KR102442668B1 - 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함 - Google Patents

초고압 직류 전력케이블용 종단접속함 Download PDF

Info

Publication number
KR102442668B1
KR102442668B1 KR1020170067564A KR20170067564A KR102442668B1 KR 102442668 B1 KR102442668 B1 KR 102442668B1 KR 1020170067564 A KR1020170067564 A KR 1020170067564A KR 20170067564 A KR20170067564 A KR 20170067564A KR 102442668 B1 KR102442668 B1 KR 102442668B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
high voltage
layer
ultra
electric field
specimen
Prior art date
Application number
KR1020170067564A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102442668B9 (ko
KR20180131053A (ko
Inventor
이수봉
홍성표
정의환
이제현
조동식
이욱진
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스전선 주식회사 filed Critical 엘에스전선 주식회사
Priority to KR1020170067564A priority Critical patent/KR102442668B1/ko
Publication of KR20180131053A publication Critical patent/KR20180131053A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102442668B1 publication Critical patent/KR102442668B1/ko
Publication of KR102442668B9 publication Critical patent/KR102442668B9/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/02—Cable terminations
    • H02G15/06—Cable terminating boxes, frames or other structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/08—Cable junctions
    • H02G15/10—Cable junctions protected by boxes, e.g. by distribution, connection or junction boxes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Cable Accessories (AREA)

Abstract

본 발명은 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함 및 이를 포함하는 초고압 직류 전력케이블 접속시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함에 적용된 접속함 절연재 내로의 전하가 주입되어 공간전하가 축적되는 것을 억제하여 상기 공간전하에 의한 전계왜곡과 이로 인한 케이블의 종단접속함 절연파괴를 효과적으로 방지할 수 있는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함 및 이를 포함하는 초고압 직류 전력케이블 접속시스템에 관한 것이다.

Description

초고압 직류 전력케이블용 종단접속함{Terminal joint for high voltage DC power cable}
본 발명은 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함에 적용된 접속함 절연재 내로의 전하가 주입되어 공간전하가 축적되는 것을 억제하여 상기 공간전하에 의한 전계왜곡과 이로 인한 케이블의 종단접속함 절연파괴를 효과적으로 방지할 수 있는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함에 관한 것이다.
초고압 직류 전력케이블은 내부의 도체를 이용하여 전력을 전송하는 장치로서 직류(Direct Current; DC)용 전력케이블과 교류(Alternating Current; AC)용 전력케이블로 구분할 수 있으며, 상기 전력케이블의 말단은 종단접속함(Termination connection box)이 구비된다. 상기 종단접속함은 케이블의 도출된 도체 단부가 연결되는 상태에 따라 기중 종단접속함, 가스중(Gas) 종단접속함 및 유중(Oil) 종단접속함으로 구분할 수 있고, 상기 기중 종단접속함은 상기 전력케이블이 소정 길이 삽입되는 애관을 구비하며 상기 애관 내부에 절연유를 충진하게 되며, 상기 전력케이블은 상기 기중 종단접속함에 의해 가공송전선과 접속된다.
상기 초고압 직류용 전력케이블을 이용하여 직류 송전을 하는 경우, 전력손실이 적어 장거리 송전에 유리한 장점이 있다. 하지만 종래의 전력케이블 및 접속함 등을 포함하는 초고압 직류 송전 시스템은 상기 전력케이블 내지 접속함에 직류 고전압이 인가되면 도체로부터 케이블 절연층 및 접속함 절연재로 전하가 주입되거나, 상기 절연층의 가교 부산물의 영향으로 상기 절연층 내에 공간전하(space charge)가 형성되는 문제가 있다. 특히, 도체로부터 주입되어 고전압이 인가되는 상기 도체와 인접한 케이블 절연층 또는 접속함 절연층에 축적되는 전하는 국부적인 저항률 변화 및 전계왜곡을 야기하여 초고압 직류 케이블 시스템의 절연내력을 저하시키는 문제가 있다.
상술한 공간저하 축적에 의한 절연성능 저하의 문제를 해결하기 위하여, 유럽등록특허 제1188209호는 접속함 절연층의 일부를 전계 제어층(field-controlling layer)으로 형성한다. 하지만, 상기 전계 제어층(field-controlling layer)은 접속함 절연층에 일정 수준 이상의 공간전하가 축적되는 경우에 전계분포를 제어하여 절연파괴를 방지하기 위한 것에 불과하며, 절연체에 공간전하가 주입되는 것을 방지하는 근본적인 해결책을 제시하지 못한다.
따라서, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함에 적용된 접속함 절연재 내로의 전하의 주입에 의한 공간전하 축적을 억제하여 상기 공간전하에 의한 전계왜곡과 이로 인한 케이블의 종단접속함 절연파괴를 효과적으로 방지할 수 있는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 접속함 절연재 내로의 전하의 주입에 의한 공간전하 축적을 억제하여 상기 공간전하에 의한 전계왜곡과 이로 인한 케이블의 종단접속함 절연파괴를 효과적으로 방지할 수 있는 케이블용 종단접속함을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체, 내부반도전층, 케이블 절연층, 외부반도전층 및 금속시스층이 순차적으로 노출된 초고압 직류 전력케이블의 일 말단이 삽입되는 애관 및 상기 애관 내부에 충진된 절연유를 포함하는 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함으로서, 전계제어부를 추가로 포함하고, 상기 전계제어부는 절연재로 이루어지고 케이블이 삽입될 수 있는 중공부를 갖는 본체, 상기 본체에 의해 감싸지고 상기 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 전극 및 상기 중공부 내벽면에 적어도 부분적으로 형성된 전하 차단층을 포함하며, 상기 전하 차단층은 유기할로겐계 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
여기서, 상기 전하 차단층은, 상기 본체를 이루는 조성물로 형성된 절연 시편의 일면에 상기 전하 차단층을 구비하는 시편을 형성한 경우, 상기 시편의 전하 차단층과 이에 대응하는 시편의 타면에 전극을 접촉하고, 상온에서 상기 전극에 20kV/mm의 전계로 1시간 동안 전압을 인가하면, 아래 수학식 1로 정의되는 전계상승계수(FEF)가 1.5 이하인 조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
[수학식 1]
FEF = 최대 전계값 / 인가된 전계값
상기 수학식 1에서,
상기 인가된 전계값은 전하 차단층과 이에 대응하는 접속함 절연부 시편의 타면에 각각 접촉된 전극에 인가된 전계로서 20 kV/mm이고,
상기 최대 전계값은 상기 시편에 1시간 동안 20 kV/mm의 전계를 인가할 때 상기 시편 내부에 축적된 공간전하에 의한 전계왜곡으로 증가된 전계값 중 최대값이다.
또한, 상기 전하 차단층을 형성하는 오일 조성물을 70℃로 가열한 후 상기 오일 조성물에 상기 본체의 절연 시편을 함침시 상기 시편 내에 상기 오일 조성물이 포화되어 포함될 때의 상기 시편의 무게 변화율이 10% 미만이고 두께 변화율이 5% 이하이며, 상기 시편의 인장잔율이 80% 초과이고 신장잔율이 95% 초과인 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
그리고, 상기 전하 차단층은 유기할로겐계 오일 내지 그리스인 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
여기서, 상기 전하 차단층은 불소계 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블용 종단접속함을 제공한다.
또한, 상기 전하 차단층은 폴리플루오로폴리에테르(PFPE) 오일 성분과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 고체 성분의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
그리고, 상기 전하 차단층은 밀도(20℃)가 1.9 g/㎤ 이상이고, 동점도(40℃)는 420 ㎟/s 이상이며, 동점도(100℃)는 40 ㎟/s 이상인 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
나아가, 상기 전극의 일말단은 케이블 절연층과 접촉하는 부분과 상기 절연층과 이격되는 부분을 포함할 수 있고, 상기 절연층과 이격되는 부분은 상기 절연층으로부터의 수직거리가 점점 증가하는 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
또한, 상기 본체를 형성하는 절연 조성물에 포함된 베이스 수지는 액상 실리콘 고무(LSR), 불소고무(FR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 및 클로로프렌 고무(CR)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
한편, 상기 절연유는 에스테르유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
여기서, 상기 에스테르유는 수평균분자량(Mn)이 약 400 내지 1200, 중량평균분자량(Mw)이 약 420 내지 1200이고, 동점도(40℃)는 20 ㎟/s 이상, 동점도(100℃)는 4 이상이며, 수분함량은 400 ppm 이하이거나 수분함량이 600 ppm을 초과하는 경우 절연파괴전압이 75 kV를 초과하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함을 제공한다.
본 발명에 따른 케이블용 종단접속함은 접속되는 케이블의 절연층 및 외부반도전층과 전계제어부가 접촉하는 표면에 전하 차단층을 형성함으로써 도체로부터 접속함 절연재로의 전하 주입에 의한 공간전하 축적을 억제하고 이로써 상기 절연재 내부에서의 전계왜곡과 이로 인한 국부적인 전계집중에 의한 절연파괴를 억제할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 초고압 직류 전력케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 케이블용 종단접속함이 적용된 종단 접속시스템의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1에 대해 PEA법을 이용하여 공간전하 거동 평가를 수행한 결과를 나타내는 것이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 대해 전계왜곡을 평가한 결과를 나타내는 것이다.
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 초고압 직류 전력케이블의 종단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 전력케이블(100)은 도체(11), 내부반도전층(12), 절연층(14), 외부반도전층(16)을 포함하여, 도체(11)를 따라 케이블 길이 방향으로만 전력을 전송하고, 케이블 반경 방향으로는 전류가 누설되지 않도록 하는 케이블 코어부(10)를 구비한다.
상기 도체(11)는 전력을 전송하기 위해 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 전력 손실을 최소화할 수 있도록 도전율이 우수하고 케이블 제조 및 사용에 적절한 강도와 유연성을 가진 소재, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 상기 도체(11)는 복수개의 원형소선을 연선하여 원형으로 압축한 원형 압축도체일 수 있고, 원형의 중심소선(11A)과 상기 원형 중심소선(11A)을 감싸도록 연선된 평각소선(11B)으로 이루어진 평각소선층(11C)을 구비하며 전체적으로 원형의 단면을 가지는 평각도체일 수 있으며, 상기 평각도체는 원형 압축도체에 비하여 점적율이 상대적으로 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.
그런데, 도체(11)는 복수의 소선을 연선하여 형성되므로 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(11) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도체(11) 외부에는 내부반도전층(12)이 형성된다.
상기 내부반도전층(12)은 절연성 물질에 카본블랙, 카본 나노튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가지게 되며, 상기 도체(11)와 후술하는 절연층(14) 사이에서 급격한 전계변화가 발생하는 것을 방지하여 절연성능을 안정화하는 기능을 수행한다. 또한, 도체면의 불균일한 전하분포를 억제함으로써 전계를 균일하게 하고, 도체(11)와 절연층(14) 간의 공극 형성을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제하는 역할도 하게 된다.
상기 내부반도전층(12)의 바깥쪽에는 절연층(14)이 구비되어 도체(11)를 따라 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜 준다. 일반적으로 상기 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, 상기 절연층(14)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용될 수 있으며, 나아가 폴리에틸렌 수지가 바람직하다. 여기서, 상기 폴리에틸렌 수지는 가교수지로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(14)의 외부에는 외부반도전층(16)이 구비된다. 상기 외부반도전층(16)은 내부반도전층(12)과 같이 절연성 물질에 도전성 입자, 예를 들면 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등이 첨가되어 반도전성을 가지는 물질로 형성되어, 상기 절연층(14)과 후술하는 금속시스(22) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 절연 성능을 안정화한다. 또한, 상기 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지하며, 상기 절연층(14)을 물리적으로 보호하는 기능도 수행한다.
상기 코어부(10)는 케이블에 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 수분흡수층(21)을 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 수분흡수층(21)은 연선된 소선 사이 및/또는 도체(11)의 외부에 형성될 수 있으며, 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 수분흡수층(21)은 급격한 전계 변화를 방지하기 위하여 반도전성을 가질 수 있다.
상기 코어부(10)의 외부에는 보호시스부(20)가 구비되며, 해저와 같이 수분에 노출이 많이 되는 환경에 포설되는 전력케이블은 외장부(30)를 추가적으로 구비한다. 상기 보호시스부(20) 및 외장부(30)는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인으로부터 상기 케이블 코어부(10)를 보호한다.
상기 보호시스부(20)는 금속 시스층(22)와 내부 시스(24)를 포함하여, 사고전류, 외력 내지 기타 외부환경 요인으로부터 케이블을 보호한다.
상기 금속 시스층(22)는 전력케이블 단부에서의 접지되어 지락 또는 단락 등의 사고 발생시 사고 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 외부의 충격으로부터 케이블을 보호하고, 전계가 케이블 외부로 방전되지 못하도록 할 수 있다. 또한, 해저 등의 환경에 부설되는 케이블의 경우, 상기 금속 시스층(21)이 상기 코어부(10)를 실링하도록 형성되어 수분과 같은 이물질이 침입하여 절연 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 코어부(10) 외부에 용융된 금속을 압출하여 이음새가 없는 연속적인 외면을 가지도록 형성하여 차수성능이 우수하게 할 수 있다. 상기 금속으로는 납(Lead) 또는 알루미늄을 사용하며, 특히 해저 케이블의 경우에는 해수에 대한 내식성이 우수한 납을 사용하는 것이 바람직하고, 기계적 성질을 보완하기 위해 금속 원소를 첨가한 합금연(Lead alloy)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 금속 시스층(22)은 케이블의 내식성, 차수성 등을 추가로 향상시키고 상기 내부 시스(24)와의 접착력을 향상시키기 위해 표면에 부식 방지 컴파운드, 예를 들어, 블로운 아스팔트 등이 도포될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 금속 시스층(22)과 상기 코어부(10) 사이에는 동선직입 테이프(미도시) 내지 수분 흡수층(21)이 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 동선직입 테이프는 동선(Copper wire)과 부직포 테이프 등으로 구성되어 외부반도전층(16)과 금속 시스층(22)간의 전기적 접촉을 원활히 하는 작용을 하며, 상기 수분흡수층(21)은 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 수분흡수층(21)에서의 급격한 전계 변화를 방지하기 위해 수분 흡수층(21)에 동선을 포함시켜 구성할 수도 있다.
상기 금속 시스층(22)의 외부에는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 내부 시스(24)가 형성되어 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로 부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 특히, 해저에 포설되는 전력케이블의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 난연성이 요구되는 환경에서는 폴리염화비닐 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 보호 시스부(20)는 반도전성 부직포 테이프 등으로 이루어져 전력케이블에 가해지는 외력을 완충하는 금속보강층(26), 폴리염화비닐 내지 폴리에틸렌 등의 수지로 구성되는 외부 시스(28)를 더 구비하여 전력케이블의 내식성, 차수성 등을 더욱 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로 부터 케이블을 추가적으로 보호할 수 있다.
또한, 해저에 포설되는 전력케이블은 선박의 닻 등에 의해 외상을 입기 쉬우며, 해류나 파랑 등에 의한 굽힘력, 해저면과의 마찰력 등에 의해서도 파손될 수 있으므로 이를 막기 위하여 상기 보호 시스부(20)의 외부에는 외장부(30)가 형성될 수 있다.
상기 외장부는 아머층(34) 및 써빙층(38)을 포함할 수 있다. 상기 아머층(34)은 강철, 아연도금강, 구리, 황동, 청동 등으로 이루어지고 단면 형태가 원형, 평각형 등인 와이어를 횡권하여 적어도 1층 이상으로 구성할 수 있다. 상기 아머층(34)은 케이블의 기계적 특성과 성능을 강화하는 기능을 수행할 뿐만 아니라 외력으로부터 케이블을 추가적으로 보호한다. 폴리프로필렌 얀 등으로 구성되는 상기 써빙층(38)은 상기 아머층(34)의 상부 및/또는 하부에 1층 이상으로 형성되어 케이블을 보호하며, 최외곽에 형성되는 써빙층(38)은 색상이 다른 2종 이상의 재료로 구성되어 해저에서 포설된 케이블의 가시성을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 케이블용 종단접속함이 적용된 종단 접속시스템의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종단접속함(200)은 애관(210)을 구비한다. 애관(210)은 내부에 소정의 공간을 구비하여, 후술하는 바와 같이 전력케이블(100)이 소정 길이로 삽입되어 관통된다. 애관(210)은 상기 전력케이블을 절연하고 지지하는 역할을 하게 된다. 따라서, 애관(210)은 전기적으로 충분한 절연내력(絶緣耐力)을 갖도록 하기 위하여 표면을 따라 다수개의 주름 또는 돌기부(212)를 구비한다. 상기 주름 또는 돌기부에 의해 절연거리를 증가시켜 절연내력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 애관(210)은 절연내력을 가지면서 동시에 적당한 수준의 강도를 유지하기 위하여 경질자기 또는 고분자 수지를 이용하여 제작될 수 있다.
상기 전력케이블(100)은 애관(210)을 관통하며, 애관(210)의 상단부를 통하여 전력케이블(100)의 도체(10)와 전기적으로 연결된 도체 인출봉(41)이 소정길이 돌출된다. 상기 애관(41)의 상단부에는 코로나 쉴드(42)를 구비할 수 있다. 상기 코로나 쉴드(42)는 각 모서리가 둥글게 형성되어 코로나 방전을 방지할 수 있으며, 상기 도체 인출봉(41)은 상기 코로나 쉴드(42)를 관통하여 상기 애관(210)의 외부로 돌출된다.
상기 전력케이블(100)은 애관(210)의 내부에서 도체(11)를 감싸는 구성요소들이 벗겨지고 애관(210)의 단부에서 도체(11)만이 노출되어 상기 도체 인출봉(41)에 접속되며, 상기 도체 인출봉(41)이 상기 코로나 쉴드(42)를 관통하여 돌출되어 가공선(미도시)과 연결된다. 즉, 상기 전력케이블(100)이 종단접속함(200)의 애관(210) 내부로 삽입되는 경우에 전력케이블(100)은 케이블 외장부(30)가 제거된 상태이며, 도체(11), 내부반도전층(12), 절연층(14), 외부반도전층(16), 및 금속시스(22)가 순차적으로 노출된 상태로 애관(210)으로 삽입된다. 이 경우, 제거되지 않은 외부반도전층(16)이 소정길이만큼 애관(210) 내부로 삽입된다. 즉, 전력케이블(100)은 절연층(14)이 노출되어 애관(210)으로 삽입되며, 외부반도전층(16)이 소정길이 애관(210) 내부로 삽입된다.
한편, 애관(210)의 내부에는 절연유(220)가 충진될 수 있다. 절연유(220)는 애관(210) 내부에서 전력케이블(100)과 애관(210) 내벽 사이에서 유동하여 전기적으로 절연하는 역할을 하게 된다.
상기 절연유(220)는 예를 들어 에스테르유일 수 있고, 상기 에스테르유는 수평균분자량(Mn)이 약 400 내지 1200, 중량평균분자량(Mw)이 약 420 내지 1200일 수 있고, 동점도(40℃)는 20 ㎟/s 이상이며 동점도(100℃)는 4 이상일 수 있다. 특히, 상기 에스테르유의 수분함량은 400 ppm 이하인 것이 바람직하나 수분함량이 600 ppm을 초과하는 경우에도 절연파괴전압이 75 kV를 초과하도록 유지될 수 있다.
상기 절연층(14)이 노출되도록 외부반도전층(16)의 일부가 제거된 전력케이블(100)이 상기 종단접속함 내부에 삽입된 상태에서 고전압이 인가되는 경우에는 상기 외부반도전층(16)의 단부에 전계가 집중될 수 있고, 이는 절연파괴를 발생시킬 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 애관(210)의 내부에는 케이블(100)의 전계 집중을 완화시키는 전계제어부(230)를 구비할 수 있다.
상기 전계제어부(230)는 상기 전력케이블이 삽입될 수 있는 중공부를 가지며 절연재로 이루어지고 후술하는 전극(232)을 감싸도록 형성된 본체(231), 상기 외부반도전층(16)과 전기적으로 연결되는 전극(232) 및 상기 중공부 내벽면에 적어도 부분적으로 형성된 전하 차단층(233)을 포함할 수 있다.
상기 본체(231)는 상기 케이블 접속시스템에 흐르는 전류가 외부로 누설되는 것을 방지하여 절연성능을 담보하게 된다. 상기 본체(231)는 중간접속함의 절연성능을 담보하기 위하여 절연성능이 우수한 액상 실리콘 고무(LSR), 불소고무(FR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 클로로프렌 고무(CR) 또는 이들의 배합물을 포함하는 절연 조성물로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 상기 조성물은 인열 강도 및 영구 변화율과 같은 장기신뢰성이 우수하며, 빠른 생산공정으로 생산성이 향상되는 장점을 가지는 액상 실리콘 고무를 포함할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 고무는 다양한 디자인 제품의 성형이 가능하여 성형성이 향상되며, 2차 가류가 불필요하며, 이중사출에 의한 성형이 가능한 다양한 장점을 가진다.
또한, 상기 전극(232)은 상기 본체(231) 및 상기 절연유(220) 내부의 전계가 국부적으로 집중되지 않고 골고루 퍼지도록 하는 역할을 하게 된다. 구체적으로, 상기 전극(232)은 반도전성 물질로 이루어지고 상기 케이블의 외부반도전층(16)과 접촉하여 전기적으로 연결됨으로써 소위 차폐전극(Deflector)의 역할을 하게 된다.
상기 전극(232)의 일말단은 케이블 절연층(14)과 접촉하는 부분과 상기 절연층(14)과 이격되는 부분을 포함할 수 있고, 상기 절연층(14)과 이격되는 부분은 상기 절연층(14)으로부터의 수직거리가 점점 증가하는 형상으로 구비될 수 있고, 상기 전극(232)의 단부는 라운드진 형상 내지 곡면으로 형성될 수 있고, 이러한 전극의 형상에 따라 상기 전극 주변에 등전위선이 분포되어 전계분포를 조절할 수 있다.
상기 전하 차단층(233)은 탄소보다 높은 전기음성도를 가지는 원자를 포함하는 유기할로겐계 오일 내지 그리스로 형성될 수 있다. 상기 높은 전기음성도를 가지는 원자가 유기계 오일의 탄소 원자와 공유결합을 하며 구현되는 극성성질에 의해 도체(11), 절연층(14) 등으로부터 주입되는 전하를 트랩(trap)하여 전하의 이동을 차단함으로써 상기 본체(231) 및 상기 절연유(220) 내부에 공간전하가 축적되는 것을 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 전하 차단층(233)은 상기 본체(231)를 형성하는 절연 조성물로 형성된 절연 시편의 일면에 상기 전하 차단층을 구비하는 시편을 형성한 경우, 상기 시편의 전하 차단층과 이에 대응하는 시편의 타면에 전극을 접촉하고, 상온에서 상기 전극에 20kV/mm의 전계로 1시간 동안 전압을 인가하면, 아래 수학식 1로 정의되는 전계상승계수(FEF)가 1.5 이하인 조성물로 이루어져 공간전하 축적에 의한 전계왜곡 및 이로 인한 절연파괴를 효과적으로 억제할 수 있다.
[수학식 1]
FEF = 최대 전계값 / 인가된 전계값
상기 수학식 1에서,
상기 인가된 전계값은 전하 차단층과 이에 대응하는 절연 시편의 타면에 각각 접촉된 전극에 인가된 전계로서 20 kV/mm이고,
상기 최대 전계값은 상기 시편에 1시간 동안 20 kV/mm의 전계를 인가할 때 상기 시편 내부에 축적된 공간전하에 의한 전계왜곡으로 증가된 전계값 중 최대값을 의미한다.
또한, 상기 전하 차단층(233)은 이를 형성하는 오일 조성물(70℃)에 상기 본체(231)의 시편을 함침시 상기 시편 내에 상기 오일 조성물이 포화되어 포함될 때의 시편의 무게 변화율이 10% 미만이고 두께 변화율이 5% 이하이며, 상기 시편의 인장잔율이 80% 초과, 바람직하게는 110% 이상이고 신장잔율이 95% 초과, 바람직하게는 110% 이상일 수 있다.
여기서, 상기 무게 변화율, 두께 변화율, 인장잔율, 신장잔율 등은 상기 시편의 함침 전 무게, 두께, 인장강도, 신장율 등으로부터 증가한 무게, 두께, 인장강도, 신장율 등의 비율을 의미한다.
나아가, 상기 본체(231)로의 흡유를 억제하는 관점에서 상기 전하 차단층(233)은 바람직하게는 불소계 오일, 예를 들어, 폴리플루오로폴리에테르(PFPE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시(PFA), 플루오로에틸렌프로필렌(FEP), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 에틸렌클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE), 에틸렌플루오로에틸렌프로필렌(EFEP), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 클로로프렌테트라플루오라이드(CPT), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리플루오로폴리에테르(PFPE) 오일 성분과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 고체 성분의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기서, 폴리플루오로폴리에테르(PFPE) 오일 성분과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 고체 성분의 중량 배합비는 약 1:9 내지 9:1일 수 있다.
상기 오일 조성물은 앞서 기술한 FEF, 무게 변화율, 두께 변화율, 인장잔율, 신장잔율 등을 구현하기 위해 밀도(20℃)가 약 1.9 g/㎤ 이상이고, 동점도(40℃)는 약 420 ㎟/s 이상이며, 동점도(100℃)는 약 40 ㎟/s 이상일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 케이블용 종단접속함은 상기 전하 차단층(233)을 형성하는 소재가 본체(231)에 흡유되지 않아 상기 본체(231)의 형상 변형과 기계적 특성 저하를 회피하거나 최소화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다. 상기 전하 차단층(233)은 얇은 막 형태일 수 있다. 오일 내지 그리스 등을 도포하여 얇은 막 형태의 전하 차단층(233)을 형성할 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 절연 시편 일면에 전하 차단층이 형성되거나 형성되지 않은 절연재 시편을 각각 제조했다.
실시예 1 비교예 1
절연부 시편 액상 실리콘 고무
전하 차단층 불소계 오일 실리콘 오일
2. 물성 평가
1) 공간전하 평가
절연재 일면에 전하 차단층이 형성된 실시예 및 비교예의 절연재 시편에 대해 PEA(Pulsed Electro-Acoustic)법을 이용하여 20 kV/mm의 전계를 1시간 동안 인가하면서 절연재 시편 내의 공간전하 거동을 평가했다. 평가 결과는 도 3에 도시된 바와 같다. 또한, 공간전하 축적에 의한 전계왜곡 정도를 나타내는 상기 수학식 1의 FEF를 측정했다. 측정 결과는 도 4 및 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
실시예 1 비교예 1
FEF 1.03 1.58
2) 흡유 특성 평가
전하 차단층이 도포되지 않은 절연재 시편을 70℃의 불소계 오일, 에스테르유, 폴리부텐유 및 실리콘 오일에 함침 후 상기 시편에 오일이 포화되어 포함될 때 상기 시편의 무게 변화율, 두께 변화율, 인장잔율 및 신장잔율을 측정했다. 여기서, 인장잔율 및 신장잔율을 측정하기 위한 인장강도 및 신장율은 규격 KS M 6518에 준하여 인장속도 500mm/min로 4회 이상 실시하여 평균값을 계산했다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.
무게 변화율(%) 두께 변화율(%) 인장잔율(%) 신장잔율(%)
불소계 오일 0 0 110~115 110~115
실리콘
오일		 50 cst 50~60
-
75~80
90~95
1,000 cst 20~25
10,000 cst 10~15
에스테르유 10 5 80~85 95~100
폴리부텐유 5 5 85~90 95~100
상기 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 전하 차단층으로서 실시예 1의 불소계 오일은 도체에서 절연재로의 전하의 이동을 차단하여 상기 절연재 내부의 공간전하 축적(청색 영역)을 효과적으로 억제하는 반면, 비교예 1의 실리콘 오일은 전하 차단 효과가 미미하거나 없어 절연재 내부에 공간전하가 축적(청색 영역)된 것으로 확인되었다.
또한, 표 3에 나타난 바와 같이, 전하 차단층의 소재로서 불소계 오일은 절연재인 액상 실리콘 고무에 흡수되는 특성이 낮아 절연재의 무게나 두께를 증가시키는 등 형상 변형을 유발하지 않고 절연재의 인장강도, 신장율 등의 기계적 특성을 저하시키지 않는 것으로 확인되었다. 반면, 실리콘계 오일, 에스테르유, 폴리부텐유는 절연재에 흡수되는 특성이 높아 절연재의 무게나 두께를 크게 증가시켜 형상 변형을 유발하며 인장강도, 신장율 등 기계적 특성을 크게 저하시키는 것으로 확인되었다.
100 : 초고압 전력케이블 200 : 케이블 종단접속함

Claims (11)

  1. 도체, 내부반도전층, 케이블 절연층, 외부반도전층 및 금속시스층이 순차적으로 노출된 초고압 직류 전력케이블의 일 말단이 삽입되는 애관 및 상기 애관 내부에 충진된 절연유를 포함하는 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함으로서,
    전계제어부를 추가로 포함하고,
    상기 전계제어부는 절연재로 이루어지고 케이블이 삽입될 수 있는 중공부를 갖는 본체, 상기 본체에 의해 감싸지고 상기 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 전극 및 상기 중공부 내벽면에 적어도 부분적으로 형성된 전하 차단층을 포함하며,
    상기 전하 차단층은, 상기 본체를 이루는 조성물로 형성된 절연 시편의 일면에 상기 전하 차단층을 구비하는 시편을 형성한 경우, 상기 시편의 전하 차단층과 이에 대응하는 시편의 타면에 전극을 접촉하고, 상온에서 상기 전극에 20kV/mm의 전계로 1시간 동안 전압을 인가하면, 아래 수학식 1로 정의되는 전계상승계수(FEF)가 1.5 이하인 유기할로겐계 조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
    [수학식 1]
    FEF = 최대 전계값 / 인가된 전계값
    상기 수학식 1에서,
    상기 인가된 전계값은 전하 차단층과 이에 대응하는 접속함 절연부 시편의 타면에 각각 접촉된 전극에 인가된 전계로서 20 kV/mm이고,
    상기 최대 전계값은 상기 시편에 1시간 동안 20 kV/mm의 전계를 인가할 때 상기 시편 내부에 축적된 공간전하에 의한 전계왜곡으로 증가된 전계값 중 최대값이다.
  2. 삭제
  3. 도체, 내부반도전층, 케이블 절연층, 외부반도전층 및 금속시스층이 순차적으로 노출된 초고압 직류 전력케이블의 일 말단이 삽입되는 애관 및 상기 애관 내부에 충진된 절연유를 포함하는 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함으로서,
    전계제어부를 추가로 포함하고,
    상기 전계제어부는 절연재로 이루어지고 케이블이 삽입될 수 있는 중공부를 갖는 본체, 상기 본체에 의해 감싸지고 상기 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 전극 및 상기 중공부 내벽면에 적어도 부분적으로 형성된 전하 차단층을 포함하며,
    상기 전하 차단층은 유기할로겐계 조성물로 형성되고,
    상기 전하 차단층을 형성하는 오일 조성물을 70℃로 가열한 후 상기 오일 조성물에 상기 본체의 절연 시편을 함침시 상기 시편 내에 상기 오일 조성물이 포화되어 포함될 때의 상기 시편의 무게 변화율이 10% 미만이고 두께 변화율이 5% 이하이며, 상기 시편의 인장잔율이 80% 초과이고 신장잔율이 95% 초과인 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전하 차단층은 유기할로겐계 오일 내지 그리스인 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전하 차단층은 불소계 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전하 차단층은 폴리플루오로폴리에테르(PFPE) 오일 성분과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 고체 성분의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전하 차단층은 밀도(20℃)가 1.9 g/㎤ 이상이고, 동점도(40℃)는 420 ㎟/s 이상이며, 동점도(100℃)는 40 ㎟/s 이상인 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전극의 일말단은 케이블 절연층과 접촉하는 부분과 상기 절연층과 이격되는 부분을 포함할 수 있고, 상기 절연층과 이격되는 부분은 상기 절연층으로부터의 수직거리가 점점 증가하는 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 본체를 형성하는 절연 조성물에 포함된 베이스 수지는 액상 실리콘 고무(LSR), 불소고무(FR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 및 클로로프렌 고무(CR)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 절연유는 에스테르유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에스테르유는 수평균분자량(Mn)이 400 내지 1200, 중량평균분자량(Mw)이 420 내지 1200이고, 동점도(40℃)는 20 ㎟/s 이상, 동점도(100℃)는 4 이상이며, 수분함량은 400 ppm 이하이거나 수분함량이 600 ppm을 초과하는 경우 절연파괴전압이 75 kV를 초과하는 것을 특징으로 하는, 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함.
KR1020170067564A 2017-05-31 2017-05-31 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함 KR102442668B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170067564A KR102442668B1 (ko) 2017-05-31 2017-05-31 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170067564A KR102442668B1 (ko) 2017-05-31 2017-05-31 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20180131053A KR20180131053A (ko) 2018-12-10
KR102442668B1 true KR102442668B1 (ko) 2022-09-13
KR102442668B9 KR102442668B9 (ko) 2023-04-12

Family

ID=64670883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170067564A KR102442668B1 (ko) 2017-05-31 2017-05-31 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102442668B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005353379A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導ケーブルの中間接続構造
WO2013157513A1 (ja) * 2012-04-19 2013-10-24 古河電気工業株式会社 超電導ケーブルの接続構造

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60204215A (ja) * 1984-03-26 1985-10-15 住友電気工業株式会社 Ｏｆケ−ブルの接続部
FR2714543B1 (fr) * 1993-12-23 1996-01-19 Euromold Dispositif pour la jonction de câbles d'énergie.
FR2991808B1 (fr) * 2012-06-08 2015-07-17 Nexans Dispositif comprenant une couche piegeuse de charges d'espace
KR102230585B1 (ko) * 2014-03-12 2021-03-19 엘에스전선 주식회사 종단접속함
KR20150117355A (ko) * 2014-04-09 2015-10-20 엘에스전선 주식회사 전력케이블의 종단접속부

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005353379A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導ケーブルの中間接続構造
WO2013157513A1 (ja) * 2012-04-19 2013-10-24 古河電気工業株式会社 超電導ケーブルの接続構造

Also Published As

Publication number Publication date
KR102442668B9 (ko) 2023-04-12
KR20180131053A (ko) 2018-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101819289B1 (ko) 전력 케이블
EP3207546B1 (en) Dielectric material with enhanced breakdown strength
US3259688A (en) High voltage insulated electrical cable with layer of irradiated semiconductive ethylene copolymer
JP2018523268A (ja) 電気電力ケーブルおよび電力ケーブルの製作のためのプロセス
US9966674B2 (en) Termination kit for DC cable
KR102386760B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블용 중간접속함
US10957469B2 (en) High voltage three-phase cable
KR102378680B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블용 중간접속함 및 이를 포함하는 초고압 직류 전력케이블 접속시스템
EP3605560A1 (en) Power cable
KR102386728B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블용 중간접속함 및 이를 포함하는 초고압 직류 전력케이블 접속시스템
KR102442668B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블용 종단접속함
KR102499648B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블의 중간접속시스템
KR102256323B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블
KR102505579B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블용 중간접속함 및 이를 포함하는 초고압 직류 전력케이블 시스템
KR102256351B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블
KR20220008344A (ko) 워터 차단 능력을 갖는 hvdc 전력 케이블
KR102594700B1 (ko) 도체 압착슬리브 및 이를 이용한 초고압 직류 전력 케이블 시스템
WO2018190497A1 (ko) 초고압 직류 전력케이블용 증간접속함 및 이를 포함하는 초고압 직류 전력케이블 시스템
KR102604898B1 (ko) 초고압 직류 전력케이블의 시스템
JP2018006227A (ja) 電力ケーブル
KR20190029990A (ko) 전력 케이블
KR20230168228A (ko) 전력케이블의 종단접속함
KR20180111009A (ko) 전력 케이블

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]