KR20060115989A - 전기 케이블의 연속적인 제조 방법 - Google Patents

전기 케이블의 연속적인 제조 방법 Download PDF

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세르지오 벨리
알베르토 바레지
가이아 델아나
크리스티아나 셀자
파브리지오 도나찌
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피렐리 앤 씨. 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명은 전기 케이블을 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히 a)도체를 소정 공급속도로 공급하는 단계; b)열가소성 절연층을 도체 방사상 바깥 위치에 압출성형하는 단계; c)압출된 절연층을 냉각시키는 단계 및 압출된 절연층 주위에 둘레방향으로 감싸진 금속실드를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 연속적으로 수행된다. 즉, 냉각단계의 말단과 실드형성단계의 처음 사이에 발생하는 시간이 도체의 공급시간과 반비례한다.
전기 케이블, 금속실드, 절연층, 충격보호요소,

Description

전기 케이블의 연속적인 제조 방법{Continuous Process For Manufacturing Electrical Cables}
본 발명은 전기 케이블, 특히 중/고전압의 송전 또는 배전용 케이블의 제조방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 중전압은 통상으로 약1kV 내지 약60kV를 가리키며, 고전압은 60kV이상의 전압을 가리킬 때 사용한다. 또한 본 기술분야에서 때때로 '초고전압'이 약 150kV 또는 220kV 보다 크고 500kV이하 또는 그보다 큰 전압을 정의하는데 사용된다.
상기의 케이블은 직류(DC)와 교류(AC)의 송/배전에 모두 사용될 수 있다.
중/고전압의 송/배전용 케이블은 일반적으로 각기 내부 반도성층, 절연층 그리고 외부 반도성 층으로 둘러싸인 금속 도체를 가지고 있다. 이하 명세서에서 상기 요소들을 '코어'라는 용어로 나타낼 것이다.
케이블은 상기 코어 바깥쪽으로 방사상의 위치에 보통 알루미늄, 납 또는 구리로 된 금속실드(혹은 차폐층)가 제공된다.
금속실드는 코어를 나선형으로 감고 있는 금속 와이어나 테이프로 구성되거나, 밀폐를 위해 용접 또는 봉인된 관상의 금속 테이프 등과 같은 연속된 관으로 구성된다. 금속실드는 코어의 외부 반도성층에 직접 접촉됨으로써 케이블 안쪽으로 규칙적인 방사형태의 전기장을 발생시키는 동시에 케이블 외부의 전기장을 상쇄시키는 기능을 한다. 또다른 기능은 단락전류를 견디는 것이다.
원주의 연속적인 관상 형태로 된 금속실드는 또한 방사상의 수분 침투를 막아주게 된다.
금속실드의 예는 US Re36307에 기재되어 있다.
단극형태의 구성에서 상기 케이블은 상술한 금속실드외부의 방사상 위치에 고분자 덮개(oversheath)를 더 포함한다.
또한, 일반적으로 송/배전용 케이블에는 외부면에서 일어나는 우발성 충격으로부터 상기 케이블을 보호하기 위한 하나 이상의 층이 제공된다.
케이블상의 우발성 충격은 예를들면, 케이블의 운반도중 또는 토양에 도랑을 파서 케이블을 매설하는 단계동안에 발생할 수 있다.
이러한 우발성 충격은 절연층의 변형, 반도성층으로부터 절연층의 분리를 포함하는 일련의 구조적 손상을 일으킬 수 있고, 이 구조적 손상은 절연층의 전기 전압 응력에서의 변화를 유발하여 절연층의 절연용량을 필연적으로 감소시킨다.
교차결합 절연 케이블이 공지되어 있고, 이들의 제조방법은 예를들어, EP1288218, EP426073, US2002/0143114, US4469539에 기재되어있다.
케이블 절연체의 교차결합은 소위 실레인 교차결합을 사용하거나 과산화물을 사용함으로써 제조될 수 있다.
첫번째 경우에서, 도체주위의 압출절연체를 포함하는 케이블 코어는 물함유 분위기(주위 습도와 같은 액체, 증기)하에 비교적 장기간(수시간 혹은 수일) 방치되어 물이 절연체를 통해 확산하여 교차결합을 일어나도록 한다. 이것은 케이블 코어에 고정된 길이의 스풀로 된 코일을 필요로 하는데, 이는 본질적으로 수행될 연속적인 방법에 장애가 된다.
두번째 경우에, 교차결합은 비교적 고온 및 고압 하에서 과산화물의 분해에 의해 유발된다. 이때 화학반응으로 기체 상의 부산물이 발생 되는데, 이 부산물은 경화되는 과정과 그 이후에도 절연체를 통해 확산되어져야만 한다.
따라서, 케이블 코어에 그 이후의 과정이 진행되기 전에 기체 부산물이 제거되기에 충분할 만큼의 일정기간 동안 방치하는 기체 제거단계가 수반돼야 한다(특히 층들이 세로로 접혀진 금속층 등으로 이루어진, 기밀 또는 실질적으로 기밀인 경우).
본 발명의 출원인은 실질적인 실험을 통해 추가층의 형성 이전에 기체 제거단계가 없다면 특정한 환경조건(예를 들어, 케이블 코어에 다량의 태양광이 조사되는 등의)하에서 금속실드 및/또는 고분자 덮개에 예기치않은 변형이 일어날 수 있다는 것을 알게 되었다.
게다가, 기체 제거단계가 없는경우 케이블 코어에 부착된 추가층들의 존재로 인해 기체상의 부산물들(예를 들어, 메탄, 아세토페논, 쿠민알콜)이 빠져나가지 못하고 케이블 코어에 갇히게 되고 케이블의 말단에서만 빠져나갈 수 있다. 이럴 경우 상기의 기체 부산물들 중 일부(예를 들어 메탄)는 가연성이 있기 때문에 땅속 도랑에 매설 또는 연결하는 동안에 폭발할 우려가 있는 등, 매우 위험하다.
또한, 추가층을 붙이기전에 기체 제거단계가 없는경우 절연 층의 전기적 특성을 열화시킬 수 있는 기공이 발생할 수도 있다.
열가소성 절연체로 구성된 케이블의 제조방법이 본 출원인의 WO 02/47092에 기재되어져 있고,여기서 케이블은 유전액체와 혼합된 열가소성 중합체를 포함하는 열가소성 물질을 압출 성형한 후 정지형 믹서를 통과시켜 제조되며, 그런 열가소성 물질은 압출헤드에 의해 도체 주위에 붙여진다. 냉각 및 건조단계후에 케이블 코어를 릴에 감은 채 방치하였다가 얇은 구리 띠 혹은 구리선을 케이블 코어 상에 나선으로 감음으로써 금속실드를 붙인다. 그런다음 외부 중합체 덮개로 케이블을 완성한다.
이러한 압출성형된 절연층을 실드에 적용시킨, 계속적인 케이블 코어의 제조는 이전에 주목받지 못하였다. 사실 이전의 실드는 이후에 설명되듯이, 회전하는 장치에 스풀이 장착되어져야 하는 것으로써, 불연속적인 공정에만 적합한 것이었다.
그러나 본 발명의 출원인은 경화나 기체제거의 목적으로 휴식단계를 거치는 것은 각각의 케이블의 길이에 제한(요구되는 케이블 릴에서의 보관)이 생기게 되므로 바람직하지 않다는 것을 알게 되었다. 이것은 또한 공간상/물류상의 문제점이 생기게 하고 제조시간을 길어지게 하므로, 결과적으로 케이블 제조비용의 증가를 초래한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 출원인은 케이블을 연속적인 방법, 즉 열가소성 절연체물질을 세로로 접혀진 둘레방향으로 연속적인 금속실드와 조합하여 사용함으로써 중간에 휴식 또는 보관단계 등이 없는 방법에 의해 매우 편리하게 제조할 수 있다는 것을 알게 되었다.
제 1 양태에서, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 전기 케이블을 제조하기 위한 연속적인 방법에 관한 것이다:
- 소정의 공급속도로 도체를 공급하는 단계;
- 열가소성 절연층을 방사방향으로 상기 도체 외부에 압출성형하는 단계;
- 압출성형된 절연 층을 냉각하는 단계;
- 상기 압출성형된 절연 층의 주위에 둘레방향으로 감싸진 금속실드를 형성하는 단계를 포함하고, 냉각하는 단계의 끝과 실드 형성단계의 시작 사이의 시간은 도체의 공급속도와 반비례 하는 것을 특징으로 한다.
특히, 압출성형된 절연층의 주위에 둘레방향으로 감싸진 금속실드는 세로방향으로 접은 금속판을 가장자리를 맞물리거나 겹쳐서 형성한다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 따른 상기 금속실드를 형성하는 단계는 금속판의 가장자리를 겹치는 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 금속실드를 형성하는 단계는 상기 금속판의 가장자리를 결합하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 본 방법은 도체를 금속막대의 형태로 공급하는 단계를 포함한다.
게다가 바람직하게, 본 발명의 방법은 금속실드 주위에 충격보호요소를 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 충격보호요소는 압출성형에 의해 제공된다. 바람직하게는 상기 충격보호요소는 비 발포성 중합체 층과 발포성 중합체 층을 포함한다. 바람직하게는, 발포성 중합체 층은 비 발포성 중합체 층의 외부 방사상으로 위치한다. 바람직하게는, 비 발포성 중합체층 및 발포성 중합체 층은 동시 압출에 의해 제공된다.
본 발명의 방법은 일반적으로 금속실드 주위에 덮개를 붙이는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 압출성형으로 덮개를 제공한다.
바람직하게는, 충격보호요소는 감싸진 금속실드와 덮개 사이에 제공된다.
바람직하게는, 절연층의 열가소성 중합체 물질은 소정량의 유전성 액체를 포함한다.
게다가 본 출원인은 발명의 연속적인 방법에 의해 얻어진 케이블은 케이블상에 일어나는 우발성 충격에 대해 놀라울 만큼 강한 기계적 저항을 가진다는 것을 발견하였다.
특히, 본 출원인은 둘레방향으로 감싸진 금속실드가 그 바깥쪽에 방사상으로 위치한 적어도 하나의 발포성 중합체 층을 포함하는 충격보호요소와 결합함으로써, 상당한 충격보호 효과가 편리하게 구현되어진다는 것도 발견하였다.
게다가 본 출원인은 케이블에 상당한 충격이 가해짐으로 해서 실드에 변형이 발생한 경우, 실드가 연속적으로 부드럽게 변형됨으로써 절연 층에 어떠한 국지적인 전기장의 변화도 일으키지 않게 되므로 둘레방향으로 감싸진 형태의 금속실드는 특히 유리하다는 것을 주목하게 되었다.
또한 본 출원인은 열가소성 절연층의 둘레방향으로 감싸진 금속실드 및 적어도 하나의 발포성 중합체층을 포함하는 충격보호요소를 구비한 케이블이 연속적인 제조방법에 의해 편리하게 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다.
또한 본 출원인은, 우발성 충격에 대한 기계적 저항은 금속실드에 대하여 내부 방사상위치에 추가의 발포성 중합체 층을 포함함으로써 쉽게 증가시킬 수 있다는 것 역시 알게 되었다.
바람직하게, 상기 추가의 발포성 중합체 층은 방수층이다.
본 발명의 두 번째 양태는,
- 도체;
- 도체 외부 방사상으로의 열가소성 절연층;
- 상기 절연층의 주위의 적어도 하나의 발포성 중합체 층;
- 상기 절연층 주위에 둘레방향으로 감싸진 금속실드; 및
- 상기 금속실드의 외부 방사상으로 적어도 하나의 비 발포성 중합체 층 및 그 외부 방사상으로 적어도 하나의 발포성 중합체 층을 포함하는 금속실드 외부 방사상 위치에의 충격보호요소를 포함하는 전기 케이블에 관한 것이다.
더욱 상세한 설명은 이후 발명의 상세한 설명에서 첨부된 도면을 참고로 서술되어질 것이다.
도1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전기 케이블의 투시도이다.
도2는 본 발명의 실시예 2에 따른 전기 케이블의 투시도이다.
도3은 본 발명의 방법에 따른 케이블의 생산설비를 도식화한 것이다.
도4는 본 발명의 방법에 따른 케이블의 선태적인 생산설비를 도식화한 것이다.
도5는 와이어형태의 실드가 구비된 기존의 전기 케이블이 충격에 의해 손상된 모습의 단면도이다.
도6은 본 발명에 따라 제조된 전기 케이블이 충격에 의해 손상된 모습의 단면도이다.
도1 및 도2는 본 발명의 방법에 의해 제조된 통상적으로 중전압 및 고전압 범위에서 사용하기 위해 설계된 전기 케이블(1)의 투시도 및 부분적인 단면도를 보여주고 있다. 이 케이블(1)은 도체(2), 내부 반도성층(3), 절연층(4), 외부 반도성층(5), 금속실드(6) 그리고 충격보호요소(20)를 포함한다.
바람직하게는, 도체(2)는 금속막대이고, 구리나 알루미늄으로 제조된 것이 바람직하다.
선택적으로 도체(2)는 적어도 두개의 금속와이어, 바람직하게는 구리나 알루미늄을 포함하고 이는 종래기술에 따라 함께 꼬아진다.
도체(2)의 단면은 선택된 송전 전압과 관련하여 결정된다. 본 발명에 따르면 바람직한 단면의 면적은 16㎟ 에서 1600㎟의 범위이다.
본 명세서에서 '절연물질'이라는 용어는 적어도 5kV/㎜, 바람직하게는 10kV/㎜ 이상의 유전강도(dielectric rigidity)를 갖는 물질을 나타내는데 사용된다.
중-고전압송전용 케이블(즉, 전압 약 1kV이상)의 경우, 바람직하게 절연물질은 40kV/㎜ 이상의 유전강도(dielectric rigidity)를 가진다.
일반적으로 송전용 케이블의 절연층은 유전상수(K)가 2 이상이다.
내부 반도성층(3)과 외부 반도성층(5)은 일반적으로 압출성형으로 얻어진다.
반도성층(3,5)의 기본적인 중합물질은 발포성 중합체 층을 참조하여 본 명세서에서 언급한 것들로부터 편리하게 얻어질 수 있으며, 중합물질에 반도성 성질을 부여하기 위해 전기전도성 퍼니스 블랙(furnace black)이나 아세틸렌 블랙(acetylene black) 등과 같은 전기전도성 카본 블랙이 첨가된다. 특히 카본 블랙의 표면적은 일반적으로 20㎡/g 이상이며, 보통 40 내지 500㎡/g 사이의 범위이다. 표면적이 적어도 900㎡/g의 고전도성 카본 블랙을 사용하는 것이 유리하며, 예를 들어 상표명이 Ketjenblack® EC (Akzo Chemie NV)인 퍼니스 카본 블랙이 상업적으로 알려져 있다. 중합체 기질에 첨가되는 카본 블랙의 양은 사용되어지는 중합체나 카본 블랙의 타입, 의도적인 발포의 정도, 발포제 등에 따라 다양할 수 있다. 따라서 첨가되는 카본 블랙의 양은 발포성 중합물질에 충분한 반도성 성질을 부여할 수 있을 만큼 되어야 하며, 특히 상온에서 발포성 중합물질의 체적저항이 500 Ωm 미만, 바람직하게는 20 Ωm 미만이 되어야 한다. 통상적으로 카본 블랙의 양은 중합체의 중량에 대해 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 3 내지 30 중량%의 범위로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 내부 및 외부 반도성층(3,5)은 비교차결합된 중합체 물질, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌 물질을 포함한다.
바람직하게는 절연층(4)은 소정양의 유전성 액체를 함유하는 열가소성 중합물질이 포함된 열가소성 물질로 만들어진다.
바람직하게는 열가소성 중합체 물질은 폴리올레핀, 서로 다른 올레핀들의 공중합체, 올레핀과 에틸렌 계의 불포화 에스터의 공중합체, 폴리에스터, 폴리아세테이트, 셀룰로오스 중합체, 폴리카보네이트, 폴리설폰화물, 페놀수지, 요소수지, 폴리케톤, 폴리아크릴레이트, 폴리아마이드, 폴리아민 그리고 이들의 혼합물들 중에서 선택된다. 적절한 중합체의 예는, 폴리에틸렌(PE), 특히 저밀도 PE(LDPE), 중밀도 PE(MDPE), 고밀도 PE(HDPE), 선형 저밀도 PE(LLDPE), 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE); 폴리프로필렌(PP); 에틸렌/비닐 에스터 공중합체, 예를들면 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA); 에틸렌/아크릴레이트 공중합체, 특히 에틸렌/메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌/에틸 아크릴레이트(EEA) 및 에틸렌/부틸 아크릴레이트(EBA); 에틸렌/α-올레핀 열가소성 공중합체; 폴리스티렌; 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 (ABS)수지; 할로겐화 공중합체, 특히 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리우레탄(PUR); 폴리아마이드; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)와 같은 방향족 폴리에스터; 및 이들의 공중합체 또는 이들의 기계적 혼합물이다.
바람직하게는 유전성 액체는 임의로 산소, 질소, 황으로부터 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 함유하고 있으며, 나프텐 오일, 방향족 오일, 파라핀 오일, 폴리방향족 오일과 같은 광유; 액상 파라핀; 콩기름, 아마인 오일, 피마자 기름등의 식물성 오일; 올리고머 방향족 폴리올레핀; 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁 스 등의 파라핀 왁스; 실리콘 오일, 알킬벤젠(예를들어, 다이벤질톨루엔, 도데실벤젠, 다이(옥틸벤질)톨루엔등), 지방족 에스터(예를들어, 펜타에리트리톨의 테트라에스터, 세바신 산의 에스터, 프탈산에스터등), 올레핀 올리고머(예를들어 선택적으로 수소화된 폴리부텐 혹은 폴리 이소부텐)와 같은 합성오일; 혹은 이들의 혼합물 중에서 선택 될 수 있다. 방향족, 파라핀 및 나프텐 오일이 특히 바람직하다.
도1 및 도2에 도시된 바람직한 실시예에서 금속실드(6)는 연속적인 금속판으로 만들어지며, 바람직하게는 튜브형태로 알루미늄이나 구리로 만들어진다.
금속실드(6)를 형성하는 금속판은 가장자리를 겹쳐서 외부 반도성층(5)의 주위를 감싸며 세로로 접혀져 있다.
편리하게, 밀봉 접합제가 겹쳐진 가장자리 사이에 삽입되면 금속실드는 방수가 된다. 선택적으로 금속판의 가장자리를 용접할 수도 있다.
도1 및 도2에 도시된대로 금속실드(6)는 덮개(23)로 둘러싸여 있으며, 이 덮개는 바람직하게는 폴리비닐 클로라이드(PVC)나 폴리에틸렌(PE) 등의 비교차결합성 중합물질로 제조되고, 두께는 기계적 응력과 충격에 대한 소정의 저항력을 가지도록 선택되어야 하나 케이블의 직경이나 강도를 과도하게 증가시키지 않아야한다. 이런 해결책은 충격이 별로 가해질 위험이 없거나 별도의 보호가 이루어지는 등의 잘 보호된 곳에서 사용되는 케이블의 경우는 상관이 없다.
향상된 충격보호가 요구될 때 특히 편리한, 도1에 도시된 바람직한 실시예에 의하면 케이블(1)은 상기 금속실드(6)에 대해 방사상으로 외부에 위치한 충격보호요소(20)를 구비한다. 상기 실시예에 따르면 충격보호요소(20)는 비 발포성 중합체 층(21)(방사상으로 내부위치)과 발포성 중합체 층(22)(방사상으로 외부위치)을 포함한다. 도1에 따르면 비 발포성 중합체 층(21)은 금속실드(6)에 접하고 있으며 발포성 중합체 층(22)은 비발포성 중합체 층(21)과 덮개(23) 사이에 위치한다.
비 발포성 중합체 층(21)의 두께는 0.5㎜ 내지 5㎜의 범위이다. 발포성 중합체 층(22)의 두께는 0.5㎜ 내지 6㎜의 범위이다.
바람직하게는 발포성 중합체 층(22)의 두께는 비 발포성 중합체 층(21)의 두께의 1 내지 2배이다.
충격보호요소(20)는 충격에너지를 어느정도 이상 흡수하여 케이블(1)에 외부의 충격으로부터 향상된 보호를 제공한다.
발포성 중합체 층(22)에 사용되어지는 발포성 중합체 물질은 폴리올레핀, 서로 다른 올레핀들의 공중합체, 에틸렌계 불포화 에스터와 올레핀과의 공중합체, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 페놀수지, 요소수지 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 적절한 중합체들의 예는 폴리에틸렌(PE), 특히 저밀도 PE(LDPE), 중밀도 PE(MDPE), 고밀도 PE(HDPE), 선형 저밀도 PE(LLDPE), 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE); 폴리프로필렌(PP); 탄성중합성 에틸렌/프로필렌 공중합체(EPR) 또는 에틸렌/프로필렌/디엔 에테르 삼원 공중합체(EPDM); 천연고무; 부틸고무; 에틸렌/비닐 에스터 공중합체(예를 들면 에틸렌/비닐 아세테이트 (EVA)); 에틸렌/아크릴레이트 공중합체, 특히 에틸렌/메틸 아크릴레이트(EEA)와 에틸렌/부틸 아크릴레이트(EBA); 에틸렌/α-올레핀 열가소성 공중합체; 폴리스티렌; 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 수지; 할로겐화 공중합체, 특히 폴리비닐클로라이드(PVC); 폴리우레탄(PUR); 폴리아마이드; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)나 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)와같은 방향족 폴리에스터; 그리고 이들의 공중합체나 혹은 기계적인 혼합물이다.
바람직하게는 발포성 중합체 층(22)을 형성하는 중합성 물질은 에틸렌 및/또는 프로필렌에 기초한 폴리올레핀 중합체나 공중합체이고, 다음의 특정 형태로부터 선택된다.
(a) 예를 들면 비닐 아세테이트나 부틸 아세테이트의 에틸렌계 불포화 에스터와 에틸렌과의 공중합체, 이때 불포화 에스터의 양은 일반적으로 5 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 50 중량%;
(b) 에틸렌과 적어도 하나의 C3-C12 α-올레핀, 그리고 임의의 다이엔과의 탄성중합성 공중합체, 바람직하게는 에틸렌/프로필렌(EPR) 이나 에틸렌/프로필렌/다이엔(EPDM) 공중합체, 이때 공중합체는 일반적으로 에틸렌 35% ~ 90%몰, α-올레핀 10% ~ 65%몰, 다이엔 0% ~ 10%몰(예를들면 1,4-헥사디엔 이나 5-에틸리덴-2-노보넨);
(c) 에틸렌과 적어도 하나의 C4-C12 α-올레핀, 바람직하게는 1-헥센, 1-옥텐, 임의로 다이엔과의 공중합체로, 밀도가 0.86g/㎤ 내지 0.90g/㎤이며 그 조성은 에틸렌 75%몰 내지 97%몰, α-올레핀 3%몰 내지 25%몰, 다이엔 0%몰 내지 5%몰;
(d) 에틸렌/C3-C12 α-올레핀 공중합체로 개질된 폴리프로필렌, 이때 폴리프로필렌과 에틸렌/C3-C12 α-올레핀 공중합체의 중량비가 90/10 내지 10/90, 바람직 하게는 80/20 내지 20/80.
예를 들면, 상업용 제품으로 Elvax®(듀퐁), Lebapren®(바이에르) 와 Lotryl® (Elf-Atochem)등이 (a)계열에 속하며, Dutral®(Enichem)이나 Nordel®(다우-듀퐁)이 (b)계열, Engage®(다우-듀퐁)나 Exact®(엑손)이 (c)계열, Moplen®이나 Hifax® (Basell), Fina-Pro®(Fina)등이 (d)계열에 속한다.
(d)계열에서는 폴리프로필렌과 같은 열가소성 중합체의 연속된 메트릭스와, 교차결합된 EPR 또는 EPDM과 같은 경화된 탄성중합성 중합체의 미소입자(일반적으로 직경 1㎛ ~ 10㎛)가 열가소성 메트릭스로 분산된 것을 포함하는 열가소성 탄성중합체가 특히 바람직하다.
탄성중합성 중합체는 비경화된 상태로 열가소성 메트릭스에 혼합된 다음 적정량의 교차결합제를 첨가하여 가공하는 동안 활발하게 교차결합을 형성한다.
선택적으로, 탄성중합성 중합체를 분리하여 경화시킨 후, 열가소성 메트릭스로 확산시켜 미세입자를 형성한다.
이러한 형태의 열가소성 탄성중합체는 예를들어 US 특허 4,104,210 또는 유럽특허출원 EP 324,430에 기술되어 있다. 이러한 열가소성 탄성중합체들은 케이블에 열이 가해지는 과정 중 모든 범위의 작업온도 범위에서 반경방향의 힘을 탄성적으로 흡수하는데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌기 때문에 바람직하다.
본 발명의 설명을 위해서, '발포성' 중합체라는 용어는 '공극'부피(다시말 해, 중합체 외에 공기나 기체가 차지하는 공간)의 백분율이 중합체 전체 부피의 10%를 넘는 구조의 중합체를 가리킨다.
일반적으로, 발포성 중합체 내의 자유공간의 백분율은 발포도(G)로 나타낸다. 본 명세서에서 '중합체의 발포도'는 다음 방식으로 결정되는 중합체의 발포를 나타낸다;
G(발포도) = (d0/de-1)
d0는 비 발포성 중합체(즉, 필수적으로 공극 부피가 없는 구조의 중합체)의 밀도를 가리키며, de는 발포성 중합체에서 측정된 겉보기밀도를 가리킨다.
바람직하게는 발포성 중합체 층(22)의 발포도는 0.35 내지 0.7의 범위, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 범위에서 선택된다.
바람직하게는 비 발포성 중합체 층(21)과 덮개(23)는 보통 폴리비닐 클로라이드나 폴리에틸렌 등과 같은 폴리올레핀물질로 만들어진다.
도1 및 도2에 도시된대로 케이블(1)은 외부 반도성층(5)과 금속실드(6) 사이에 놓인 방수층(8)을 더 구비한다. 바람직하게는 방수층(8)은 발포성, 수팽윤성, 반도성층이다.
발포성, 수팽윤성, 반도성층의 예는 본 출원인 명의의 국제특허출원 WO 01/46965에 기술되어있다.
바람직하게는 방수층(8)의 발포성 중합체는 발포성 층(22)에 사용하기위해 전술한 중합체 물질 중에서 선택된다.
바람직하게는 방수층(8)의 두께는 0.2㎜ 내지 1.5㎜의 범위이다.
방수층(8)의 주된 목적은 케이블 내부로 세로방향의 물이 침투하는 것을 막기 위한 효과적인 장벽을 제공하는 것이다.
수팽윤성 소재는 일반적으로 세분화된 형태, 특히 분말 형태이다. 수팽윤성 분말을 구성하는 입자는 바람직하게 직경이 250㎛를 넘지 않는 것으로 평균직경은 10㎛ 내지 100㎛이다. 보다 바람직하게는 직경 10㎛ 내지 50㎛범위인 입자의 양이 분말의 총중량에 대해 적어도 50 중량% 이다.
수팽윤성 물질은 일반적으로 중합체 사슬에 친수성 기를 가지는 단중합체 또는 공중합체로 구성되어지며, 예를들면, 교차결합되고 적어도 부분적으로 염화된 폴리아크릴산(예를들면 Cabloc®(C.F. Stockhausen GmbH)나 Waterlock®(Grain Processing Co.)); 전분이나, 아크릴 아마이드와 소듐 아크릴레이트의 공중합체와 반응된 전분유도체(예를들면 SGP Absorbent Polymer®(Henkel AG)); 소듐 카복시메틸 셀룰로오스(예를들면 Blanose®(Hercules Inc.)) 등이 있다.
수팽윤성 물질이 발포성 중합체 층에 첨가되는 양은 일반적으로 5phr 내지 120phr, 바람직하게는 15phr 내지 80phr인 것으로 한다.(phr = 기본중합체의 중량을 100으로 한 중량부)
이에 더해 방수층(8)의 발포성 중합체 물질은 반도성층(3,5)을 참조하여 상기한대로 적당한 전기전도성 카본 블랙을 첨가하여 반도성을 가지도록 변형된다.
게다가 도1의 케이블에 반도성 특성을 가지고 수팽윤성 물질(예를 들면 반도 성 방수층(8))을 함유하는 발포성 중합체 물질을 제공함으로써 케이블을 사용하는 동안 받는 열순환에 의한 팽창과 수축의 반경방향 힘을 탄성적으로 균일하게 흡수할 수 있고, 케이블과 금속실드 사이의 필요한 전기적 항상성을 보장할 수 있는 층이 형성된다.
또한, 발포성 층으로 확산된 수팽윤성 물질은 수분 및/또는 물을 효과적으로 차단할 수 있어 수팽윤성 테이프의 사용이나 유리 수팽윤성 분말의 사용을 피할 수 있게 한다.
게다가 도1의 케이블에 반도성 방수층(8)을 제공함으로써 외부 반도성층(5)의 두께를 줄이는데 유리하다. 이는 외부 반도성층(5)의 전기적 특성이 상기 반도성 방수층에 의해 부분적으로 수행되어질 수 있기 때문이다. 따라서 상기 양태는 외부 반도성층의 두께와 나아가 케이블 전체의 중량을 줄이는데 유리하다.
제조 공정과 설비
도3에 도시된 것 처럼, 본 발명에 따른 케이블의 제조 설비는 도체 공급유닛(201), 절연층(4)과 반도성층(3,5)을 얻기 위한 제 1 압출 구역(202), 냉각 구역(203), 금속실드 도입 구역(204), 충격보호요소(20)를 얻기 위한 제2 압출 구역(214), 덮개 압출 구역(205), 추가 냉각 구역(206) 및 테이크업 구역(207)을 포함한다.
편리하게는, 도체 공급유닛(201)은 금속막대를 케이블의 도체에 알맞은 직경으로 압연하는 장치를 포함한다(필요한 표면의 마감처리 제공).
용도(또는 다른 고객의 요구)에 의해 요구한 대로의 최종 케이블 길이를 연 속적으로 생산하기 위해 일정길이의 금속막대의 연결이 요구되는 경우, 도체 공급유닛(201)은 도체를 용접하고 열처리하기 위한 장치뿐만 아니라, 도체 자체에 연속적이고 일정한 속도의 공급에 영향을 미치지 않으면서 용접작업을 할 충분한 시간을 제공하는데 적합한 축적유닛을 포함하는 것이 편리하다.
케이블 코어(2a)를 얻기 위하여 제 1 압출 구역(202)은 도체 공급유닛(201)에 의해 공급된 도체(2)상에 절연층(4)을 압출하는데 적합한 제 1 압출성형장치(110)를 포함한다; 도체(2)의 진행방향을 따라 제1 압출성형장치(110) 보다 선행하여 내부 반도성층(3)을 도체(2)의 외부 표면(그리고 절연층(4)의 안쪽)에 압출성형 하기에 적합한 제2 압출성형장치(210)가 있다; 그 다음엔 외부 반도성층(5)을 절연층(4) 주위에 압출하기 적합한 제3 압출성형장치(310)가 있다.
제1, 제2 그리고 제3의 압출성형장치는 각각 압출 헤드를 가지며, 연속되도록 정렬될 수 있고, 또는 바람직하게는 3개 층의 동시압출이 가능한 통상의 3중 압출 헤드(150)로 연결될 수 있다.
압출성형장치(110)에 적합한 구조의 예는 WO 02/47092에 본 출원인의 이름으로 기재되어져 있다.
편리하게도, 제2, 제3의 압출성형장치는 제1압출성형장치(110)와 유사한 구조를 가진다.(그렇지않다면 특정소재를 적용시키기 위해 별도의 정렬이 요구되어질 것이다.)
케이블 코어(2a)가 통과하는 냉각 구역(203)은 냉각용 액체가 통과할 수 있는 오픈덕트가 설치된다. 상기 냉각용 액체로는 물이 바람직하다. 냉각 구역의 길 이, 냉각용 액체의 성질, 온도와 유속은 방법의 연속적인 단계를 위해 적절한 최종온도를 맞추도록 결정된다.
건조기(208)가 다음 구역으로 진입하기 전에 편리하게 사용되는데, 상기 건조기는 케이블의 성능에 전반적인 저하를 가져오는 것으로 알려져있는 습기 또는 물방울 등의 냉각 액체의 잔재를 제거하는데 효과적이다.
금속실드 도입구역(204)은 금속판(60)을 도입유닛(210)에 공급하는데 적합한 금속판 전달장치(209)를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 도입유닛(210)은 형성기(도면에 표시되지 않음)를 포함한다. 형성기에서 금속판(60)은 케이블 코어(2a)를 감싸고, 나아가 둘레방향으로 감싸진 금속실드(6)를 형성할 수 있도록 관상으로 세로로 접혀진다.
둘레방향으로 감싸진 금속실드(6)를 형성할 수 있도록 적당한 밀봉제 및 접합제가 금속판(60)의 가장자리의 겹쳐진 부분에 공급되어질 수 있다.
선택적으로, 둘레방향으로 감싸진 금속실드(6)를 형성할 수 있도록 적당한 밀봉제 및 접합제가 금속판(60)의 가장자리에 공급되어질 수 있다.
세로로 접힌 금속실드를 사용하는 것은 복수의 와이어(또는 테이프)를 금속실드에 나선형으로 감는데 필요한 복잡한 회전스풀을 사용하지 않고도 연속적인 방법으로 케이블을 생산 가능하도록 기여하는 바, 특히 편리하다.
특정의 케이블 디자인에 편리하도록 압출헤드(212)를 갖춘 추가압출기(211)가, 금속실드(6)의 아래쪽에 케이블 코어(2a) 주위로 발포성 반도성층(8)을 형성하도록 냉각기(213)과 함께 도입유닛(210)의 앞쪽에 장착된다.
바람직하게는 냉각기(213)는 강제공냉기 냉각기이다.
추가의 충격보호장치가 필요하지 않다면, 케이블은 마지막으로 덮개 압출기(220)와 그 압출헤드(221)를 포함하는 덮개 압출 구역(205)을 통과한다.
최종 냉각 구역(206) 다음에 공정을 끝마친 케이블이 스풀(222)에 감겨지도록 해주는 테이크업 구역(207)을 포함한다.
바람직하게는 테이크업 구역(207)은 케이블 제조방법을 방해하지않고도 다 감겨진 스풀을 새것으로 교체 가능하도록 해주는 축적 구역(223)을 포함한다.
향상된 충격 보호가 요구되는 경우라면, 도입유닛(210) 다음에 추가압출 구역(214)을 위치시킨다.
도3에 도시된 실시예에서, 압출 구역(214)은 통상의 3중 압출헤드(218)를 장착한 세 개의 압출성형기(215,216,217)를 포함한다.
더욱 상세하게는 압출 구역(214)은 발포성 중합체층(22)과 비 발포성 중합체 층(21)을 포함하는 충격 보호요소(20)를 제공하는데 적합하다. 비 발포성 중합체 층(21)은 압출기성형기(216)에 의해 제공되며, 발포성 중합체 층(22)은 압출성형기(217)에 의해 제공된다.
게다가 압출 구역(214)은 금속실드(6)와 충격보호요소(20)(즉, 비 발포성 중합체 층(21))의 사이에 결합을 향상시키는데 적합한 프라이머 층을 제공하는 추가 압출성형기(215)를 포함한다.
냉각 구역(219)은 추가적인 압출 구역(214)의 하부에 두는것이 편리하다.
도4는, 도3과 유사하지만 세 개의 압출기(215,216,217)는 각기 분리되어 각 자 별도의 독립한 압출헤드(215a,216a,217a)를 가진다.
개별 냉각 채널 또는 덕트(219a 및 219b)는 각각 압출 성형기(215 및 216)의 하부에 제공되고, 냉각 채널(219)은 압출성형기(217)다음에 위치된다.
다른 실시예(도시되지 않음)에 의하면, 프라이머 층과 비 발포성 중합체 층(21)이 동시압출로 함께 도입되고 이어서 발포성 중합체 층(22)의 압출이 수행된다.
또 다른 실시예(도시되지 않음)에 의하면, 프라이머 층과 비 발포성 중합체 층(21)이 공동압출로 함께 도입되고 이어서 발포성 중합체 층(22)과 덮개(23)가 동시압출로 성형되어진다. 선택적으로, 프라이머 층과 비 발포성 중합체 층(21)이 별도의 두 개의 압출헤드(215a,215b)에 의해 형성되고 발포성 중합체 층(22)과 덮개(23)가 동시압출로 함께 형성된다.
도3 및 도4에서 제조 설비의 레이아웃은 공장내 길이방향의 공간을 줄이기 위해 U자 모양으로 굽어져있다. 상기도면에서, 케이블의 진행방향은 냉각 구역(203) 이후에는 적절한 공지의 기술(예를 들면 롤러)을 사용해 역방향으로 한다.
선택적으로, 제조설비의 레이아웃은 길이방향으로 연장되고 케이블의 공급방향은 역전되지 않는다.
연속적인 제조 방법
상기한 설비에 의하면 케이블은 연속적인 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서에서 '연속적인 방법'은 일정길이의 케이블을 제조하는데 걸리는 시간이 케이블의 진행속도와 반비례하여 도체 공급과 완성된 케이블의 테이크업 사 이에 휴식 단계가 없는 방법을 말한다.
본 발명에 따라, 도체는 공급 유닛(201)에 의해 계속적으로 공급된다. 공급 유닛(201)은 도체를 계속적으로 공급할 수 있도록 정렬되어져 있다.
도체는 단일 금속막대(주로 알루미늄이나 구리)로 손쉽게 제조될 수 있다.
이 경우 사용중인 금속막대(주로 스풀 등에 감겨 있는 것)와 추가적인 금속막대를 연결함으로써 계속적인 공급이 가능해진다. 연결방법은 막대 양끝을 용접하는 방법 등이 있다.
본 발명의 연속적인 방법에 의하면, 제조된 케이블의 최대 길이는 케이블이 놓일 장소간의 거리(두 설비시설 사이)나 사용되어질 적재스풀의 최대 크기(운송에 있어서의 한계와도 관계가 있음), 최대 저장 가능한 길이 등과 같이 고객이나 설비자의 요구에 의해서 제한될 뿐, 사용가능한 원재료의 양이나 중간완성품의 길이, 혹은 기계의 용량 등에 의해서 제한받지 않는다.
이러한 방법으로 전선을 설치하면 케이블 간에 최소한의 연결구를 사용함으로써 라인의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다. 케이블 연결구는 불연속 포인트로서, 라인의 사용도중 전기적 문제를 일으키는 성향이 있는 것으로 알려져 있기 때문이다.
밧줄형태로 꼬아진 도체가 사용되는 경우, 꼬기 위해서는 회전하는 기계가 필요하고, 도체는 필요한 길이만큼 사전에 미리 제조되어야 하며, 이를 꼬아 잇는 작업도 어렵다. 또한 이런 경우 제조되는 케이블의 길이는 사용가능한 도체의 가닥의 길이에 의해 결정되고/되거나(고객의 요청에 기초해 미리 정해질 수도 있지만), 적재스풀의 용량에 의해 결정되어진다. 그렇지 않다면 도체의 공급부터 최종 단계까지 연속적일 수 있을 것이다.
절연층(4), 반도성층(3,5), 덮개(23), 충격보호요소(20, 있다면), 방수층(8, 있다면)의 압출성형은 압출될 다양한 물질 및 화합물들이 방해받지않고 각각의 압출기 입구에 제공될 수 있으므로 연속적으로 제조될 수 있다.
사실상, 기존의 교차결합된 절연케이블의 제조방법은 '휴식' 단계를 포함한다. 그러한 단계는 절연된 도체가 a)실레인 교차결합법의 경우 교차결합 반응이 일어나도록, b)과산화물 교차결합법의 경우 교차결합 반응의 부산물인 기체가 빠져나가도록 일정기간(수시간 혹은 수일) 동안 방치해 두는 것이다.
a)경우의 휴식 단계는 교차결합 반응의 속도를 향상시키기 위해 케이블을 릴에 감아서 오븐에 넣거나 80℃의 물속에 담근다.
b)경우의 휴식 단계는 기체 제거기간이므로 기체제거시간을 단축시키기 위해 릴에 감아서 오븐에 넣는다.
이러한 휴식 단계는 보통 해당 층의 압출성형 마지막에 중간완성단계의 요소를 스풀에 감아두기 때문에 생긴다. 이후에 교차결합된 중간완성단계의 요소를 독립된 다른 라인에 투입하여 케이블을 완성시킨다.
본 발명에 따르면, 금속실드(6)는 정지장치에 장착된 스풀로부터 편리하게 풀리는 세로방향으로 접힌 금속판으로부터 형성하는데, 이 금속판은 스풀로부터 풀리도록 그 회전축 주위를 자유롭게 회전한다.
따라서 본 발명의 방법에서는 용접 등으로 사용중인 스풀에 감긴 금속판의 끝과 새로운 스풀의 금속판을 손쉽게 이어붙일 수 있으므로 중단없이 금속판을 계속 제공할 수 있다. 일반적으로는 추가로 금속판을 축적해두는 적절한 장치가 제공된다.
이러한 작업은 나선형 타입의 실드(나선형으로 금속 와이어나 테이프가 감겨진 타입역시)가 사용되는 경우에는 불가능하다. 왜냐하면 이 경우 금속 와이어나 테이프가 감겨진 스풀은 케이블을 둘러싸고 회전하는 장치에 장착되기 때문에 빈 스풀을 새것으로 교체하는 동안 케이블의 진행은 방해받게 된다.
그러나 선택적으로 'S'와 'Z' 꼬기에 의해 와이어/테이프가 제공되는 경우에는 계속적인 공정의 진행을 유지하면서 와이어나 테이프로 만들어진 금속실드를 제공할 수 있다. 와이어/테이프가 감긴 스풀이 케이블 주변으로 회전하지 않아도 되기 때문이다. 그러나 세로로 접힌 금속실드를 사용하는 것이 열가소성 절연층과 반도성층의 사용과 관련하여 특히 편리하다는 것이 알려져있다.
사실상, 상기한 대로, 교차결합된 물질을 사용하는 경우 교차결합이 완료된 후 교차결합의 부산물인 기체를 제거하기 위해 일정기간이 필요하다. 기존에는 중간완성품(케이블 코어 등)을 교차결합 반응이 끝난 후 얼마 동안 방치하여 기체를 제거한다. 둘레방향으로 막히지 않은 금속실드(와이어나 테이프가 케이블 코어를 중심으로 나선형으로 감긴 타입)를 사용하는 경우 기체의 방출은 금속실드를 통한(예를 들어, 와이어 또는 테이프 겹침 영역을 통한)확산 및 금속실드에 대해 방사상으로 외부위치의 압출성형된 층을 통한 확산에 의해 이루어질 수 있다.
그러나 세로로 접힌 금속실드를 사용할 경우, 케이블 코어 주변으로 통 모양 으로 둘러막혀서 기체가 통하지 않는 형태를 구성한다. 이것은 기체부산물의 배출을 견고하게 차단한다. 따라서 세로로 접힌 금속실드를 교차결합된 절연층과 함께 사용할 경우 금속실드를 두르기 전에 기체의 제거가 실질적으로 끝나야만 한다.
이와는 대조적으로 열가소성, 비 교차결합성 소재의 절연 층을 사용할 경우 기체부산물이 발생하지 않으므로(따라서 기체제거의 과정도 필요하지 않음), 세로로 접힌 금속실드와 조합하여 사용할 경우, 오프라인에 '휴식' 단계가 필요 없기 때문에 케이블의 연속적인 제조가 가능해진다.
본 발명의 추가적인 설명을 위해 다음 실시예를 아래에 제공한다.
실시예 1
다음 실시예는 도1에 도시된 150㎟, 20kV의 케이블의 연속적인 제조방법의 주요 단계를 상세히 기술한다.
a) 케이블 코어 압출
케이블 절연층은 압출기(110)의 호퍼에 녹는점 165℃, 용융엔트로피 30J/g, MFI 0.8dg/min, 및 휨계수 150MPa을 가지는 프로필렌의 불균일상 공중합체 (Adflex® Q 200 F - Basell사 제품)를 직접 넣음으로써 얻었다.
이어서, 유전성 오일 Jarylec® Exp3 (Elf Atochem사 제품 - 다이벤질톨루엔)을 사전에 산화방지제와 섞어서 고압으로 압출기에 주입하였다.
압출기(110)의 직경은 80㎜, L/D비는 25이다.
유전성 오일은 압출과정중에 동일면에 각각 120˚를 이루고 있는 세 개의 주 입구를 통해 압출기(110)의 스크류로부터 20D 지점에 주입된다. 유전성 오일은 70℃의 온도, 250bar 압력에서 주입되었다.
내부 및 외부 반도성 층에 각각 상응하는 압출기를 사용하였다.
막대모양의 알루미늄 도체(2)(단면 150㎟)를, 3중 압출헤드(150)를 통해 공급하였다.
압출헤드(150)를 지난 케이블 코어(2a)는 찬물이 흐르는 홈 모양의 냉각 구역(203)을 통과하면서 냉각된다.
결과 얻어진 케이블 코어(2a)는 약 0.5㎜두께의 내부 반도성층(3), 약 4.5㎜두께의 절연층(4), 약 0.5㎜두께의 외부 반도성층(5)을 가진다.
b) 케이블의 반도성 발포성 방수층
두께 약 0.7㎜, 발포도 0.6의 발포성 반도성 방수층(8)을, 직경 60㎜, L/D비 20인 압출기(221)를 통해 케이블 코어(2a)에 제공하였다.
상기 발포성 층(8)의 물질은 아래 표 1에 나타내었다. 상기물질은 약 2%의 발포제 Hydrocerol CF® 70 (카복실산 + 소듐 바이카보네이트)을 호퍼에 첨가하여 화학적으로 팽창시켰다.
화합물 양(phr)
Elvax® 470 100
Ketjenblack® EC 300 20
Irganox® 1010 0.5
Waterloock® J 550 40
Hydorcerol® CF 70 2
상기 표에서,
- Elvax® 470 : 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체 (듀퐁 제품)
- Ketjenblack® EC 300 : 고전도성 퍼니스 카본 블랙 (Akzo Chemie 제품)
- Irganox® 1010 : 펜타에리트릴-테트라키스[3-(3,5-다이-t-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트](Ciba Specialty Chemicals 제품)
- Waterloock® J 550 : 제분된 교차결합 폴리아크릴산(부분염화)(Boeheringer Ingelheim 제품)
압출기(211)의 압출헤드(212)의 하부에서 냉각은 강제공냉식 냉각기(213)에 의해 제공되었다.
c) 케이블 금속실드 도입
케이블 코어(2a)에 발포성 반도성 층(8)이 제공된 후 도입유닛(210)에 의해 세로로 접혀지고 윤을 낸 약 0.3㎜ 두께의 알루미늄판을 그 겹쳐지는 부분에 접착제를 사용하여, 케이블 코어(2a)를 덮었다. 상기 접착제는 압출기(215)에 의해 제공되었다.
d) 케이블 충격 보호 요소 도입
이어서, 폴리에틸렌으로 된 약 1.5㎜두께의 내부 중합체 층(21)이 직경 120㎜, L/D비 25인 압출기(216)를 통해 알루미늄 실드위에 압출되었다.
도3에 도시된 설비에 따르면, 두께 약 2㎜, 발포도 0.55의 발포성 중합체 층(22)이 비 발포성 내부 중합체 층(21)과 동시압출되었다.
발포성 중합체 층(22)은 직경 120㎜, L/D비 25인 압출기(217)를 통해 제공되었다.
발포성 중합체 층(22)의 물질을 표 2에 나타내었다.
화합물 양(phr)
Hifax® SD 817 100
Hydrocerol® BiH40 1.2
상기 표에서,
- Hifax® SD 817 : 에틸렌/프로필렌 공중합체로 개질된 프로필렌 (Basell 제품)
- Hydrocerol® BiH40 : 카복실산 + 소듐 바이카보네이트 발포제 (Boeheringer Ingelheim 제품)
중합체 물질은 발포제(Hydrocerol® BiH40)를 압출기 호퍼에 주입하여 화학적으로 팽창시켰다.
압출헤드(218)로부터 약 500㎜ 떨어진 곳에 파이프 또는 홈 모양의 찬물이 흐르는 냉각 구역(219)이 위치하고 있으며 이곳에서 압출된 물질을 외부 비 발포성 중합체 층(23)이 압출되기 전에 팽창을 멈추고 냉각된다.
e) 케이블 덮개 압출
이어서, 폴리에틸렌으로 된 약 1.5㎜두께의 덮개(31)를 직경 120㎜, L/D비 25인 압출기(220)를 사용하여 압출하였다.
압출헤드(221)를 나온 케이블은 찬물이 흐르는 냉각 구역(206)을 통과하면서 최종적으로 냉각되었다.
완성된 케이블의 냉각은 냉각 구역의 세로방향 크기를 유익하게 줄인 다중통로 냉각 홈을 사용하였다.
충격과 하중에 대한 저항력
케이블에 케이블 자체의 변형을 유발시킬 만큼 케이블 외부에 충격이 가해지거나 심각한 하중이 부분적으로 가해지는 등의 기계적 스트레스가 있을 경우, 예를 들어 충격에너지가 충격보호층이 수용할 수 있는 용량을 초과하거나 충격보호층이 상대적으로 얇기 때문에 절연층까지 변형된 경우라도, 금속실드의 변형 윤곽은 연속적이고 부드러운 곡선을 그리며, 그로 인해 전기장의 국부적인 증가를 피할 수 있다는 것이 관찰되었다.
일반적으로 케이블의 덮개 및 절연층에 사용되는 물질은 충격 이후에 원래 크기나 모양의 일부만이 탄력적으로 회복되기 때문에, 비록 전류가 흐르기 전에 충격이 가해지더라도 전기응력을 버텨야하는 절연층의 두께는 감소하게 된다.
그러나 본 출원인은 금속실드가 케이블의 절연층 바깥쪽에 사용될 경우, 실드의 물질은 영구히 변형되어서 변형으로부터 탄력적으로 회복하는 능력을 제한하기 때문에 절연층이 자신의 원래 크기나 모양으로 회복되는 것도 방해받게 된다는 사실을 알게되었다.
결과적으로 충격 또는 적어도 이에 상당한 부분에 의해 발생된 변형은 충격의 원인이 제거된 후에도 케이블이 변형된 모습을 유지하게 한다.
상기의 변형으로 인해 절연층의 두께는 원래값 t0 에서 '손상된' 값 td 로 바뀌게 된다. 그렇게 되면 케이블에 전류가 흐를 경우, 충격 영역에서 전압응력(Γ)을 견뎌야 하는 절연층 두께의 실제값은 더이상 t0가 아니고 td 이다.
게다가 와이어나 테이프를 나선형으로 감은 '불연속' 형태의 금속실드를 사용할 경우, 충격보호층이 없는 경우(도5에 도시된 형태)는 물론 충격보호층이 있는 형태에서조차도 금속실드 구조의 불규칙적인 저항은 충격영역에 가까이 위치한 와이어를 심각하게 변형시킬 뿐 아니라 주변엔 거의 영향을 주지 않고 아래에 놓인 층에까지 '국부적'인 변형을 전달시킨다.
이러한 결과 절연 층에 '스파이크'효과가 발생하는데, 이것은 원래 충격영역에서 원형이던 전기장의 등전위면을 도5에 도시한 것처럼 변형시킨다. 고유의 등전위면은 점선으로 나타내었고, 변형된 후의 모습은 실선으로 표시하였다.
이럴 경우, 충격영역에서 등전위면은 서로 가까워지는데 이는 전기구배가 매우 급한 경사를 이루는 것을 의미한다. 이러한 국부적인 변화량의 증가는 충격에너지가 비교적 작은 경우라 할지라도, 부분방전 테스트에서 충격받은 케이블이 불량판정 받을 정도의 전기적 방전을 유발할 것이다.
그러나 본 출원인은 세로로 접힌 금속실드를 사용할 경우, 특히 발포성 충격보호 요소와 함께 사용할 경우 금속실드와 그 아래쪽에 놓인 층들의 변형되는 정도가 크게 감소한다는 것을 발견하였다.
사실상, 아래쪽에 놓인 금속실드에 의해 연속적으로 지지되는 발포성 충격보호 요소는 가해진 충격 에너지를 충격지점으로부터 주변으로 비교적 넓게 퍼뜨린다(도6).
따라서 등전위면의 국부적 변형은 감소하게 되고(물론, 넓은 범위에 걸치게된다), 동일한 에너지의 충격이 가해질 경우 상기 서술된 나선형 타입의 경우보다 덜 가까워지게 된다.
그 결과, 충격에 의한 전기구배의 증가가 최소화되고, 부분방전 테스트에 대한 저항성이 크게 증가한다.
본 명세서 내용중에 포함되어 있음.

Claims (19)

  1. - 도체(2)를 소정 공급속도로 공급하는 단계(201);
    - 열가소성 절연층(4)을 상기 도체(2)의 외부 방사상 위치에 압출성형하는 단계(202);
    - 상기 압출된 절연층(4)을 냉각시키는 단계(203);
    - 상기 압출된 절연층(4)의 주위에 둘레방향으로 감싸진 금속실드(6)를 형성하는 단계(210)를 포함하고, 상기 냉각 단계(203)의 말단에서 실드형성단계(210)의 처음까지 걸리는 시간이 도체(2)의 공급속도와 반비례하는 것을 특징으로 하는 전기 케이블(1)의 제조방법
  2. 제 1항에 있어서, 실드형성단계(210)가 상기 압출된 절연층(4) 주위로 금속판(60)을 세로로 접는 단계를 포함하는 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 실드형성단계(210)가 상기 금속판(60)이 금속실드(6)를 형성하도록 가장자리를 겹치는 단계를 포함하는 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 실드형성단계(210)가 상기 금속판(60)이 금속실드(6)를 형성하도록 가장자리를 결합하는 단계를 포함하는 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 도체(2)를 금속막대의 형태로 공급하는 단계를 더 포함하는 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 금속실드(6) 주위로 프라이머 층을 제공하는 단계를 더 포함하는 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 프라이머 층을 제공하는 단계가 압출에 의해 수행되어지는 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 둘레방향으로 감싸인 금속실드(6) 주위에 충격 보호요소(20)를 제공하는 단계를 더 포함하는 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 충격 보호요소(20)를 제공하는 단계가 상기 금속실드(6) 주위에 비 발포성 중합체 층(20)을 제공하는 단계를 포함하는 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 충격 보호요소(20)를 제공하는 단계가 발포성 중합체 층(22)을 제공하는 단계를 포함하는 제조방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 발포성 중합체 층(22)이 비 발포성 중합체 층(21)의 주위에 제공되어지는 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 금속실드(6) 주위에 덮개(23)를 제공하는 단계를 더 포함하는 제조방법.
  13. 제 10항 또는 제 12항에 있어서, 덮개(23)가 발포성 중합체 층(22) 주위에 제공되는 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서, 압출된 절연층(4)을 냉각시키는 단계(203)는 열가소성 절연층(4)을 연장된 냉각장치를 통해 도체(2)에 세로로 공급함으로써 수행되어지는 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서, 절연층(4)의 열가소성 중합체 물질이 폴리올레핀, 다른 종류의 올레핀들의 공중합체, 올레핀과 에틸렌게 불포화 에스터간의 공중합체, 폴리에스터, 폴리아세테이트, 셀룰로오스 중합체, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 페놀 수지, 요소 수지, 폴리케톤, 폴리아크릴레이트, 폴리아마이드, 폴리아민 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 물질이 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌/메틸 아세테이트(EMA), 에틸렌/에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌/부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌/α-올레핀 열가소 성 공중합체, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 (ABS) 수지, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈산(PET), 폴리부틸렌 테레프탈산(PBT) 및 이들의 공중합체 또는 기계적 혼합물 중에서 선택되는 제조방법,
  17. 제 1항에 있어서, 절연층(4)의 열가소성 중합체 물질이 소정양의 유전성 액체를 포함하는 제조방법.
  18. - 도체(2);
    - 상기 도체(2)의 방사방향 바깥쪽에 위치한 열가소성 절연층(4);
    - 상기 절연층(4) 주위의 적어도 하나의 발포성 중합체 층(8);
    - 상기 절연층(4) 주위의 둘레방향으로 감싸진 금속실드(6); 및
    - 금속실드(6)의 방사방향 외부에 위치한 충격 보호 요소(20)를 포함하고, 상기 충격 보호 요소(20)는 상기 금속실드(6) 주위에 적어도 하나의 비 발포성 중합체 층(21) 및 상기 비 발포성 중합체 층(21)의 방사방향 외부에 적어도 하나의 발포성 중합체 층(22)을 포함하는 전기 케이블(1)
  19. 제 18항에 있어서, 발포성 중합체 층(22)의 두께가 비 발포성 중합체 층(21)의 두께의 1 내지 2배인 전기 케이블(1).
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