KR102608270B1 - 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 접속함을 절연유로 주유하는 경우에 접속함 내에서의 절연유 함침이 충분히 이루어지게 할 수 있는 접속함 주유 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 절연유 함침 케이블을 서로 연결하거나, 또는 절연유 함침 케이블을 가공선에 연결하는 경우에 절연유 함침 케이블을 연결시키는 접속함의 절연성능을 향상시키기 위하여 상기 접속함을 고점도 절연유로 주유시킬 수 있는 접속함 주유시스템 및 방법에 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 '저점도 절연유 함침 케이블 (이하, OF(oil filled) 케이블이라 함)'과 '고점도 절연유 함침 케이블(이하, MI(mass impregnated) 케이블 이라 함)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. 이 경우, 상기 절연지를 감는 도중, 즉, 절연지 사이에 절연유를 도포하면서 상기 절연지를 지권하고, 이어서 외부반도전층, 금속시스 및/또는 방식층을 복원하게 된다.
상기와 같이 절연유 함침 케이블을 접속함에 의해 연결하는 경우에는 계절변화 등 외부 환경 변화에 따른 상기 케이블 및 접속함 내부의 압력을 일정하게 유지하며, 상기 접속함의 절연성능의 저하를 방지하고, 나아가 절연성능의 향상을 위하여 상기 접속함 내부로 절연유를 주유하게 된다. 예를 들어, OF 케이블의 경우에 저점도 절연유에 의해 함침된 케이블을 사용하게 되므로 상기 OF 케이블을 서로 접속시키는 경우에는 상기 OF 케이블의 절연유와 동일한 저점도 절연유를 사용하여 상기 접속함을 주유하게 된다.
그런데, MI 케이블의 경우에는 전술한 바와 같이 상대적으로 높은 점도를 가지는 고점도 절연유를 사용하여 함침하게 된다. 상기 고점도 절연유는 점도가 상대적으로 높아 유동성이 매우 떨어지므로, 상기 접속함에 절연유를 주유하는 경우에 상기 고점도 절연유를 사용하여 주유하기 곤란하다. 따라서, 상기 MI 케이블용 접속함은 상기 케이블에 사용된 고점도 절연유가 아니가 저점도 절연유를 사용하여 주유하였다. 결국, 상기 MI 케이블용 접속함은 상기 MI 케이블에 사용된 절연유와 상이한 저점도 절연유를 사용하여 주유하게 되므로 상기 케이블에 사용된 절연유와 호환이 가능한 저점도 절연유를 주유해야 하므로, 절연유의 종류 및 성질에 제한이 있게 되어 상기 접속함의 조립 시에 불편함을 초래하였다.
본 발명의 목적은 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 접속함을 절연유로 주유하는 경우에 접속함 내에서의 절연유 함침이 충분히 이루어지게 할 수 있는 접속함 주유 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템은, 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유시스템에 있어서, 상기 절연유를 수용하며, 상기 접속함과 연결되어 상기 접속함에 상기 절연유를 공급하는 절연유공급부; 및 상기 절연유공급부와 연결되고, 소정의 기체를 상기 절연유공급부에 주입시켜 상기 절연유를 가압하는 가압부; 를 구비하며, 상기 접속함 내로의 상기 절연유의 주유와 상기 절연유의 가압이 동시에 진행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속함 내에서의 상기 절연유가 상기 접속함의 절연층에 함침됨에 따라 감소되는 상기 절연유의 양만큼 계속적으로 상기 접속함에 상기 절연유를 공급하여 상기 접속함 내에서 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속함 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하는 동안, 상기 가압부는 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부에 유입시켜 상기 접속함 내의 상기 절연유에 압력을 가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가압부에서 상기 절연유공급부로 주입되는 상기 소정의 기체의 압력과 시간을 조절하는 제어부를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 절연유공급부에서의 압력이 소정의 시간 동안에 증가하도록 하거나, 상기 절연유공급부에서의 압력이 소정의 시간 동안 일정하게 유지되도록 상기 가압부에서 상기 절연유공급부로 주입되는 상기 소정의 기체의 양을 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속함과 상기 절연유공급부 사이를 연결하는 관로 사이, 또는 상기 절연유공급부와 상기 가압부 사이를 연결하는 관로 사이에 배치되는 솔레노이드 밸브를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소정의 기체는 질소(N2) 가스일 수 있다.
본 발명에 있어서, 전원 공급이 차단된 경우에도 상기 접속함 내의 압력은 유지될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속함 내의 상기 절연유가 배출되는 배출관; 상기 배출관과 연결되어 상기 접속함의 내부를 진공상태로 유지하도록 하는 진공펌프; 및 상기 배출관에 연결되어 상기 접속함의 진공도를 감지하는 진공측정부;를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법은, 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유 방법에 있어서, 상기 접속함을 진공배기시키는 단계; 상기 접속함 내에 상기 절연유를 가득 채우는 단계; 상기 절연유를 상기 접속함 내에 가득 채우면서 동시에 상기 절연유의 유입원인 절연유공급부에 소정의 기체를 주입하여 상기 절연유를 가압하는 단계; 및 상기 절연유가 상기 접속함 내에 가득 찬 후에도 상기 절연유공급부에 상기 소정의 기체를 주입하여 상기 절연유를 가압하는 단계; 를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속함 내에서의 상기 절연유가 상기 접속함의 절연층에 함침됨에 따라 감소되는 상기 절연유의 양만큼 계속적으로 상기 접속함에 상기 절연유를 공급하여 상기 접속함 내에서 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 접속함 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하는 동안, 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부에 유입시켜 상기 접속함 내의 상기 절연유에 압력을 가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 소정의 기체는 질소(N2) 가스일 수 있다.
본 발명에 있어서, 전원 공급이 차단된 경우에도 상기 접속함 내의 압력은 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고점도 절연유 함침 케이블을 서로 연결시키거나, 또는 가공선과 연결시키는 경우에 보강절연층을 구비하는 접속함에 있어서 절연유에 의한 상기 보강절연층의 함침이 균일하게 되어 미함침에 따른 접속함의 절연성능 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블의 구성을 도시한 일부 절개사시도이다.
도 2는 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 경우에 접속함을 주유하는 주유 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2는 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 경우에 접속함을 주유하는 주유 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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 절연유 함침 케이블은 수백m 내지는 수km 간격으로 중간접속함에 의해 접속이 이루어지며, 절연유 함침 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 가공선과 접속이 이루어지게 된다. 이하에서는 먼저 절연유 함침 전력케이블의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 접속함의 연결과정을 살펴보기로 한다.
도 1은 초고압 직류 전력케이블의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.
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 이루어질 수 있다.
상기 도체(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 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, 다른 예로서 복수개의 원형소선을 연선하여 원형으로 압축한 원형 압축도체일 수 있다. 상기 평각도체는 원형 압축도체에 비하여 점적율이 상대적으로 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.
상기 도체(11)는 복수개의 소선이 연선되어 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 상기 도체(11) 외부에는 내부반도전층(12)이 형성될 수 있다. 상기 내부반도전층(12)은 절연성 물질에 카본블랙, 카본 나노튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가질 수 있다.
상기 내부반도전층(12)은 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) 사이에 간격이 형성되는 것을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제하는 역할도 하게 된다.
상기 절연층(14)은 상기 내부반도전층(12)의 바깥쪽에 구비되어 도체(11)를 따라 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜 준다.
상기 절연층(14)은 절연유에 함침된 절연지로 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연층(14)은 상기 내부반도전층(12)을 둘러싸도록 절연지가 다층으로 권취되고, 상기 케이블 코어부가 형성된 후 절연유에 함침시킴으로써 형성될 수 있다. 이와 같이 절연유가 절연지에 흡수되는바, 절연층(14)의 절연 특성이 향상될 수 있다.
상기 절연유는 상기 절연지 내부의 공극 및 상기 절연지를 권취하여 형성된 층간의 틈에 충진되어 절연특성을 향상시키며, 케이블의 굽힘시 상기 절연지간의 마찰력을 저감시켜 케이블의 굴곡 특성을 향상시킨다. 상기 절연유는 그 종류가 특별히 제한되지는 않지만, 상기 도체(11)를 구성하는 구리 또는 알루미늄과 접촉하여 열에 의해 산화되지 않아야 하며, 상기 절연지를 용이하게 함침할 수 있도록 함침온도, 예를 들어 100℃에서는 충분히 낮은 점도를 가지며, 60℃에서의 동점도가 10~500 센티스토크(centistoke)인 중점도 절연유 또는 60℃에서의 동점도가 500 센티스토크 이상인 고점도의 절연유를 사용하는 것이 바람직하다.
상대적으로 점도가 낮은 저점도 절연유를 사용하는 경우, 절연지가 절연유에 함침된 상태를 유지시키고, 절연유의 유동에 의해 절연층에 공극이 생기는 것을 방지하기 위해 급유설비 등을 사용하여 절연유를 가압할 필요가 있다. 하지만, 중점도 또는 고점도 절연유를 사용하는 경우에는 절연유의 유동이 적기 때문에 절연유를 가압하기 위한 급유설비가 필요없거나, 필요한 급유설비의 수를 줄일 수 있어 케이블 연장길이를 길게 할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 상기 절연유는 나프텐계 절연유, 폴리스틸렌계 절연유, 광유, 알킬 벤젠이나 폴리부텐계 합성유, 중질 알켈레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연유를 사용할 수 있다.
상기 절연지는 크래프트 펄프(Kraft pulp)를 원료로 하여 펄프 중의 유기 전해질을 제거한 크래프트지(Kraft paper) 또는 플라스틱 필름의 일면 또는 양면에 크래프트지를 접착한 복합절연지일 수 있다. 상기 플라스틱 필름은 그 일면 또는 양면에 접착되는 크래프트지 보다 큰 저항률을 가져 함침공정 또는 케이블 작동시 절연유의 유동에 따라 크래프트지에 기포가 생성되더라도 그 기포에 분담되는 전압을 완화할 수 있으며, 폴리에틸렌(Polyethylen), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리부틸렌(Polybutylen) 등의 폴리올레핀계 수지나 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로폴리프로필렌(Tetrafluoroethylene-Hexafluoropropylene) 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(Ethylen-tetrafluoroethylene) 공중합체 등의 불소 수지로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 내열성이 우수한 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 절연층(14)은 크래프트지만을 권취하고, 절연유에 함침시켜 형성될 수 있다. 이 경우 상기 절연유가 케이블 하중방향으로 절연유가 유동하여 공극이 발생할 수 있다. 반면, 복합 절연지를 권취하고, 절연유에 함침시켜 상기 절연층(14)을 형성하는 경우, 상기 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지는 절연유에 함침되지 않으며, 케이블 제조시의 함침 온도 또는 케이블 작동시의 작동 온도에 따라 열팽창을 하게 된다. 열가소성 수지가 열팽창을 하게 되면 이에 적층된 크래프트지에 면압을 가하게 되어 절연유의 이동 통로를 협소하게 하므로 중력에 따른 절연유 유동 또는 온도에 따른 절연유의 수축/팽창에 유동을 억제할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상기 복합 절연지는 크래프트지 보다 절연내력이 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 전력 케이블을 통전시키는 경우, 전류가 흐르는 통로 역할을 하는 도체에 열이 발생하며, 케이블 반경방향으로 내측에서 외측을 향해 온도가 점차 낮아지게 되어 상기 절연층(14)에서도 온도 차이가 발생한다. 따라서, 상기 도체 직상구간에 속하는 절연층, 즉 내부반도전층(12) 상에 형성되는 절연층의 절연유는 점도가 낮아지고 열팽창을 하여 바깥방향으로 이동하게 되며, 케이블 온도 하강시에는 이동한 절연유의 점도가 높아지고 원래대로 되돌아가지 않게 되어 도체 직상 구간의 절연층 부분에 공극이 발생하게 될 수 있다.
또한, 상기 온도 차이에 따라 점차 전계가 역전되어 작용하는 전계가 점차 높아지는 금속시스 직하구간에 속하는 절연층, 즉 외부반도전층(16) 방향으로 형성되는 절연층에는 높은 전계가 작용하게 된다. 상기 도체 직상구간 및 금속시스 직하구간은 공극이 발생할 가능성이 높고, 케이블 내부의 온도 변화에 따라 고전계가 작용하는 영역으로 부분방전, 절연파괴 등의 기점이 되는 절연 취약부로 작용할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 상기 절연층(14) 중 상기 절연 취약부를 포함하는 영역에는 절연지로 크래프트지만을 사용할 수 있다. 즉, 상기 절연층(14)을 상기 내부반도전층(12)에서 후술하는 외부반도전층(16) 방향으로 제1 절연층, 제2 절연층 및 제3 절연층으로 구분하여 제1 절연층 및/또는 제3 절연층에는 크래프트지만을 사용하며, 제2 절연층에는 상기 복합 절연지를 사용할 수 있다.
이 경우, 복합절연지가 권취된 제2 절연층과 크래프트지가 권취된 제1 절연층 및/또는 제3 절연층 간에 저항률 차이가 발생하며, 저항률이 낮은 크래프트지가 권취된 상기 절연층(14)의 제1 절연층 및/또는 제3 절연층은 저항률이 상대적으로 낮아 상기 절연 취약부에 분담되는 전계를 완화하는 작용을 한다. 구체적으로, 저항률에 따라 전계가 분포되는 직류 케이블의 저항성 전계분포 특성상 저항률이 높은 복합 절연지가 권취된 상기 제2 절연층에 높은 전계가 작용하며, 상기 제1 절연층 및/또는 제3 절연층에 포함된 도체 직상구간 및/또는 금속시스 직하구간에 상대적으로 낮은 전계가 작용하므로 절연 취약부에 작용하는 전계가 완화되어 절연 성능을 안정화할 수 있다.
또한, 상기 절연층(14)은 제3 절연층을 제1 절연층 보다 두껍게 형성할 수 있다. 상기 절연층(14)의 외부에 후술하는 금속시스(22)를 형성하거나, 케이블 코어부가 내측부터 순차적으로 노출된 두 개의 전력 케이블을 접속한 후 금속시스(22)을 복원하는 경우 등에 있어서 가해지는 열이 상기 절연층(14)의 제2 절연층에 인가되어 상기 플라스틱 필름의 변형이 발생할 수 있기 때문에 상기 제1 절연층보다 제2 절연층을 두껍게 형성하여 제2 절연층의 플라스틱 필름을 열로부터 보호하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 절연층의 두께는 전력 케이블에 요구되는 임펄스 서지 전압 등을 고려하여 선정할 수 있다.
상기 절연층(14)의 외부에는 외부반도전층(16)이 구비될 수 있다. 상기 외부반도전층(16)은 내부반도전층과 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 수행할 수 있다. 또한, 상기 외부반도전층(16)은 금속화지를 추가로 구비할 수 있다. 상기 금속화지는 크래프트지에 알루미늄 박막을 적층하여 형성할 수 있으며, 상기 절연층(14)의 절연유 함침이 용이하도록 복수개의 천공이 존재할 수 있다.
상기 케이블 코어부(10)는 케이블에 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 수분 흡수부(21)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 수분 흡수부는 상기 도체(11)의 연선된 소선 사이 및/또는 상기 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 수분 흡수부는 급격한 전계 변화를 방지하기 위하여 반도전성을 가질 수 있다.
상기 케이블 코어부(10)의 외부에는 케이블 보호부(20)가 구비되며, 해저에 포설되는 전력케이블은 케이블 외장부(30)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 케이블 보호부 및 케이블 외장부는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인으로부터 코어부를 보호한다.
상기 케이블 보호부(20)는 금속시스(22)와 고분자 시스(24)를 포함하여, 사고전류, 외력 내지 기타 외부환경 요인으로부터 케이블을 보호한다.
상기 금속시스(22)는 상기 코어부(10)를 둘러싸도록 형성할 수 있다. 특히, 상기 전력 케이블이 해저와 같은 환경에 포설되는 경우, 수분과 같은 이물질이 상기 케이블 코어부(10)에 침입하는 것을 방지하기 위해 상기 케이블 코어부(10)를 실링하도록 형성할 수 있으며, 상기 케이블 코어부(10) 외부에 용융된 금속을 압출하여 이음새가 없는 연속적인 외면을 가지도록 형성하여 차수성능이 우수하게 할 수 있다. 상기 금속으로는 납(Lead) 또는 알루미늄을 사용하며, 해저에 포설되는 전력 케이블의 경우에는 해수에 대한 내식성이 우수한 납을 사용하는 것이 바람직하고, 기계적 성질을 보완하기 위해 금속 원소를 첨가한 합금연(Lead alloy)을 사용하는 것이더욱 바람직하다. 또한, 상기 금속시스(22)는 전력 케이블 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, 상기 금속시스(22)는 케이블의 내식성, 차수성 등을 추가로 향상시키고 상기 고분자 시스(24)와의 접착력을 향상시키기 위해 표면에 부식 방지 컴파운드, 예를 들어, 블로운 아스팔트 등이 도포될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 금속 시스(22)와 상기 케이블 코어부(10) 사이에는 동선직입 테이프 내지 수분 흡수층(21)이 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 동선직입 테이프는 동선(Copper wire)과 부직포 테이프 등으로 구성되어 외부반도전층(16)과 금속시스(22)간의 전기적 접촉을 원활히 하는 작용을 하며, 상기 수분흡수층은 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 동선직입 테이프와 수분 흡수층은 급격한 전계 변화를 방지하기 위해 반도전성을 가지는 것이 바람직하며, 통전 및 수분흡수 작용을 모두 할 수 있도록, 수분 흡수층에 동선을 포함시켜 구성할 수도 있다.
상기 고분자 시스(24)는 상기 금속시스(22)의 외부에 형성되어 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 고분자 시스(24)는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 등과 같은 수지로 형성될 수 있으며, 해저에 포설되는 전력 케이블의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 난연성이 요구되는 환경에서는 폴리염화비닐 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전력 케이블(100)은 상기 고분자 시스의 내측 또는 외측에 아연도금 처리된 강철 케이프 등으로 구성되는 금속 보강층(26)을 구비하여, 상기 절연유의 팽창에 의해 상기 금속시스(22)가 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 금속 보강층(26)의 상부 및/또는 하부에는 반도전성 부직포 테이프 등으로 이루어져 전력 케이블에 가해지는 외력을 완충하는 베딩층(미도시)을 구비할 수 있으며, 폴리염화비닐 내지 폴리에틸렌 등의 수지로 구성되는 외부 시스(28)를 더 구비하여 전력 케이블의 내식성, 차수성 등을 더욱 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 추가적으로 보호할 수 있다.
또한, 해저에 포설되는 전력 케이블은 선박의 닻 등에 의해 외상을 입기 쉬우며, 해류나 파랑 등에 의한 굽힘력, 해저면과의 마찰력 등에 의해서도 파손될 수 있으므로 이를 막기 위하여 상기 케이블 보호부의 외부에 케이블 외장부(30)를 추가로 구비할 수 있다.
상기 케이블 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 있으며, 상기 전력 케이블의 기계적 특성과 성능을 강화하는 기능을 수행할 뿐만아니라 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(34)은 색상이 다른 2종 이상의 재료로 구성되어 해저에서 포설된 케이블의 가시성을 확보할 수 있다.
도 2는 상기와 같은 구성을 가지는 절연유 함침 케이블(100A, 100B)을 서로 연결시키기 위한 접속함(200) 및 상기 접속함(200)을 절연유로 주유하기 위한 접속함 주유시스템(300)을 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 한 쌍의 절연유 함침 케이블(100A, 100B)에서 절연층(14A, 14B) 및 도체(11A, 11B)가 노출된 상태에서 절연유 함침 케이블(100A, 100B)의 도체(11A, 11B)의 각 단부를 압착슬리브(19)로 압착하거나 용접하여 서로 전기적으로 연결한다.
상기 절연유 함침 케이블(100A, 100B)의 각 도체를 접속한 다음, 상기 도체(11A, 11B)의 접속부위를 비롯한 절연층(14A, 14B, 14C)의 적어도 일부를 감싸는 보강절연층(210)을 형성하게 된다.
상기 보강절연층(210)은 절연지 및/또는 복합절연지로 이루어질 수 있으며, 보강절연층(210)의 최내층(210A)은 절연지로 이루어지고, 최외층(210D)은 복합절연지로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 중간접속함(300)은 보강절연층(210)을 구비하는 경우에 절연지 및/또는 복합절연지로 이루어진 보강절연층을 구비할 수 있다. 이하, 구체적으로 살펴본다.
일 실시예에서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압착슬리브(330)와 상기 케이블(100)의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 절연지층(14A) 사이에는 소정의 공간이 잔존할 수 있다. 상기 압착슬리브(330)와 상기 케이블(100)의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 절연지층(14A) 사이에 남아있는 공간은 크래프트지와 같은 절연지를 감싸 메꾸게 된다.
이 경우, 상기 보강절연층(210)의 절연지로 이루어진 최내층(210A)의 바깥면은 상기 케이블(100)의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 절연지층(14A)의 바깥면과 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 대략적으로 동일한 거리에 위치하게 된다.
또한, 상기 압착슬리브(330)의 바깥면은 전계분포를 균일하게 하기 위하여 반도전 테이프로 둘러싸일 수 있다. 이때, 상기 반도전 테이프의 바깥면이 케이블의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 절연지층(14A)의 바깥면 보다 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 가까운 거리에 위치하는 경우, 보강절연층(210)의 최내층(210A)의 바깥면이 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 대략 동일한 거리에 위치하도록 형성될 수 있다.
만약, 상기 보강절연층(210)의 절연지로 이루어진 최내층(210A)과 상기 케이블의 절연층(14)의 제일 안쪽에 위치한 절연지층(14A)의 바깥면이 상기 케이블의 길이방향 중심축으로부터 대략 동일한 거리에 위치하지 않아서 단차가 발생한다면, 상기 단차가 발생한 부분은 전계취약점으로 작용하여 전계가 집중되어 절연파괴를 야기할 수 있다.
한편, 상기 보강절연층(210)의 최외층(210D)은 상기 케이블(100)의 노출된 절연층(14)의 외경 이상에서 형성된다. 상기 케이블의 노출된 도체(210)가 압착슬리브(330)에 의해 접속되었으므로, 상기 압착슬리브(330)의 두께만큼 도체 구간의 높이가 증가하였을 뿐만 아니라 케이블 통전 시 상대적으로 열이 많이 발생하게 된다. 또한, 상기 절연보강층(310)은 복수의 절연지 내지 복합절연지를 권취하여 형성되어 상대적으로 절연에 취약한 부분이므로 상기 절연보강층(310)의 최외층(210D)을 케이블 절연층(14)의 외경 이상에서 형성하여 절연성능을 보강할 필요가 있다.
상기 절연보강층(310)의 최외층(210D)은 절연지에 비해 절연내력이 우수한 복합 절연지로 구성된다. 이 경우, 상기 케이블(100)의 동작 시에 상대적으로 온도가 높은 케이블(100)의 절연층(14) 및 상기 보강절연층(210)의 최외층의 안쪽에 위치한 영역(301A ~ 210C)까지에 집중되는 전계를 상기 보강절연층(210)의 최외층(210D)으로 분산시킬 수 있다.
한편, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)과 최외층(210D) 사이에 복합절연지층로 이루어진 중간층(210B, 210C)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 보강절연층(210)의 중간층은 상기 최내층(210A)과 최외층(210D) 사이에서 내측에서 외측으로 순차적으로 제1 중간층(210B)과 제2 중간층(210C)을 구비할 수 있다.
본 실시예에서 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)만 절연지로 이루어지고, 상기 보강절연층(210)의 제1 중간층(210B), 제2 중간층(210C) 및 최외층(210D)은 모두 복합절연지로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)이 절연지층으로 이루어지고, 상기 제1 중간층(210B) 및 제2 중간층(210C)이 복합절연지로 구성된 경우, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라 절연보강층 최내층(210A)의 크래프트지보다 저항율이 상대적으로 큰 복합절연지로 형성되는 상기 제1 중간층(210B) 및 제2 중간층(210C)에 전계가 많이 분포된다. 따라서, 케이블 작동 시 상대적으로 고온이 되어 절연유의 수축/팽창이 비교적 활발히 발생함에 따라 기포가 발생할 가능성이 높으며 전계 강도가 커서 상대적으로 절연에 취약한 절연보강층의 최내층(210A)에 분담되는 전계를 완화시킬 수 있게 되므로 절연성능의 안정화를 꾀할 수 있다.
또한, 보강절연층(210)의 최내층(210A)을 제외한 나머지 영역(210B ~ 210D)을 모두 복합 절연지로 지권하게 되므로 작업능률이 향상되어 생산성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 나아가 불량율을 줄일 수 있다.
한편, 다른 실시예에서 상기 보강절연층(210)은 복합절연지로 이루어진 제1 중간층(210B)과 절연지로 이루어진 제2 중간층(210C)을 구비할 수 있다.
이 때, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)과 최외층(210D) 사이에 구비되는 상기 제1 중간층(210B)과 제2중간층(210C)은 각각 상기 케이블(200)의 절연층(214)의 복합절연지층(214B) 및 바깥쪽의 절연지층(214C)과 상기 케이블(200)의 중심에서 동일한 거리에 배치된다. 결국, 상기 다른 실시예의 구성에 따르면 상기 케이블(200)의 노출된 절연층(214)의 외경 이하에서 상기 보강절연층(210)은 상기 케이블(200)의 절연층(214)과 동일한 재질 및/또는 구성을 가진다고 할 수 있다. 한편, 상기 케이블(200)의 최내층(210A)과 최외층(210D)은 전술한 상기 일 실시예와 마찬가지로 각각 절연지와 복합 절연지로 이루어진다.
이 경우, 상기 보강절연층(210)의 최내층(210A)이 절연지층으로 이루어지고, 상기 제1 중간층(210B)이 복합절연지로 구성되므로, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라 절연보강층 최내층(210A)의 크래프트지보다 저항율이 상대적으로 큰 복합절연지로 형성되는 상기 제1 중간층(210B)에 전계가 많이 분포된다. 따라서, 케이블 작동 시 상대적으로 고온이 되어 절연유의 수축/팽창이 비교적 활발히 발생함에 따라 기포가 발생할 가능성이 높으며 전계 강도가 커서 상대적으로 절연에 취약한 절연보강층의 최내층(210A)에 분담되는 전계를 완화시킬 수 있게 되므로 절연성능의 안정화를 꾀할 수 있다.
이어서, 상기 케이블의 외부반도전층(16)과 통전되는 반도전층 및 상기 케이블의 금속시스(22)와 통전되는 금속층이 상기 보강절연층(210) 상에 복원되고, 보호동관(240)이 씌워진다. 상기 보호동관(240)은 외부로부터 접속함 내부를 보호하고, 상기 케이블(100)의 금속시스(22)와 통전되어 사고 전류의 통로 역할을 할 수 있다.
상기 접속함(200)에는 절연유를 주유하여 절연성능을 담보할 필요가 있다. 구체적으로, 상기 보강절연층(210)과 상기 보호동관(240) 사이의 공간에 절연유를 충진하고, 크래프트 절연지 내지 복합절연지가 권취되어 형성된 상기 보강절연층을 절연유로 함침시켜 절연성능을 향상시킬 필요가 있다. 다만, 상기 복합절연지는 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지 필름 양면 또는 일면에 크래프트지가 접착된 구조로서, 상기 폴리프로필렌 수지 등의 열가소성 수지 필름은 절연유가 투과하지 못하며, 상기 복합절연지가 복수회 권취되어 형성되는 보강절연층(240)은 상기 복합절연지 틈으로만 절연유 함침통로가 형성되며, 고점도 절연유를 함침시켜야 하므로 함침 어려움이 있다.
또한 상기와 같은 구성을 가지는 접속함의 구조에서, 상기 보강절연층(210)은 절연유에 함침된 상태이지만, 상기 절연유 사이에 기포 등이 생기거나 불순물이 침입하는 경우에 상기 접속함의 전체적인 절연성능의 저하를 초래할 수 있다.
따라서, 이하에서는 상기와 같은 절연성능의 저하를 방지하고, 나아가 전체적인 절연성능의 향상을 위한 접속함 주유시스템에 대해서 살펴보도록 한다.
상기 접속함 주유시스템(300)은 상기 접속함(200)을 형성하는 보호동관(240)에 구비되어 절연유가 이동하는 통로를 제공하는 유입관(310), 상기 유입관(310)과 연결되어 상기 유입관(310)으로 공급되는 절연유가 수용된 절연유공급부(340), 상기 절연유공급부(340)와 연결되고, 소정의 기체를 상기 절연유공급부(340)에 주입시켜 상기 절연유를 가압하는 가압부(350), 상기 보호동관(240)를 따라 상기 유입관(310)의 반대방향에 구비되어 상기 절연유가 배출되는 배출관(330), 상기 배출관(330)과 연결되어 상기 접속함(200)의 내부를 진공상태로 유지하도록 하는 진공펌프(360), 상기 배출관(330)에 연결되어 상기 접속함(200)의 진공도를 감지하는 진공측정부(370), 및 상기 가압부(350)에서 상기 절연유공급부(340)로 주입되는 상기 소정의 기체의 압력과 시간을 조절하는 제어부(380)를 구비할 수 있다.
상기 보호동관(240)에는 유입관(310)과 배출관(330)이 구비될 수 있다. 상기 유입관(310) 및 배출관(330)은 후술하는 절연유가 이동하는 통로를 제공하게 된다. 상기 유입관(310)과 상기 배출관(330)은 상기 보호동관(240)의 외주를 따라 서로 반대방향으로 형성된다.
즉, 상기 보호동관(240)의 외주를 따라 서로 반대방향으로 한 쌍의 관을 형성한 다음, 상기 보호동관(240)에서 지면을 향하는 관(또는 중력방향을 향하는 관)을 유입관(310)으로 정의하고, 상기 보호동관(240)에서 상기 유입관(310)의 반대방향에 위치한 관(중력방향의 반대방향을 향하는 관)을 배출관(330)으로 정의할 수 있다. 지면을 향하는 유입관(310)을 통해 중력방향과 반대방향으로 절연유가 유입되므로, 즉 접속함(300)의 아래부터 절연유를 채우게 되므로 접속함(300) 내에 절연유를 채우는 과정 중에 접속함(300) 내에서 기포가 발생할 수 있다.
상기 유입관(310)과 배출관(330)은 상기 보호동관(240)을 관통하여 상기 보강절연층(210), 및 상기 보강절연층 상에 복원된 반도체층과 금속층으로 절연유를 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 상기 유입관(310)을 통해 절연유를 주입하는 경우, 상기 주입된 절연유가 반도전층 및 금속층을 통해 보강절연층(210)을 함침시키면서 상부의 배출관(330)을 통해 외부로 배출된다. 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.
상기 유입관(310)은 상기 보강절연층(210)을 함침시키기 위한 절연유 또는 절연컴파운드가 수용된 절연유공급부(340)와 연결될 수 있다. 상기 절연유공급부(340)는 예를 들어 절연유를 수용하는 압력탱크 등으로 이루어질 수 있다. 상기 유입관(310)에는 상기 절연유공급부(340)에서 공급되는 절연유를 공급을 선택적으로 차단하는 제1 밸브(312)가 구비될 수 있다. 상기 제1 밸브(312)의 조작에 의해 상기 금속시스(20) 내부로 공급되는 절연유를 선택적으로 차단할 수 있다.
상기 가압부(350)는 상기 절연유공급부(340)와 연결되고, 상기 가압부(350) 내의 소정의 기체를 상기 절연유공급부(340)에 주입시켜 상기 절연유를 가압할 수 있다. 상기 가압부(350)는 예를 들어 펌프 등으로 구성될 수 있다. 상기 가압부(350)는 상기 절연유공급부(340)에 직접 연결되며, 상기 유입관(310)과는 연결되지 않을 수 있다. 즉 상기 가압부(350)와 상기 절연유공급부(340)를 연결하는 관로는 상기 유입관(310)과는 별도로 구비되며, 상기 가압부(350)는 상기 유입관(310)을 통하지 않고 상기 절연유공급부(340)에 상기 관로를 통해 연결될 수 있다.
상기 가압부(350)는 그 내부에 소정의 기체를 포함할 수 있으며, 일 예로서 상기 소정의 기체는 질소(N2) 가스일 수 있다. 상기 가압부(350)는 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부(340)에 주입시킴으로써 상기 절연유공급부(340) 내의 절연유를 가압할 수 있다. 상기 절연유공급부(340)는 상기 접속함(200)과 연결되는바, 상기 소정의 기체가 상기 절연유공급부(340)에 주입되어 상기 절연유를 가압함에 따라 상기 접속함(200) 내의 절연유도 가압되어 상기 접속함(200) 내의 압력이 증가할 수 있다.
상기 가압부(350)와 상기 절연유공급부(340)를 연결하는 관로에는 제2 밸브(314)가 배치될 수 있다. 상기 제2 밸브(314)의 개폐에 따라 상기 가압부(350)에서 상기 소정의 기체가 상기 절연유공급부(340)로 유입되거나 차단될 수 있다. 이에 따라 상기 가압부(350)는 제2 밸브(314)를 통해 가압여부가 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템은 상기 접속함(200) 내로의 상기 절연유의 주유와 상기 절연유의 가압이 동시에 진행될 수 있다. 즉 상기 접속함(200) 내에서의 상기 절연유가 상기 접속함(200)의 절연층(240)에 함침됨에 따라 감소되는 상기 절연유의 양만큼 계속적으로 상기 접속함(200)에 상기 절연유를 공급함으로써 상기 접속함(200) 내에서 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지할 수 있다. 또한 상기 접속함(200) 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하는 동안, 상기 가압부(350)는 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부(340)에 유입시켜 상기 접속함(200) 내의 상기 절연유에 압력을 가할 수 있다.
즉, 상기 소정의 기체가 상기 절연유공급부(340)에 유입되어 상기 접속함(200)으로의 상기 절연유 주입과 가압이 동시에 진행될 수 있다. 상기 접속함(200) 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하면서 상기 소정의 기체 유입에 의한 가압이 동시에 이루어지므로 상기 보강절연층(210)의 일부가 미함침되는 문제를 해결할 수 있으며, 상기 보강절연층(210)의 미함침에 따른 절연파괴 현상을 개선할 수 있다. 또한 접속함(200)에 절연유가 가득찬 상태에서도 보강절연층(210)을 함침할 수 있으므로 절연유 주유시 접속함(200)을 수평으로 유지하지 않더라도 절연유 함침을 용이하게 할 수 있다.
제어부(380)는 상기 가압부(350)에서 상기 절연유공급부(340)로 주입되는 상기 소정의 기체의 압력과 시간을 조절할 수 있다. 즉 상기 제어부(380)는 상기 가압부(350) 및 상기 절연유공급부(340)와 각각 연결되어, 상기 가압부(350)에서 상기 절연유공급부(340)로의 상기 소정의 기체 유입을 제어하고, 상기 절연유공급부(340)에서 상기 접속함(200)으로의 상기 절연유의 주입을 제어할 수 있다.
일 예로서 상기 제어부(380)는 상기 절연유공급부(340)에서의 압력이 소정의 시간 동안에 증가하도록 하거나, 상기 절연유공급부(340)에서의 압력이 소정의 시간 동안 일정하게 유지되도록 상기 가압부(350)에서 상기 절연유공급부(340)로 주입되는 상기 소정의 기체의 양을 제어할 수 있다. 상기 절연유공급부(340)에서의 압력이 소정의 시간 동안에 증가하여야 하는 경우에는 상기 제어부(380)는 상기 가압부(350)에서 상기 절연유공급부(340)로 주입되는 상기 소정의 기체의 양이 시간에 따라 증가하도록 상기 가압부(350)를 제어할 수 있다. 또한 상기 절연유공급부(340)에서의 압력이 소정의 시간 동안 일정하게 유지되도록 하여야 하는 경우에는 상기 제어부(380)는 상기 가압부(350)에서 상기 절연유공급부(340)로 주입되는 상기 소정의 기체의 양이 시간에 따라 일정하도록 상기 가압부(350)를 제어할 수 있다.
상기 접속함(200)과 상기 절연유공급부(340) 사이를 연결하는 관로 사이에 배치되는 제1 밸브(312), 상기 절연유공급부(340)와 상기 가압부(350) 사이를 연결하는 관로 사이에 배치되는 제2 밸브(314), 및/또는 상기 진공펌프(360)와 상기 접속함(200) 사이를 연결하는 관로 사이에 배치되는 제3 밸브(332)는 일 예로서 솔레노이드 밸브일 수 있다.
솔레노이드 밸브인 제1 밸브(312), 제2 밸브(314), 및 제3 밸브(332)는 상기 절연유공급부(340), 상기 가압부(350), 상기 제어부(380), 및/또는 진공펌프(360)의 전원이 오프(off)된 경우에 닫혀지게 되어 상기 접속함(200) 내의 압력은 전원이 오프되기 전 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라 안정적인 함침이 가능하다.
상기 유입관(310)의 반대방향에 구비된 배출관(330)은 상기 금속시스(20)의 내부를 소정의 진공도를 가지는 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(360)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 배출관(330)에는 상기 배출관(330)을 선택적으로 차단하는 제3 밸브(332)를 구비할 수 있고, 나아가 상기 배출관(330)은 진공펌프(360)와 진공도를 감지할 수 있는 진공측정부(370)와 연결된다. 상기 진공펌프(360)는 상기 배출관(330)을 통해 상기 금속시스(20) 내부의 공기를 배출시켜, 상기 금속시스(20)의 내부를 소정의 진공도를 가지는 진공상태로 형성하여, 상기 금속시스(20) 내의 보강절연층(210)에 잔존하는 기포 등을 제거하게 된다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 경우에 보강절연층(210)을 함침하여 절연성능 저하를 방지하는 함침 공정에 대해서 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 함침 공정의 순서도이다. 도 3을 참조하면, 상기 함침공정은 상기 보호동관(240) 내의 보강절연층(210)에서 기포를 제거하는 탈포 단계(500A)와, 상기 보호동관(240) 내로 절연유를 주입하는 주유 단계(500B)와, 상기 보호동관(240) 내부로 소정의 압력을 가하면서 상기 절연유를 주입하는 주입/가압단계(500C)를 포함할 수 있다.
상기 탈포단계(500A)는 상기 보호동관(240) 내의 보강절연층(210)에 남아 있는 기포를 보호동관(240)의 외부로 배출하여 제거하는 단계이다.
구체적으로, 상기 유입관(310)의 상기 제1 밸브(312) 및 제2 밸브(314)를 차단하여 상기 유입관(310)을 통해 절연유의 유입이 없는 상태에서 제3 밸브(332)를 개방한다. 상기 제3 밸브(332)가 개방된 상태에서 상기 진공펌프(360)를 구동시켜 상기 보호동관(240) 내부의 공기를 외부로 배출하여 상기 보호동관(240) 내부를 소정의 진공상태로 유지한다. 이 경우, 상기 보호동관(240) 내부의 공기를 배출하는 경우에 상기 보강절연층(210)에 잔존하는 기포가 배출될 수 있도록 상기 진공도를 적절히 유지하는 것이 바람직하다. 상기 진공도 유지는 상기 진공측정부(370)를 통해 미리 결정된 진공도를 유지하도록 상기 진공펌프(360)의 구동을 제어하여 이루어진다.
상기 진공펌프(360)의 구동에 의해 상기 보호동관(240) 내부의 공기가 배출되며, 이에 의해 상기 보강절연층(210)에 잔존하는 기포도 상기 배출관(330)을 통해 외부로 배출된다. 이어서, 상기 보호동관(240) 내로 절연유를 주입하는 주유 단계(500B)가 시작된다.
상기 주유단계는 상기 제3 밸브(332)가 개방된 상태에서 상기 제1 밸브(312)를 개방하여 수행된다. 상기 제1 밸브(312)를 개방하고 상기 절연유공급부(340)를 통해 상기 보호동관(240)의 내부로 절연유를 공급한다. 이때, 상기 유입관(310)은 전술한 바와 같이 지면을 향해 구비되므로 중력에 의해 상기 절연유의 유입이 곤란할 수 있다. 따라서, 상기 제2 밸브(314)를 개방하고 상기 가압부(350)를 구동시켜 상기 절연유공급부(340)를 향해 소정의 압력을 가함으로써 상기 절연유의 유입을 보다 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 절연유의 유입을 보다 원활히 하기 위하여 소정의 온도를 가할 수 있다. 절연유에 온도를 가하기 위해 절연유공급부(340)의 일측에는 히터(341)가 배치될 수 있다. 이와 같이 온도를 가하게 되면 절연유의 유동을 촉진시켜 절연유의 유입을 보다 용이하게 수행할 수 있다.
상기 유입관(310)을 통해 상기 보호동관(240)의 내부로 유입된 상기 절연유는 상기 보호동관(240)의 하부에서 차오르면서 상기 보강절연층(210)을 이루는 절연지를 다시 함침하게 된다. 이 경우, 보강절연층(210)의 외부에 구비된 외부반도전층(16)은 절연지 등을 감아서 형성되므로, 절연유는 상기 외부반도전층(16)을 통해 상기 보강절연층(210)을 함침시키게 된다.
한편, 상기 절연유를 상기 보호동관(240)의 내부로 주입하는 중에도 상기 유입관(310)과 연결되는 진공펌프(360)는 계속 구동 중이므로, 상기 보호동관(240)의 내부로 유입된 절연유가 기포를 포함한 경우라 하여도 상기 기포는 상기 배출관(330)을 통하여 외부로 배출된다. 상기 보호동관(240)의 내부를 절연유로 채우고 나서 제3 밸브(332)를 차단한다. 여기서, 상기 절연유가 상기 배출관(330)을 통해 외부로 배출되는 경우에 상기 보호동관(240)의 내부가 상기 절연유로 충진된 것으로 판단할 수 있다.
이어서, 상기 보호동관(240) 내부로 소정의 압력을 가하는 주유/가압단계(500C)를 수행한다. 상기 주유/가압단계(500C)는 제3 밸브(332)가 닫히고, 제1 밸브(312)와 제2 밸브(314)가 개방된 상태에서 수행된다. 즉, 상기 절연유가 상기 보호동관(240) 내에 가득 찬 후에도 상기 절연유공급부(340)에 상기 소정의 기체를 주입하여 상기 절연유를 가압할 수 있다.
상세히 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법은 상기 접속함(200) 내로의 상기 절연유의 주유와 상기 절연유의 가압이 동시에 진행될 수 있다. 상기 접속함(200) 내에서의 상기 절연유가 상기 접속함(200)의 절연층(240)에 함침됨에 따라 감소되는 상기 절연유의 양만큼 계속적으로 상기 접속함(200)에 상기 절연유를 공급함으로써 상기 접속함(200) 내에서 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지할 수 있다. 또한 상기 접속함(200) 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하는 동안, 상기 가압부(350)는 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부(340)에 유입시켜 상기 접속함(200) 내의 상기 절연유에 압력을 가할 수 있다.
즉, 상기 소정의 기체가 상기 절연유공급부(340)에 유입되어 상기 접속함(200)으로의 상기 절연유 주입과 가압이 동시에 진행될 수 있다. 상기 접속함(200) 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하면서 상기 소정의 기체 유입에 의한 가압이 동시에 이루어지므로 상기 보강절연층(210)의 일부가 미함침되는 문제를 해결할 수 있으며, 상기 보강절연층(210)의 미함침에 따른 절연파괴 현상을 개선할 수 있다. 또한 상기 보호동관(240) 내에 충진된 절연유가 상기 보강절연층(210)을 균일하게 함침할 수 있으며, 나아가 기포가 제거되고 남은 공극을 절연유로 메꾸어 절연성능의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 절연유에 의한 함침을 보다 원활히 하기 위하여 소정의 온도를 가할 수 있다. 이와 같이 온도를 가하게 되면 절연유의 유동을 촉진시켜 절연유에 의한 보강절연층의 함침을 보다 용이하게 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10..도체
12..내부반도전층
14..절연층
16..외부반도전층
100..케이블
200..접속함
240..보호동관
300..주유시스템
310..유입관
312..제1 밸브
314..제2 밸브
330..배출관
332..제3 밸브
340..절연유공급부
350..가압부
360..진공펌프
370..진공측정부
12..내부반도전층
14..절연층
16..외부반도전층
100..케이블
200..접속함
240..보호동관
300..주유시스템
310..유입관
312..제1 밸브
314..제2 밸브
330..배출관
332..제3 밸브
340..절연유공급부
350..가압부
360..진공펌프
370..진공측정부
Claims (14)
- 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유시스템에 있어서,
상기 절연유를 수용하며, 상기 접속함과 연결되어 상기 접속함에 상기 절연유를 공급하는 절연유공급부; 및
상기 절연유공급부와 연결되고, 소정의 기체를 상기 절연유공급부에 주입시켜 상기 절연유를 가압하는 가압부; 를 구비하며,
상기 접속함 내로의 상기 절연유의 주유와 상기 절연유의 가압이 동시에 진행되며,
상기 접속함 내에서의 상기 절연유가 상기 접속함의 절연층에 함침됨에 따라 감소되는 상기 절연유의 양만큼 계속적으로 상기 접속함에 상기 절연유를 공급하여 상기 접속함 내에서 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하고,
상기 접속함 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하는 동안, 상기 가압부는 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부에 유입시켜 상기 접속함 내의 상기 절연유에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 가압부에서 상기 절연유공급부로 주입되는 상기 소정의 기체의 압력과 시간을 조절하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 절연유공급부에서의 압력이 소정의 시간 동안에 증가하도록 하거나, 상기 절연유공급부에서의 압력이 소정의 시간 동안 일정하게 유지되도록 상기 가압부에서 상기 절연유공급부로 주입되는 상기 소정의 기체의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 제1항에 있어서,
상기 접속함과 상기 절연유공급부 사이를 연결하는 관로 사이, 또는 상기 절연유공급부와 상기 가압부 사이를 연결하는 관로 사이에 배치되는 솔레노이드 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 제1항에 있어서,
상기 소정의 기체는 질소(N2) 가스인 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 제1항에 있어서,
전원 공급이 차단된 경우에도 상기 접속함 내의 압력은 유지되는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 제1항에 있어서,
상기 접속함 내의 상기 절연유가 배출되는 배출관;
상기 배출관과 연결되어 상기 접속함의 내부를 진공상태로 유지하도록 하는 진공펌프; 및
상기 배출관에 연결되어 상기 접속함의 진공도를 감지하는 진공측정부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템. - 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유 방법에 있어서,
상기 접속함을 진공배기시키는 단계;
상기 접속함 내에 상기 절연유를 가득 채우는 단계;
상기 절연유를 상기 접속함 내에 가득 채우면서 동시에 상기 절연유의 유입원인 절연유공급부에 소정의 기체를 주입하여 상기 절연유를 가압하는 단계; 및
상기 접속함 내에서의 상기 절연유가 상기 접속함의 절연층에 함침됨에 따라 감소되는 상기 절연유의 양만큼 계속적으로 상기 접속함에 상기 절연유를 공급하여 상기 접속함 내에서 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하고, 상기 접속함 내에 상기 절연유가 가득찬 상태를 유지하는 동안, 상기 소정의 기체를 상기 절연유공급부에 유입시켜 상기 접속함 내의 상기 절연유에 압력을 가하는 단계; 를 구비하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법. - 삭제
- 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 소정의 기체는 질소(N2) 가스인 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법. - 제10항에 있어서,
전원 공급이 차단된 경우에도 상기 접속함 내의 압력은 유지되는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유 방법.
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| KR1020160171413A KR102608270B1 (ko) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템 및 방법 |
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| KR1020160171413A KR102608270B1 (ko) | 2016-12-15 | 2016-12-15 | 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템 및 방법 |
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Family Applications (1)
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Citations (1)
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| JP2003059362A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-02-28 | Fujikura Ltd | 油浸紙ソリッドケーブルの製造方法 |
Family Cites Families (2)
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| JPS58172918A (ja) * | 1982-04-01 | 1983-10-11 | 日立電線株式会社 | ガス含浸架橋ポリエチレン電力ケ−ブル用終端接続部 |
| KR102230586B1 (ko) * | 2014-04-11 | 2021-03-19 | 엘에스전선 주식회사 | 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템 |
-
2016
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Patent Citations (1)
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