KR102576785B1 - 해양 광전복합케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양 광전복합케이블에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 자체 하중에 의한 인장력을 지탱할 수 있으며 반복적인 굽힘 또는 비틀림에도 내부의 전력선유닛과 광유닛을 보호할 수 있는 해양 광전복합케이블에 관한 것이다.

Description

해양 광전복합케이블{Optical Fiber and Power Line Composite Cable for Ocean}

본 발명은 해양 광전복합케이블에 대한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 자체 하중에 의한 인장력을 지탱할 수 있으며 반복적인 굽힘 또는 비틀림에도 내부의 전력선유닛과 광유닛을 보호할 수 있는 해양 광전복합케이블에 관한 것이다.

일반적으로 바다 또는 해양에서 사용되는 케이블을 살펴보면, 육지와 육지를 서로 연결시키도록 해저면에 포설되는 해저 케이블(Submarine cable)과, 해상에서 부유하는 시추선 등과 같은 해상 구조물과 해저에 설치되는 시추유닛 또는 바다속을 이동하는 이동로봇 등을 연결하는 해양 케이블로 구분할 수 있다.

해양 케이블의 하나의 예로서 제어신호 또는 통신신호의 전송과 함께 전력 공급이 가능한 해양 광전복합케이블(Optical Fiber and Power Line Composite Cable for Ocean)이 있다.

도 1은 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 설치상태를 도시한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 해상에 부유하는 시추선(10) 등이 배치되고, 해저에 시추유닛(20) 등이 설치된 경우에 상기 시추선(10)과 시추유닛(20)은 다양한 케이블로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 시추유닛(20)에서 시추한 원유를 전달하는 원유이송관(Riser)(30)과, 상기 시추유닛(20)으로 제어신호 또는 통신신호의 전송과 함께 전력을 전달하는 해양 광전복합케이블(1000)을 통해 서로 연결될 수 있다.

이 경우, 전술한 해저에 고정 설치되는 해저 케이블의 경우에는 길이가 매우 길어서 포설 시에 자체 하중으로 인한 인장력과 함께 굽힘응력, 비틀림응력 등이 작용하지만, 일단 해저에 포설된 이후에는 인장력이나 외부의 굽힘응력, 비틀림응력 등이 상대적으로 약하게 작용한다.

반면에 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에는 해상의 구조물과 바다속 또는 해저의 장치를 연결하게 되므로, 케이블의 자체하중으로 인한 인장력과 해수에 의해 비틀림응력과 굽힘응력 등이 계속하여 반복적으로 케이블에 작용하게 된다.

따라서, 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에는 인장력과 함께 지속적으로 작용하는 비틀림응력과 굽힘응력에 대한 피로특성이 매우 우수해야 한다.

특히, 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에는 전력을 전송하는 복수 개의 전력선 유닛(이하, '코어부'라 함)과 광섬유를 포함하는 광유닛을 함께 구비할 수 있으며, 상기 광유닛은 전력 공급을 위한 전력선과 달리 지속적으로 작용하는 비틀림과 굽힘에 의해 쉽게 손상되거나 광손실이 발생될 수 있다.

본 발명은 자체 하중에 의한 인장력을 지탱할 수 있으며 반복적인 굽힘 또는 비틀림에도 내부의 전력선유닛과 광유닛을 보호할 수 있는 해양 광전복합케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 해수와 같은 외부요인으로 인해 굽힘응력, 비틀림응력 등이 계속해서 반복적으로 작용하는 경우에도 코어부와 광유닛의 손상을 방지할 수 있는 해양 광전복합케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 해양 광전복합케이블에 구비되는 광유닛에 있어서, 상기 광유닛은 적어도 하나의 광섬유와, 상기 광섬유를 수용하는 광튜브와, 상기 광튜브와 미리 결정된 피치로 연선되는 적어도 하나의 보강철선과 상기 광튜브와 보강철선을 감싸는 광유닛아머를 구비하는 것을 특징으로 하는 광유닛을 제공할 수 있다.

이때, 상기 광튜브는 상기 광유닛아머의 내측에서 중심부를 제외한 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광튜브는 상기 광유닛아머의 내측에서 외곽을 따라 배치될 수 있다.

한편, 상기 광유닛아머는 스테인리스 스틸 튜브로 형성될 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전력을 전송하는 도체, 상기 도체를 감싸는 내부반도전층, 상기 내부반도천층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부반도전층, 상기 외부반도전층을 감싸는 금속차폐층 및 상기 금속차폐층을 감싸는 시스를 구비하는 복수 개의 코어부와, 상기 코어부를 감싸는 내부시스와, 상기 내부시스를 감싸는 복수 개의 철선외장층과, 상기 철선외장층을 감싸는 외부시스와, 상기 코어부와 상기 내부시스 사이에 구비되어 케이블의 진원도를 유지하기 위한 케이블용 개재 및 상기 케이블용 개재 내부에 수용되는 전술한 광유닛을 포함하고, 상기 내부시스, 외부시스, 상기 코어부의 시스 중에 적어도 하나는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 광전복합케이블을 제공할 수 있다.

이 경우, 상기 케이블용 개재는 하나의 원호 형상으로 형성되는 한 쌍의 외곽 프레임부 및 각각 원호 형상으로 형성되는 한 쌍의 내측 프레임부, 상기 외곽 프레임부와 내측 프레임부 사이에 광유닛을 수용하는 광유닛 수용부를 형성하고 상기 외곽 프레임부와 상기 내측 프레임부를 서로 연결시키는 광유닛 수용부 프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 광유닛 수용부를 중심으로 대칭된 위치에 형성되는 적어도 하나의 사이드 챔버를 더 구비할 수 있다.

이때, 상기 케이블용 개재의 외측 표면은 하나의 원호 형태로 구성되고, 상기 케이블용 개재의 내측 표면은 2개의 원호 형태로 구성될 수 있다.

나아가, 상기 광유닛 수용부를 선택적으로 개방시키는 절개부를 더 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 절개부는 케이블의 외부를 향해 상기 외곽프레임부에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 해양 광전복합케이블에 의하면, 케이블의 보호층을 형성하는 내부시스, 외부시스와, 코어부의 고분자 시스 중에 적어도 하나를 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 형성하여 자체하중으로 인한 인장력이 작용하더라도 파손 또는 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 해양 광전복합케이블에 의하면, 광섬유가 수용되는 광튜브와 보강철선이 연선되어 연합하여 제공됨으로써 케이블에 계속하여 반복적으로 굽힘응력, 비틀림응력 등이 작용하는 경우에도 광유닛의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 해양 광전복합케이블의 설치상태를 도시한 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 해양 광전복합케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 상기 해양 광전복합케이블에 포함된 케이블용 개재의 도면을 도시한다.
도 4는 광유닛의 단면도를 도시한다.
도 5는 상기 광유닛에서 광섬유가 수용되는 광튜브와 보강철선이 연선된 상태를 도시한 일부 절개도를 도시한다.

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 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 해양 광전복합케이블(1000)의 내부 구성을 도시한 단면도이다. 본 실시예에 따른 해양 광전복합케이블(1000)은 대략 -25℃ 내지 45℃의 해양 환경온도에서 사용되는 것을 상정하며, 최대 사용온도가 대략 90℃ 내지 105℃이고, 코어부(300)를 3개 구비한 3상 케이블에 해당한다. 이 경우, 12kV 상전압(Phase to neutral) 및 20kV 선간전압(Phase to Phase)의 교류전력을 전송할 수 있도록 구성된다.

도 2를 참조하면, 상기 코어부(300)는 도체(310), 내부반도전층(330), 절연층(320), 외부반도전층(340), 금속차폐층(350), 및 고분자 시스(360)를 구비한다.

상기 도체(310)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 이루질 수 있다.

상기 도체(310)는 도면에 도시된 바와 같이 열처리된 복수 개의 원형소선을 연선하여 원형으로 압축한 원형 압축도체일 수 있다. 또는 도면에는 도시되지 않았지만 원형의 중심소선과 상기 원형 중심소선을 감싸도록 연선된 평각소선으로 이루어진 평각소선층을 구비하며 전체적으로 원형의 단면을 가지는 평각도체일 수 있다. 상기 도체(310)의 전체 직경은 대략 12mm 내지 13mm에 해당할 수 있다.

그러나 상기 도체(310)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한 상기 도체(310) 표면과 후술하는 절연층(320) 사이에 공극이 생기게 되면 절연 성능이 저하될 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 도체(310) 외부에는 내부반도전층(330)이 형성될 수 있다. 상기 내부반도전층(330)은 절연성 물질에 카본블랙, 카본 나노광튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가질 수 있다.

상기 내부반도전층(330)은 상기 도체(310)와 후술하는 절연층(320) 사이에서 급격한 전계변화가 발생하는 것을 방지하여 절연성능을 안정화하는 기능을 수행한다. 또한 도체면의 불균일한 전하분포를 억제함으로써 전계를 균일하게 하고, 도체(310)와 절연층(320) 간의 공극 형성을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제할 수 있다. 상기 내부반도전층(330)의 외경은 대략 13mm 내지 14mm에 해당할 수 있다.

상기 절연층(320)은 상기 내부반도전층(330)의 바깥쪽에 구비되어 상기 도체(310)를 따라 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜 준다. 일반적으로 상기 절연층(320)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(320)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 에틸렌-프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용될 수 있으며, 나아가 폴리에틸렌 수지가 바람직하다. 여기서, 상기 폴리에틸렌 수지는 가교수지로 이루어질 수 있다. 상기 절연층(320)의 두께는 대략 5mm 내지 6mm에 해당할 수 있으며, 상기 절연층(320)의 외경은 대략 24mm 내지 25mm에 해당할 수 있다.

상기 절연층(320)의 외부에는 외부반도전층(340)이 구비될 수 있다. 상기 외부반도전층(340)은 내부반도전층(330)과 같이 절연성 물질에 도전성 입자, 예를 들면 카본블랙, 카본나뉴광튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등이 첨가되어 반도전성을 가지는 물질로 형성되어, 상기 절연층(320)과 후술하는 금속차폐층 (350) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 절연 성능을 안정화한다. 또한, 상기 외부반도전층(340)은 케이블에 있어서 절연층(320)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지하며, 상기 절연층(320)을 물리적으로 보호하는 기능도 수행할 수 있다. 상기 외부반도전층(340)의 외경은 대략 26mm 내지 27mm에 해당할 수 있다.

상기 코어부(300)는 케이블 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 수분 흡수부(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 수분 흡수부는 도체(310)를 구성하는 소선 사이 및/또는 도체(310)의 외부에 형성될 수 있다. 상기 수분 흡수부는 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. 상기 수분 흡수부는 또한 급격한 전계 변화를 방지하기 위하여 반도전성을 가질 수 있다.

상기 외부반도전층(340)의 외부에는 금속차폐층(350) 및 고분자 시스(360)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 금속차폐층(350) 및 고분자 시스(360)는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인 및 사고전류로부터 상기 케이블 코어부를 보호할 수 있다.

상기 금속차폐층(350)은 케이블 단부에서 접지되어 지락 또는 단락 등의 사고 발생시 사고 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 외부의 충격으로부터 케이블을 보호하고, 전계가 케이블 외부로 방전되지 않도록 차폐할 수 있다. 상기 금속차폐층(350)은 대략 1mm의 두께를 가지며, 외경은 대략 27mm 내지 28mm에 해당할 수 있다. 또한, 상기 금속차폐층(350)은 복수의 구리 와이어(copper wire)를 횡권하는 형태로 형성될 수 있다.

상기 금속차폐층(350)의 외부에는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 고분자 시스(360)가 형성되어 해양 광전복합케이블(1000)의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.

특히, 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 난연성이 요구되는 환경에서는 폴리염화비닐 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 고분자 시스(360)는 대략 1mm의 두께를 가지며, 외경은 대략 28mm 내지 30mm에 해당할 수 있다.

한편, 상기 해양 광전복합케이블(1000)은 해양에 설치되므로 바다 속의 해수, 염분 등과 같은 가혹한 환경에서도 내부 구성요소를 보호하기 위한 각종 보호층을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 코어부(300)와 후술하는 케이블용 개재(400)를 감싸는 내부시스(700)와, 상기 내부시스(700)의 바깥쪽에 구비되어 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 기계적 강도를 향상시키는 복수 개의 철선외장층(710) 및 상기 철선외장층(710)의 외부에 구비되는 외부시스(720)를 구비할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 상기 해양 광전복합케이블(1000)은 전술한 상기 내부시스(700), 외부시스(720), 상기 코어부(300)의 고분자 시스(360) 중에 적어도 하나는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 형성될 수 있다.

또한, 상기 내부시스(700)는 대략 3mm의 두께를 가지며 외경은 대략 70mm 내지 72mm에 해당할 수 있다. 또한 상기 외부시스(720)는 대략 4mm의 두께를 가지며 외경은 대략 90mm 내지 100mm에 해당할 수 있다.

종래 기술에 따른 해양에서 사용되는 케이블의 경우에 전술한 시스층을 구성하는 경우에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 수지 또는 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 수지 등으로 시스층을 구성하였다. 이러한 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 수지 또는 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지에 비해 내마모성, 내부식성, UV protection 특성 등이 상대적으로 떨어진다.

특히, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지의 경우에 결정성이 높은 대략 0.95 이상의 밀도를 가지는 수지로서, 경도, 기계적 강도 및 내열성 등의 특성이 저밀도 폴리에틸렌 수지 또는 중밀도 폴리에틸렌 수지에 비해 매우 우수한 특성을 갖는다.

따라서, 상기 내부시스(700), 외부시스(720), 상기 코어부(300)의 고분자 시스(360) 중에 적어도 하나를 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 형성하는 경우에 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 자체 하중으로 인해 작용하는 인장력에 대한 저항성을 매우 높일 수 있으며, 이러한 인장력에 의한 케이블의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에 케이블의 보호층을 형성하는 철선외장층(710)을 복수 개로 구비하게 된다.

예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 상기 철선외장층(710)은 내부 철선외장층(710A)과 외부 철선외장층(710B)을 구비할 수 있다. 이러한 철선외장측(710)의 개수는 일예를 들어 설명한 것에 불과하며, 해양환경, 케이블의 종류 등에 따라 적절하게 변형될 수 있다.

상기 내부 철선외장층(710A)과 외부 철선외장층(710B)은 각각 3mm 내지 4mm의 두께를 가질 수 있으며, 상기 내부 철선외장층(710A)외 외경은 대략 76mm 내지 80mm에 해당하고, 상기 외부 철선외장층(710B)의 외경은 대략 82mm 내지 86mm에 해당할 수 있다.

결국, 본 실시예에 따른 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에 상기 내부시스(700), 외부시스(720), 상기 코어부(300)의 고분자 시스(360) 중에 적어도 하나를 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 형성하고, 나아가 철선외장층(710)을 복수 개로 구비함으로써 인장력에 대한 특성을 높여 인장력에 의한 케이블의 손상 또는 파손을 방지할 수 있다.

한편, 종래 해양에서 사용되는 케이블에서는 전술한 코어부(300)와 후술하는 광유닛(100)을 보호하기 위하여 상기 코어부(300) 및 광유닛(100)과 상기 내부시스(700) 사이에 충진재를 구비할 수도 있다.

전술한 충진재는 일반적으로 폴리프로필렌 재질의 얀(Yarn)이 주로 사용된다. 그러나 이러한 얀들을 해저 케이블 내부에 다수 배치시킬 경우에, 상기 코어부들과 광유닛 및 얀들을 연합하여 해양 케이블을 형성하는 경우, 이들을 소정의 피치로 연합하기 위한 장비에 얀들이 끼이는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 해양 케이블에 삽입되는 얀의 수를 감소시켜 연합 작업을 실시하고 있으나, 보호층 형성 공정시 작용하는 압력에 의해 해양 케이블의 전체 횡단면이 원형 단면이 되지 못하고 일부 영역에서 일그러지는 문제가 발생된다.

상기와 같이, 해양 케이블의 횡단면이 원형이 되지 못할 경우, 생산 후 턴테이블에 권취된 해양 케이블의 하중이 균일하게 분포되지 못하여, 보관 또는 이송 등의 과정에서 해양 케이블이 파괴되는 문제가 있으며, 해양 케이블 포설 과정에서 해양 케이블 굽힘에 의해 작용되는 인장력이 해양 케이블 전체 단면에 고루 작용되지 못하고, 이러한 현상은 결국 해양 케이블의 장시간 사용시 보다 큰 인장력이 작용하는 부분에서 해양 케이블의 손상을 일으키는 원인이 된다. 뿐만 아니라, 광유닛(100)을 구비한 해양 광전복합케이블의 경우에 상기 케이블에 외력이 작용하는 등의 경우에 상기 광유닛(100)의 손상이 우려될 수 있다.

따라서, 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 진원도를 유지하며, 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 포설 시 또는 상기 해양 광전복합케이블(1000)에 지속적으로 작용하는 굽힙응력, 비틀림응력 등을 균일하게 분산시켜 케이블의 코어부(300)와 광유닛(100)의 손상 또는 파손을 방지하기 위하여 케이블용 개재(shaped filler)(400)를 구비하게 된다.

상기 케이블용 개재(400)는 전술한 내부시스(700), 철선외장층(710) 및 외부시스(720)를 포함하는 소위 보호층과 상기 코어부(300) 사이에 구비되어 상기 코어부(300)를 보호한다. 특히, 상기 케이블용 개재(400)는 상기 광유닛(100)을 수용하여, 상기 해양 광전복합케이블(1000)에 포설 등의 경우에 외력이 작용하는 경우에 상기 광유닛(100)을 보호할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블용 개재(400)를 도시한 도면이다.

도 3의 (a)는 상기 케이블용 개재(400)의 단면도이고, 도 3의 (b)는 상기 케이블용 개재(400)의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 케이블용 개재는 복수 개의 원형 단면을 갖는 코어부가 구비되는 케이블의 전체 형상을 원형으로 유지하기 위하여 구비될 수 있다.

상기 케이블용 개재(400)를 살펴보는 경우에 먼저 상기 케이블용 개재(400)의 단면을 분할된 공간 또는 챔버의 입장에서 검토하고, 이어서, 상기 케이블용 개재(400)의 단면을 구성하는 프레임부 또는 지지부의 관점에서 살펴본다.

상기 케이블 개재(400)는 케이블 중심부 방향으로 광유닛이 수용되는 광유닛 수용부(a), 상기 광유닛 수용부(a)를 중심으로 대칭된 위치에 형성되는 적어도 하나의 사이드 챔버(b)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 케이블용 개재(400)의 외측 표면은 하나의 원호 형태로 구성되고, 상기 케이블용 개재(400)의 내측 표면은 2개의 원호 형태로 구성됨을 확인할 수 있다.

상기 케이블용 개재(400)의 내측 표면은 2개의 원호 형태로 구성되는 이유는 도 2와 같이 케이블용 개재(400)가 코어부(300) 사이의 공간에 안착되도록 하기 위한 것으로 케이블용 개재(400)의 내측 표면의 원호는 코어부(400)의 원주면에 대응되는 곡률을 가질 수 있도록 구성되고, 케이블용 개재(400)의 외측 표면의 원호는 복수 개의 코어부(300)를 연선하는 경우 케이블 전체 단면이 진원 형태가 유지되도록 하는 곡률을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광유닛 수용부(a)는 원형으로 구성되며 케이블의 외부를 향해 개방이 가능하게 절개되고, 상기 광유닛 수용부(a)의 내경은 상기 광유닛 수용부(a)에 수용되는 광유닛(100)의 크기보다 크게 구성될 수 있다.

그리고, 상기 광유닛 수용부(a)를 사이에 두고 대칭된 위치에 형성되는 상기 사이드 챔버(b)는 한 개씩 도시되지만 각각 복수 개로 분할 구성될 수 있다. 상기 사이드 챔버(b)의 개수와 크기는 케이블용 개재 전체의 크기와 케이블용 개재의 단면을 구성하는 후술하는 프레임부 또는 지지부 등의 두께 또는 재질 등에 대하여 다양하게 변형 구성될 수 있다.

전술한 사항은 케이블용 개재(400)의 단면을 분할된 공간 또는 챔버의 입장에서 검토하였으나, 이하 케이블용 개재(400)의 단면을 구성하는 프레임부 또는 지지부의 관점에서 설명한다.

상기 케이블용 개재(400)는 하나의 원호 형상으로 형성되는 한 쌍의 외곽 프레임부(410A, 410B) 및 각각 원호 형상으로 형성되는 한 쌍의 내측 프레임부(414A, 414B)와, 상기 외곽 프레임부(410A, 410B)와 내측 프레임부(414A, 414B) 사이에 광유닛(100)을 수용하는 광유닛 수용부(a)를 형성하고 상기 외곽 프레임부(410)와 상기 내측 프레임부(414)를 서로 연결시키는 광유닛 수용부 프레임(420)을 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 외곽 프레임부(410A, 410B)는 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 진원도를 유지하기 위하여 미리 결정된 반경에 대응하는 하나의 원호 형상을 가지도록 설계될 수 있으며, 상기 외곽 프레임부(410A, 410B)의 양단부는 각각 제1 내측 프레임부(414A)와 제2 내측 프레임부(414B)와 연결될 수 있다.

상기 내측 프레임부(414A, 414B)는 상기 해양 광전복합케이블(1000)에 있어서 상기 코어부(300)를 향하도록 형성되며, 상기 코어부(300) 외주의 적어도 일부에 접하는 코어부 수용부(415A, 415B)를 각각 구비한다.

이 경우, 상기 내측 프레임부(414A, 414B)는 제1 내측 프레임부(414A)와 제2 내측 프레임부(414B)를 구비하며, 상기 제1 내측 프레임부(414A)와 제2 내측 프레임부(414B)의 각각은 어느 하나의 코어부(300)의 외주의 적어도 일부가 수용되는 제1 코어부 수용부(415A)와 제2 코어부 수용부(415B)를 구비할 수 있다.

일 예로서, 상기 코어부 수용부(415A, 415B)는 상기 코어부(300)의 외경에 대응하는 형상을 가지도록 설계되어, 상기 해양 광전복합케이블(1000)에 작용하는 외력이 상기 코어부(300)의 일부분에 집중되지 않고, 균일하게 분산될 수 있도록 할 수 있다.

한편, 상기 해양 광전복합케이블(1000)은 전술한 바와 같이 광유닛(100)을 포함하며, 이 경우, 상기 케이블용 개재(400)는 광유닛 수용부 프레임(420)과 그 내측에 형성되는 광유닛 수용부(a)를 포함하여, 상기 광유닛 수용부(a)에 상기 광유닛(100)을 수용할 수 있다.

상기 광유닛 수용부(a)는 상기 외곽 프레임부(410A, 410B)와 내측 프레임부(414A, 414B) 사이의 중앙에 위치한다.

이 때, 상기 광유닛 수용부(a)를 선택적으로 개방시키는 절개부(405)를 구비할 수 있다. 상기 절개부(405)는 전술한 해양 광전복합케이블의 외부를 향해 상기 외곽 프레임부(410A, 410B)에 형성될 수 있으며, 보다 정확하게는 제1 외곽 프레임부(410A)와 제2 외곽 프레임부(410B) 사이에 형성된다.

즉, 상기 제1 외곽 프레임부(410A)와 제2 외곽 프레임부(410B)는 상기 절개부(405)를 따라 분리될 수 있으며, 이 경우 상기 광유닛 수용부(a)가 개방되어 상기 광유닛 수용부(a)의 내측으로 상기 광유닛(100)이 수용될 수 있다.

이때, 상기 제1 외곽 프레임부(410A)와 제2 외곽 프레임부(410B)는 소정의 탄력을 가지는 합성수지 등으로 제작될 수 있다. 따라서, 상기 제1 외곽 프레임부(410A)와 제2 외곽 프레임부(410B)의 단부를 서로 벌려 상기 절개부(405)를 개방시키는 경우에 별도의 회동부를 구비할 필요가 없다.

상기 광유닛(100)을 상기 광유닛 수용부(a)의 내측으로 삽입하는 공정을 제외하고는 상기 절개부(405)는 닫혀 있어서, 상기 광유닛 수용부(a)는 폐쇄된 상태를 유지한다.

한편, 상기 광유닛 수용부(a)는 상기 광유닛(100)을 수용하기 편리하도록 원형의 형상을 가질 수 있다. 이처럼, 상기 광유닛 수용부(a)가 원형 형상으로 이루어지는 경우에 상기 광유닛 수용부(a)는 상기 광유닛(100)의 외경 이상의 직경을 가져 상기 광유닛 수용부 프레임(420)에 의해 광유닛(100)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

여기서 원형의 형상은 일 예에 불과하여 다양한 변형이 가능하며, 이러한 경우에는 광유닛 수용부(a)의 단축이 상기 광유닛 외경 이상의 직경을 가질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 케이블용 개재(400)는 상기 외곽 프레임부(410)와 상기 내측 프레임부(414)를 서로 연결시키는 지지부를 구비할 수 있는데, 별도의 연결지지부를 구비하는 대신에 구성의 단순화 및 제작 용이성을 등을 고려하여 전술한 광유닛 수용부 프레임(420)에 의해 상기 외곽 프레임부(410)와 상기 내측 프레임부(414)를 서로 연결시키게 된다. 즉, 상기 광유닛 수용부 프레임(420)이 상기 개재의 세로 방향, 또는 두께 방향의 지지부의 역할을 하게 된다.

이러한 지지부는 상기 외곽 프레임부(410)와 상기 내측 프레임부(414)의 강도를 보강하며 상기 외곽 프레임부(410)에 작용하게 되는 외력을 상기 케이블용 개재(400)의 다른 부분으로 분산시킬 수 있다. 즉, 상기 지지부는 지지리브 등으로 활용될 수 있다.

여기서, 세로방향 또는 두께 방향이라 함은 도 3의 도면상에서 개재의 두께방향을 의미하며, 상기 케이블용 개재(400)가 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 내측에 포함된 경우에 세로방향 또는 두께방향이라 함은 상기 해양 광전복합케이블(1000)의 중심에서 반경방향으로 이해될 수 있다.

구체적으로, 제1 광유닛 수용부 프레임(420A)이 상기 제1 외곽 프레임부(410A)와 제1 내측 프레임부(414A)를 서로 연결시키며, 제2 광유닛 수용부 프레임(420B)이 상기 제2 외곽 프레임부(410B)와 제2 내측 프레임부(414B)를 서로 연결시키게 된다.

한편, 상기 해양 광전복합케이블(1000)은 광유닛(100)을 더 구비할 수 있다.

도 4는 상기 광유닛(100)의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 광유닛(100)은 적어도 하나의 광섬유(111)와, 상기 광섬유(111)를 수용하는 광튜브(112)와, 상기 광튜브(112)와 미리 결정된 피치로 연선되는 적어도 하나의 보강철선(120)과, 상기 광튜브(112)와 보강철선(120)을 감싸는 광유닛아머(130)를 구비할 수 있다.

상기 각 광유닛(100)은 광튜브(112) 내에 미리 결정된 개수의 광섬유(111)를 구비하며, 상기 광튜브(112)는 스테인레스 스틸과 같은 강성이 있는 재질을 사용할 수 있다. 상기 광유닛(100)은 상기 광튜브(112)를 감싸는 광유닛아머(130)를 더 구비할 수 있다. 상기 광유닛아머(130)는 스테인리스 스틸 튜브일 수 있다.

그리고, 상기 광유닛아머(130) 외측에 별도의 시스(미도시) 등이 부가될 수 있다.

한편, 종래의 해양 케이블 또는 해저 케이블에 사용되던 광유닛은 중심부에 광섬유가 포함된 광튜브를 배치하고, 상기 광튜브를 둘러싸는 보강철선을 외측에 별도로 구비한다. 이 경우, 전술한 광튜브와 보강철선은 케이블의 길이 방향을 따라 일직선으로 각각 연장된 형태를 가지게 된다. 종래의 광유닛은 보강철선을 외측에 배치하여 외부에서 작용하는 충격 등에 대해서는 내부의 광섬유를 보호할 수 있지만 반복적인 굽힘 또는 비틀림 발생시 광튜브 내부의 광섬유가 보강철선 사이에서 꺾이거나 손상되는 문제가 자주 발생하였다.

특히, 본 실시예에 따른 해양 광전복합케이블(1000)은 해상의 구조물과 해저의 장치를 서로 연결하는 배치구성을 가지게 되므로, 케이블 자체의 하중으로 인한 인장력뿐만 아니라 해수 등의 외력으로 인한 굽힘응력 또는 비틀림응력이 계속해서 반복적으로 작용하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 해양 광전복합케이블(1000)에 종래와 같은 광유닛 구조를 적용하게 되면 지속적인 굽힘응력 및 비틀림응력으로 인해 광유닛의 광섬유에 단선 또는 벤딩 등의 장애가 발생하게 된다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광유닛(100)을 구성하는 경우에 상기 광유닛(100)의 중심부에 광튜브를 배치하고 상기 광튜브의 외측에 보강철선을 배치하는 것이 아니라, 상기 광튜브(112)와 적어도 하나의 보강철선(120)을 미리 결정된 피치로 연선하여 연합하여 제공하여 광유닛 전체적인 밴딩특성 등을 강화시킬 수 있고, 종래 방식의 광유닛에 비해 철선의 개수를 줄여 광유닛 전체적인 직경을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 종래에는 철선을 광유닛의 외장 형태로 적용하였으나, 광섬유 손상 등의 문제가 발생하므로, 광유닛과 연선되는 내부 구조 형태로 구성화하여 기존의 광섬유 손상 문제를 해결함과 동시에 광유닛의 굽힘특성을 향상시키고, 그 직경을 줄이는 효과까지 얻을 수 있다.

도 5는 상기 광유닛(100)에서 상기 광유닛아머 (130)가 일부 절개되어 광섬유(111)가 수용되는 광튜브(112)와 보강철선(120)이 연선된 상태를 도시한 일부 절개도이다.

도 5를 참조하면, 상기 광튜브(112)와 상기 보강철선(120)은 미리 결정된 피치로 서로 연선되어 상기 광유닛아머 (130)의 내부에 제공된다.

이와 같이 상기 광튜브(112)와 상기 보강철선(120)이 서로 연선되어 제공되면, 외부에서 지속적으로 반복하여 굽힘응력 및 비틀림응력이 작용하는 경우에도 내부의 광섬유(111)에 상기 굽힘응력 및 비틀림응력이 전달되는 것을 최대한 방지하여 상기 광섬유(111)의 단선 또는 벤딩과 같은 장애를 방지할 수 있다.

이 경우, 상기 광튜브(112)와 상기 보강철선(120)이 서로 연선되는 피치는 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 광유닛아머 (130)의 내측에 배치되는 광튜브(112)의 개수, 보강철선(120)의 개수에 따라 상기 피치가 결정될 수 있다.

한편, 상기 광유닛(100)에서 전술한 바와 같이 상기 광튜브(112)와 상기 보강철선(120)이 미리 결정된 피치로 서로 연선되어 제공되는 경우에 상기 광튜브(112)는 상기 광유닛아머(130)의 내측에서 중심부를 제외한 영역에 배치될 수 있다.

구체적으로, 도 4에 도시된 실시예에서, 상기 광섬유(111)가 수용된 광튜브(112)는 2개가 구비되고, 보강철선(120)은 5개가 구비되어 1+6 구조를 갖는 경우, 중심부 1개의 부재 둘레에 배치되는 6개의 부재 중 하나일 수 있으며, 이 경우 보강철선(120) 및 광튜브(112)의 직경은 비슷한 크기로 구성되어 광유닛이 연선되었을 때 광유닛 원형 유지가 유리하고, 공극 또는 찌그러짐 등을 방지할 수 있다.

즉, 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 해양 광전복합케이블(1000)의 경우에는 계속해서 반복하여 비틀림응력 또는 굽힘응력이 작용하게 된다. 이 경우, 상기 광유닛아머(130)의 중심부에 가장 큰 굽힘응력 또는 비틀림응력이 작용하게 된다. 따라서, 상기 광섬유(111)를 수용하는 광튜브(112)가 상기 광유닛아머(130)의 중심부에 배치된다면 가장 큰 굽힘응력 또는 비틀림응력을 받게 되어 상기 광섬유(111)에 단선 또는 벤딩 등이 발생할 수 있다.

따라서, 이러한 장애를 미리 방지하기 위하여 상기 광튜브(112)는 상기 광유닛아머(130)의 내측에서 중심부를 제외한 영역에 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 광튜브(112)는 상기 광유닛아머(130)의 내측에서 외곽을 따라 배치될 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 해양 광전복합케이블(1000)의 기계적 특성을 살펴보면, 허용 인장 하중(Allowable Tensile Load)이 대략 700kN 이상이며 , 신장 강성(Axial Stiffness)이 대략 250 내지 300MN이고, 굽힘응력에 대한 굽힘강성(Bending Stiffness)이 대략 2.4 내지 2.5kN.m²이고 비틀림응력에 대한 비틀림강성(Torsional Stiffness)이 대략 25 내지 30 kN.m²에 해당하여 매우 우수함을 알 수 있다.

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.

100 : 광유닛
300 : 코어부
400 : 케이블용 개재
1000 : 해양 광전복합케이블

Claims (10)

1. 삭제
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5. 전력을 전송하는 도체, 상기 도체를 감싸는 내부반도전층, 상기 내부반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부반도전층, 상기 외부반도전층을 감싸는 금속차폐층 및 상기 금속차폐층을 감싸는 시스를 구비하는 복수 개의 코어부;
   상기 코어부를 감싸는 내부시스;
   상기 내부시스를 감싸는 복수 개의 철선외장층;
   상기 철선외장층을 감싸는 외부시스;
   상기 코어부와 상기 내부시스 사이에 구비되어 케이블의 진원도를 유지하기 위한 케이블용 개재; 및,
   상기 케이블용 개재 내부에 수용되며, 적어도 하나의 광섬유; 상기 광섬유를 수용하는 광튜브; 상기 광튜브와 직접 접촉하면서 미리 결정된 피치로 연선되는 적어도 하나의 보강철선; 및 상기 광튜브와 보강철선을 감싸는 스테인리스 스틸 튜브 형태의 광유닛아머;를 구비하고, 상기 광유닛아머 내측에서 상기 광튜브와 상기 보강철선은 상기 광유닛아머의 내주면과 내접하고, 상기 광튜브는 상기 광유닛아머의 내측에서 중심부를 제외한 영역에 배치되되 상기광튜브는 상기 광유닛아머의 내측에서 외곽을 따라 배치되며, 해양 광전복합케이블은 허용 인장 하중(Allowable Tensile Load)이 700kN이상이며, 신장 강성(Axial Stiffness)이 250 내지 300MN이고, 굽힘응력에 대한 굽힘강성(Bending Stiffness)이 2.4 내지 2.5kNm2이고, 비틀림응력에 대한 비틀림강성(Torsional Stiffness)이 대략 25 내지 30 kNm2인 광유닛;을 포함하고,
   상기 내부시스, 외부시스, 상기 코어부의 시스 중 적어도 하나는 0.95 이상의 밀도를 갖는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 해양 광전복합케이블.
6. 제5항에 있어서,
   상기 케이블용 개재는 하나의 원호 형상으로 형성되는 한 쌍의 외곽 프레임부 및 각각 원호 형상으로 형성되는 한 쌍의 내측 프레임부, 상기 외곽 프레임부와 내측 프레임부 사이에 광유닛을 수용하는 광유닛 수용부를 형성하고 상기 외곽 프레임부와 상기 내측 프레임부를 서로 연결시키는 광유닛 수용부 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 광전복합케이블.
7. 제6항에 있어서,
   상기 광유닛 수용부를 중심으로 대칭된 위치에 형성되는 적어도 하나의 사이드 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 해양 광전복합케이블.
8. 제6항에 있어서,
   상기 케이블용 개재의 외측 표면은 하나의 원호 형태로 구성되고, 상기 케이블용 개재의 내측 표면은 2개의 원호 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 광전복합케이블.
9. 제6항에 있어서,
   상기 광유닛 수용부를 선택적으로 개방시키는 절개부를 더 구비하는 해양 광전복합케이블.
10. 제9항에 있어서,
    상기 절개부는 케이블의 외부를 향해 상기 외곽프레임부에 형성된 것을 특징으로 하는 해양 광전복합케이블.

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