KR102230585B1 - 종단접속함 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력케이블의 종단접속함에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내부에 절연유가 충진되는 애관, 상기 애관내부로 삽입되는 전력케이블의 절연층의 외부에 구비되는 보강절연층, 상기 전력케이블의 절연층의 적어도 일부 및 상기 보강절연층의 외부를 감싸며 상기 보강절연층에 의해 지지되는 권심 및 상기 권심에 의해 지지되며 상기 케이블의 전계집중을 완화시키는 전계완화콘을 구비하는 것을 특징으로 하는 종단접속함에 관한 것이다.

Description

종단접속함 {Termination connection box}

본 발명은 전력케이블의 종단접속함에 관한 것으로서, 구체적으로 전력케이블을 종단접속함에 연결시키는 경우에 상기 종단접속함 내부의 전계완화콘을 지지하기 위한 별도의 구성요소를 생략하여 상기 종단접속함의 구성을 단순화하고 나아가 설치 및 유지/보수를 용이하게 살 수 있는 종단접속함에 관한 것이다.

일반적으로 전력케이블은 전력을 공급하는 도체를 이용하여 지중, 지상 또는 해저를 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하도록 사용된다. 이러한 전력케이블은 상기 도체를 절연하는 것이 매우 중요하며, 이를 위하여 상기 도체를 절연시키는 절연층은 XLPE(Cross-linked Polyethylene; 가교 폴리에틸렌) 등을 원료로 하여 제작되거나, 또는 절연지 등을 감아 절연층으로 사용하고 있다.

상기 전력케이블은 수백m 또는 수십km 간격으로 중간접속함(Joint box)에 의해 접속이 이루어지며, 상기 전력케이블의 말단은 종단접속함(Termination connection box)에 의해 접속이 이루어지게 된다. 상기 종단접속함은 케이블의 도출된 도체 단부가 연결되는 상태에 따라 기중 종단접속함, 가스중(Gas) 종단접속함 및 유중(Oil) 종단접속함으로 구분할 수 있다.

도 6은 종래 기술에 따른 종단접속함(300)의 구조를 도시한다. 도 6을 참조하면, 종단접속함(300)은 돌기부(312)를 가지며, 절연유(310)가 충진될 수 있는 애관(320)을 구비한다.

케이블(100)은 애관(320)을 관통하며, 애관(320)의 내부에서 도체(10)를 감싸는 구성요소들이 벗겨지고 애관(320)의 단부에서 도체(10)만이 노출 및 돌출되어 가공선(미도시)과 연결된다.

한편, 애관(320)의 내부에는 케이블(100)의 전계 집중을 완화시키는 전계완화콘(360)을 구비할 수 있다. 상기 전계완화콘(360)은 권심(380)의 표면에 절연지를 감아서 제작될 수 있다. 구체적으로 권심(380) 표면에 절연지의 지권 이후에 절연유 재함침 공정을 거쳐 전계완화콘(360)이 제작된다. 상기와 같은 공정을 거쳐 제작된 전계완화콘의 중량은 절연유의 재함침공정에 의해 증가하게 된다. 그런데, 상기 종단접속함(300)은 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같이 수직한 방향으로 설치된다. 따라서, 전계완화콘(360) 및 권심(380)을 지지할 수 있는 지지유닛(370)을 반드시 필요로 하게 된다.

예를 들어, 상기 지지유닛(370)은 종단접속함(300)의 하부플레이트(376)에 고정되는 지지바(372)와, 상기 지지바(372)의 단부에 구비되어 상기 전계완화콘(360)을 지지하는 지지부(374)를 구비할 수 있다. 그런데, 상기와 같은 지지유닛(370)의 구성은 종단접속함의 내부 구성을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 케이블과 종단접속함의 하부를 연결하는 차폐공정에서 충분한 작업공간의 확보를 방해하여 시간 및 비용을 상승시키는 요인으로 작용하였다.

본 발명의 목적은 전력케이블의 종단접속함에 있어서, 전계완환콘을 지지하기 위한 별도의 구성요소를 생략하여 구성을 단순화하고 나아가 설치 및 유지/보수가 용이한 종단접속함을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 내부에 절연유가 충진되는 애관, 상기 애관내부로 삽입되는 전력케이블의 절연층의 외부에 구비되는 보강절연층, 상기 전력케이블의 절연층의 적어도 일부 및 상기 보강절연층의 외부를 감싸며 상기 보강절연층에 의해 지지되는 권심 및 상기 권심에 의해 지지되며 상기 케이블의 전계집중을 완화시키는 전계완화콘을 구비하는 것을 특징으로 하는 종단접속함에 의해 달성된다.

여기서, 상기 보강절연층은 상기 종단접속함의 상부의 단부를 향하여 소정의 경사를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 보강절연층은 상기 절연층과 동일한 재질로 제작될 수 있다. 이때, 상기 보강절연층은 상기 절연층이 노출된 케이블의 외경의 1.5배 내지는 2.5배의 외경을 갖도록 결정될 수 있다.

또한, 상기 권심은 상기 보강절연층의 경사에 대응하도록 구비될 수 있다. 나아가, 상기 권심은 상기 케이블의 절연층에 밀착하여 구비되는 제1 베이스부와 상기 보강절연층의 외주에 밀착하는 제2 베이스부와, 상기 제1 베이스부와 제2 베이스부를 연결하는 경사부를 구비할 수 있다.

한편, 상기 경사부는 상기 보강절연층의 경사에 대응하도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 종단접속함 내부의 전계완화콘을 설치하는 경우에 상기 전계완화콘을 지지하기 위한 별도의 구성요소를 생략하고, 상기 케이블의 절연층 외부에 보강절연층을 구비하여 상기 전계완화콘을 지지하여, 보다 단순한 구조에 의해 상기 전계완화콘을 지지할 수 있다.

따라서, 상기 종단접속함 내부의 구성을 단순화하여 소형화가 가능하며, 나아가, 상기 종단접속함과 상기 케이블을 연결하는 경우에 상기 종단접속함 내부에서 작업 공간의 확보가 용이하여 쉽게 케이블을 연결할 수 있다.

또한, 상기 보강절연층을 상기 케이블의 절연층 외부에 형성하여 상기 케이블의 전체적인 절연성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 2은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 해저 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 3은 절연유에 함침된 절연지를 구비한 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 4는 절연유에 함침된 절연지를 구비한 해저 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 5는 일 실시예에 따른 종단접속함의 구조를 도시한 단면도,
도 6은 종래 기술에 따른 종단접속함의 구조를 도시한 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.

도 1은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 전력케이블(100)의 내부 구성을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 전력케이블(100)은 중심부를 따라 도체(10)를 구비한다. 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 되며, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 도체(10)는 복수개의 소선(11)을 연선하여 구성된다.

그런데, 도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(10) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도체(10) 외부를 반도전성 카본지와 같은 반도전성 물질 등으로 감싸게 되며, 반도전성 물질에 의해 형성된 층을 내부반도전층(12)으로 정의하게 된다.

내부반도전층(12)은 도체면의 전하분포를 고르게 하여 전계를 균일하게 하여 후술하는 절연층(14)의 절연내력을 향상시키게 된다. 나아가, 도체(10)와 절연층(14) 간의 간격형성을 방지하여 코로나 방전 및 이온화를 방지하게 된다. 또한, 내부반도전층(12)은 전력케이블(100) 제작 시에 절연층(14)의 도체(10) 내부 침투를 방지하는 역할도 하게 된다.

내부반도전층(12)의 바깥쪽에는 절연층(14)이 구비된다. 절연층(14)은 도체(10)를 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 일반적으로 절연층(14)은 파괴전압이 높고, 절연성능이 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다. 나아가, 유전손실이 적으며 내열성 등의 열에 대한 저항 성능을 지니고 있어야 한다. 따라서, 절연층(14)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용되며, 폴리에틸렌 수지가 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 수지는 가교 수지일 수 있으며 가교제로서 실란 또는 유기 과산화물, 예를 들어, 다이큐밀퍼옥사이드(DCP) 등에 의해 제조될 수 있다.

하지만, 상기 절연층(14)은 전력 케이블에 직류 고전압이 인가되는 경우 도체(10)로부터 내부 반도전층(12), 절연층(14) 등으로 전하가 주입되고 이의 영향으로 절연층(13) 내에 공간전하가 형성될 수 있다. 상기 형성된 공간전하는 케이블의 사용시간에 따라 절연층(13) 내에 축적되고 이렇게 축적된 공간전하는 케이블에 임펄스 전압이 인가되거나 케이블에 인가된 직류전압의 극성이 급격하게 반전되는 경우 도체(10) 근방의 전계강도를 급격히 상승시켜 전력 케이블의 절연 파괴전압을 저하시키는 문제를 유발한다.

이에 상기 절연층(14)은 가교 수지 외에 무기입자를 포함할 수 있다. 상기 무기입자는 나노크기의 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 등을 사용할 수 있다. 다만, 절연층의 임펄스 강도 측면에서, 상기 무기입자로서 산화마그네슘이 바람직하다. 상기 산화마그네슘은 마그네슘 천연광석으로부터 얻을 수 있지만, 해수중의 마그네슘 소금을 이용한 인공 합성원료로부터도 제조할 수 있으며, 고순도로 품질이나 물성이 안정된 재료로 공급이 가능하다는 장점도 있다.

상기 산화마그네슘은 기본적으로 면심입방구조의 결정 구조를 갖지만 합성 방법에 따라 다양한 형태, 순도, 결정화도, 물성 등을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 산화마그네슘은 정육면체형(cubic), 적층형(terrace), 막대형(rod), 다공성(porous), 구형(spherical)으로 구분되며, 각각의 특이한 물성에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 이러한 산화마그네슘을 비롯한 무기입자는 케이블에 전계 인가 시 기재 수지와 무기입자의 경계에 퍼텐셜 우물(potential well)을 형성함으로써 전하의 이동 및 공간전하 축적을 억제하는 효과를 발휘한다.

그러나, 상기 절연층(14)에 첨가되는 무기 입자는 다량 첨가 시 불순물로서 작용하고, 소함량으로 사용되는 경우에도 전력 케이블에서 요구되는 또 하나의 중요 특성인 임펄스 강도를 저하시키는 문제가 있는바 상기 무기 입자만으로는 축적된 공간전하를 충분히 저감할 수 없기 때문에 0.2 내지 5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

한편, 절연층(14)의 내부뿐만 아니라 외부를 차폐하지 않으면, 전계의 일부는 절연층(14)으로 흡수되지만, 대부분의 전계는 외부로 방전된다. 이 경우, 전계가 소정치 이상으로 커지게 되면 전계에 의해 절연층(14)과 전력케이블(100)의 외피가 파손될 수 있다. 따라서, 절연층(14)의 바깥쪽에는 다시 반도전층이 구비되며, 전술한 내부반도전층(12)과 구별하기 위하여 외부반도전층(16)으로 정의된다. 결국, 외부반도전층(16)은 전술한 내부반도전층(12) 과의 사이에 전기력선의 분포를 등전위로 만들어 절연층(14)의 절연내력을 향상시키는 역할을 하게 된다. 또한, 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지할 수 있다.

외부반도전층(16)의 바깥쪽에는 케이블의 종류에 따라 금속시스 또는 중성선으로 이루어진 차폐층(18)이 구비된다. 차폐층(18)은 전기적 차폐 및 단락전류의 귀로를 위하여 구비된다.

전력케이블(100)의 외곽에는 외피(20)가 구비된다. 외피(20)는 케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 따라서, 외피(20)는 빛, 풍우, 습기, 공기 중의 기체 등 각종 기후를 비롯한 자연환경에 견딜 수 있는 내후성, 화학물질 등과 같은 약품 등에 견디는 내약품성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride; 폴리염화비닐) 또는 PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)를 재질로 하여 외피를 제작하게 된다.

도 2는 다른 실시예에 따른 해저 전력케이블의 내부 구성을 도시한다. 도 2에 따른 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 전술한 도 1의 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 살펴본다.

도 2를 참조하면, 도체(10), 내부반도전층(12), 절연층(14) 및 외부반도전층(16)은 전술한 도 1의 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

상기 외부반도전층(16)의 외부에는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 절연층(14)의 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(metal sheath), 소위 '연피시스'(30)를 구비한다.

나아가, 상기 금속시스(30)의 외부에 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 시스(32)와 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(34)을 구비한다. 상기 베딩층(34)의 위에는 철선외장(40)을 구비할 수 있다. 상기 철선외장(40)은 상기 케이블(200)의 외곽에 구비되어 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보호하도록 기계적 강도를 높이는 역할을 하게 된다.

상기 철선외장(40)의 외곽, 즉 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(42)을 구비하게 된다. 쟈켓(42)은 케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(42)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(42)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.

한편, 도 3은 또 다른 실시예에 따른 전력케이블의 내부 구성을 도시한다. 도 3에 따른 전력케이블은 내부 도체 및 절연층의 구성에 있어서 전술한 실시예의 전력케이블과 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 살펴본다.

도 3은 절연유에 함침된 절연지를 구비한 절연층을 포함한 소위 '지절연 전력케이블'의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 3을 참조하면, 전력케이블(200)은 중심부를 따라 도체(210)를 구비한다. 도체(210)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 된다. 상기 도체(210)는 도면에 도시된 바와 같이 원형의 중심소선(210A)과 상기 중심소선(210A)을 감싸도록 연선된 평각소선(210B)으로 이루어진 평각소선층(210C)을 구비할 수 있다. 상기 평각소선층(210C)은 연속압출공정을 통하여 다수의 평각소선(210B)의 단면을 사각형 형상으로 형성하고 상기 다수의 평각소선(210B)을 중심소선(210A) 상에 연선하여 이루어진다. 상기 도체(210)는 전체적으로 원형의 형상을 가지도록 제작된다. 상기 도체(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 원형 소선이 연선되어 구비될 수도 있다. 그런데, 상기 평각소선으로 이루어진 도체는 원형소선으로 이루어진 도체에 비해 점적율이 상대적으로 높아져서 고전압용 전력케이블에 적합할 수 있다.

상기 도체(210)의 표면에 형성되는 내부반도전층(212)과 후술하는 절연층(214)의 표면에 형성되는 외부반도전층(16)에 대해서는 전술한 도 1의 설명과 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

상기 내부반도전층(212)의 바깥쪽에는 절연층(214)이 구비된다. 절연층(214)은 도체(210)를 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 도 3에서 절연층(214)은 절연지를 내부반도전층(212) 표면에 감는 지절연 공정을 통해 형성된다. 또한, 절연특성을 향상시키기 위하여 도체(210) 표면에 절연지가 감긴 상태에서 절연유에 함침시키게 된다. 상기 함침공정을 통해 절연유가 절연지에 흡수되며, 상기 절연유의 점도에 따라 'OF(oil filled) 케이블'과 'MI(mass impregnated) 케이블'로 구분할 수 있다.

OF 케이블은 상대적으로 저점도의 절연유를 사용하여 절연지를 함침하게 되며, 절연유를 가압하여 유압을 일정 수준으로 유지한 채로 작동시켜야 하므로 연장 길이가 제한적이다. 이에 비하여, MI 케이블은 상대적으로 고점도의 절연유를 사용하여 절연지를 함침하게 되므로 절연지 내에서 절연유의 유동이 적어서 유압을 유지할 필요가 없는 바 연장 길이가 긴 장점이 있다.

본 실시예에서 상기 절연층(214)은 복수의 절연지를 감싸서 형성되며, 예를 들어 크래프트지(Kraft paper) 또는 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지를 반복적으로 감싸서 형성될 수 있다.

구체적으로, 크래프트지(Kraft paper) 만을 권취하여 절연층을 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 복합 절연지, 예컨대 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 절연지를 권취하여 절연층을 형성할 수 있다.

크래프트지만을 권취하여 절연유를 함침시킨 MI 케이블의 경우에는 케이블 작동 시(통전시) 케이블 도체에 흐르는 전류에 의하여 반경방향으로 안쪽, 즉 상기 내부반도전층 방향의 절연층 부분에서 반경방향으로 바깥쪽, 즉 후술하는 외부반도전층 방향의 절연층 부분으로 온도차가 발생하게 된다. 따라서, 보다 고온인 내부반도전층 쪽의 절연층 부분의 절연유가 점도가 낮아지고 열팽창을 하여 외부반도전층 쪽의 절연층으로 이동하게 되며, 온도 하강 시에는 열팽창에 의하여 이동한 절연유가 점도가 높아지고 원래대로 되돌아가지 않게 되어 반경방향으로 안쪽, 즉 내부반도전층 쪽의 절연층 부분에 기포가 발생하게 되어 절연 성능의 저하를 야기한다.

하지만, 상기한 바와 같이 복합 절연지로 절연층을 형성하는 경우, 케이블 작동 시 기름에 함침되지 않는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 열팽창함으로써 절연유의 유동을 억제할 수 있으며, 폴리프로필렌 수지는 절연 저항이 크래프트지보다 크기 때문에 기포가 생성되더라도 기포에 분담되는 전압을 완화할 수 있다.

또한, 폴리프로필렌 수지는 절연유가 함침되지 않기 때문에 중력에 의하여 절연유가 케이블 직경 방향으로 유동하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 케이블 제조시의 함침 온도 또는 케이블 작동시의 작동 온도에 따라 폴리프로필렌 수지가 열팽창하여 크래프트지에 면압을 가하게 되므로 절연유의 유동을 더욱 억제할 수 있다.

복합 절연지는 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지의 일면에 크래프트지를 적층한 것, 크래프트지의 상하면에 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지를 적층한 것 또는 크래프트지와 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지를 교대로 4층 이상으로 적층한 것 등을 사용할 수 있으며, 이러한 경우의 작용 및 효과는 상기한 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 절연지의 경우와 같다.

또한, 상기 절연층(214)은 상기 복합 절연지를 권취하여 형성하되 내부반도전층(212)과 접하는 면과 외부반도전층(216)과 접하는 면 중 어느 한 면 또는 양면 모두를 크래프트지로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 내부반도전층(212)과 접하는 면과 외부반도전층(216)과 접하는 면 모두를 크래프트지로 권취하여 형성할 수 있다.

이 경우, 복합 절연지보다 저항률이 낮은 크래프트지가 절연층의 내부반도전층(212)과 접하는 면 또는 외부반도전층(216)과 접하는 면 중 한 면 또는 양면 모두에 형성되므로 임펄스 파괴의 기점인 절연층과 내부반도전층이 접하는 부분 또는 절연층과 외부반도전층이 접하는 부분에 기포가 생기더라도 크래프트지층의 전계 완화 효과에 의해서, 임펄스 파괴 특성의 저하를 막을 수 있다. 또한, 크래프트지는 임펄스 파괴에 대한 극성 효과가 거의 없기 때문에, 플라스틱 래미네이트 종이를 이용한 것에 의해 발생하는 임펄스 극성 효과를 감소시킬 수 있다.

상기 절연층(214)의 외부에는 외부반도전층(216)이 구비되며, 이에 대해서는 도 1에서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 외부반도전층(216)의 외부에는 동선직입 테이프(218)를 구비하며, 나아가, 상기 절연층에 함침된 절연유 또는 절연컴파운드는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 그 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(metal sheath), 소위 '연피시스'(220)를 상기 동선직입 테이프(218)의 외부에 구비한다.

나아가, 상기 금속시스(220)의 외부에 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(222)을 구비한다. 상기 베딩층(222)의 위에는 부직포 테이프(224)와 보강 테이프(226)를 감싸주며, 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(232)을 구비하게 된다. 쟈켓(232)은 MI 케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 상기 쟈켓(232)은 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖도록, 예를 들어 폴리에틸렌(PE : PolyEthylene) 등으로 구성될 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 지절연 전력케이블(200)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 도 4에 따른 지절연 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 전술한 도 3의 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 살펴본다.

도 4를 참조하면, 해저케이블로 사용되는 지절연 전력케이블(200)은 상기 케이블(200)의 외곽에 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보고하도록 기계적 강도를 높이기 위한 철선을 감싸주는 철선외장(230)을 구비하게 된다. 구체적으로 상기 철선외장(230)은 전술한 도 3의 실시예에서 보강 테이프(226)의 외곽에 구비되거나, 또는 상기 보강 테이프(226)의 외곽에 부직포 테이프(미도시)를 다시 권취하고 상기 철선외장(230)을 구비할 수 있다.

상기 철선외장(230)의 외곽, 즉 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(232)을 구비하게 된다. 쟈켓(232)은 지절연 전력케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(232)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(232)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.

그런데, 상기와 같은 구성을 가지는 전력케이블(100)을 가공선과 연결하는 경우에 전술한 바와 같이 종단접속함을 사용하게 된다.

도 5는 일 실시예에 따른 종단접속함(400)의 구조를 도시한다. 도 5에서는 종단접속함(400)의 내부 구성을 도시하기 위하여 일부를 절개하여 내부 구성을 도시한다. 이하에서는 도 1의 케이블을 예로 들어 설명하지만 후술하는 종단접속함은 도 1의 소위 XLPE 절연층을 구비한 케이블뿐만 아니라 도 2 내지 도 4의 전력케이블, 즉 지절연 전력케이블에도 적용이 가능하며, 나아가 지중 및 해저 케이블에도 모두 적용이 가능하다.

도 5를 참조하면, 종단접속함(400)은 애관(410)을 구비한다. 애관(410)은 내부에 소정의 공간을 구비하여, 후술하는 바와 같이 케이블(100)이 소정 길이로 삽입되어 관통된다. 애관(410)은 케이블을 절연하고 지지하는 역할을 하게 된다. 따라서, 애관(410)은 전기적으로 충분한 절연내력(絶緣耐力)을 갖도록 하기 위하여 표면을 따라 다수개의 주름 또는 돌기부(412)를 구비한다. 상기 주름 또는 돌기부에 의해 절연거리를 증가시킬 수 있으며, 표면에 먼지 등이 부착되는 경우에 절연내력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 애관(410)은 절연내력을 가지면서 동시에 적당한 수준의 강도를 유지하기 위하여 경질자기를 이용하여 제작된다.

한편, 케이블(100)의 내부반도전층(12)과 외부반도전층(16)은 그 사이에 등전위를 가지는 전기력선이 고르게 분포하도록 하여 절연체의 파괴를 방지하며, 나아가 전계가 특정 부위에 집중되는 것을 방지하게 된다. 즉, 내부반도전층(12)과 외부반도전층(16) 사이에서 전기력선의 등전위선은 가급적 고르게 분산되는 것이 바람직하다.

상기 케이블(100)은 애관(410)을 관통하며, 애관(410)의 단부를 통하여 케이블(100)의 도체(10)가 소정길이 돌출된다. 케이블(100)은 애관(410)의 내부에서 도체(10)를 감싸는 구성요소들이 벗겨지고 애관(410)의 단부에서 도체(10)만이 노출 및 돌출되어 가공선(미도시)과 연결된다. 즉, 케이블(100)이 종단접속함(400)의 애관(410) 내부로 삽입되는 경우에 케이블(100)은 외부반도전층(16)이 제거되어 절연층(14)이 노출된 상태로 애관(410)으로 삽입된다. 이 경우, 제거되지 않은 외부반도전층(16)이 소정길이만큼 애관(410) 내부로 삽입된다. 즉, 케이블(100)은 절연층(14)이 노출되어 애관(410)으로 삽입되며, 외부반도전층(16)이 소정길이 애관(410) 내부로 삽입된다.

한편, 애관(410)의 내부에는 절연유(420)가 충진될 수 있다. 절연유(420)는 애관(410) 내부에서 케이블(100)과 애관(410) 내벽 사이에서 유동하여 전기적으로 절연하는 역할을 하게 된다.

절연층(14)이 노출되도록 외부반도전층(16)의 일부가 제거된 케이블(100)이 삽입된 상태라면, 내부반도전층(12)과의 사이에서 전기력선이 방전되는 경우에 외부반도전층(16)의 단부에 전계가 집중될 수 있다. 이는 외부반도전층(16) 및 절연층(14)의 파손을 발생시킬 수 있다. 따라서, 도 5와 같이, 애관(410)의 내부에는 케이블(100)의 전계 집중을 완화시키는 전계완화콘(460) 및 전계완화콘(460)의 외부의 적어도 일부에 구비되는 차폐층(430)을 구비할 수 있다.

여기서, 차폐층(430)은 전계완화콘(460)의 외부에 구비되며, 애관(410) 내부로 삽입된 케이블(100)의 외부반도전층(16)에 전기적으로 연결된다. 즉, 케이블(100)의 절연층(14)이 노출된 상태로 케이블(100)이 애관(410) 내부로 삽입되는 경우에도 외부반도전층(16)은 소정길이만큼 애관(410) 내부로 삽입된다. 이 경우, 차폐층(430)은 애관(410) 내부로 삽입된 외부반도전층(16)과 전기적으로 연결된다. 차폐층(430)이 외부반도전층(16)과 전기적으로 연결되어야 전계가 외부반도전층(16)의 단부에 집중되는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 차폐층(430)은 애관(410) 내부에서 대략 길이 방향으로 완만하게 벌려지면서 소정길이 연장되도록 형성된다. 따라서, 내부반도전층(12)과 차폐층(430) 사이에서 등전위선이 급격히 꺽이는 것을 방지하며, 등전위선은 내부반도전층(12)과 차폐층(430)의 사이를 따라 진행하게 된다. 또한, 상기 차폐층(430)이 케이블 길이 방향으로 완만하게 벌려지면서 형성되므로, 서로 다른 재질을 가지는 구성요소, 예를 들어 절연층, 외부반도전층 및 절연유가 서로 접하여 전계가 집중되게 되는 삼중점의 위치를 변화시켜 절연 성능을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 삼중점의 위치를 케이블 작동 시, 절연층 중 최대 전계를 나타내며 상대적으로 고온인 도체 직상 구간 보다 높게 할 수 있으므로 전체적인 절연 성능을 높일 수 있다.

한편, 전계완화콘(460)은 권심(480)의 표면에 절연지를 감아서 제작될 수 있다. 이 경우, 권심(480)은 케이블(100)의 코어, 즉 절연층(14)이 남아있는 케이블(100)의 외주에 대략 일치하게 내경이 형성된다. 따라서, 권심(480)의 내부를 통해 케이블(100)을 관통시켜 권심(480) 및 전계완화콘(460)을 설치하게 된다.

구체적으로, 본 실시예에서는 상기 전계완화콘(460)을 지지하기 위하여 별도의 지지수단을 구비하지 않고, 케이블(100)의 외곽에 보강절연층(440)을 구비하여 전계완화콘(460)을 지지하게 된다.

보강절연층(440)은 외부반도전층(16)이 제거된 케이블(100)의 절연층(14) 외곽에 구비되어 절연 역할과 함께 전술한 전계완화콘(460)을 지지하는 역할을 하게 된다. 즉, 단순히 전계완화콘을 지지하는 역할만을 하는 것이 아니라, 케이블(100)의 절연층(14) 외곽에 추가적인 보강절연층(440)을 형성하여 절연성능을 향상시키게 된다. 따라서, 보강절연층(440)이 형성된 영역은 다른 영역에 비해 전계가 감소하게 된다. 상기 보강절연층(440)은 절연성능을 향상시키기 위하여 상기 케이블의 절연층과 동일한 재질로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층이 전술한 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지로 제작되거나, 폴리에틸렌 수지로 제작되는 경우에 동일한 재료로 제작될 수 있다. 또한, 상기 절연층이 전술한 절연지를 감싸서 구성되는 경우에는 동일한 절연지를 사용하여 구성될 수 있다. 상기 절연지에 대해서는 이미 상술하였므로 반복적인 설명은 생략한다.

이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 보강절연층(440)은 종단접속함(400)의 상부, 즉 도체(10)가 인출되는 단부를 향하여 소정의 경사를 가지도록 형성될 수 있으며, 전계완화콘(460), 보다 상세하게는 권심(480)도 상기 경사에 대응하도록 형성될 수 있다. 상기 보강절연층(440)의 경사에 대응하여 권심을 제작하는 경우에 상기 권심도 소정의 경사를 가지도록 형성되어야 하므로, 도 5에 도시된 바와 같이 소위 '2단 권심'의 형태를 가지도록 구비될 수 있다.

즉, 케이블(100)의 절연층(14)에 밀착하여 구비되는 제1 베이스부(482)와 상기 보강절연층(440)의 외주에 밀착하는 제2 베이스부(486)와, 상기 제1 베이스부(482)와 제2 베이스부(486)을 연결하는 경사부(484)를 구비할 수 있다.

상기 경사부(484)는 보강절연층(440)의 경사에 대응하도록 형성되어, 전계완화콘(460) 및 권심(480)에 케이블(100) 코어를 삽입하는 경우에 도면에 도시된 바와 같이, 보강절연층(440)의 경사진 상부에 전계완화콘(460) 및 권심(480)이 걸려 지지된다. 이 경우, 보강절연층(440)은 전체적인 절연성능을 향상시키는 동시에 전계완화콘(460)의 중량을 지지할 수 있도록 그 두께가 결정되며, 예를 들어 절연층(14)이 노출된 케이블(100)의 외경의 대략 1.5배 내지는 2.5배, 바람직하게는 2배의 외경을 갖도록 결정될 수 있다. 이 경우, 보강절연층(440)이 형성된 영역은 다른 영역에 비해 전계가 대략 절반 정도로 감소하게 된다.

상기 2단 권심에 의해 제작된 전계완화콘은 MI 케이블 뿐만 아니라, OF 케이블을 비롯하여 절연층을 XLPE(Cross-linked Polyethylene; 가교 폴리에틸렌)로 제작한 케이블의 종단접속함에도 적용이 가능하다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10..도체
12..내부반도전층
14..절연층
16..외부반도전층
20..금속시스
100... 전력케이블
400..종단접속함
410..애관
420..절연유
430..차폐층
440..보강절연층
460..전계완화콘
480..권심

Claims (7)

1. 내부에 절연유가 충진되는 애관;
   상기 애관내부로 삽입되는 전력케이블의 절연층의 외부에 구비되는 보강절연층;
   상기 전력케이블의 절연층의 적어도 일부 및 상기 보강절연층의 외부를 감싸며 상기 보강절연층에 의해 지지되는 권심; 및
   상기 권심에 의해 지지되며 상기 케이블의 전계집중을 완화시키는 전계완화콘;을 구비하며,
   상기 보강절연층은 종단접속함의 상부의 단부를 향하여 소정의 경사를 가지도록 형성되며,
   상기 권심은 상기 케이블의 절연층에 밀착하여 구비되는 제1 베이스부와 상기 보강절연층의 외주에 밀착하는 제2 베이스부와, 상기 제1 베이스부와 제2 베이스부를 연결하며 상기 보강절연층의 경사에 대응하여 밀착되는 경사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 종단접속함.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 보강절연층은 상기 절연층과 동일한 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 종단접속함.
4. 제1항에 있어서,
   상기 보강절연층은 상기 절연층이 노출된 케이블의 외경의 1.5배 내지는 2.5배의 외경을 갖도록 결정되는 것을 특징으로 하는 종단접속함.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 경사부는 상기 보강절연층의 경사에 대응하는 것을 특징으로 하는 종단접속함.

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