KR20090096614A - 가공 송전 선로 - Google Patents

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KR20090096614A
KR20090096614A KR1020097013414A KR20097013414A KR20090096614A KR 20090096614 A KR20090096614 A KR 20090096614A KR 1020097013414 A KR1020097013414 A KR 1020097013414A KR 20097013414 A KR20097013414 A KR 20097013414A KR 20090096614 A KR20090096614 A KR 20090096614A
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안톤 에프. 자킴
더글라스 이. 존슨
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

적어도 2개의 상이한 도체를 갖는 데드-엔드 간 가공 송전 선로 및 도체들을 선택 및 설치하는 방법.
복합재, 알루미늄, 코어, 가공 송전, 도체, 장력, 데드-엔드

Description

가공 송전 선로 {OVERHEAD ELECTRICAL POWER TRANSMISSION LINE}
예를 들어, 강철 와이어 또는 알루미늄 매트릭스 복합재 와이어(예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금(예를 들어, 최대 2 중량% 구리) 내의 알파 알루미나 섬유)를 포함하는 코어 둘레에 꼬여있는 와이어(예를 들어, 알루미늄 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 합금 와이어 및 구리 합금 와이어)를 갖는 것들을 포함한 다양한 가공 (전기) 송전 도체의 사용이 당업계에 공지되어 있다.
전형적으로, 동일한 가공 송전 도체 구조물이 데드-엔드 타워들(dead-end towers) 간의 단일 장력 섹션(single tension section)에서 사용되지만, 장력 섹션이 수리될 때 구조물들의 조합을 만날 수 있다.
종래의 강철-코어 가공 송전 도체에 대한 대안인 많은 가공 송전 도체의 단가가 비교적 높거나 더 높기 때문에, 더 높은 단가의 가공 송전 도체를 데드-엔드 타워들 간의 장력 섹션 중 선택된 영역들에 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 다른 태양에서, 데드-엔드 타워들 간의 장력 섹션에 적어도 2개의 상이한 가공 송전 도체를 사용하기 위해 구조 유연성을 가질 수 있는 것이 바람직하다.
다른 태양에서, 많은 가공 송전 선로는 강과 같은 장애물을 건너가기 위해 특별히 설계된 섹션인 긴 경간의 횡단부와 같은 특별히 설계된 장력 섹션을 갖는다. 이들 송전 선로에 전기적 부하가 증가함에 따라, 이들 긴 경간의 횡단부는 " 열 병목(thermal bottleneck)"이 될 수 있다. 즉, 긴 경간의 횡단부는 송전 선로를 통해 흐를 수 있는 전류를 제약할 수 있는데, 이는 전류 흐름이 증가함에 따라 긴 경간의 횡단부 도체가 가열되고 열 팽창으로 인해 길어지며 허용된 최대값까지 처지게 됨으로써, 횡단 경간 아래에서의 틈(clearance)이 최소로 되기 때문이다. 종종 이들의 긴 경간 횡단부의 전류 전달 용량을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 기존의 전류 전달 용량을 유지하면서 더 큰 틈을 허용하도록 횡단 경간("제한 경간(limiting span)"이라고도 함)의 처짐을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 악천후가 구조물 또는 도체에 주는 구조적 부하(structural load)를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
발명의 개요
일 태양에서, 본 발명은,
제1 및 제2 데드-엔드 타워와,
제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이의 적어도 하나의 현수 타워(suspension tower)("직선 타워(tangent tower)"이라고도 함)와,
적어도 100 미터의 길이를 갖고 제1 데드-엔드 타워에 부착된 제1 단부 및 제2 데드-엔드 타워에 부착된 제2 단부를 갖는 가공 송전 도체 장력 섹션을 포함하는 설치된 데드-엔드 간 가공 송전 선로(dead-end-to-dead-end overhead electrical power transmission line)를 제공하는 방법으로서,
제1 및 제2 데드-엔드 타워를 제공하는 단계와,
제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이에 적어도 하나의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 또는 심지어 적어도 100개의) 현수 타워(들)를 제공하는 단계와,
제1 및 제2 단부와 적어도 100 미터의 (일부 실시 형태에서, 적어도 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 3,000, 5,000, 10,000, 15,000, 20,000, 25,000, 또는 심지어 적어도 약 30,000 미터의) 길이를 갖는 가공 송전 도체 장력 섹션을 선택하는 단계-가공 송전 도체 장력 섹션은 적어도 제1 및 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션을 포함하고 제1 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 제1 열 팽창 계수(예를 들어, 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서는 8×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃, 또는 심지어 14×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃의 범위에 있음), 제1 밀도(예를 들어, 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서, 2.7 g/㎤ 내지 3.6 g/㎤의 범위에 있거나 심지어 2.2 g/㎤ 내지 4.5 g/㎤의 범위에 있음), 제1 응력-변형 거동 및 제1 단면적을 가지며, 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 제2 열 팽창 계수(예를 들어, 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서는 8×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃, 또는 심지어 14×10-6/℃ 내지 20×106/℃의 범위에 있음), 제2 밀도(예를 들어, 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서, 2.7 g/㎤ 내지 3.6 g/㎤의 범위에 있거나 심지어 2.2 g/㎤ 내지 4.5 g/㎤의 범위에 있음), 제2 응력-변형 거동 및 제2 단면적을 갖고, 의도적으로는 (즉, 지정된 원하는 결과를 제 공하기 위해 이하의 속성들 중 적어도 하나에 기초하여 의도적으로 선택함) (a) 제1 및 제2 열 팽창 계수, (b) 제1 및 제2 밀도, (c) 제1 및 제2 응력-변형 거동, 또는 (d) 단면적 중 적어도 하나가 20℃ 내지 75℃ 범위의 온도에서 (일부 실시 형태에서, 25℃ 내지75℃, 20℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 100℃, 20℃ 내지 125℃, 25℃ 내지 125℃, 20℃ 내지 150℃, 25℃ 내지 150℃, 20℃ 내지 175℃, 25℃ 내지 175℃, 20℃ 내지 200℃, 25℃ 내지 200℃, 20℃ 내지 225℃, 25℃ 내지 225℃, 20℃ 내지 240℃, 25℃ 내지 240℃, 0℃ 내지 75℃, 0℃ 내지 100℃, 0℃ 내지 200℃, 0℃ 내지 300℃, -40℃ 내지 100℃, -40℃ 내지 200℃, 또는 심지어 -40℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서) 서로 상이하여, 적어도 20℃ 내지 75℃ 의 온도 범위에 걸쳐 (일부 실시 형태에서, 25℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 125℃, 25℃ 내지 150℃, 25℃ 내지 175℃, 25℃ 내지 200℃, 25℃ 내지 210℃, 25℃ 내지 220℃, 25℃ 내지 230℃, 25℃ 내지 240℃, 25℃ 내지 250℃, 25℃ 내지 275℃, 25℃ 내지 300℃의 범위에서), 가공 송전 도체 장력 섹션을 통하여 전류 흐름이 증가함에 따라, 도체 장력 섹션 전체가 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 도체만으로 이루어져 있을 때 동일한 조건 하에서 제2 가공 송전 장력 서브섹션의 장력과 비교하여 (일부 실시 형태에서, 적어도 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 또는 심지어 적어도 15%) 제2 가공 송전 도체 서브섹션의 장력이 높음-와,
선택된 가공 송전 도체 장력 섹션을 설치하는 단계를 포함하고, 가공 송전 도체 장력 섹션의 제1 및 제2 단부는 제1 및 제2 데드-엔드 타워에 각각 부착되고 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 적어도 일부분이 현수 타워에 의해 지지되는 방법을 제공한다.
일부 실시 형태에서, 제1, 제2 또는 임의의 부가의 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 복합재 (예를 들어, 알루미늄(알루미늄 합금을 포함함) 및 중합체 매트릭스 복합재) 코어를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1, 제2, 또는 임의의 부가의 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 인바(Invar) (즉, 철과, 니켈과, 선택적으로 크롬, 티타늄 및 탄소와 같은 기타 원소를 포함하는 철 합금으로, 그의 성분들의 선형 조합보다 열 팽창 계수가 작음) 코어를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 또는 심지어 적어도 100개의) 현수 타워가 제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이에 위치되어 있다.
다른 태양에서, 본 발명은
제1 및 제2 데드-엔드 타워와,
제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이의 적어도 하나의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 또는 심지어 적어도 100개의) 현수 타워(들)와,
제1 데드-엔드 타워에 부착되어 있는 제1 단부 및 제2 데드-엔드 타워에 부착되어 있는 제2 단부를 갖는 가공 송전 도체 장력 섹션을 포함하고, 가공 송전 도체 장력 섹션은 적어도 제1 및 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션을 포함하고, 제1 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 복합재 (예를 들어, 알루미늄(알루미늄 합금을 포함함) 및 중합체 매트릭스 복합재) 코어 또는 인바 코어 중 적어도 하나, 제1 열 팽창 계수(예를 들어, 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서는 8×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃, 또는 심지어 14×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃의 범위에 있음), 제1 밀도(예를 들어, 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서, 2.7 g/㎤ 내지 3.6 g/㎤의 범위에 있거나 심지어 2.2 g/㎤ 내지 4.5 g/㎤의 범위에 있음), 제1 응력-변형 거동 및 제1 단면적을 가지며, 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 제2 열 팽창 계수(예를 들어, 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서는 8×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃, 또는 심지어 14×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃의 범위에 있음), 제2 밀도(예를 들어, 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤의 범위에 있고, 일부 실시 형태에서는 2.7 g/㎤ 내지 3.6 g/㎤의 범위에 있거나 심지어 2.2 g/㎤ 내지 4.5 g/㎤의 범위에 있음), 제2 응력-변형 거동 및 제2 단면적을 갖고, (a) 제1 및 제2 열 팽창 계수, (b) 제1 및 제2 밀도, (c) 제1 및 제2 응력-변형 거동, 또는 (d) 단면적 중 적어도 하나가 20℃ 내지 75℃ 범위의 온도에서 (일부 실시 형태에서, 25℃ 내지 75℃, 20℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 100℃, 20℃ 내지 125℃, 25℃ 내지 125℃, 20℃ 내지 150℃, 25℃ 내지 150℃, 20℃ 내지 175℃, 25℃ 내지 175℃, 20℃ 내지 200℃, 25℃ 내지 200℃, 20℃ 내지 225℃, 25℃ 내지 225℃, 20℃ 내지 240℃, 25℃ 내지 240℃, 0℃ 내지 75℃, 0℃ 내지 100℃, 0℃ 내지 200℃, 0℃ 내지 300℃, -40℃ 내지 100℃, -40℃ 내지 200℃, 또는 심지어 -40℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서) 서로 상이하여, 적어도 20℃ 내지 75℃의 온도 범위에 걸쳐 (일부 실시 형태에서, 25℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 125℃, 25℃ 내지 150℃, 25℃ 내지 175℃, 25℃ 내지 200℃, 25℃ 내지 210℃, 25℃ 내지 220℃, 25℃ 내지 230℃, 25℃ 내지 240℃, 25℃ 내지 250℃, 25℃ 내지 275℃, 25℃ 내지 300℃의 범위에서), 가공 송전 도체 장력 섹션을 통하여 전류 흐름이 증가함에 따라, 도체 장력 섹션 전체가 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 도체만으로 이루어져 있을 때 동일한 조건 하에서 제2 가공 송전 장력 서브섹션의 장력과 비교하여 (일부 실시 형태에서, 적어도 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 또는 심지어 적어도 15%) 제2 가공 송전 도체 서브섹션의 장력이 더 높은, 데드-엔드 간 가공 송전 선로를 제공한다.
일부 실시 형태에서, 가공 송전 도체 장력 섹션은 적어도 100 미터의 (일부 실시 형태에서, 적어도 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 3,000, 5,000, 10,000, 15,000, 20,000, 25,000, 또는 심지어 적어도 약 30,000 미터의) 길이를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 또는 심지어 적어도 100개의) 현수 타워가 제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이에 위치되어 있다.
알루미늄 매트릭스 복합재 코어로 이루어진 가공 송전 도체는, 예를 들어 전형적으로 가공 송전 선로에 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이들이, 예를 들어 강철 코어 도체로 이루어진 가공 송전 도체보다 더 많은 전류 용량(ampacity)은 물론 강철 코어 도체와 동일한 단면적의 경우 감소된 처짐을 제공하기 때문이다. 그 결과, 알루미늄 매트릭스 복합재 코어로 이루어진 가공 송전 도체가 송전 선로 아래의 틈을 증가시키고 그리고/또는 더 높은 온도에서 동작하여, 더 많은 전류를 전달하는 데 사용될 수 있다. 그렇지만, 알루미늄 매트릭스 복합재 코어로 이루어진 가공 송전 도체가 전형적으로 강철 코어로 이루어진 가공 송전 도체보다 더 비싸기 때문에, 원하는 또는 요구된 틈을 유지하기 위해 더 작은 처짐을 요구하는 장력 섹션의 일부에만 알루미늄 매트릭스 복합재 코어로 이루어진 가공 송전 도체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가공 송전 선로의 예시적인 긴 경간의 횡단부의 도면.
도 2 및 도 3은 가공 송전 선로에 적합한 도체 구성을 선택하는 예시적인 프로세스를 나타낸 흐름도.
도 4는 수학식 1에 설명된 변수들을 나타낸 본 발명에 따른 예시적인 가공 송전 선로의 도면.
도 1은 상이한 도체(20, 22, 24)를 갖는 강(30)을 횡단하는 가공 송전 선로(10)를 도시하는 본 발명에 따른 가공 송전 선로에 대한 예시적인 긴 경간의 횡단부이다. 가공 송전 선로는 2개의 데드-엔드 타워(12, 18), 2개의 현수 타워(14,16), 도체를 현수 타워에 연결시키는 2개의 애자련(26, 28) 및 3개의 도체 경간(span of conductor)으로 이루어져 있다. 도체 경간(20, 24)은 동일한 도체 유형이고, 도체 경간(22)은 도체(20, 24)와 상이한 도체 유형이다. 도체 경간(22)은 횡단 경간 (crossing span)또는 제한 경간(limiting span)이라고 한다. 도체 경간(20, 24)은 비제한 경간(non-limiting span)이라고 한다.
2개의 데드-엔드 타워들 사이를 장력 섹션이라고 한다. 2개의 인접한 타워들, 즉 현수 타워들 또는 데드-엔드 타워들 사이를 경간이라고 한다. 장력 서브섹션은 단지 도체의 일 유형만을 포함하는 송전 선로 장력 섹션의 어느 부분이다. 이 장력 서브섹션은 2개의 인접한 타워들 사이의 하나의 경간보다 많거나 적게 덮을 수 있고, 2개의 상이한 장력 서브섹션이 경간 내에서 또는 타워에서 만날 수 있다. 도체 구성은 송전 선로 장력 섹션의 다수의 장력 서브섹션을 (예를 들어, 송전 선로 장력 섹션 중 얼마만큼이 각각의 도체 유형으로 이루어져 있는지를) 한정한다. 일례로서, 가공 송전 선로의 일부를 이루고 있는 2개의 장력 서브섹션이 경간 내에서 또는 타워의 부착 지점에서 만날 수 있다.
다수의 부속물들이 당업계에 공지되어 있으며 도체 섹션들을 연결하는 것과 도체를 타워에 부착하는 것을 용이하게 하도록 사용되고 있다. 예를 들어, 종단부(termination)("데드-엔드"라고도 함) 및 이음부(joint)("중간 지점 스플라이스(mid-span splice)" 또는 최대-장력 스플라이스/이음부(full-tension splice/joint))가, 예를 들어 미국 사우스캐롤라이나주 스파르탄버그 소재의 알코아 컨덕터 액세서리즈(Alcoa Conductor Accessories, ACA) 및 미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 프리폼드 라인 프로덕츠(Preformed Line Products, PLP)로부터 구매가능하다. 도체의 특정의 구조가 장력 섹션 전체의 원하는 특성에 좌우될 것이지만, 전형적으로 데드-엔드 부속물은 도체를 타워에 연결시킨다.
데드-엔드 타워(구조물)는 일반적으로 도체의 길이방향 이동을 허용하지 않는다. 데드-엔드 구조물들 사이에서, 현수 구조물은 도체를 수직으로 지지한다. 이 도체는 애자련(insulator string)(전형적으로 서로 묶인 절연 세라믹 디스크들)을 통해 현수 타워에 연결된다. 애자련의 일 단부는 현수 타워에 부착되어 있고 애자련의 타 단부는 도체에 부착되어 있다. 이러한 후자의 부착을 도체 부착점이라고 한다. 도체에서 장력의 변화가 일어남에 따라, 현수 타워 부착 지점을 중심으로 선회하는 애자련은 도체를 잡아당길 것이고 그에 따른 힘의 평형을 잡기 위해 도체 부착점을 길이방향으로 이동시킬 것이다. 이러한 이동을 애자 스윙(insulator swing)이라고 한다. 현수 타워의 경간(span)들 사이의 도체 장력의 변화는 통상적으로 애자 스윙에 의해 같게 된다. 경간들 사이의 장력을 같게 하기 위해 애자가 장력이 낮은 경간에서 장력이 높은 경간으로 스윙한다. 이는 장력이 높은 경간에서 장력을 떨어뜨리고 그 경간에서의 처짐을 증가시킨다.
현수 타워의 양측에 동일 길이의 경간 상에 동일한 도체가 설치되는 종래의 설계에서, 장력의 변화가 양 도체에 동일할 것이며 도체 부착점은 이동하지 않을 것이다. 하나의 경간이 다른 경간보다 긴 경우, 짧은 경간에서 장력이 더 빨리 감소할 것이다. 그러면, 도체 부착점은 긴 경간 쪽으로 이동할 것이다.
전형적으로 하나의 데드-엔드에서 다른 데드-엔드까지 장력 섹션 전체에 대해 단일 유형의 도체가 사용된다. 장력 섹션이 긴 경간 횡단부인 경우, 횡단 경간이 전형적으로 제한 경간이다. 즉, 도체가 가열됨에 따라, 횡단 경간이 제일 먼저 최대 허용 처짐에 도달할 것이다. 때때로 이들 긴 경간 횡단부에 서로 상이한 크기, 구조 및/또는 재료의 도체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기존의 긴 경간 횡단부를 이하에서 더 논의되는 알루미늄 매트릭스 보강 복합재 도체(aluminum matrix composite conductor reinforced, ACCR)와 같은 고성능 재료로 이루어진 더 작은 도체로 교체하는 것이 바람직할 수 있다. 교체 도체가 기존의 도체보다 더 작을 수 있지만, 기존의 도체보다 더 높은 온도에서 동작함으로써 더 많은 전력을 전송할 수 있다. 이러한 향상된 성능은 데드-엔드 간의 장력 섹션 전체를 이러한 도체의 일 유형으로 교체함으로써 달성될 수 있다.
의외로, 도 1에서와 같이 제한 경간에 사용되는 도체와는 상이한 유형의 비제한 경간 상의 도체를 선택함으로써, 한 유형의 도체만을 사용하는 것보다 훨씬 더 나은 성능이 달성될 수 있다는 것을 알았다. 도 1에 도시된 본 발명에 따른 예시적인 가공 송전 선로에서, 저가의 재료로 이루어진 보다 낮은 온도, 보다 크고 보다 무거운 도체가 비제한 경간에 사용될 수 있는 반면, 고성능이고 비교적 더 고가인 재료로 이루어진 보다 작은 경량 도체가 제한 경간에 사용될 수 있다. 이러한 유형의 도체 구성은 새로운 도체와 기존의 도체의 조합의 총 기계적 부하가 구조물의 설계 부하를 초과하지 않고 경간들 모두에서의 요구된 또는 원하는 틈이 유지될 때 설비 계량에 바람직할 것이다.
가공 송전 선로에 상이한 유형의 도체를 사용하는 것은, 예를 들어 비용(즉, 장력 섹션 전체에 고성능 물질을 사용하기 보다는 더 저가의 도체가 또한 사용될 수 있음) 및 성능(즉, 단일 유형의 도체로 달성될 수 있는 것보다 더 높은 성능을 내도록 도체들의 조합이 선택될 수 있음)의 이유로 바람직할 수 있다. 바람직한 성능의 형태로는, 예를 들어 단일의 도체 유형을 갖는 종래의 설계와 비교하여 증가된 틈, 단일 유형의 도체를 갖는 종래의 설계와 비교하여 증가된 전류 전달 용량, 또는 단일 도체 유형을 갖는 종래의 설계와 비교하여 감소된 구조물 또는 도체의 기계적 부하가 있을 수 있다. 이들의 바람직한 성능 속성의 조합도 달성될 수 있다.
특정의 송전 선로 또는 그의 일부분(예를 들어, 강 횡단부, 고속도로 횡단부, 또는 어떤 다른 지형의 횡단부)에 대해 상이한 도체를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 도 2는 선택된 가공 송전 선로에 사용하기 위한 최소 처짐을 야기할 설치 장력과 도체를 선택하기 위한 예시적인 프로세스(100)를 나타낸 흐름도이다. 단계(102)에서, 전류 용량 요건을 만족시킬 도체를 식별하기 위해 도체 데이터베이스에서 도체가 선택된다(단계 104). 요구된 전류 용량에서 선택된 도체에 대한 최대 동작 온도가 기록된다. 도체가 가공 송전 선로에 필요한 전류 용량을 만족시키지 않는 경우, 다른 도체가 데이터베이스로부터 선택된다. 도체가 전류 용량을 만족시키는 경우, 그 도체가 후보 도체의 리스트에 저장되고, 그 도체에 대한 최소 전류 용량 동작 온도가 기록된다(단계 106). 단계(107)에서, 도체들의 리스트가 검사되고, 만일 더 많은 도체가 필요한 경우, 단계(102) 내지 단계(106)의 추가의 반복이 행해진다. 평가를 위해 추가의 도체가 필요하지 않은 경우, 단계(108)에서, 후보 도체의 리스트로부터 적어도 한 쌍의 도체가 선택되고, 낮은 설치 장력, 예를 들어 약한 도체의 파단 강도의 8%가 선택된다(단계 110).
설치 장력이 주어진 경우 장력 섹션의 모델이 생성될 수 있고, 각각의 경간에 대한 도체의 비응력 길이(unstressed length)가 계산된다. 단순함을 위해, 상이한 유형의 도체가 동일한 장력으로 설치되고 연계된 현수 애자련이 처음에 수직인 것으로 가정될 수 있다. 도체의 오프셋 클리핑(offset clipping)(즉, -비수직 애자련)이 요구될 수 있고, 모델에 포함될 수 있다. 다음으로, 채택된 공학 실무에서 요구되는 다양한 조건 (예를 들어, 극한 추위, 결빙 및 바람 부하) 하에서의 도체의 기계적 거동(장력을 포함함)이 모델링된다(단계 112). 단계(114)에서 이 모델로부터의 기계적 부하가 평가된다. 설치 장력의 첫 번째 반복에서 기계적 부하가 적당하지 않은 것으로 밝혀진 경우, 단계(108)가 반복되고, 다른 세트의 도체가 선택된다. 기계적 부하가 적당한 것으로 밝혀진 경우, 설치 장력이 작은 증분(예를 들어, 약 10N)만큼 증가되고(단계 116), 도체의 기계적 거동이 모델링되어(단계 112), 원하지 않는 기계적 부하에 대해 재검사 한다. 단계(114)에서 기계적 부하가 적당하지 않고 이것이 설치 장력의 첫 번째 반복이 아닌 경우(단계 118), 단계(116)로부터 이전의 설치 장력으로 복귀한다(단계 120). 각각의 경간에 대한 처짐을 평가하고 설계 처짐 요건이 만족되는지를 판단하기 위해 최대 허용 장력을 사용한 모델링의 결과가 사용될 수 있다(단계 122). 처짐이 적당한 경우, 장력과 도체들의 그 조합이 후보로서 보존될 수 있다(단계 124). 처짐이 적당하지 않은 경우, 도체들의 그 조합이 폐기될 수 있고, 다른 세트의 도체를 선택하기 위해 단계(108)가 반복된다.
변형, 어떤 경우에는 모든 조합이 평가될 때까지 필요에 따라 다른 세트의 도체에 대해 단계(108)가 여러 번 반복될 수 있다. 다양한 조합이 평가된 후에, 사용자는 단계(124)에서 저장된 모든 후보 조합을 검토할 수 있고 어느 것이 그 응용에 가장 유용한 (가장 바람직한 또는 가장 양호한) 특성을 갖는지, 예를 들어 긴 경간의 횡단부에서 가장 적은 처짐을 갖는 조합을 판단할 수 있다.
다양한 설계 목적을 만족시키는 (예를 들어, 최대 전류 흐름 또는 최소 비용을 가져오는) 도체들의 조합을 식별하기 위해 프로세스(100)가 수정될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 최대 전류 용량을 가져오는 도체들의 조합을 결정하는 예시적인 프로세스에 대한 흐름도를 도시한다. 이 프로세스는, 후보 도체의 최대 허용 동작 도체 온도를 식별하는 부가의 반복이 추가되어 있는 것을 제외하고는, 도 2의 프로세스와 유사하다. 도 3을 참조하면, 선택된 가공 송전 선로에 사용하기 위한 최대 전류 용량을 가져오는 도체 및 설치 장력을 선택하는 예시적인 프로세스(200)가 도시되어 있다. 단계(202)에서, 최소 전류 용량 요건을 만족시킬 도체를 식별하기 위해 도체 데이터베이스로부터 도체가 선택된다(단계 204). 요구된 최소 전류 용량에서 선택된 도체에 대한 동작 온도가 기록된다. 도체가 가공 송전 선로에 필요한 최소 전류 용량을 만족시키지 않는 경우, 다른 도체가 데이터베이스로부터 선택된다. 도체가 최소 전류 용량을 만족시키는 경우, 그 도체가 후보 도체들의 리스트에 저장되고, 그 도체에 대한 최소 전류 용량 동작 온도가 기록된다(단계 206). 단계(207)에서, 도체들의 리스트가 검사되고, 만일 더 많은 도체가 필요한 경우, 단계(202) 내지 단계(206)의 추가의 반복이 행해진다. 평가를 위해 추가의 도체가 필요하지 않은 경우, 단계(208)에서, 후보 도체의 리스트로부터 적어도 한 쌍의 도체가 선택되고, 낮은 설치 장력, 예를 들어 약한 도체의 파단 강도의 8%가 선택된다(단계 210).
설치 장력이 주어진 경우 장력 섹션의 모델이 생성될 수 있고, 각각의 경간에 대한 도체의 비응력 길이가 계산된다. 단순함을 위해, 상이한 유형의 도체가 동일한 장력으로 설치되고 연계된 현수 애자련이 처음에 수직인 것으로 가정될 수 있다. 도체의 오프셋 클리핑(즉, 비수직 애자련)이 요구될 수 있고, 수용될 수 있다. 다음으로, 채택된 공학 실무에서 요구되는 다양한 조건 (예를 들어, 극한 추위, 결빙 및 바람 부하) 하에서의 도체의 기계적 거동(장력을 포함함)이 모델링된다(단계 212). 단계(214)에서 이 모델로부터의 기계적 부하가 평가된다. 설치 장력의 첫 번째 반복에서 기계적 부하가 적당하지 않은 것으로 밝혀진 경우, 단계(108)가 반복되고, 다른 세트의 도체가 선택된다. 기계적 부하가 적당한 것으로 밝혀진 경우, 설치 장력이 작은 증분만큼 증가되고(단계 216), 도체의 기계적 거동이 모델링되어(단계 212) 원하지 않는 부하에 대해 재검사 한다. 단계(214)에서 기계적 부하가 적당하지 않고 이것이 설치 장력의 첫 번째 반복이 아닌 경우(단계 218), 단계(216)로부터 이전의 설치 장력으로 복귀한다(단계 220). 각각의 경간에 대한 처짐을 평가하고 설계 처짐 요건이 만족되는지를 판단하기 위해 최대 허용 장력을 사용한 모델링의 결과가 사용될 수 있다(단계 222). 처짐이 적당하지 않고 이것이 처짐을 평가하는 첫 번째 반복인 경우(단계 226), 도체들의 그 조합이 폐기될 수 있고, 다른 세트의 도체를 선택하기 위해 단계(208)가 반복된다. 처짐이 적당한 경우, 전류의 작은 증가(예를 들어, 약 5 암페어)에 대해 새로운 동작 온도가 계산된다(단계 224). 이들 새로운 동작 온도가 주어진 경우, 처짐이 재평가된다. 전류를 증분시켜 처짐을 재평가하는 이 프로세스는 처짐이 더 이상 적당하지 않을 때까지 반복된다. 적당한 처짐을 갖는 전류 및 도체들의 마지막 조합(단계 228)이 후보로서 보존될 수 있다(단계 230).
변형, 어떤 경우에는 모든 조합이 평가될 때까지 필요에 따라 다른 세트의 도체에 대해 단계(208)가 여러 번 반복될 수 있다. 다양한 조합이 평가된 후에, 사용자는 단계(230)에서 저장된 모든 후보 조합을 검토할 수 있고 어느 것이 그 응용에 가장 유용한 (가장 바람직한 또는 가장 양호한) 특성을 갖는지, 예를 들어 긴 경간의 횡단부에서 가장 큰 전류 용량을 판단할 수 있다.
유익한 조합을 제공할 가능한 도체 쌍들을 식별하기 위해 의사 결정 프로세스에 참여할 수 있는 여러 입력들로는 도체 및 도체의 동작 파라미터를 한정하는 데이터를 보유하는 도체 특성의 데이터베이스(특히, 이 도체 데이터베이스는 평가될 각각의 도체에 대한 이하의 표 1에 언급된 예시적인 데이터를 포함함), 장력 섹션에 대한 경간의 길이, 기존의 그리고/또는 계획된 타워 및 애자에 대한 부착 지점 높이, 기존의 그리고/또는 계획된 구조물에 대한 현수 애자련의 길이, 틈의 요건(전형적으로 적용가능한 전기 규격에 의해 제공됨), 전류 용량 계산을 위한 날씨 조건(예를 들어, 이하의 표 2에 제공된 유형의 데이터, 이들은 동작 온도가 주어진 경우 도체의 전류 전달 용량을 구하는 데, 또는 다른 대안으로서 전류 부하가 주어진 경우 동작 온도를 구하는 데 사용되는 날씨 조건임)이 있다.
Figure 112009038919036-PCT00001
Figure 112009038919036-PCT00002
악천후의 날씨 부하는 송전 선로가 경험할 수 있는 최악의 날씨를 나타내기 위해 송전 선로 설계자에 의해 사용되는 조건이다. 이들 날씨 조건으로는 전형적으로 최고 풍속, 최저 온도, 및 가장 심한 결빙 부하를 포함한다. 종종 추운 대기 온도, 결빙 및 바람의 조합들이 또한 고려된다. 구조 또는 전기 규격, 공학 실무 또는 송전 설비에 의해 일반적으로 규정된 허용 도체 부하가 절대 도체 장력(예를 들어, 53,376 N(12,000 lbs))으로 되어 있거나, 또는 예를 들어 도체의 정격 파단 강도의 퍼센트(예를 들어, 정격 파단 강도의 40%)로 되어 있을 수 있다. 허용 타워 부하는 전형적으로 기존의 그리고/또는 제안된 타워의 구조적 용량에 기초하여 규정된다. 허용 애자 스윙은 전형적으로 송전 선로 전압, 타워 설계 및 애자련 크기에 기초하여 규정된다.
처짐, 장력 및 애자 스윙이 적당한지를 판단하기 위해, 가공 송전 선로가 모델링될 수 있고, 처짐, 장력 및 애자 스윙이 결정될 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 예시적인 가공 송전 선로(40)가 강(50)을 횡단하는 것으로 도시되어 있으며, 가공 송전 선로의 상이한 변수들을 나타내는 3개의 상이한 인접 도체 경간(48a(좌측 경간), 49(중심 경간), 48b(우측 경간))을 갖는다.
이하의 수학식 1은 도 4에 나타낸 3개 경간의 구성에 대한 수학적 행렬의 일례로서, 여기서 도체(48a, 48b)는 동일하고 도체(49)는 도체(48a, 48b)와 다르다.
Figure 112009038919036-PCT00003
여기서, L ins 는 애자련의 길이이고, T h 는 장력의 수평 성분이며, W s 는 도체(48a/b)의 단위 길이당 질량으로 표현되는 중량이고, W c 는 도체(49)의 단위 길이당 질량으로 표현되는 중량이며, α s 는 도체(48a/b)에 대한 열 팽창 계수이고, gα c 는 도체(49)에 대한 열 팽창 계수이며, E s 는 도체(48a/b)에 대한 탄성 계수이고, E c 는 도체(49)에 대한 탄성 계수이며, Δ Ts 는 영(0)의 응력 상태로부터의 도체(48a/b)의 온도 변화이고, Δ Tc 는 영(0)의 응력 상태로부터의 도체(49)의 온도 변화이며, L 1 는 경간(45)에서의 도체의 비응력 길이이고, L 2 는 경간(46)에서의 도체의 비응력 길이이고, L 3 는 경간(47)에서의 도체의 비응력 길이이고, θ1은 제2 타워에서 수직(즉, 수평에 대해 직각)으로부터 시계 방향으로 애자가 움직이는 각도이며, θ2는 제3 타워에서 수직(즉, 수평에 대해 직각)으로부터 시계방향으로 애자가 움직이는 각도이다.
수학식 1은 도 4에 도시된 예시적인 3개 경간의 횡단부에 있어서 동작 온도의 변화에 대한 도체 장력 및 애자 스윙과 같은 파라미터를 결정하는 예시적인 방법을 나타낸다. 수학식 1의 결과가 주어지면, 동작 온도 변화 이후에 일어나는 각각의 경간의 처짐이 결정될 수 있다. 이러한 계산은 특정 응용에 대한 도체 쌍의 적합성을 판단하는 데 사용된다. 더욱이, 도체 구성의 설계자는 전형적으로 가공 송전 선로가 겪을 것으로 예상되는 가장 극한의 날씨에 대해 유사한 계산을 수행한다. 상기한 바와 같이, 이들 날씨 조건으로는 전형적으로 최고 풍속, 최저 온도, 및 가장 심한 결빙 부하를 포함한다. 종종 추운 대기 온도, 결빙 및 바람의 조합들이 또한 고려된다. 이들 계산은, 예를 들어 도체 동작 온도가 주어진 대기 온도가 되도록 수학식 1을 수정하고 도체 중량 대신에 바람 및 결빙 부하로 인한 "결과 중량"을 사용하여 행해질 수 있다. 결과 중량의 계산은 문헌[Overhead Conductor Manual, 1994, Southwire Company, Carrollton, GA]에서 찾아볼 수 있다.
수학식 1에서 처음 3개의 행은 각각 좌측 경간, 중심 경간 및 우측 경간에 대해, 부착점들 간의 수평 거리가 초기 경간 길이에서 애자 스윙의 효과를 뺀 것과 같다는 사실을 나타낸다. 수학식 1의 제4 내지 제6 행은 각각 좌측 경간, 중심 경간 및 우측 경간에 대해 단순화된 현수선 방정식(catenary equation)이지만, 어떤 경우에 더 정확한 현수선 방정식을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 수학식 1의 제7 내지 제9 행은 각각 좌측 경간, 중심 경간 및 우측 경간에 대해, 도체 길이가 비응력 길이에 기계 및 열 변형으로 인한 신장을 합한 것이어야 한다는 사실을 나타낸다.
(이하의) 표 3을 참조하면, 수학식 1의 변수들이 설명되어 있고 도 4에 대해 참조된다.
Figure 112009038919036-PCT00004
수학식 1은 공지된 뉴튼-랍슨(Newton-Raphson) 반복해 기법(문헌[Numerical Recipes in Fortran 2nd Ed., Press, W. H., Saul, A. T., Vetterling, W. T., Flannery, B. P., 1992 Cambridge University Press, New York, NY])을 비롯한 당업계에 공지된 몇몇 방법에 의해 풀어질 수 있다. 수학식 1은 도체 열역학적 거동에 대한 단순 선형 모델을 가정한다. 이러한 선형 거동은 단순함을 위해 선택되었다. 그렇지만, 유사한 방법에 의해 도체 거동의 더 복잡한 모델, 비선형 모델의 사용이 또한 사용될 수 있으며, 예를 들어 ACCR과 같은 고온 도체에 바람직할 수 있다. 더욱이, 수학식 1은 장력의 수평 성분이 각각의 도체에 대해 동일하다고 하는 것과 같은 추가의 단순화하는 가정을 한다. 당업자라면 수학식 1로 나타낸 공식화가 다양한 경간 및/또는 도체 유형 중 임의의 것으로 용이하게 확장될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 또한, 당업자라면 유한 요소법과 같은 대안의 공식화 방법이 동일한 도체 구성의 거동을 나타내고 유사한 해를 구하는 데 이용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
도체의 응력-변형 거동이 당업계에 공지된 기법들에 의해 구해질 수 있다(예를 들어, 이 거동이 단순한 선형 계수로 또는 몇 가지 유형의 송전 선로 설계 소프트웨어(예를 들어, 미국 사우스캘롤라이나주 스파턴버그 소재의 에이씨에이 컨덕터 액세서리즈(ACA Conductor Accessories)로부터 "SAG 10"이라는 상표명으로, 미국 위스콘신주 매디슨 소재의 파워라인 시스템즈(Powerline Systems)로부터 "PLS CADD"라는 상표명으로 입수가능한 소프트웨어)에서 사용되는 더 복잡한 공지의 다항식 응력-변형 곡선으로 표현될 수 있음).
상기한 바와 같이, 송전 선로의 장력 섹션은 원하는 또는 요구된 틈을 항상 유지하도록 설계되어 있다. 모든 날씨 및 전기 부하에서 적절한 틈을 보장하기 위해, 도체의 처짐 거동이 가공 송전 선로 설계에 포함된다. 처짐 장력 계산은 변하는 조건 하에서의 도체의 처짐 거동을 예측하는 데 사용된다. 이들 처짐 장력 계산은 보통 선로의 여러 부하 조건 및 특성을 사용하여 수치적으로 행해진다. 한 가지 중요한 부하 조건은 여러 동작 온도에서 도체의 처짐 및 장력이다. 도체를 통해 더 많은 전류가 전송될 때, "I2R" 저항 손실로 인해 도체의 온도가 올라가고 물질의 열 팽창으로 인해 도체가 늘어난다. 도체가 늘어남에 따라, 경간에서의 장력이 감소되고 도체의 처짐이 증가한다. 처짐에 대한 통상적인 단순화된 식이 이하의 수학식 2로 표현된다.
Figure 112009038919036-PCT00005
여기서, w는 도체의 단위 길이당 중량이고, S는 경간 길이이며, T h 는 장력의 수평 성분이다. 수학식 1로부터 얻어진 결과를 사용하여 처짐을 구하기 위해 수학식 2를 푼다.
일부 예시적인 실시 형태에서, 본 발명의 실시에서 이용되는 가공 송전 장력 서브섹션들 각각은 길이가 적어도 약 100 미터이지만, 다른 길이들도 고려된다. 일부 실시 형태에서, 가공 송전 장력 서브섹션들 각각은 길이가 적어도 약 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10,000, 15,000, 20,000, 또는 심지어 적어도 약 25,000 미터이다.
가공 송전 장력 서브섹션에 대한 예시적인 가공 송전 도체는 복합재(예를 들어, 알루미늄 매트릭스 복합재 및 중합체 복합재) 와이어(들), 인바 와이어(들), 강철 와이어(들), 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 재료(예를 들어, 중합체 와이어), 세라믹, 붕소, 흑연, 탄소, 티타늄(예를 들어, 와이어(들)), 텅스텐(예를 들어, 와이어(들)) 및/또는 형상 기억 합금(예를 들어, 와이어(들)) 및 그의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 코어를 갖는 가공 송전 케이블을 포함한다. 전형적으로, 알루미늄 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 합금 와이어 및/또는 구리 합금 와이어가 코어 둘레에 꼬여 있다. 한 가지 예시적인 복합재 코어 가공 송전 케이블은 알루미늄 매트릭스 복합재 코어를 포함하고, 알루미늄 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 합금 와이어 및/또는 구리 합금 와이어가 코어 둘레에 꼬여 있다. 알루미늄 매트릭스 복합재 코어를 갖는 도체는 때때로 알루미늄 보강 복합재 도체("ACCR")라고 한다.
일부 실시 형태에서, 본 발명에서 이용되는 복합재 코어는 연속하는 긴 복합재(예를 들어, 와이어) 또는 인바(예를 들어, 와이어)의 적어도 하나(일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 또는 심지어 적어도 50개)를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 본 발명에서 이용되는 복합재 코어는 단면적을 가지며, 코어는 코어 단면적의 적어도 5 퍼센트(일부 실시 형태에서, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 퍼센트)가 복합재(예를 들어, 와이어(들)) 또는 인바(예를 들어, 와이어(들))인 것을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 복합재 또는 인바 포함 코어 중 적어도 하나를 포함하는 본 발명에서 이용되는 코어는 강철 와이어, 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합을 추가로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 제1 및/또는 제2 (또는 다른 부가의) 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 복합재를 갖지 않으며, 강철 와이어, 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합을 포함하는 코어를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 이러한 제1 및/또는 제2 (또는 다른 부가의) 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 코어는 적어도 하나의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49개, 또는 심지어 적어도 50개의) 강철 와이어, 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 이 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 코어는 단면적을 갖고, 코어 단면적의 적어도 5 퍼센트(일부 실시 형태에서, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 퍼센트)가 강철 와이어, 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합이다.
일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 데드-엔드 간 가공 송전 도체는 적어도 하나의 부가의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100개 또는 심지어 그 이상의) 가공 송전 도체 장력 서브섹션을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 부가의 가공 송전 도체 장력 서브섹션(들)은 독립적으로 적어도 하나의 (일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 심지어 적어도 50개의) 복합재 와이어를 포함하는 복합재 코어일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 부가의 가공 송전 도체 장력 서브섹션(들)은 독립적으로 코어의 단면적의 적어도 5 퍼센트(일부 실시 형태에서, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 퍼센트)가 복합재(예를 들어, 와이어(들))인 복합재 코어, 또는 복합재를 갖지 않으며 강철 와이어, 인바(예를 들어, 와이어(들)), 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합을 포함하는 코어일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 코어에 복합재를 포함하는 부가의 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 코어(들)는 또한 강철 와이어, 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 부가의 가공 송전 도체 장력 서브섹션(들)의 코어(들)는 코어에 복합재를 갖지 않으며 강철 와이어, 중합체 재료(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합 중 적어도 하나(일부 실시 형태에서, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49개, 또는 심지어 적어도 50개)를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 부가의 장력 서브섹션 코어의 단면적의 적어도 5 퍼센트(일부 실시 형태에서, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 퍼센트)가 강철 와이어, 중합체(예를 들어, 아라미드 및 폴리(p페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유, 탄소 섬유, 티타늄 와이어, 텅스텐 와이어, 형상 기억 합금 와이어 및 그의 조합이다.
본 발명에서 이용되는 장력 서브섹션에 대한 예시적인 가공 송전 도체로는 강심 알루미늄 도체(aluminum conductor steel reinforced, ACSR), 강심 내열 알루미늄 합금 도체(thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, TACSR), 강심 극내열 알루미늄 합금 도체(ultra thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, ZTACSR), 인바심 극내열 알루미늄 합금 도체(ultra thermal-resistant aluminum alloy conductor Invar reinforced, ZTACIR), 내열 알루미늄 합금(heat resistant aluminum alloy, ZTAL), 강심 극내열 알루미늄 합금 도체(ultra thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, ZTACSR), 강심 초내열 알루미늄 합금 도체(extra thermal-resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, XTACSR), 인바심 초내열 알루미늄 합금 도체(extra thermal-resistant aluminum alloy conductor Invar reinforced, XTACIR), 강심 갭 유형 극내열 알루미늄 합금(gap type ultra thermal resistant aluminum alloy steel reinforced, GZTACSR), 강심 고강도 내열 알루미늄 합금 도체(high strength thermal resistant aluminum alloy conductor steel reinforced, KTACSR), 올 알루미늄 도체(all aluminum conductor, AAC), 올 알루미늄 합금 도체(all aluminum alloy conductor, AAAC), 알루미늄 도체 복합재 코어(aluminum conductor composite core, ACCC), 및 강지지 알루미늄 도체(aluminum conductor steel supported, ACSS)가 있다.
본 발명의 실시에 이용되는 도체를 제공하기 위해 코어 둘레에 꼬여 있는 와이어가 당업계에 공지되어 있다. 알루미늄 와이어는, 예를 들어 캐나다 웨이번 소재의 넥산스(Nexans) 또는 "1350-H19 알루미늄(ALUMINUM)" 및 "1350-H0 알루미늄"이라는 상표명으로 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니(Southwire Company)로부터 구매가능하다. 전형적으로, 알루미늄 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에 걸쳐 약 20×10-6/℃ 내지 약 25×10-6/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 알루미늄 와이어(예를 들어, "1350-H19 알루미늄")는 적어도 138 ㎫(20 ksi), 158 ㎫(23 ksi), 172 ㎫(25 ksi), 186 ㎫(27 ksi), 또는 심지어 적어도 200 ㎫(29 ksi)의 인장 파괴 강도(tensile breaking strength)를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 알루미늄 와이어(예를 들어, "1350-H0 알루미늄")는 41 ㎫ (6 ksi) 초과 내지 97 ㎫ (14 ksi) 이하, 또는 심지어 83 ㎫ (12 ksi) 이하의 인장 파괴 강도를 갖는다. 알루미늄 합금 와이어는, 예를 들어 일본 오사카 소재의 스미또모 일렉트릭 인더스트리즈(Sumitomo Electric Industries)로부터 "ZTAL"이라는 상표명으로, 또는 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니로부터 "6201"이라는 상표명으로 구매가능하다. 일부 실시 형태에서, 알루미늄 합금 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에 걸쳐 약 20×10-6/℃ 내지 약 25×10-6/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 구리 와이어는, 예를 들어 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니로부터 구매가능하다. 전형적으로, 구리 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에 걸쳐 약 12×10-6/℃ 내지 약 18×10-6/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 구리 합금 (예를 들어, 구리 청동, 예를 들어 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니로부터 구매가능한 Cu-Si-X, Cu-Al-X, Cu-Sn-X, Cu-Cd, 여기에서 X는 Fe, Mn, Zn, Sn 및/또는 Si, 예를 들어 미국 노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크 소재의 오엠지 아메리카스 코포레이션(OMG Americas Corporation)으로부터 "글리드콥(GLIDCOP)"이라는 상표명으로 입수가능한 산화물 분산 강화 구리) 와이어. 일부 실시 형태에서, 구리 합금 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃ 의 온도 범위에 걸쳐 약 10×10-6/℃ 내지 약 25×10-6/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 와이어는 다양한 형상들(예를 들어, 원형, 타원형 및 사다리꼴) 중 임의의 형상으로 되어 있을 수 있다.
알루미늄 매트릭스 복합재 와이어(들)를 포함하는 코어를 갖는 가공 송전 장력 서브섹션들에 적합한 가공 송전 도체는 당업계에 공지된 기술들에 의해 제조될 수 있다. ACCR 가공 송전 도체의 코어에 적합한 연속(즉, 평균 섬유 직경과 비교하여 비교적 무한한 길이를 갖는) 세라믹 섬유의 예로는 유리, 실리콘 탄화물 섬유 및 세라믹 산화물 섬유를 포함한다. 전형적으로, 세라믹 섬유는 결정질 세라믹(즉, 식별 가능한 X-레이 분말 회절 패턴을 나타냄) 및/또는 결정질 세라믹과 유리의 혼합물(즉, 섬유가 결정질 세라믹 및 유리 상 둘 모두를 포함할 수 있음)이지만, 이들은 또한 유리일 수도 있다. 일부 실시 형태에서, 섬유는 적어도 50 중량%(일부 실시 형태에서는 적어도 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 또는 심지어 100 중량%)의 결정질이다. 적합한 결정질 세라믹 산화물 섬유의 예는 내화 섬유, 예컨대 알루미나 섬유, 알루미노실리케이트 섬유, 알루미노보레이트 섬유, 알루미노보로실리케이트 섬유, 지르코니아-실리카 섬유 및 이들의 조합을 포함한다.
ACCR 가공 송전 도체의 코어의 일부 실시 형태에서, 섬유들이 섬유의 총 부피를 기준으로 적어도 40 부피%(일부 실시 형태에서, 적어도 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99, 또는 심지어 100 부피%)의 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다. 일부 실시 형태에서, 섬유가 섬유의 총 부피 기준으로 40 내지 70 부피% (일부 실시 형태에서는 55 내지 70, 또는 심지어 55 내지 65 부피%) 범위의 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 예시적인 유리 섬유는, 예를 들어 미국 뉴욕주 코닝 소재의 코닝 글라스(Corning Glass)로부터 입수가능하다. 전형적으로, 연속 유리 섬유는 평균 섬유 직경이 약 3 마이크로미터 내지 약 19 마이크로미터 범위이다. 일부 실시 형태에서, 유리 섬유는 평균 인장 강도가 적어도 3 ㎬, 4 ㎬ 및/또는 심지어 적어도 5 ㎬이다. 일부 실시 형태에서, 유리 섬유는 계수(modulus)가 약 60 ㎬ 내지 95 ㎬, 또는 약 60 ㎬ 내지 약 90 ㎬ 범위이다.
알루미나 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,954,462호(우드(Wood) 등) 및 제5,185,299호(우드 등)에 설명되어 있다. 일부 실시 형태에서, 알루미나 섬유는 다결정질 알파 알루미나 섬유이며, 이론적 산화물 기준으로, 알루미나 섬유의 총 중량 기준으로 99 중량% 초과의 Al2O3 및 0.2 내지 0.5 중량%의 SiO2를 포함한다. 다른 태양에서, 몇몇 바람직한 다결정질 알파 알루미나 섬유는 평균 그레인(grain) 크기가 1 마이크로미터 미만(또는 일부 실시 형태에서는, 심지어 0.5 마이크로미터 미만)인 알파 알루미나를 포함한다. 다른 태양에서, 일부 실시 형태에서는, 다결정질 알파 알루미나 섬유는 미국 특허 제6,460,597호(맥컬로우(McCullough) 등)에 설명된 인장 강도 시험에 따라 측정할 때, 평균 인장 강도가 1.6 ㎬ 이상(일부 실시 형태에서는 2.1 ㎬ 이상, 또는 심지어 2.8 ㎬ 이상)이다. 예시적인 알파 알루미나 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 "넥스텔(NEXTEL) 610"이라는 상표명으로 시판된다.
알루미노실리케이트 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,047,965호(칼스트(Karst) 등)에 설명되어 있다. 예시적인 알루미노실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 440", "넥스텔 550" 및 "넥스텔 720"이라는 상표명으로 시판된다.
알루미늄보레이트 및 알루미노보로실리케이트 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,795,524호(소우맨(Sowman))에 설명되어 있다. 예시적인 알루미노보로실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 "넥스텔 312"라는 상표명으로 시판된다.
지르코니아-실리카 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,709,706호(소우맨(Sowman))에 설명되어 있다.
전형적으로, 연속 세라믹 섬유는 평균 섬유 직경이 적어도 약 5 마이크로미터, 더욱 전형적으로 약 5 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 범위이며, 일부 실시 형태에서는 약 5 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위이다.
전형적으로, 세라믹 섬유는 단선(tow) 형태이다. 단선은 섬유 분야에서 알려져 있으며, 전형적으로 일반적으로 꼬이지 않은(untwisted) 복수의 (개별) 섬유(전형적으로 100개 이상의 섬유, 더욱 전형적으로는 400개 이상의 섬유)를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 단선들은 단선 당 780개 이상의 개별 섬유를, 그리고 몇몇 경우에는 단선 당 2600개 이상의 개별 섬유, 또는 단선 당 5200개 이상의 개별 섬유를 포함한다. 다양한 세라믹 섬유의 단선은 300 미터, 500 미터, 750 미터, 1000 미터, 1500 미터 및 그 이상의 길이를 비롯한 다양한 길이로 입수가능하다. 섬유는 원형, 타원형 또는 도그본형(dogbone)인 단면 형상을 가질 수도 있다.
예시적인 붕소 섬유는, 예를 들어 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 텍스트론 스페셜티 파이버즈, 인크.(Textron Specialty Fibers, Inc.)로부터 구매가능하다. 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수 킬로미터 또는 그 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 붕소 섬유는 평균 섬유 직경이 약 80 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터 범위이다. 더욱 전형적으로, 평균 섬유 직경은 150 마이크로미터 이하, 가장 전형적으로 95 마이크로미터 내지 145 마이크로미터 범위이다. 일부 실시 형태에서, 붕소 섬유는 평균 인장 강도가 3 ㎬ 이상, 및/또는 심지어 3.5 ㎬ 이상이다. 일부 실시 형태에서, 붕소 섬유는 계수가 약 350 ㎬ 내지 약 450 ㎬ 범위, 또는 심지어 약 350 ㎬ 내지 약 400 ㎬ 범위이다.
또한, 예시적인 탄화규소 섬유는, 예를 들어 미국 캘리포니아주 샌 디에고 소재의 씨오아이 세라믹스(COI Ceramics)에 의해 500개 섬유의 단선으로 "니칼론"(NICALON)이라는 상표명으로, 일본 소재의 우베 인더스트리즈(Ube Industries)로부터 "타이라노"(TYRANNO)라는 상표명으로, 그리고 미국 미시건주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 "실라믹"(SYLRAMIC)이라는 상표명으로 시판된다.
예시적인 탄화규소 모노필라멘트 섬유가, 예를 들어 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 스페셜티 머티리얼즈, 인크.(Specialty Materials, Inc.)에 의해 "SCS-9", "SCS-6" 및 "Ultra-SCS"라는 상표명으로 시판된다.
매트릭스를 위한 예시적인 알루미늄 금속은 순도가 높은(예를 들어, 99.95% 초과) 원소 알루미늄 또는 순수 알루미늄과 구리와 같은 다른 원소들의 합금이다. 전형적으로, 알루미늄 매트릭스 재료는, 매트릭스 재료가 예를 들어 섬유 외부 상에 보호 코팅을 제공할 필요성을 제거하기 위해 섬유와 유의하게 화학적으로 반응하지 않도록(즉, 섬유 재료에 대해 비교적 화학적으로 불활성이도록) 선택된다.
일부 실시 형태에서, 알루미늄 매트릭스는 98 중량% 이상의 알루미늄, 99 중량% 이상의 알루미늄, 99.9 중량% 초과의 알루미늄, 또는 심지어 99.95 중량% 초과의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄과 구리의 예시적인 알루미늄 합금은 98 중량% 이상의 알루미늄 및 최대 2 중량%의 구리를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유용한 알루미늄 합금은 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 및/또는 8000 시리즈 알루미늄 합금(알루미늄 협회(Aluminum Association) 명칭)이다. 더 높은 순도의 알루미늄이 더 높은 인장 강도의 와이어를 제조하기에 바람직한 경향이 있지만, 금속의 덜 순수한 형태도 또한 유용하다.
적합한 알루미늄이, 예를 들어 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 알코아(Alcoa)로부터 "수퍼 퓨어 알루미늄(SUPER PURE ALUMINUM); 99.99% Al"이라는 상표명으로 입수가능하다. 알루미늄 합금(예를 들어, Al-2 중량% Cu(0.03 중량% 불순물))이, 예를 들어 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 벨몬트 메탈즈(Belmont Metals)로부터 입수될 수 있다.
복합재 코어 및 와이어는 전형적으로 섬유와 알루미늄 매트릭스 재료의 총 조합 부피 기준으로, 15 부피% 이상(일부 실시 형태에서는 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 심지어 50 부피% 이상)의 섬유를 포함한다. 더욱 전형적으로, 복합재 코어 및 와이어는 섬유와 알루미늄 매트릭스 재료의 총 조합 부피 기준으로, 40 내지 75 부피%(일부 실시 형태에서는 45 내지 70 부피%) 범위의 섬유를 포함한다.
전형적으로, 코어의 평균 직경은 약 3 ㎜ 내지 약 40 ㎜ 범위이다. 일부 실시 형태에서, 바람직한 코어의 평균 직경은 적어도 10 ㎜, 적어도 15 ㎜, 20 ㎜, 또는 심지어 최대 약 25 ㎜(예를 들어, 10 ㎜ 내지 30 ㎜)이다. 전형적으로, 복합재 와이어의 평균 직경은 약 1 ㎜ 내지 12 ㎜, 1 ㎜ 내지 10 ㎜, 1 내지 8 ㎜, 또는 심지어 1 ㎜ 내지 4 ㎜ 범위이다. 일부 실시 형태에서, 바람직한 복합재 와이어의 평균 직경은 적어도 1 ㎜, 적어도 1.5 ㎜, 2 ㎜, 3 ㎜, 4 ㎜, 5 ㎜, 6 ㎜, 7 ㎜, 8㎜, 9 ㎜, 10 ㎜, 11 ㎜, 또는 심지어 적어도 12 ㎜이다.
알루미늄 복합재 와이어를 제조하는 기술이 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 연속 금속 매트릭스 복합재 와이어는 연속 금속 매트릭스 침윤 공정에 의해 제조될 수 있다. 하나의 적합한 공정이, 예를 들어 미국 특허 제6,485,796호(카펜터(Carpenter) 등)에 설명되어 있다. 연속 섬유 보강 금속 매트릭스 복합재에 대한 다른 가공 절차가, 예를 들어 2001년에 발행된, 문헌[ASM Handbook Vol. 21, Composites, pp. 584-588 (ASM International, Metals Park, OH)]에 논의되어 있다.
강철 와이어(들)를 포함하는 코어를 갖는 가공 송전 도체는, 예를 들어 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어로부터 구매가능하다. 전형적으로, 코어의 강철 와이어는 1172 ㎫(170 ksi) 내지 1931 ㎫(280 ksi)의 공칭 인장 강도 범위를 갖는 중간 내지 고강도 강철이며, 보통 우수한 내부식성을 제공하도록 코팅되어 있다. 통상의 코팅 재료는 (아연도금된 것으로도 알려진) 아연 또는 5% 알루미늄-미시메탈(mischmetal)을 갖는 아연 합금을 포함한다. 부가된 유형의 코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 클래딩, 예를 들어 알루미늄 클래드강(예를 들어, 미국 사우스캐롤라이나주 던칸 소재의 알루모웰드(Alumoweld)로부터 입수가능한 "알루모웰드"), 예컨대 와이어즈(Wires) AWG #4(공칭 직경이 5.18 ㎜(0.2043 인치), 극한 인장 강도가 793 ㎫(115 ksi(109 ㎏/㎟)), 중량이 139.3 ㎏/㎞(93.63 lb/1000 ft), 저항이 20℃에서 4.009 ohm/㎞(68℉에서 1.222 ohm/1000 ft)), 와이어즈 AWG #8(공칭 직경이 3.264 ㎜(0.1285 인치), 극한 인장 강도가 1344 ㎫(195 ksi(137 ㎏/㎟)), 중량이 55.11 ㎏/㎞(37.03 lb/1000 ft), 저항이 20℃에서 10.13 ohm/㎞(68℉에서 3.089 ohm/1000 ft))이다.
복합재 섬유 유리/탄소 섬유 코어와 같은 중합체 코어 도체가, 예를 들어 미국 캘리포니아주 어빈 소재의 컴포지트 테크놀로지 코포레이션(Composite Technology Corporation)으로부터 "ACCC/TW 드레이크(DRAKE)"라는 상표명으로 입수가능하다. 탄소 섬유로 강화된 중합체 복합재가, 예를 들어 일본의 도쿄 로프(Tokyo Rope)로부터 입수가능하다. 탄화규소 섬유로 강화된 알루미늄 와이어가, 예를 들어 일본의 니폰 카본(Nippon Carbon)으로부터 입수가능하다. 흑연 섬유로 강화된 알루미늄 와이어가, 예를 들어 일본의 야자키 코포레이션(Yazaki Corp.)으로부터 입수가능하다.
일부 실시 형태에서, 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 열 팽창 계수는 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 (일부 실시 형태에서, 8×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃, 또는 심지어 14×10-6/℃ 내지 20×10-6/℃의 범위에) 있다. 일부 실시 형태에서, 송전 도체 장력 서브섹션의 밀도는 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤ 범위에 (일부 실시 형태에서, 16 g/㎤ 내지 19 g/㎤, 2.7 g/㎤ 내지 3.6 g/㎤, 또는 2.2 g/㎤ 내지 4.5 g/㎤의 범위에) 있다.
본 발명에서 이용되는 도체는 전형적으로 꼬여 있다. 연선 도체는 전형적으로 중심 와이어 및 중심 와이어 둘레에 나선형으로 꼬여 있는 와이어의 제1 층을 포함한다. 도체 꼬기(conductor stranding)는 와이어의 개별 가닥들이 나선형 배열로 조합되어 최종 도체를 생성하는 공정이다(예를 들어, 미국 특허 제5,171,942호(파워즈(Powers)) 및 제5,554,826호(젠트리(Gentry)) 참조). 생성된 나선형으로 꼬인 와이어 로프는 동등한 단면적의 중실 로드로부터 이용될 수 있는 것보다 훨씬 큰 가요성을 제공한다. 나선형 배열은 또한 연선 도체가 취급, 설치 및 사용 시에 굽힘을 받을 때 그의 전체적인 둥근 단면 형상을 유지하기 때문에 유리하다. 나선형으로 꼬인 도체는 7개만큼 적은 개별 가닥으로부터 50개 이상의 가닥을 포함하는 더욱 일반적인 구성까지를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 전형적으로 도체의 단면적은 약 100 ㎟ 내지 약 1400 ㎟의 범위에 있다.
알루미늄 매트릭스 복합재 와이어 및 도체의 제조에 대한 부가적인 상세한 설명은, 예를 들어 미국 특허 제5,501,906호(디브(Deve)), 제6,180,232호(맥컬로우 등), 제6,245,425호(맥컬로우 등), 제6,336,495호(맥컬로우 등), 제6,544,645호(맥컬로우 등), 제6,447,927호(맥컬로우 등), 제6,460,597호(맥컬로우 등), 제6,329,056호(디브 등), 제6,344,270호(맥컬로우 등), 제6,485,796호(카펜터(Carpenter) 등), 제6,559,385호(존슨(Johnson) 등), 제6,796,365호(맥컬로우 등), 제6,723,451호(맥컬로우 등), 제6,692,842호(맥컬로우 등), 제6,913,838호(맥컬로우 등) 및 미국 특허 제7,093,416호(존슨 등) 및 제7,131,308호(맥컬로우 등), 그리고 미국 특허 출원 공개 제2004/0190733호(네이어(Nayar) 등), 제2005/0181228호(맥컬로우 등), 제2006/0102377호(존슨 등), 제2006/0102378호(존슨 등) 및 제2007/0209203호(맥컬로우 등), 그리고 금속 매트릭스 복합재 와이어 및 이를 포함하는 도체의 제조 및 사용에 관한 교시에 대한 2005년 1월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제60/755,690호에 설명되어 있다. 알루미늄 매트릭스 복합재를 포함하는 도체도 또한, 예를 들어 쓰리엠 컴퍼니로부터 "403 ㎟(795 kcmil) ACCR"이라는 상표명으로 입수가능하다.
도체의 유형, 도체에 사용되는 물질의 유형, 장력 서브섹션을 제조하는 방법, 장력 서브섹션을 연결시키는 방법, 가공 송전 선로의 유형 및 다른 관련 예들의 선택에 관한 부가의 상세한 설명은 2006년 12월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/617,461호 및 제11/617,480호에서 찾아볼 수 있다.
이하의 실시예는 본 발명을 이해하는 데 도움을 주기 위해 제공된 것이며 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
이하의 실시예는 도 4에 도시된 강 횡단부에 대한 3개 도체의 구성을 모델링한다. 상이한 단면적을 갖는 2개의 도체, 즉 짧은 경간(48a, 48b)에 대한 ASCR 처커(Chukar)-유형의 도체 976 ㎟ (1780 kcmil) 84/19 가닥(예를 들어, 미국 조지아주 캐럴턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니로부터 구매가능함) 및 중심 경간(49)에 대한 ACSR 드레이크-유형의 도체 403 ㎟ (795 kcmil) 26/7(예를 들어, 사우스와이어 컴퍼니로부터 구매가능함)을 모델링하였다. 도 4에 도시된 3개 경간의 구성에 대한 이하의 파라미터는 이하의 표 4에 설명되어 있다.
Figure 112009038919036-PCT00006
처커-유형의 도체에 대해, 이하의 표 5에 열거된 파라미터들을 사용하여 단순화된 탄성 케이블 모델(크리프가 없고 비선형 계수가 없음)을 사용하였으며, 미국 위스콘신주 매디슨 소재의 파워라인 시스템즈, 인크. 웹 사이트로부터 획득한 데이터에 기초하였다.
Figure 112009038919036-PCT00007
드레이크-유형의 도체에 대해, 이하의 표 6에 열거된 파라미터들을 사용하여 단순화된 탄성 케이블 모델(크리프가 없고 비선형 계수가 없음)을 사용하였으며, 파워라인 시스템즈, 인크. 웹 사이트로부터 획득한 데이터에 기초하였다.
Figure 112009038919036-PCT00008
표 7은 도체 전류 용량을 계산하기 위한 전형적인 주변 조건을 제공한다. 표 4 내지 표 7에 기술된 파라미터들을 사용하여, 파워라인 시스템즈, 인크.로부터 "PLS CADD" 버전 8.0이라는 상표명으로 구입한 소프트웨어를 사용하여, "연중 최대 태양열 방출 날짜" 및 소프트웨어의 IEEE 738-1993 특징을 사용하여 도체 동작 온도를 평가하였다.
Figure 112009038919036-PCT00009
이 평가의 결과는 드레이크 도체가 최대 90℃에서 동작할 것이고 처커 도체가 54.6℃의 최대 온도를 가질 것이라는 것을 나타내었다.
표 4 내지 표 6으로부터의 계산된 동작 온도 및 데이터를 사용하여, 도 4에 도시된 3개 경간의 구성의 장력 및 애자 스윙을 구하는 데 수학식 1을 사용하였다. 두 개의 도체가 25,000 N의 동일한 장력, 15℃의 대기 온도 및 애자가 처음에 수직인 상태에서 설치된 것으로 가정하여, 도체가 그의 완전 동작 온도 90℃ 및 54.6℃에 도달할 때, 수학식 1의 결과로 애자가 중심 경간으로부터 대략 0.9°멀어지게 스윙하고, 장력의 도체 수평 성분이 약 24,100 N이 된다. 이와 달리, 중량이 더 가벼운 드레이크-유형의 ACSR 도체가 도 4에 도시된 횡단부 전체에 대해 사용된 경우, PLS CADD 소프트웨어의 주 경간-기반의 처짐-장력 방법 특징을 사용하여, 90℃에서 동작할 때 장력의 수평 성분이 약 23,300 N으로 떨어질 것이다.
Th에 대해 풀기 위해 수학식 1을 사용하였다. 그 다음, Th 값을 처짐에 대해 풀기 위해 수학식 2에서 사용하였다. ASCR 드레이크-유형 및 ACSR 처커-유형 둘 모두를 갖는 3개 경간의 구성에 대해, 중심 경간(49)은 약 83 미터의 계산된 처짐을 가졌다. 드레이크 ACSR-유형의 도체만을 사용하는 것과 같이 전체 횡단부에 대해 단일 도체 유형을 사용하여 동일한 계산이 행해질 때, 중심 경간에 대한 계산된 처짐은 86 미터였다.
의외로, 혼합된 도체 횡단부는 중심 경간에서 약 3 미터 더 작은 처짐을 가졌으며, 이는 예를 들어 대형 선박이 횡단부 아래를 통과하도록 해주는 데 바람직할 수 있다.
본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 나타낸 예시적인 실시 형태들로 부당하게 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (19)

  1. 제1 및 제2 데드-엔드 타워와, 제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이의 적어도 하나의 현수 타워와, 적어도 100 미터의 길이를 갖고 제1 데드-엔드 타워에 부착된 제1 단부 및 제2 데드-엔드 타워에 부착된 제2 단부를 갖는 가공 송전 도체 장력 섹션을 포함하는 설치된 데드-엔드 간 가공 송전 선로를 제공하는 방법으로서,
    제1 및 제2 데드-엔드 타워를 제공하는 단계와,
    제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이에 적어도 하나의 현수 타워를 제공하는 단계와,
    제1 및 제2 단부와 적어도 100 미터의 길이를 갖는 가공 송전 도체 장력 섹션을 선택하는 단계-가공 송전 도체 장력 섹션은 적어도 제1 및 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션을 포함하고 제1 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 제1 열 팽창 계수, 제1 밀도, 제1 응력-변형 거동 및 제1 단면적을 가지며, 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 제2 열 팽창 계수, 제2 밀도, 제2 응력-변형 거동 및 제2 단면적을 갖고, 의도적으로 (a) 제1 및 제2 열 팽창 계수, (b) 제1 및 제2 밀도, (c) 제1 및 제2 응력-변형 거동, 또는 (d) 단면적 중 적어도 하나가 20℃ 내지 75℃ 범위의 온도에서 서로 상이하여, 적어도 20℃ 내지 75℃의 온도 범위에 걸쳐, 가공 송전 도체 장력 섹션을 통하여 전류 흐름이 증가함에 따라, 도체 장력 섹션 전체가 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 도체만으로 이루어져 있을 때 동일한 조건 하 에서 제2 가공 송전 장력 서브섹션의 장력과 비교하여 제2 가공 송전 도체 서브섹션의 장력이 더 높음-와,
    선택된 가공 송전 도체 장력 섹션을 설치하는 단계를 포함하고, 가공 송전 도체 장력 섹션의 제1 및 제2 단부는 제1 및 제2 데드-엔드 타워에 각각 부착되고 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 적어도 일부분이 현수 타워에 의해 지지되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가공 송전 도체 장력 섹션이 제1 및 제2 단부와 적어도 800 미터의 길이를 갖는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제1 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 복합재 코어를 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 복합재 코어는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 매트릭스 복합재 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 복합재 코어는 중합체 매트릭스 복합재를 포함하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 열 팽창 계수는 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 있는 방법.
  7. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 밀도는 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤의 범위에 있는 방법.
  8. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 열 팽창 계수는 0 내지 25×10-6/℃의 범위에 있고, 제1 및 제2 밀도는 1.4 g/㎤ 내지 20 g/㎤의 범위에 있는 방법.
  9. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 밀도는 2.7 g/㎤ 내지 3.6 g/㎤의 범위에 있는 방법.
  10. 제3항에 있어서, 제1 및 제2 밀도는 2.2 g/㎤ 내지 4.5 g/㎤의 범위에 있는 방법.
  11. 제3항에 있어서, 제2 순차 가공 송전 도체 섹션은 강철 코어를 갖는 방법.
  12. 제3항에 있어서, 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 단면적을 갖는 코어를 가지며, 코어의 단면적의 적어도 50 퍼센트가 알루미늄 매트릭스 복합재 와이어인 방법.
  13. 제3항에 있어서, 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 알루미늄 매트릭스 복합재 코어를 갖는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 가공 송전 도체 장력 섹션은 제1 및 제2 단부와 적어도 1000 미터의 길이를 갖는 방법.
  15. 제1 및 제2 데드-엔드 타워와,
    제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이의 적어도 하나의 현수 타워와,
    제1 데드-엔드 타워에 부착되어 있는 제1 단부 및 제2 데드-엔드 타워에 부착되어 있는 제2 단부를 갖는 가공 송전 도체 장력 섹션을 포함하고, 가공 송전 도체 장력 섹션은 적어도 제1 및 제2 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션을 포함하고, 제1 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 복합재 코어 또는 인바(Invar) 코어 중 적어도 하나, 제1 열 팽창 계수, 제1 밀도, 제1 응력-변형 거동 및 제1 단면적을 가지며, 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 제2 열 팽창 계수, 제2 밀도, 제2 응력-변형 거동 및 제2 단면적을 갖고, (a) 제1 및 제2 열 팽창 계수, (b) 제1 및 제2 밀도, (c) 제1 및 제2 응력-변형 거동, 또는 (d) 단면적 중 적어도 하나가 20℃ 내지 75℃ 범위의 온도에서 서로 상이하여, 적어도 20℃ 내지 75℃의 온도 범위에 걸쳐, 가공 송전 도체 장력 섹션을 통하여 전류 흐름이 증가함에 따라, 도체 장력 섹션 전체가 제2 가공 송전 도체 장력 서브섹션의 도체만으로 이루어져 있을 때 동일한 조건 하에서 제2 가공 송전 장력 서브섹션의 장력과 비교하여 제2 가공 송전 도체 서브섹션의 장력이 더 높은, 데드-엔드 간 가공 송전 선로.
  16. 제15항에 있어서, 제1 순차 가공 송전 도체 장력 서브섹션은 복합재 코어를 포함하는 데드-엔드 간 가공 송전 선로.
  17. 제15항에 있어서, 복합재 코어는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 매트릭스 복합재 중 적어도 하나를 포함하는 데드-엔드 간 가공 송전 선로.
  18. 제15항에 있어서, 복합재 코어는 중합체 매트릭스 복합재를 포함하는 데드-엔드 간 가공 송전 선로.
  19. 제15항에 있어서, 제1 데드-엔드 타워와 제2 데드-엔드 타워 사이에 위치된 적어도 3개의 현수 타워를 포함하는 데드-엔드 간 가공 송전 선로.
KR1020097013414A 2006-12-28 2007-12-12 설치된 데드-엔드 간 가공 송전 선로를 제공하는 방법 및 데드-엔드 간 가공 송전 선로 KR101453580B1 (ko)

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