KR102379739B1 - 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블 - Google Patents

통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 동복알루미늄 가닥이 서로 결합되어 형성된 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 통신용 동복 알루미늄 케이블에 관한 것이다. 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블은 구리 테이프를 파이프 형상으로 성형하면서 연속적으로 알루미늄 로드를 피복하여 구리 피복 알루미늄(Copper Clad Aluminum; CCA) 선재를 형성하는 단계; CCA 선재를 다이스 금형을 통과시키면서 1차 드로잉 공정(wire drawing)에 의하여 예비 직경으로 성형하는 단계; 1차 드로잉 CCA를 2차 드로잉 공정에 의하여 미리 결정된 직경을 가지는 CCA 가닥으로 성형하는 단계; CCA 가닥의 표면을 절연 소재로 절연 가닥을 형성하고, 서로 다른 절연 가닥을 꼬아 꼬인 가닥을 형성하는 단계; 서로 다른 꼬인 가닥을 피치를 조절하면서 꼬아 연합 가닥을 형성하는 단계; 및 연합 가닥에 외부 피복을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블{A Method for Producing a Copper Clad Aluminum for Communication and the Copper Clad Aluminum Produced by the Same}
본 발명은 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 동복알루미늄 가닥이 서로 결합되어 형성된 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 통신용 동복 알루미늄 케이블에 관한 것이다.
동복알루미늄 선재는 알루미늄 심선(core)의 둘레 면을 구리로 피복한 선재로 구리 선재와 동등한 전기 특성을 가지면서 경량이면서 원가 절감이 가능하도록 하는 장점을 가진다. 그러나 동복알루미늄 선재는 복합 소재에 해당하므로 제조가 어렵고, 각각의 용도에 적합한 전기적 특성을 가지도록 만들어져야 한다는 단점을 가진다. 동복알루미늄(Copper Clad Aluminum: CCA) 소재가 가진 다른 문제점은 그에 적합한 전기 인증과 관련된 표준이 없고 이에 따라 정해진 제품 사양을 가지도록 양산을 하는 것이 어렵다는 것이다. 그러나 동복알루미늄 선재가 가지는 다양한 장점으로 인하여 관련 기술이 다양한 형태로 개발되고 있다.
특허등록번호 제10-1417999호는 구리와 알루미늄 간의 이종접합계면 특성을 향상시켜 안정적이고 균일한 제품을 제공하기 위한 동복알루미늄 선재 제조방법에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2013-0102773호는 외경을 크게 증가시키지 않으면서 기존의 구리만으로 이루어진 선재와 동등한 수준의 전기적 특성을 발휘할 수 있는 동복알루미늄 선재 및 이를 포함하는 압축도체와 케이블 및 압축도체의 제조방법에 대하여 개시한다.
선행기술 또는 공지 기술은 동복알루미늄 선재가 구리 통신케이블에 적합하도록 만들어지는 방법 또는 그와 같이 만들어진 통신용 동복알루미늄 케이블에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허등록번호 제10-1417999호(한국전기연구원, 2014년08월06일 공고) 동복알루미늄 선재 제조방법 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2013-0102773호(엘에스전선 주식회사, 2013년09월23일 공개) 동복 알루미늄 선재, 이를 포함하는 압축도체와 케이블 및 압축도체의 제조방법
본 발명의 목적은 통신용으로 적용될 수 있는 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복알루미늄 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 동복 알루미늄 케이블은 구리 테이프를 파이프 형상으로 성형하면서 연속적으로 알루미늄 로드를 피복하여 구리 피복 알루미늄(Copper Clad Aluminum; CCA) 선재를 형성하는 단계; CCA 선재를 다이스 금형을 통과시키면서 1차 드로잉 공정(wire drawing)에 의하여 예비 직경으로 성형하는 단계; 1차 드로잉 CCA를 2차 드로잉 공정에 의하여 미리 결정된 직경을 가지는 CCA 가닥으로 성형하는 단계; CCA 가닥의 표면을 절연 소재로 절연 가닥을 형성하고, 서로 다른 절연 가닥을 꼬아 꼬인 가닥을 형성하는 단계; 서로 다른 꼬인 가닥을 피치를 조절하면서 꼬아 연합 가닥을 형성하는 단계; 및 연합 가닥에 외부 피복을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 절연 가닥은 폴리에틸렌(PE) 코팅 층을 포함하고, 외부 피복은 폴리염화비닐이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 동복 알루미늄에 의하여 성형된 서로 꼬인 다수 쌍으로 이루어진 연합 가닥; 및 연합 가닥의 외부 피복을 포함하고, 20 ℃ 및 25 ℃ 기준 온도 계수가 각각 1.038 내지 1.050 및 1.058 내지 1.068이 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 난연성 시험에서 20분간 연소 후 시료 위 끝까지 연소하지 않아야 하며, 재나 숯 등이 생기는 등의 손상이 없어야 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 1 MHz 내지 500 MHz에서 감쇠 수준이 2.0 내지 22 dB/100M가 된다.
본 발명에 따른 제조방법은 통신용 구리 케이블 또는 이와 유사한 소재의 구리 케이블과 동등한 통신 특성을 가지면서 약 30%의 제조원가의 절감이 가능한 통신 케이블의 제공이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 통신용 동복 알루미늄 케이블은 건물 내에 설치되는 고속 신호 전송이 요구되는 근거리 통신을 위한 랜 케이블 또는 인터넷 신호용 케이블을 비롯한 다양한 용도의 통신 케이블에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 동복 알루미늄 케이블의 제조 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 동복 알루미늄 케이블의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 CCA 케이블에 대한 전기적 특성의 측정 결과를 나타낸 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 동복 알루미늄 케이블의 제조 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법은 구리 테이프를 파이프 형상으로 성형하면서 연속적으로 알루미늄 로드를 피복하여 구리 피복 알루미늄(Copper Clad Aluminum; CCA) 선재를 형성하는 단계(P12); CCA 선재를 다이스 금형을 통과시키면서 1차 드로잉 공정(wire drawing)에 의하여 예비 직경으로 성형하는 단계(P13); 1차 드로잉 CCA를 2차 드로잉 공정에 의하여 미리 결정된 직경을 가지는 CCA 가닥으로 성형하는 단계(P14); CCA 가닥의 표면을 절연 소재로 절연 가닥을 형성하고, 서로 다른 절연 가닥을 꼬아 꼬인 가닥을 형성하는 단계(P15); 서로 다른 꼬인 가닥을 피치를 조절하면서 꼬아 연합 가닥을 형성하는 단계(P16); 및 연합 가닥에 외부 피복을 형성하는 단계(P17)를 포함한다.
통신용 동복 알루미늄(Copper Clad Aluminum: CCA) 케이블의 제조를 위하여 CCA 선재가 만들어질 필요가 있다. CCA 선재는 통신 품질에 적합하도록 만들어질 필요가 있고, 예를 들어 길이 방향을 따라 균일한 지름을 가져야 한다. 알루미늄 표면의 피복을 위한 구리는 테이프 형태로 준비될 수 있고(P11); 구리 테이프는 예를 들어 선형 판재 형상이 될 수 있다. 코어를 형성하는 알루미늄은 선형 로드 형상이 되면서 예를 들어 원형 단면을 가지는 로드 형상이 될 수 있다.
알루미늄 로드가 이송되는 구리 테이프로 투입이 되면서 구리 테이프가 알루미늄 로드를 감싸면서 파이프 형상으로 만들어질 수 있고, 이에 의하여 CCA 선재가 만들어질 수 있다(P12). CCA 선재는 알루미늄 로드의 둘레를 균일한 두께로 구리로 피복한 형상이 되고, 구리는 산소가 제거된 순도가 높은 구리(Oxygen Free High Purity Copper)가 될 수 있고, 알루미늄 로드를 피복하는 구리의 두께는 전기 신호의 표피 깊이(skin depth)에 기초하여 결정될 수 있다. CCA 선재가 성형되면(P12), CCA 선재에 대한 드로잉 공정(wire drawing)이 진행될 수 있다(P13).
드로잉 공정은 CCA 선재를 다이스 금형을 통하여 연속적으로 통과시키면서 장력을 인가하는 방식으로 진행될 수 있고(P13), 1차 드로잉 공정에 의하여 CCA 선재가 전체적으로 균일한 두께로 만들어질 수 있다. 1차 드로잉 공정에 의하여 CCA 선재는 예를 들어 2.0 내지 3.5 ㎜의 두께, 바람직하게 2.4 내지 3.0 ㎜의 평균 예비 직경을 가지도록 만들어질 수 있다. 이와 같이 균일한 직경을 가지도록 만들어진 CCA 선재에 대하여 통신 케이블용 전선으로 사용되기 위한 미리 결정된 직경을 가지도록 2차 드로잉 공정이 진행될 수 있다(P14).
CCA 선재에 대한 2차 드로잉 공정은 1차 드로잉 공정의 의한 CCA 선재에 직경에 대하여 0.15 내지 0.35가 되도록 이루어질 수 있고, 예를 들어 2차 드로잉 공정에 의하여 CCA 선재의 직경은 0.30 내지 1.23 ㎜, 바람직하게 0.50 내지 0.60 ㎜의 직경을 가질 수 있다. 2차 드로잉 공정에 의하여 CCA 선재가 CCA 가닥으로 성형이 되면(P14), 절연 피복이 될 수 있다(P15).
절연 피복은 예를 들어 폴리에틸렌 또는 이와 유사한 소재로 이루어질 수 있지만 필요에 따라 난연 소재를 포함할 수 있다. 난연 소재는 예를 들어 폴리우레탄 폼, 실리콘 계통 불소 화합물, 피리딘 화합물, 무기화합물 또는 이와 유사한 난연성 화합물이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 난연 화합물의 첨가에 의하여 통신 특성이 저하될 수 있으므로 난연 화합물은 제한된 양으로 사용될 필요가 있고, 예를 들어 폴리에틸렌 중량에 대하여 0.1 내지 5 wt%의 난연 화합물이 첨가될 수 있다. 대안으로 폴리에틸렌과 같은 절연성 피복 소재의 코팅 두께가 적절하게 조절될 수 있다. 이와 같이 난연성 화합물을 포함하지나, 포함하지 않는 합성수지 절연 소재에 의하여 CCA 가닥이 절연 피복이 될 수 있고, 절연 피복은 서로 다른 색상으로 이루어진 다수 개의 절연 피복 가닥으로 만들어질 수 있다.
서로 다른 색상을 가진 절연 피복 가닥이 준비되면(P15), 서로 다른 색상을 가진 한 쌍의 절연 가닥을 서로 꼬아 꼬인 가닥을 형성할 수 있다(P16). 꼬인 가닥은 예를 들어 흰색 절연 가닥과 붉은 잭 절연 가닥; 흰색 절연 가닥과 푸른 색 절연 가닥; 흰색 절연 가닥과 녹색 절연 가닥; 또는 흰색 절연 가닥과 노란 색 절연 가닥을 꼬는 형태로 만들어질 수 있고, 서로 다른 색상을 가진 절연 가닥이 꼬인 다수 쌍의 꼬인 가닥이 만들어질 수 있다. 예를 들어 4 쌍의 꼬인 가닥이 만들어지고, 4 쌍의 꼬인 가닥은 서로 다른 색상의 피복을 가질 수 있다. 이와 같이 서로 다른 색상을 가진 다수 쌍의 꼬인 가닥이 만들어지면(P16), 다수 쌍의 꼬인 가닥을 서로 연합하는 연합 공정이 진행될 수 있다(P17).
연합 공정은 예를 들어 서로 다른 색상을 가진 4 쌍의 꼬인 가닥을 연합하는 방식으로 이루어질 수 있고, 연합 공정에 의하여 통신 케이블용 전선이 만들어질 수 있다. 이와 같이 연합 공정에 의하여 다수 쌍의 꼬인 가닥이 서로 연합이 된 연합 나선이 만들어지면 외부 피복 공정이 진행될 수 있다(P17). 외부 피복 공정은 예를 들어 폴리염화비닐로 피복하는 방법으로 이루어질 수 있고, 피복을 위한 합성수지 소재는 난연성 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어 0.1 내지 5 wt%의 폴리우레탄 폼, 실리콘 계통 불소 화합물, 피리딘 화합물, 무기화합물 또는 이와 유사한 난연성 화합물을 포함할 수 있다.
절연 공정 또는 연합 공정 과정에서 알루미늄의 특성으로 인하여 CCA 가닥이 늘어나는 현상이 발생될 수 있고, 이를 방지하기 위하여 CCA 가닥 또는 꼬인 가닥의 이동 속도가 적절하게 조절될 필요가 있다. 예를 들어 CCA 가닥 또는 꼬인 가닥은 500 내지 700 m/min의 속력, 바람직하게 550 내지 650 m/min의 속력으로 이동될 필요가 있다. 이와 같은 이동 속력은 예를 들어 구리와 같은 도체에 대하여 동일한 공정이 이루어지는 경우 이동 속력의 75 내지 85 %의 이동 속력에 해당한다. 이와 같은 공정을 통하여 만들어진 CCA 케이블은 다양한 용도의 통신용 케이블로 적용될 수 있다.
아래에서 각각의 공정 과정에서 만들어지는 CCA 선재에 대하여 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 동복 알루미늄 케이블의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 서로 다른 CCA 가닥이 꼬인 다수 쌍의 꼬인 가닥(21a, 21b, 21c, 21d)에 의하여 연합 가닥(22)이 형성될 수 있다. 각각의 꼬인 가닥(21a, 21b, 21c, 21d)은 예를 들어 8 내지 15 ㎜의 피치, 바람직하게 9 내지 13 ㎜의 피치를 가지도록 꼬일 수 있다. 또한 4 쌍의 꼬인 가닥(21a, 21b, 21c, 21d)에 의하여 형성되는 연합 가닥(22)은 100 내지 150 ㎜의 피치, 바람직하게 110 내지 130 ㎜의 피치를 가질 수 있다. 또한 외부 피복이 된 CCA 통신 케이블(23)은 5.0 내지 6.0 ㎜의 평균 직경, 바람직하게 5.10 내지 5.20 ㎜의 평균 직경을 가질 수 있다.
통신용 CCA 케이블은 용도에 따라 다양한 규격으로 만들어질 수 있고, 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 통신용 CCA 케이블은 동복 알루미늄에 의하여 성형된 서로 꼬인 다수 쌍으로 이루어진 연합 가닥 및 연합 가닥의 외부 피복으로 이루어질 수 있고, 예를 들어 20 ℃ 및 25 ℃ 기준 온도 계수가 각각 1.038 내지 1.050 및 1.058 내지 1.068이 될 수 있다. 또한 동복 케이블의 지름의 10배에 해당되는 길이에 대한 연소 지연 시간이 20분 이상이 될 수 있다. 추가로 1 MHz 내지 500 MHz에서 감쇠 수준이 2.0 내지 22 dB/100M가 될 수 있다.
도 1 및 2에 제시된 실시 예에 대한 측정이 이루어졌고, 측정은 제조된 CCA 케이블이 통신용으로 적합한지 여부를 판단하기 위하여 이루어졌다.
측정을 위한 시험 항목은 각각 아래와 같다.
- 도체저항
도체 저항에 대한 측정 기준이 되는 KS C 3342:2016은 구리 도체에 적용되므로, CCA 케이블이 통신용으로 적합성 여부를 판단하기 위하여 UL 2556 및 1584를 적용하여 온도 계수 및 최대 저항 값을 측정하였다.
최대 저항 값은 통신 케이블에 적합한 것으로 나타났고, 온도 계수의 측정 결과는 아래의 표 1과 같이 나타났다.
표1: 온도 계수 측정 결과
온도(℃) 20℃기준온도계수 25℃기준 온도계수
10 1.042 1.063
11 1.038 1.059
12 1.033 1.054
13 1.029 1.050
14 1.024 1.045
15 1.020 1.041
16 1.016 1.037
17 1.012 1.033
18 1.008 1.028
19 1.004 1.024
20 1.000 1.020
21 0.996 1.016
22 0.992 1.012
23 0.988 1.008
24 0.984 1.004
25 0.980 1.000
26 0.976 0.996
27 0.972 0.992
28 0.969 0.989
29 0.965 0.985
30 0.961 0.981
31 0.957 0.977
32 0.954 0.973
33 0.950 0.970
34 0.947 0.966
35 0.943 0.962
제조된 CCA 통신 케이블의 통신용 적합성 여부를 판단하기 위하여 CCA 통신 케이블을 아래와 같이 분류하여 측정이 진행되었다.
표2: CCA 기호, 등급 및 절연체 종류
기호 등급 절연체의 종류
구분 최대주파수
CM 5E 등급 100MHz까지 HDPE(밀도가 0.941g/cm 3 이상인 폴리에틸렌)
분류 기준에 따라 측정된 결과가 도 3a 내지 도 3g로 제시되었다.
- 난연성 시험
난연성 시험은 UL 1685 8.3.3에 따라 시험이 진행되었고, 폭 300 ㎜, 깊이 76 ㎜. 높이 2,400 ㎜의 사다리에 도 1 및 2에 제시된 실시 예에 따라 제조된 CCA 케이블을 지름의 10배 간격으로 수직으로 배열하였다. 이후 20분 연소를 시키면서 화재 발생 가능성 및 확산 방지 기능을 가지는지 여부가 시험되었다.
시험 결과 20분 이상 연소가 지연되면서 연소 후 통신 기능이 적어도 80 % 이상 유지되는 것으로 나타났다.
위의 측정 결과로부터 알 수 있는 것처럼, 도 1 및 2에 따라 제조된 CCA 케이블은 통신용으로 적합하다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법은 통신용 구리 케이블 또는 이와 유사한 소재의 구리 케이블과 동등한 통신 특성을 가지면서 약 30%의 제조원가의 절감이 가능한 통신 케이블의 제공이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 통신용 동복 알루미늄 케이블은 건물 내에 설치되는 고속 신호 전송이 요구되는 근거리 통신을 위한 랜 케이블 또는 인터넷 신호용 케이블을 비롯한 다양한 용도의 통신 케이블에 적용될 수 있다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
21a, 21b, 21c, 21d: 꼬인 가닥 22: 연합 가닥
23: CCA 통신 케이블

Claims (1)

  1. 선형 판재 형상의 구리 테이프를 파이프 형상으로 성형하면서 연속적으로 알루미늄 로드를 피복하여 구리 피복 알루미늄(Copper Clad Aluminum; CCA) 선재를 형성하는 단계;
    CCA 선재를 다이스 금형을 통과시키면서 1차 드로잉 공정(wire drawing)에 의하여 2.0 내지 3.5mm의 평균 예비 직경으로 성형하는 단계;
    1차 드로잉 CCA를 2차 드로잉 공정에 의하여 0.30 내지 1.23mm의 직경을 가지는 CCA 가닥으로 성형하는 단계;
    CCA 가닥의 표면을 절연 소재로 절연 가닥을 형성하고, 서로 다른 색상을 가진 한 쌍의 절연 가닥을 서로 꼬아 꼬인 가닥을 형성하는 단계;
    다수 쌍의 꼬인 가닥을 피치를 조절하면서 꼬아 연합 가닥을 형성하는 단계; 및
    연합 가닥에 외부 피복을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 꼬인 가닥은 8 내지 15mm의 피치를 가지고 500 내지 700m/min의 속력으로 이동되며, 상기 연합 가닥은 100 내지 150mm의 피치를 가지며,
    절연 가닥은 폴리에틸렌(PE) 코팅 층을 포함하고, 외부 피복은 폴리염화비닐이 되는 것을 특징으로 하는 통신용 동복알루미늄 케이블의 제조방법.

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