 시스템.
  2. 삭제
  3. 전선로용 케이블 스타킹 시스템을 이용한 전선로의 공급방법에 있어서,
    (a) 마르텐 사이트 재질로 형성된 제1 합금은 오스테나이트로 상변태될 때, 횡폭이 넓어져서 전선로를 삽입할 수 있을 만큼의 횡폭을 가질 수 있고,
    마르텐사이트 재질로 형성된 제2 합금은 오스테나이트로 상변태될 때, 횡폭이 좁아져서 상기 삽입된 전선로와 접촉하여 누를 수 있을 정도의 직경을 갖는 횡폭을 가질 수 있고,
    상기 제1합금을 가열하여 상기 케이블 스타킹의 횡폭을 늘려서 상기 전선로를 삽입하는 단계(s10);
    (b) 상기 제2 합금을 가열하여 상기 케이블 스타킹의 횡폭을 줄여서 상기 전선로를 압착하는 단계(s20);
    (c) 상기 케이블 스타킹에 의하여 압착된 전선로들을 상기 케이블 스타킹의 헤드부를 통해서 DC모터 드럼(drum)에 권선시키는 단계(s30);
    (d) 상기 권선된 케이블 스타킹의 헤드부를 제1코너롤러, 평롤러 및 제2 코너롤러를 통하여 인버터 상에 배치하는 단계(s40);
    (e) 상기 인버터 모터를 통해서 상기 케이블 스타킹을 인장시켜서 상기 제1 코너 롤러, 평롤러, 및 제2 코너 롤러를 회전시키는 단계(s50); 및
    (f) 상기 인버터의 일측에 형성된 제1 코너 롤러, 평롤러 및 제2 코너 롤러에 구비된 회전 속도 측정수단을 통해 회전수(round per minute)를 감시하는 단계(s60)를 포함하되,
    상기 감시된 회전수에서 지연 또는 과속 현상이 발생하는 경우 상기 인버터의 속도를 제어하여 케이블 스타킹 및 상기 케이블 스타킹에 포함되어 있는 전선로를 보호하고,
    상기 전선로용 케이블 스타킹 시스템에 포함되는 제1합금과 제2 합금은, 폴리우레탄에 의하여 일체화된 상태이어서 상기 폴리우레탄에 대한 신축 작용 또는 수축 작용에 대하여 같이 신축되고 수축되는 일체화된 행동을 보일 수 있어서, 상기 전선로의 삽입시와 고정시에 인버터에서 발생하는 장력을 상기 전선로로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 고리회전형 케이블 스타킹 시스템을 이용한 전선로의 공급방법.

  4. 삭제
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