KR102258894B1

KR102258894B1 - 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함

Info

Publication number: KR102258894B1
Application number: KR1020140107483A
Authority: KR
Inventors: 채병하; 강채홍; 김성윤; 정의환; 윤현성
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2021-06-01
Also published as: KR20160022412A; EP3185381A1; WO2016027962A1; EP3185381A4

Abstract

본 발명은 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고점도 절연유 함침 케이블의 절연층에 포함된 절연지를 제거하여 도체를 전기적으로 접속하고, 상기 접속된 도체를 감싸도록 보강절연층을 형성하고, 상기 접속된 도체 및 보강절연층을 감싸며 내부에 고점도 절연유가 충진되는 하우징을 구비하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함에 있어서, 상기 케이블의 동작 시 온도 상승에 따라 상기 고점도 절연유가 팽창하는 경우에 상기 팽창된 고점도 절연유의 내압을 견딜 수 있는 완충공간을 상기 하우징의 내측에 구비하며, 상기 완충공간(V_buffer)은

을 만족시키며, 여기서 제1 체적변화량(△V₁)은 상기 고점도 절연유의 온도변화에 따른 체적변화량, 상기 제2 체적변화량(△V₂)은 상기 케이블의 절연층 및 보강절연층으로 유입되는 상기 고점도 절연유의 유입량으로 정의되는 것을 특징으로 한다.

Description

고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함 {Joint for mass impregnated cable}

본 발명은 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함에 관한 것으로서, 구체적으로 고점도 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 중간접속함에 있어서 상기 케이블의 동작에 따른 온도상승에 의해 상기 중간접속함 내부의 고점도 절연유가 팽창하여 내압이 작용하는 경우에도 상기 내압을 견딜 수 있는 중간접속함에 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 절연지를 감아 절연층을 형성한 소위 '지절연 케이블'은 사용되는 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.

한편, 상기 전력케이블은 수백m 또는 수십km 간격으로 중간접속함(Joint box)에 의해 접속이 이루어지며, 상기 전력케이블의 말단은 종단접속함(Termination box)에 의해 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. 이어서 상기 케이블의 외부반도전층 및 금속시스를 복원하고 상기 중간접속함을 형성하는 하우징의 내부에 고점도 절연유를 충진하게 된다.

그런데, 상기 중간접속함의 하우징의 내측에 충진되는 고점도 절연유는 온도변화에 따라 체적변화가 발생하게 되며, 상기 온도 상승하는 경우에 상기 고점도 절연유의 체적이 증가하여 상기 하우징의 내측에 내압을 발생시킬 수 있다. 상기 내압은 상기 케이블 또는 중간접속함의 파손을 유발시킬 수 있는 문제점을 수반한다.

일본 특허 출원번호 1998-156663호 (1998.05.20)

본 발명은 고점도 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 중간접속함에 있어서 상기 케이블의 동작에 따른 온도상승에 의해 상기 중간접속함 내부의 고점도 절연유가 팽창하여 내압이 작용하는 경우에도 상기 내압을 견딜 수 있는 중간접속함을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 고점도 절연유 함침 케이블의 절연층에 포함된 절연지를 제거하여 도체를 전기적으로 접속하고, 상기 접속된 도체를 감싸도록 보강절연층을 형성하고, 상기 접속된 도체 및 보강절연층을 감싸며 내부에 고점도 절연유가 충진되는 하우징을 구비하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함에 있어서, 상기 케이블의 동작 시 온도 상승에 따라 상기 고점도 절연유가 팽창하는 경우에 상기 팽창된 고점도 절연유의 내압을 견딜 수 있는 완충공간을 상기 하우징의 내측에 구비하며, 상기 완충공간(V_buffer)은

을 만족시키며, 여기서 제1 체적변화량(△V₁)은 상기 고점도 절연유의 온도변화에 따른 체적변화량, 상기 제2 체적변화량(△V₂)은 상기 케이블의 절연층 및 보강절연층으로 유입되는 상기 고점도 절연유의 유입량으로 정의되는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1 체적변화량량(△V₁)은

으로 정의되며, α는 상기 고점도 절연유의 열팽창계수, △T는 상기 고점도 절연유의 최대온도변화량, V_oil 은 상기 하우징에 충진된 고점도 절연유의 충진량으로 정의된다.

한편, 상기 고점도 절연유의 최대온도변화량(△T)은 상기 고점도 절연유를 상기 하우징에 충진할 때의 온도와 상기 케이블이 작동하지 않는 경우의 온도와의 차이, 또는 상기 케이블이 작동하지 않는 경우의 온도와 상기 케이블이 작동하는 경우의 온도와의 차이 중에 더 큰 것으로 결정될 수 있다.

또한, 상기 제2 체적변화량량(△V₂)은

으로 정의되며, β는 상기 케이블의 절연층에 포함된 절연지의 체적비율, V_housing은 상기 하우징의 내부의 체적, V_oil 은 상기 하우징에 충진된 고점도 절연유의 충진량, V_conductor은 상기 하우징 내부에 삽입된 상기 케이블의 도체의 체적, γ는 상기 절연지의 절연유 흡수율로 정의될 수 있다.

한편, 상기 케이블의 절연층의 절연지는 크래프트지를 적어도 포함할 수 있다.

전술한 본 발명에 따르면 고점도 절연유 함침 케이블을 서로 연결시키는 중간접속함에 있어서, 상기 케이블의 동작에 따라 온도가 상승하여 상기 고점도 절연유의 체적이 팽창하는 경우에 상기 고점도 절연유에 의해 상기 중간접속함의 내측에 작용하는 내압을 견딜 수 있는 완충공간을 구비함으로써, 상기 케이블 및/또는 중간접속함의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 지절연 케이블의 구성을 도시한 일부 절개사시도,
도 2는 다른 실시예에 따른 지절연 케이블의 구성을 도시한 일부 절개사시도,
도 3은 고점도 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 중간접속함의 내부 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.

일반적으로 고점도 절연유 함침 케이블(이하 'MI 케이블' 이라 함)은 수백m 내지는 수km 간격으로 중간접속함에 의해 접속이 이루어지며, MI 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 가공선과 접속이 이루어지게 된다. 이하에서는 먼저 MI 전력케이블의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 중간접속함에 대해서 살펴보기로 한다.

도 1은 MI 케이블(100)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 1을 참조하면, MI 케이블(100)은 중심부를 따라 도체(10)를 구비한다. 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 된다. 상기 도체(10)는 도면에 도시된 바와 같이 원형의 중심소선(10A)과 상기 중심소선(10A)을 감싸도록 연선된 평각소선(10B)으로 이루어진 평각소선층(10C)을 구비할 수 있다. 상기 평각소선층(10C)은 연속압출공정을 통하여 다수의 평각소선(10B)의 단면을 사각형 형상으로 형성하고 상기 다수의 평각소선(10B)을 중심소선(10A) 상에 연선하여 이루어진다. 상기 도체(10)는 전체적으로 원형의 형상을 가지도록 제작된다. 비록 도면에 도시되지 않았지만, 상기 도체(10)는 다수의 원형 소선이 연선되어 구비될 수도 있다. 그런데, 상기 평각소선으로 이루어진 도체는 원형소선으로 이루어진 도체에 비해 점적율이 상대적으로 높아져서 고전압용 전력케이블에 적합할 수 있다.

그런데, 도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일하거나, 전계집중이 발생할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(10) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하된다. 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.

결국, 내부반도전층(12)은 도체(10) 표면의 전계완화와 도체(10)와 절연층(14) 사이의 보이드(void)에 의해 발생하는 부분방전을 방지하게 된다. 또한, 내부반도전층(12)은 케이블에 있어서 이상적인 동심 원통형 전극형태를 유지하게 하여 도체(10) 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시키며, 도체(10)와 절연층(14)을 서로 밀착시켜 도체(10) 표면에서 발생할 수 있는 코로나 방전을 방지할 수 있다. 나아가, 도체(10)와 내부반도전층(12) 사이 및 내부반도전층(12)과 절연층(14) 사이의 전자주입과 전자흐름을 방지하여 불순물을 흡착할 수 있다.

한편, 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. 본 실시예에서 상기 절연층(14)은 절연지를 내부반도전층(12) 표면에 감는 지절연 공정을 통해 형성된다. 또한, 절연특성을 향상시키기 위하여 도체(10) 표면에 절연지가 감긴 상태에서 절연유에 함침시키게 된다. 상기 함침공정을 통해 절연유가 절연지에 흡수되며, 본 실시예와 같이 고점도의 절연유를 사용하게 되면 'MI(mass impregnated) 케이블'로 정의되며, 상대적으로 저점도의 절연유를 사용하게 되면 'OF(oil filled) 케이블'로 정의할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상대적으로 고점도의 절연유 또는 절연컴파운드를 사용하여 절연지를 함침하여 제작되는 MI 케이블에 대해서 설명한다.

본 실시예에서 상기 절연층(14)은 복수의 절연지를 감싸서 형성되며, 예를 들어 상기 절연층(14)은 크래프트지(Kraft paper)를 적어도 포함할 수 있으며, 나아가 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 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 반경방향 바깥쪽으로 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, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라, 크래프트지 보다 저항율이 크며 절연내력이 좋은 폴리프로필렌 수지에 상대적으로 많은 전계를 분담시킬 수 있으며, 케이블 작동/단락 시에 발생하는 온도 변화에 따라 절연유가 수축/팽창하며 발생하는 기포에 분담되는 전계를 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.

또한, 상기 복합절연지로 절연층을 형성하는 경우, 상기 절연층(14)의 일부는 크래프트지만을 권취하여 형성됨으로써 전계를 제어할 수도 있다.

그런데, 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 케이블(100)의 외피가 파손될 수 있다. 따라서, 절연층(14)의 바깥쪽에는 다시 반도전층이 구비되며, 전술한 내부반도전층(12)과 구별하기 위하여 외부반도전층(16)으로 정의된다. 외부반도전층(16)은 절연두께 편차에 따른 전계 불평등을 억제하여 절연층(14)을 보호하는 역할과 함께, 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.

한편, 상기 외부반도전층(16)의 외부에는 동선직입 테이프(18)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'(20)를 상기 동선직입 테이프(18)의 외부에 구비한다.

나아가, 상기 금속시스(20)의 외부에 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(22)을 구비한다. 상기 베딩층(22)의 위에는 부직포 테이프(24)와 보강 테이프(26)를 감싸주며, 케이블(100)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(32)을 구비하게 된다. 쟈켓(32)은 MI 케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 상기 쟈켓(32)은 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖도록, 예를 들어 폴리에틸렌(PE : PolyEthylene) 등으로 구성될 수 있다.

도 2는 다른 실시예에 따른 MI 케이블(100)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 도 2에 따른 MI 케이블은 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, 해저케이블로 사용되는 MI 케이블(100)은 상기 케이블(100)의 외곽에 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보고하도록 기계적 강도를 높이기 위한 철선을 감싸주는 철선외장(30)을 구비하게 된다. 구체적으로 상기 철선외장(30)은 전술한 도 1의 실시예에서 보강 테이프(26)의 외곽에 구비되거나, 또는 상기 보강 테이프(26)의 외곽에 부직포 테이프(미도시)를 다시 권취하고 상기 철선외장(30)을 구비할 수 있다.

상기 철선외장(30)의 외곽, 즉 케이블(100)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(32)을 구비하게 된다. 쟈켓(32)은 MI 케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(32)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(32)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.

도 3은 상기와 같은 MI 케이블을 서로 접속시키는 중간접속함(200)의 내부 구성을 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 중간접속함(200)은 MI 케이블의 외부반도전층, 금속시스 내지 쟈켓 등 절연층 외부의 층을 제거하여 절연층(14A, 14B)의 적어도 일부를 노출시킨 후 노출된 절연층(14A, 14B)의 적어도 일부를 제거하여 노출시킨 도체(10A, 10B)를 전기적으로 접속하고, 상기 접속된 도체(10A, 10B) 및 노출된 절연층의 적어도 일부를 감싸도록 보강절연층(240)을 형성하고, 상기 접속된 도체(10A, 10B) 및 보강절연층(240)을 감싸며 내부에 고점도 절연유(300)가 충진되는 하우징(205)을 구비한다.

상기 하우징(205)의 양측에서 한 쌍의 MI 케이블이 삽입되어 서로 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 하우징(205)의 내측에서 상기 MI 케이블의 절연층(14A, 14B)에 포함된 절연지를 순차적으로 제거하여 도체(10A, 10B)를 노출시키고 상기 도체(10A, 10B)를 전기적으로 접속한다. 이어서, 상기 접속된 도체(10A, 10B)를 감싸도록 보강절연층(240)을 형성한다. 상기 보강절연층(240)은 고점도 절연유에 함침된 절연지를 상기 도체(10)의 접속부위를 비롯한 절연층(14) 상에 지권하여 형성된다. 이 경우, 상기 절연지는 고점도 절연유에 이미 함침된 상태로 지권되거나, 또는 상기 고점도 절연유에 함침된 절연지를 드레인한 후 지권할 수 있다.

이어서, 상기 보강절연층(240) 상에 외부반도전층(16) 및 금속시스(20)를 복원하고, 상기 하우징(205)의 내측에 고점도 절연유(300)를 충진하게 된다.

상기 하우징(205)에는 상하부에 각각 구비되고 길이방향으로 서로 이격되는 적어도 한 쌍의 관통구(210, 212, 214, 216)를 구비할 수 있다. 상기와 같이 하우징(205)의 상하부에 각각 관통구를 구비하게 되면 하부의 관통구(214, 216)를 통해 절연유를 공급하고 상부의 관통구(212, 210)를 통해 절연유가 배출되도록 하여 내부의 보강절연층 등을 고점도 절연유에 의해 보다 충실하게 함침시킬 수 있다. 또한, 상기 관통구가 상기 하우징(205)의 길이방향을 따라 서로 반대방향에 이격되어 구비됨으로써 하부의 관통구를 통해 공급된 절연유가 보강절연층을 함침시키고 길이방향으로 반대편의 상부 관통구로 배출되도록 하여 보강절연층의 함침을 보다 원활하게 할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 중간접속함의 하우징(205)의 내측에 충진되는 고점도 절연유(300)는 케이블의 동작에 따라 온도가 상승하는 경우에 고유의 열팽창계수에 따라 체적변화가 발생하게 된다. 이 경우, 상기 온도가 상승하는 경우에 상기 고점도 절연유의 체적이 증가하여 상기 증가된 체적에 의해 상기 하우징(205)의 내측에 내압을 발생시킬 수 있다. 상기 내압은 상기 케이블 또는 중간접속함의 파손을 유발시킬 수 있으므로, 이하에서는 상기 하우징(205)의 내측에 상기 내압을 견딜 수 있는 완충공간(250)을 구비한 중간접속함(200)에 대해서 살펴본다.

상기 하우징(205) 내부에서 상기 고점도 절연유의 체적변화를 살펴보면, 크게 온도변화에 따른 변화량과 상기 하우징(205)의 내부에 구비된 보강절연층(240)으로 유입되는 변화량으로 구분할 수 있다. 따라서, 상기 완충공간(250)(V_buffer)은 상기 온도변화에 따른 체적변화량과 상기 하우징(205)의 내부에 구비된 상기 케이블의 절연층(14) 및 보강절연층(240)으로 유입되는 체적변화량을 고려하여 결정될 수 있다.

예를 들어, 상기 완충공간(250)(V_buffer)은 하기 [수학식 1]을 만족하도록 정의될 수 있다.

상기 [수학식 1]에서 제1 체적변화량(△V₁)은 상기 고점도 절연유의 온도변화에 따른 체적변화량, 상기 제2 체적변화량(△V₂)은 상기 케이블의 절연층(14) 및 보강절연층(240)으로 유입되는 상기 고점도 절연유의 유입량으로 정의될 수 있다.

즉, 상기 완충공간(250)의 하한치는 상기 고점도 절연유의 온도변화에 따른 체적변화량(△V₁)과 상기 하우징(205)에 충진되어 상기 케이블의 절연층(14) 및 보강절연층(240)으로 유입되는 상기 고점도 절연유의 유입량(△V₂)의 합으로 결정될 수 있다.

여기서, 상기 온도변화에 따른 제1 체적변화량량(△V₁)은 하기 [수학식 2]를 만족하도록 정의될 수 있다.

여기서, α는 상기 고점도 절연유의 열팽창계수, △T는 상기 고점도 절연유의 최대온도변화량, V_oil 은 상기 하우징에 충진된 고점도 절연유의 충진량으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제1 체적변화량량(△V₁)은 상기 하우징(205)의 내측에 고점도 절연유를 가득 충진한 상태에서 온도 변화에 따라 상기 고점도 절연유의 체적변화로 정의된다.

상기 [수학식 2]에서 상기 고점도 절연유의 최대온도변화량(△T)은 상기 고점도 절연유를 상기 하우징(205)에 충진할 때의 온도와 상기 케이블이 작동하지 않는 경우의 온도와의 차이, 또는 상기 케이블이 작동하지 않는 경우의 온도와 상기 케이블이 작동하는 경우의 온도와의 차이 중에 더 큰 것으로 결정될 수 있다.

상기 하우징(205)의 내부로 고점도 절연유를 충진하는 경우에 상기 절연유의 충진을 보다 용이하게 하기 위하여 상기 고점도 절연유를 소정의 온도, 예를 들어 대략 70 내지 80℃로 가열하게 된다. 한편, 상기 케이블이 동작하지 않는 경우에 상기 중간접속함(200)은 대략 상온까지 온도가 하강하게 된다. 따라서, 상기 하우징(205) 내부의 고점도 절연유는 상기 충진 시의 온도와 상기 케이블이 동작하지 않는 경우의 온도 차이만큼 제1 온도변화가 발생하게 된다.

또한, 상기 케이블이 동작하는 경우에 상기 케이블 내부의 발열에 의해 온도가 상승하게 되며, 이 경우 케이블이 동작하지 않는 경우와 비교하여 제2 온도변화가 발생하게 된다.

따라서, 상기 제1 체적변화량량(△V₁)을 계산하는 경우에 상기 최대온도변화량(△T)은 상기 제1 온도변화와 제2 온도변화 중에 더 큰 값으로 결정된다. 이에 의해 더 큰 온도변화가 발생하는 경우에도 상기 고점도 절연유의 체적 변화에 따른 내압을 충분히 견딜 수 있게 된다.

한편, 상기 케이블의 절연층(14) 및 보강절연층(240)으로 유입되는 상기 고점도 절연유의 유입량에 해당하는 상기 제2 체적변화량(△V₂)은 하기 [수학식 3]으로 정의될 수 있다.

여기서, β는 상기 케이블의 절연층에 포함된 절연지의 체적비율, V_housing은 상기 하우징의 내부의 체적, V_oil 은 상기 하우징에 충진된 고점도 절연유의 충진량, V_conductor은 상기 하우징 내부에 삽입된 상기 케이블의 도체의 체적, γ는 상기 절연지의 절연유 흡수율로 정의될 수 있다.

상기 절연층(14) 및 보강절연층(240)으로 유입되는 절연유의 유입량은 먼저, 상기 절연층(14) 및 보강절연층(240)의 체적값을 구하고, 상기 체적값에 상기 절연지의 체적비율 및 절연지의 절연유 흡수율을 곱하여 결정될 수 있다.

따라서, 상기 하우징(205)의 내부 체적(V_housing)에서 상기 하우징(205)의 내부에 충진된 고점도 절연유의 충진량(V_oil) 및 상기 케이블의 도체(10)의 체적(V_conductor)을 제외하게 되면 상기 하우징(205) 내부에 구비된 상기 절연층(14) 및 보강절연층(240)의 체적을 구할 수 있게 된다. 상기 절연층(14) 및 보강절연층(240)의 체적에 상기 절연층 및 보강절연층에 포함된 절연지의 제척비율(β) 및 상기 절연지의 절연유 흡수율(γ)을 곱하게 되면, 상기 절연층(14) 및 보강절연층(240)으로 유입되는 유입량을 계산할 수 있게 된다.

한편, 전술한 바와 같이, 상기 케이블의 절연층(14)의 절연지는 크래프트지를 적어도 포함하고 있다. 이 경우, 상기 절연지의 절연유 흡수율(γ)은 대략 0.01의 값을 가질 수 있다.

한편, 상기 완충공간(250)(V_buffer)은 하기 [수학식 4]를 만족하도록 그 상한치가 정의될 수 있다.

상기 완충공간(250)은 전술한 바와 같이 상기 제1 체적변화량(△V₁)과 상기 제2 체적변화량(△V₂)의 합 이상의 값을 가지지만, 상기 하우징(205)의 내부에 충진된 고점도 절연유의 수위가 상기 보강절연층(240)의 높이에 대응할 때(도 3에서 A 수위) 상기 고점도 절연유의 수위 이상의 상기 하우징(205)의 내부 체적 이하의 값을 가지게 된다. 즉, 상기 하우징(205)의 내부에 충진된 고점도 절연유의 수위가 상기 보강절연층(240)의 높이에 대응하는 경우에 상기 고점도 절연유에 의해 잠기지 않은 상기 하우징 내부의 체적값이 상기 완충공간(250)의 상한치가 될 수 있다.
도 3에서, 상기 고점도 절연유(300)가 상기 보강절연층(240)의 높이에 대응하는 수위를 가지는 경우를 "A"로 표시하고 있다. 따라서, 상기 고점도 절연유(300)의 수위기 상기 "A"에 대응하는 경우에 상기 완충공간(250)은 상기 수위(A) 이상에서 상기 하우징(205)의 내부 체적으로 정의된다.

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상기 상한치 값은 최소한 상기 하우징(205)의 내측에서 상기 보강절연층(240)이 상기 고점도 절연유(300)에 잠기도록 하여 케이블 작동 직후, 즉 온도 변화에 따라 절연유가 팽창되기 전의 상태에서 상기 중간접속함(200)의 절연성능을 유지하기 위함이다.

10..도체
12..내부반도전층
14..절연층
16..외부반도전층
20..금속시스
100... MI 케이블
200...하우징
240...보강절연층
250...완충공간
300...고점도 절연유

Claims

폴리프로필렌 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 복합절연지를 포함하며 일부는 상기 크래프트지만 포함하는 절연층을 구비한 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함에 있어서,
상기 고점도 절연유 함침 케이블의 전기적으로 접속된 도체를 감싸며, 고점도 절연유에 함침된 절연지를 포함하는 보강절연층;
상기 접속된 도체 및 보강절연층을 감싸며 내부에 고점도 절연유가 충진되는 하우징; 및
상기 고점도 절연유 함침 케이블의 동작 시 온도 상승에 따라 상기 고점도 절연유가 팽창하는 경우에 상기 팽창된 고점도 절연유의 내압을 견딜 수 있도록 상기 하우징의 내측에 구비되는 완충공간;을 구비하고,
상기 완충공간(V_buffer)은 하기 식을 만족하며,

여기서 제1 체적변화량(△V₁)은 상기 고점도 절연유의 온도변화에 따른 체적변화량, 상기 제2 체적변화량(△V₂)은 상기 고점도 절연유 함침 케이블의 절연층 및 보강절연층으로 유입되는 상기 고점도 절연유의 유입량으로 정의되고,
상기 제1 체적변화량량(△V₁)은 하기 식으로 정의되며,

α는 상기 고점도 절연유의 열팽창계수, △T는 상기 고점도 절연유의 최대온도변화량, V_oil 은 상기 하우징에 충진된 고점도 절연유의 충진량으로 정의되는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함.
삭제
제1항에 있어서,
상기 고점도 절연유의 최대온도변화량(△T)은 상기 고점도 절연유를 상기 하우징에 충진할 때의 온도와 상기 고점도 절연유 함침 케이블이 작동하지 않는 경우의 온도와의 차이, 또는 상기 고점도 절연유 함침 케이블이 작동하지 않는 경우의 온도와 상기 고점도 절연유 함침 케이블이 작동하는 경우의 온도와의 차이 중에 더 큰 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 체적변화량량(△V₂)은 하기 식으로 정의되며,

β는 상기 고점도 절연유 함침 케이블의 절연층에 포함된 절연지의 체적비율, V_housing은 상기 하우징의 내부의 체적, V_oil 은 상기 하우징에 충진된 고점도 절연유의 충진량, V_conductor은 상기 하우징 내부에 삽입된 상기 고점도 절연유 함침 케이블의 도체의 체적, γ는 상기 절연지의 절연유 흡수율로 정의되는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 상하부에 각각 구비되어 길이방향으로 서로 이격되어 구비되는 적어도 한 쌍의 관통구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함.
제5항에 있어서,
상기 하우징의 하부에 위치한 상기 관통구를 통해 상기 고점도 절연유를 공급하고, 상기 하우징의 길이방향으로 이격되어 상기 하우징의 상부에 위치한 상기 관통구를 통해 상기 고점도 절연유를 배출하는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블의 중간접속함.