KR20100061527A - 유체 함유 케이블을 밀봉하기 위한 물품 및 방법 - Google Patents

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윌리암 엘 테일러
크리스토퍼 제이 에보니우크
프라디프 케이 반디오파디에이
라파엘 가르시아-라미레즈
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

케이블은 전도체가 연장되고 전도체를 둘러싸는 부분적으로 노출된 유체 함유 층을 갖는다. 커넥터가 전도체의 단부에 결합되고, 전기 절연성인 탄성중합체 튜브가 커넥터의 일부 및 노출된 유체 함유 층의 모두를 덮는다. 탄성중합체 튜브는 케이블 내의 유체에 대해 사실상 불투과성이다. 하나 초과의 전도체를 갖는 케이블에 대해, 추가의 탄성중합체 부트가 케이블 위에 설치된다.

Description

유체 함유 케이블을 밀봉하기 위한 물품 및 방법{ARTICLE AND METHOD FOR SEALING FLUID-CONTAINING CABLES}
본 발명은 대체로 전기 케이블의 접속부 연결에 사용하기 위한 저온 수축 물품에 관한 것으로, 특히 오일 함침 층을 갖는 케이블을 접속 또는 종단할 때 사용하기 위한 변환 조인트 또는 시일에 관한 것이다.
저온 수축 물품은, 예를 들어 케이블을 길이로 꼬아 접속시키는 것과, 케이블의 접속된 부분을 유해한 환경 조건들로부터 보호, 밀봉 및/또는 절연하는 것을 포함한 다양한 응용들에 사용된다. 저온 수축 물품은 일반적으로, 팽창될 수 있으며 제거가능한 지지 코어 상에 팽창된 상태로 탑재될 수 있는 부재를 말한다. 지지 코어는 전형적으로 지지 코어 및 장착된 저온 수축 물품이 기재 위에 공급되도록 중공형이다. 지지 코어는 전형적으로 필요시 붕괴되거나 달리 제거되어 저온 수축 물품이 그의 팽창된 상태로부터 지지 코어 내에 위치된 기재와 접촉하게 수축되도록 설계된다. 주어진 용도에서, 기재가 없는 경우 코어로부터 해제될 때, 코어 상의 팽창된 상태로부터 의도된 기재의 외경보다 더 작은 내경을 갖는 이완 상태로 수축하는 저온 수축 물품이 전형적으로 선택된다. 기재 상에 배치될 때, 그러한 크기는 저온 수축 물품이 팽창 상태로부터 완전히 이완하는 것을 방지하며, 이는 저온 수축 물품과 기재 사이의 딱 맞는 탄성 맞물림을 보장한다. 일단 저온 수축 물품이 기재 상으로 수송되면, 저온 수축 물품은 기재와의 맞물림 기간에 걸쳐 부분적으로 팽창된 상태로 유지된다.
전기 케이블의 일부 구성, 특히 지하에서 사용하기 위해 의도된 케이블의 초기 구성은 하나 이상의 전기 전도체를 둘러싸는 납 재킷으로 구성되는데, 납 재킷과 전기 전도체 사이에 절연성의 유침지(oil-impregnated paper) 층이 위치된다. 이러한 구성의 케이블은 통상적으로 종이-절연 납-차폐식 케이블(paper-insulated lead-covered cable; "PILC 케이블")로 지칭된다. 비록 최근 케이블들이 지금은 내부에 유체가 없는 유전성(플라스틱) 재킷을 압출 성형하지만, 여전히 상당량의 PILC 케이블이 사용 중에 있다. PILC 케이블을 보수, 종단 또는 접속할 필요가 있는 경우에, 케이블 시스템 내에 유체를 수용하기 위해 시일(종종 오일 막음부(oil-stop)라 함)이 제공되어야 하는데, 이는 오일 또는 사용된 다른 절연성 유체의 유출로 인한 유해한 영향 때문이다. 케이블 시스템 내의 유체는 종종 활성화된 케이블에 의해 소산되는 에너지로부터의 유체의 열 팽창으로 인한 압력을 받으며, 압력은 종종, 예를 들어 에너지 부하의 변화로 인해 케이블의 내부 온도가 변함에 따라 변동한다.
PILC 케이블 내에 오일 막음부를 제공하는 몇몇 상이한 유형의 시스템이 있다. 일부 밀봉 시스템은 케이블 위에 매스틱(mastic) 또는 수지와 테이프 또는 가열 수축 튜브의 조합을 설치한다. 이들 해결책의 문제는 시일이 케이블의 열 팽창 및 수축(및 오일 압력의 관계된 변화)과 함께 충분히 팽창 및 수축하지 않고 그에 따라서 몇 년 동안 사용 후에 오일이 누설되는 경향이 있다는 것이다. 다른 해결책은 신장되지 않는 화합물 또는 제한 테이프(restricting tape)로 덮인 (고무 튜브 또는 고무 테이프와 같은) 탄성중합체 재료를 사용한다. 제한 덮개는 오일이 재료 내로 확산됨에 따라 탄성중합체가 팽창하는 것을 방지하고, 그에 의해 탄성중합체 내로 확산될 수 있는 오일의 양을 제한한다. 오일 막음부를 제공하는 데 이용가능한 시스템은 또한 이의 설치가 매우 노동 집약적이고 시일의 품질이 설치자의 기술에 민감하고 종종 설치 시에 현장에서 화학물질 및/또는 열원의 취급을 필요로 한다는 단점이 있다.
본 발명에 따른 실시예는, 예를 들어 전도체가 유체 함유 층에 의해 둘러싸인 케이블용 저온 수축 시일을 포함한다. 일 실시예에서, 케이블은 전도체를 둘러싸는 오일 함유 층을 갖는다. 저온 수축 시일은 오일 함유 층 위에 놓인 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 탄성중합체 튜브와, 탄성중합체 튜브 위에 놓인 전기 절연성 탄성중합체 부트(boot)를 포함한다.
다른 실시예에서, 케이블이 부분적으로 노출된 중심 전도체와, 전도체를 둘러싸는 부분적으로 노출되고 오일이 함침되고 전기 절연성인 종이 층과, 종이 층을 둘러싸는 부분적으로 노출된 반도체 층과, 반도체 층을 둘러싸는 납 재킷을 갖는다. 저온 수축 시일은 반도체 층 및 종이 층의 노출된 부분과 접촉하고 그를 둘러싸는 전기 절연성 탄성중합체 튜브를 포함한다. 전기 절연성 탄성중합체 부트가 탄성중합체 튜브와 접촉하고 그를 둘러싼다. 일 구현예에서, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체의 조성물을 포함한다.
다른 실시예에서, 케이블이 전도체를 둘러싸는 부분적으로 노출된 오일 함유 층을 갖는다. 커넥터가 전도체의 종단부에 결합된다. 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 탄성중합체 튜브가 커넥터의 적어도 일부와 노출된 오일 함유 층의 모두에 씌워진다.
다른 실시예에서, 오일 막음부가 중심 전도체와 전도체를 둘러싸는 오일 함유 층과 오일 함유 층을 둘러싸는 재킷을 갖는 전기 케이블의 단부에 구비된다. 오일 막음부는 오일 함유 층의 일부를 노출시키도록 재킷의 일부를 제거한 다음 중심 전도체의 일부를 노출시키도록 오일 함유 층의 일부를 제거함으로써 형성된다. 저온 수축성이고 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 탄성중합체 튜브가 오일 함유 층의 전체 노출된 부분 둘레에 탄성 정합되어 배치된다. 탄성중합체 튜브는 오일 함유 층에 탄성 압력을 가한다.
도 1은 중심 전도체를 노출시키기 위해 다양한 층의 일부가 제거된, 단일 전도체 종이-절연 납-차폐식(PILC) 전기 케이블의 종단부의 측면도.
도 2는 전기 응력 완화 재료가 납 재킷의 단부와 중간의 반도체 층에 적용되고 종이 절연체가 풀리는 것을 방지하도록 테이프가 붙여진 도 1과 유사한 입면도.
도 3은 오일 막음부를 형성하는 탄성중합체 저온 수축 튜브의 적용을 추가로 도시하는 도 1 및 도 2와 유사한 입면도.
도 4는 PILC 케이블과 탄성 정합된 도 3의 탄성중합체 튜브를 추가로 도시한 입면도.
도 5는 3개의 전도체를 노출시키기 위해 다양한 층의 일부가 제거된 상태의 3개 전도체 PILC 케이블의 종단부의 측면도.
도 6은 PILC 케이블의 전도체의 각각과 탄성 정합된 탄성중합체 튜브를 추가로 도시한 도 5와 유사한 입면도.
도 7은 복수의 코어 상에서 분기된 저온 수축 물품의 팽창된 상태의 사시도.
도 8은 도 6의 PILC 케이블 상에 설치된 도 7의 분기된 저온 수축 물품을 도시한 부분 단면도.
이제 도면, 특히 도 1을 참조하면, 절연 유체가 내부 함유된 예시적인 전기 케이블(10)이 도시되어있다. 케이블(10)은 종이-절연 납-차폐식(PILC) 단일 전도체 케이블을 나타내며, 외부의 납 재킷(12), 탄소 로딩된 종이 또는 금속화된 종이로 형성된 중간의 반도체 층(14), (예시된 케이블(10)에서 유침지로 형성된) 오일 함유 절연 층(16), 및 중심 전도체 또는 일 군의 전도체들(18)로 구성된다. 반도체 층은 절연 층(16) 아래에 존재한다. 일부 케이블(10)들은 또한 납 재킷(12)을 둘러싸며 이를 보호하는 외부 플라스틱 외장(sheath)을 갖는다.
설명을 목적으로, 본 발명은 오일 함침 배출식 PILC 케이블의 단부에 시일 또는 오일 막음부를 형성하여 그로부터 유체가 누설되는 것을 방지함으로써, 케이블에 다양한 부속물들이 부착될 수 있도록 하는 것에 대해 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 교시는 본 명세서에 기재된 구체적인 PILC 케이블 구성과는 상이한 구성을 갖는 케이블에도 동일하게 적용가능하다는 점을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 명세서의 교시는 그리스로 함침된 질량체 함침 비배출식(mass-impregnated non-draining; "MIND") 케이블에 적용 가능하다. 이와 유사하게, 본 발명의 교시는 그리스와 같이 높은 점성의 재료를 포함한 오일 이외의 유체에도 동일하게 적용가능하다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "PILC"는 내부에 유체 또는 점성 재료를 갖는 모든 유형의 케이블을 포함하는 것으로 이해되며, 용어 "오일" 및 "오일 막음부"는 케이블 구성에 사용되는 모든 유형의 유체 또는 점성 재료를 포함하는 것으로 이해된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 케이블(10)은 납 재킷(12)의 일부(예를 들어, 28 ㎝)를 우선 절단하여, 반도체 층(14)을 노출시킴으로써 오일 막음부의 설치를 위해 준비된다. 반도체 층(14)의 약간 더 작은 부분(예를 들어, 22 ㎝)을 마찬가지로 제거하여, 오일 함유 절연 층(16)을 노출한다. 마지막으로, 오일 함유 절연 층(16)의 더욱 더 작은 일부(예를 들어, 11 ㎝)를 제거하여, 중심 전도체(18)를 노출시킨다. 절연 층(16) 아래의 반도체 층은 절연 층(16)과 사실상 동일한 길이로 제거된다. 케이블 변환 커넥터(19)가 중심 전도체(18) 상에 설치된다. 커넥터(19)는 케이블(10)을 접속하거나 종단하기 위해 사용되는 커넥터들을 포함하지만 그에 한정되지 않는 임의의 유형의 커넥터일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일 구현예에서, 오일 함유 절연 층(16)은 절연 접착 테이프(20)의 스트립에 의해 제자리에 보유되며, 이는 오일 함유 절연 층(16)이 풀리는 것을 억제한다. 이러한 목적에 적합한 테이프가 본 발명의 양수인인 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)에 의해 상표명 "33+ 비닐 일렉트리컬 테이프(Vinyl Electrical Tape)"로 판매된다. 테이프(22)의 제2 스트립은 이하에 설명된 바와 같이 납 재킷(12)의 절단 에지의 위치를 표시하기 위해 절단 에지(예를 들어, 1 내지 2 ㎝ 이내) 근처에서 납 재킷(12) 상에 위치될 수 있다. 동일한 유형의 테이프가 테이프(20)에 사용된 것과 같이 테이프(22)에 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 오일 막음부의 형성을 위한 추가적인 준비로서, 케이블(10)에는 어떤 형태의 절연성 응력 완화부가 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 이는 납 재킷(12)의 종단 부분 및 반도체 층(14) 둘레에 고절연성 일정 테이프(high-dielectric constant tape)(24)를 권취함으로써 달성된다. 응력 제어 테이프(24)는 반도체 층(14)을 완전히 덮고 오일 함유 절연 층(16)(예를 들어, 1 ㎝)과 약간 중첩된다. 이러한 목적에 적합한 테이프는 상표명 "2220 스트레스 콘트롤 테이프(2220 Stress Control Tape)"로 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능하다.
이제 도 3을 참조하면, 오일 막음부의 제1 요소는 탄성중합체 튜브(26)이다. 탄성중합체 튜브(26)는 전기 절연성이며 사실상 오일 불투과성이고, 이하에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이 불소탄성중합체 및 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체를 포함한 조성물로 형성된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "사실상 오일 불투과성"이라 함은 케이블 내에 함유된 특정 유체에 대하여 제한적으로 또한 절대적으로 불투과성인 것을 모두 의미한다. 제한적인 불투과성은 밀리터리 스펙(Military Spec) SC-X15111B(1984년 9월 27일)에 기술된 바와 같은 최대 허용 퍼센트 중량 증가에 의해 정의된다. 탄성중합체 튜브(26)는 전형적으로 압출 또는 주조로 제조되고, 그의 이완 상태에서, 대체로 원통형이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "튜브", "튜브형의", "원통형" "원통형의" 등은 원형 단면을 갖는 물체들로 한정되지 않으며, 그보다는 임의의 단면으로 된 중공의 긴 부재를 가리킨다. 탄성중합체 튜브(26)는 단일층 요소이거나, 또는 조합된 기계적인 지지를 위해 제공되거나 시스템을 더욱 경제적으로 유리하게 만들기 위해 다른 탄성중합체와 다층으로 된 요소로 형성될 수 있다.
탄성중합체 튜브(26)의 크기는 케이블(10)의 크기에 따라 상당히 변화할 수 있다. 일 실시예에서, 탄성중합체 튜브(26)의 길이는 납 재킷(12)으로부터 커넥터(19)까지의 길이와 동일하거나 그보다 클 수 있다. 탄성중합체 튜브(26)의 (이완 상태에서의) 직경은 절연 층(16)의 직경보다, 전형적으로 1 밀리미터 또는 그보다 더, 작다. 탄성중합체 튜브(26)의 탄성으로 인해, 단일 직경의 튜브는 소정 직경 범위를 갖는 케이블(10)에 편리하게 사용될 수 있다. 물론, 도 3에 도시된 팽창된 상태에서, 탄성중합체 튜브(26)의 직경은 케이블(10)의 직경보다 크다. (이완 상태의) 탄성중합체 튜브(26)의 두께는 의도된 응용에 따라서 달라질 수 있다.
케이블(10) 상에 설치하기 전에, 탄성중합체 튜브(26)는 예를 들어 시버트(Sievert)의 미국 특허 제3,515,798호에 기재된 바와 같이, 통상 공지된 바와 같이 제거가능 코어(28) 상에 지지된다. 제거가능 코어(28)는 탄성중합체 튜브(26)를 방사상으로 팽창된 상태로 유지하고, 또한 대체로 원통형이며 탄성중합체 튜브(26)보다 약간 길다. 제거가능 코어(28)의 직경은 광범위하게 변화될 수 있으며, 단지 실제적인 요건은 케이블(10)의 외경보다 크다는 것이며, 코어(28)가 제거되기 위한 충분한 틈을 제공한다는 것이다. 코어(28)의 벽은 전형적으로 1 밀리미터 내지 5 밀리미터의 범위 내의 두께를 갖는다. 제거가능 코어(28)는 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리비닐클로라이드와 같은 임의의 내구성 및 가요성 재료로 구성된다. 일 실시예에서, 제거가능 코어(28)는 분리가능한 방식으로 결합된 인접한 코일을 갖는 나선형으로 감겨진 스트립으로, 스트립의 단부(30)를 단단히 당겨 풀어서 튜브(26) 내에서부터 코어(28)가 붕괴되어 제거되도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 탄성중합체 튜브(26)의 일 단부는 마킹 테이프(22)에 인접하여 보유된다. 제거가능 코어(28)의 단부(30)가 당겨짐에 따라, 탄성중합체 튜브(26)는, 도 4에 도시된 바와 같이 케이블(10)과 긴밀한 탄성적인 순응상태에 있게 될 때까지 케이블(10) 주위에서 제자리로 천천히 수축한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 탄성중합체 튜브(26)는 약 2 센티미터(2 ㎝) 만큼 납 재킷(12)과 중첩되며 커넥터(19)와 유사한 거리만큼 중첩된다. 따라서, 탄성중합체 튜브(26)는 케이블(10) 내에서부터의 유체의 누출을 방지하고 또한 물이 케이블(10) 내로 침입하는 것을 방지하는 오일 막음부를 제공한다.
탄성중합체 튜브(26)는 오일 함유 절연 층(16)과 직접 접촉해 있으며, 오일 함유 절연 층(16)에 탄성 압력을 인가하고 있는 점에 유의해야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "탄성 압력"은 예를 들어 열 팽창 및 수축으로 인한 하부 기판의 크기 변화 및 케이블 유체의 압력 변화에 따라 설치된 탄성중합체 부재가 팽창하고 수축하는 능력을 가리킨다. 유리하게는, 그러므로, 탄성중합체 튜브(26)가 주기적으로 그리고 탄성적으로 팽창하고 수축할 때, 탄성중합체 튜브(26)의 변형은 케이블(10) 내의 유체에 압력 완화를 제공하고, 케이블(10) 내의 압력을 제한한다.
상술한 바와 같이, PILC 케이블은 하나 초과의 중심 전도체(18)를 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 케이블(100)은 복수의 전도체(18)를 갖는 PILC 케이블을 나타낸다. 케이블(100)은 3개의 전도체(18a, 18b, 18c)(집합적으로 전도체(18))를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 개수의 전도체도 가능하다. 도1 내지 도 4를 참조하여 전술한 케이블(10)과 유사하게, 케이블(100)의 각 전도체(18a, 18b, 18c)는 예시된 케이블(100)에서 유침지로 형성된 해당 오일 함유 절연 층(16a, 16b, 16c)(집합적으로 오일 함유 절연 층(16))으로 각각 둘러싸이며, 이는 다시 탄소 로딩된 종이 또는 금속화된 종이로 형성된 해당 중간 반도체 층(14a, 14b, 14c)(집합적으로 반도체 층(14))에 의해 각각 둘러싸인다. 일 군의 전도체(18)(즉, 해당 절연 층(16)과 반도체 층(14)을 구비한 각각의 전도체(18))는 외부의 단일 납 재킷(12)으로 둘러싸여서 케이블(100)을 형성한다. 일부 케이블(100)은 또한 납 재킷(12)을 둘러싸고 보호하는 외부 플라스틱 외장을 갖는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 케이블(100)은 납 재킷(12)의 일부를 우선 절단하여, 복수의 전도체(18)들과 관련 반도체 층(14) 및 오일 함유 층(16)을 노출시키고 이들의 분리를 허용하도록 함으로써, 오일 막음부의 설치를 위한 준비가 된다. 케이블(100) 내의 복수의 전도체(18)의 각각은 케이블(10)의 전도체(18)(도 1)에 대하여 상술한 방식과 유사한 방식으로 준비된다. 즉, 반도체 층(14)의 일부가 하부의 오일 함유 절연 층(16)을 노출시키도록 제거되고, 그 다음, 오일 함유 절연 층(16)의 보다 작은 부분이 하부의 중심 전도체(18)를 노출시키도록 제거된다. 그 후, 케이블 변환 커넥터(19a, 19b, 19c)(집합적으로 커넥터(19))들이 중심 전도체(18) 상에 설치된다. 상술한 바와 같이, 커넥터(19)는 케이블(10)의 접속 또는 종단에 사용되는 커넥터들을 포함하지만 그에 한정되지 않는 임의의 형태의 커넥터일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 준비된 전도체(18a, 18b, 18c)에 대해, 탄성중합체 튜브(26a, 26b, 26c)가 각기 도 1 내지 도 4를 참조하여 상술한 바와 같은 방식으로 설치되지만, 예를 들어 반도체 층(14)과 납 재킷(12)의 종단 부분 둘레에 고절연성 일정 테이프를 권취함으로써, 절연 응력 완화의 제공이 생략될 수 있다. 도 1내지 도 4에 대하여 상술한 바와 같이, 탄성중합체 튜브(26)는 전기 절연성이며 사실상 오일 불투과성이며, 이하에 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 불소탄성중합체 및 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체를 포함하는 조성물로 형성된다. 일 실시예에서, 각 탄성중합체 튜브(26)의 길이는 납 재킷(12)으로부터 커넥터(19)까지의 길이 이상이다. 도 6에 도시된 실시예에서, 각각의 탄성중합체 튜브(26)는 약 2 센티미터(2 ㎝)만큼 커넥터(19)와 중첩되지만, 전도체(18)의 수렴하는 성질로 인해 납 재킷(12)까지 완전히 연장되지 않는다. 일 실시예에서, 탄성중합체 튜브(26)는 납 재킷(12)과 최대한 근접하게 위치된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 설치 후에, 각각의 탄성중합체 튜브(26)는 해당 전도체(18), 오일 함유 절연 층(16) 및 반도체 층(14)과 긴밀한 탄성 순응관계에 있게 된다. 각 탄성중합체 튜브(26)는 하부의 오일 함유 절연 층(16)과 직접 접촉해 있으며, 오일 함유 층(16)에 탄성 압력을 인가하고 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 케이블(100)을 위한 오일 막음부의 제2 요소가 도시되어 있다. 특히, 예시적인 탄성중합체 부트(120)가 도시되어 있다. 탄성중합체 부트(120)는 서로 연통해 있는 복수의 중공 탄성중합체 부분(또는 부재)(122a, 122b, 122c, 122d)을 갖는 분기된 저온 수축 물품이다. 도 7은 해당 제거가능 코어(124a, 124b, 124c, 124d) 상에서 팽창된 상태의 중공 탄성중합체 부분(122a, 122b, 122c, 122d)을 도시한다. 일 실시예에서, 탄성중합체 부트(120)는 전기 절연성이다. 일 실시예에서, 탄성중합체 부트(120)는 사실상 오일 불투과성이다. 일 실시예에서, 탄성중합체 부트(12)는 불소탄성중합체 및 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체를 포함하는 조성물로 형성된다. 일 실시예에서, 탄성중합체 부트(120) 및 탄성중합체 튜브(26)는 사실상 동일한 조성물로 형성된다. 일 실시예에서, 탄성중합체 부트(120)는 절연성 응력 완화를 제공하는 것을 돕기 위해 반도체 특성을 갖는다. 탄성중합체 부트(120)는 전형적으로 주조에 의해 제조된다. 탄성중합체 튜브(26)에서와 같이, 탄성중합체 부트(120)는 단일층 요소이거나, 또는 조합된 기계적인 지지를 위해 제공되거나 시스템을 더욱 경제적으로 유리하게 만들기 위해 다른 탄성중합체와 다층으로 된 요소로 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 탄성중합체 부트(120)는 본래의 케이블(100)을 수용하는 크기로 된 대형 개구(부분(122d))와, 분리된 개별 전도체(18)들이 탄성중합체 부트(120)로부터 나오게 하는 다른 단부에서의 복수의 더 소형인 개구(부분(122a, 122b, 122c))를 갖는 장갑 형태로 형성된다. 더 소형인 개구의 개수는 케이블(100) 내의 전도체(18)의 개수에 대응한다.
탄성중합체 부트(120)(보다 구체적으로는 부분(122a, 122b, 122c, 122d))는 탄성중합체 튜브(26)의 전개와 관련하여 상술한 방법에 따른 전도체(18) 및 케이블(100) 상에서 전개될 수 있다. 특히, 제거가능 코어(124a, 124b, 124c, 124d)가 제거됨에 따라, 탄성중합체 부트(120)의 각 부분(122a, 122b, 122c, 122d)은 도 8에 도시된 바와 같이 케이블(100)과 긴밀한 탄성 순응관계에 있을 때까지 제자리로 수축한다. 탄성중합체 튜브(26)에서와 같이, 탄성중합체 부트(120)의 크기는 케이블(100) 및 그 내부의 전도체(18)의 크기에 따라 상당히 변할 수 있다. 부분(122a, 122b, 122c, 122d)은 수축된 상태에 있을 때 탄성중합체 튜브(26a, 26b, 26c)와 케이블(100)의 해당 외부면에 대하여 효과적으로 밀봉하는 크기의 직경을 갖는다. 일 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 수축 상태의 부분(122a, 122b, 122c, 122d)의 길이는 부분(122d)이 약 2 센티미터(2 ㎝)만큼 케이블(100)의 납 재킷(12)과 중첩되기에 충분하고, 부분(122a, 122b, 122c)의 길이는 하부의 탄성중합체 튜브(26a, 26b, 26c)와 약 5 ㎝ 내지 8 ㎝만큼 중첩되기에 충분하다. 물론, 탄성중합체 부트(120)에 의해 다른 양의 중첩이 가능하며 의도된 응용에 따라서 요구될 수 있다. 일단 탄성중합체 부트(120)가 제자리에 있으면, 오일 막음부가 완성된다. 이러한 조립체는 신뢰성 있는 시일을 생성하고 케이블(100)로부터 임의의 유체의 유출을 방지하는 한편, 또한 케이블(100) 내로 물이 유입되는 것을 방지한다.
일부 응용에서, (부분(122a, 122b, 122c)들 사이의 영역(130)과 같은) 탄성중합체 부트(120) 아래의 공극의 존재 또는 공극의 가능성은 탄성중합체 부트(120)의 설치 중에 또는 그 후에 공기를 배출시키기 위한 니플(140)(도 8)을 탄성중합체 부트(120)에 제공함으로써 피할 수 있다.
탄성중합체 부트(120)는 하부의 탄성중합체 튜브(26) 및 또한 하부의 오일 함유 층(16)에 탄성 압력을 인가한다는 것에 유의해야 한다. 즉, 탄성중합체 튜브(26)와 탄성중합체 부트(120) 둘 모두는, 예를 들어 열 팽창 및 수축으로 인한 하부 케이블(100)의 크기 변화 및 케이블 유체의 압력 변화에 따라 팽창하고 수축한다. 그러므로, 유리하게는, 탄성중합체 튜브(26)와 탄성중합체 부트(120)가 주기적으로 그리고 탄성적으로 팽창 및 수축함에 따라, 압력 완화가 케이블(100) 내의 유체에 제공되고, 케이블(100) 내의 유체 압력이 제한된다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 오일 막음부는 PILC 케이블(단일 코어 또는 복수 코어)의 단부를 플라스틱 케이블로 효과적으로 변환한다. 그 다음, PILC 케이블은 일반적으로 압출된 절연 케이블로 한정되는 다양한 케이블 부속물의 사용을 수용할 수 있다. 예를 들어, 커넥터가 종단 러그(termination lug)를 중심 전도체(18)에 부착시키는 데 사용될 수 있고, 또는 별도의 접속부 조립체가 케이블 전도체(18)를 다른 케이블 전도체(도시되지 않음)에 연결하는 데 사용될 수 있다. 다른 케이블은 압출된 절연 케이블이거나, 본 발명에 따른 오일 막음부를 또한 갖는 PILC케이블일 수 있다.
위에서 참조된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 적어도 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린을 포함한 탄성중합체 조성물로 형성된 저온 수축 물품을 포함한다. 적어도 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린을 포함하는 적합한 탄성중합체 조성물의 예는, 본 명세서에 전체가 참고로 포함된 2005년 7월 28일자로 출원되고 공계류 중이며 통산 양도되고 발명의 명칭이 "저온 수축 물품 및 저온 수축 물품을 제조하는 방법(Cold-Shrink Article and Method of Making Cold-Shrink Article)"인 미국 특허 출원 제11/191,838호에 상세히 기재되어 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "에피클로로하이드린"은, 예를 들어 에피클로로하이드린을 함유하는 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체(terpolymer) 및 사원공중합체(tetrapolymer)와 같은 에피클로로하이드린 단량체를 함유하는 임의의 중합체를 비롯한, 에피클로로하이드린을 함유하는 임의의 물질을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "저온 수축"은 팽창된 상태로부터 이완된 상태로 수축하거나, 가열이 없는 실온 조건(예를 들어, 약 20℃ 내지 25℃)에서 부분적으로 팽창된 상태로부터 수축하는 물품(물품의 일부)의 능력으로 정의된다.
저온 수축 물품이 이완된 상태로부터 팽창된 상태로 팽창하게 하는 반면 또한 물품이 이완 상태로 다시 저온 수축하게 하기 위해 탄성중합체가 저온 수축 물품의 탄성중합체 조성물에 포함된다. 불소탄성중합체가 본 발명의 탄성중합체 조성물에 포함될 수 있다. 불소탄성중합체는 다양한 유형의 조성물 또는 재료, 예를 들어 에피클로로하이드린, EPDM 층, 니트릴 고무, 및 다양한 다른 조성물 또는 재료와 조합 또는 사용될 수 있다. 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 혼합물이 본 발명의 탄성중합체 조성물에 포함될 수 있다. 본 발명의 저온 수축 물품의 일부 실시예는 사람의 눈에 의한 육안 검사 시에 임의의 분할, 인열 또는 파단을 나타내지 않고 연장된 기간 동안 적어도 약 150℃의 온도에 팽창된 상태에서 노출될 수 있다.
다르게 언급되지 않으면, 본 명세서의 모든 농도는 고무 100 중량부 당 중량부(phr)로 표현되고, 고무는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린 둘 모두의 총 중량으로 정의된다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 특정 성분의 phr는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 중량부에 대한 성분의 중량부를 나타낸다.
에피클로로하이드린과 불소탄성중합체의 넓은 범위의 농도가 본 발명의 탄성중합체 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 튜브 및/또는 부트의 탄성중합체 조성물은 불소탄성중합체 및 에피클로로하이드린의 총 100 부 당 약 10 부 내지 약 60 부 범위의 불소탄성중합체를 포함한다. 일부 실시예에서, 튜브 및/또는 부트의 탄성중합체 조성물은 불소탄성중합체 및 에피클로로하이드린의 총 100 부 당 약 40 부 내지 약 90 부 범위의 에피클로로하이드린을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에피클로로하이드린을 함유하는 중합체(예를 들어, 에피클로로하이드린을 함유하는 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 사원공중합체)의 경우에, 에피클로로하이드린의 중량부는 에피클로로하이드린을 함유하는 중합체의 총 중량부를 지칭한다.
승온에서 (탄성중합체 조성물로 형성된) 저온 수축 물품의 분할 및 인열 특성을 향상시키도록 본 발명의 탄성중합체 조성물에 보강 충전제 재료가 선택적으로 포함될 수 있다. 적합한 충전제 재료의 예는 실리카계 보강 충전제, 보강재 등급의 카본 블랙, 플로오로플라스틱, 점토 및 이들의 임의의 비율의 임의의 조합을 포함한다. 적합한 충전제의 예는 이상에서 언급한 미국 특허 출원 제11/191,838호에 상세히 기재되어 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실리카계 보강 충전제"는 (순수 실리카와 같은) 화학식 SiO2의 모든 화합물; 조성물의 총 중량에 기초하여 SiO2 및/또는 SiO2 유도체의 적어도 약 10 중량 퍼센트를 포함하는 모든 조성물; 모든 규산염; 및 이들의 임의의 비율의 임의의 조합을 포함하는 것으로 정의된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 " 보강재 등급의 카본 블랙"은 약 40 ㎚ 보다 작은 평균 입자 크기를 갖고, 약 65 ㎡/g의 평균 표면적에 대응하는 임의의 카본 블랙을 포함한다.
그 다음, 탄성중합체 조성물은, 예를 들어 압출 또는 주조와 같은 임의의 적합한 공정에 의해 저온 수축 물품으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 저온 수축 물품의 탄성중합체 조성물은 탄성중합체 조성물의 물리적 특성에 영향을 미치도록 경화, 압열 또는 조사된다. 적합한 경화, 압열 및 조사 방법의 예는 위에서 언급된 미국 특허 출원 제11/191,838호에 상세히 기재되어 있다.
본 발명의 탄성중합체 조성물은 당업계에 공지된 임의의 형상 또는 기하학적 구성의 저온 수축 물품으로 형성될 수 있다. 저온 수축 물품의 전체는 아닌 일부 예는 튜브, 플라크(plaque) 및 다분지 구조물(즉, 복수의 입구 및/또는 출구가 구비된 장갑형 구조물)을 포함한다.
(본 발명의 탄성중합체 조성물로 형성된) 본 발명의 저온 수축 물품은 다양한 환경 조건(예를 들어, 실온 또는 150℃) 하에서 다양한 조합에서 다양한 유리한 기계적인 특성을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 튜브 및 플라크와 같은 본 발명의 저온 수축 물품은 이 문서의 "특성 분석 및 특성화 과정(Property Analysis 및 Characterization Procedure)" 부분의 절차에 따라 시험했을 때 실온에서 적어도 약 450 %의 파단 연신률 및/또는 150℃에서 적어도 약 250 %의 파단 연신률을 나타낼 수 있다. 튜브 및 플라크와 같은 본 발명의 저온 수축 물품의 일부 실시예는 "특성 분석 및 특성화 과정 " 부분의 절차에 따라 시험했을 때 100℃ 에서 약 35 % 미만의 영구 변형 퍼센트(percent permanent set)를 나타낼 수 있다. 더욱이, 본 발명의 조성물로 형성된 튜브 및 플라크의 일부 실시예는 100℃에서 약 25 % 미만의 영구 변형 퍼센트를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 조성물로부터 형성된 플라크는 100℃ 에서 약 20 % 미만의 영구 변형 퍼센트를 나타낼 수 있다.
본 발명의 저온 수축 물품의 다양한 실시예는 승온에서 인열 또는 분할에 대한 내성이 있다. 예를 들어, 본 발명의 저온 수축 물품의 일부 실시예는 약 150℃의 승온에서 장기간 동안 팽창 상태로 (예를 들어, 200% 방사상으로 팽창된 상태로 7일) 유지될 때 인열에 대한 내성이 있다.
본 발명의 저온 수축 물품의 다양한 실시예는, 예를 들어 디젤 연료 및 유압유와 같은 물질에 대한 내화학성을 나타낸다. 본 발명의 저온 수축 물품의 일부 실시예는 약 49 ℃에서 24 시간 동안 디젤 연료에 침지될 때 약 25 % 미만의 퍼센트 중량 증가 및/또는 약 71 ℃에서 24 시간 동안 유압유에 침지될 때 약 10 % 미만의 퍼센트 중량 증가를 나타낸다.
본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 형태 및 상세 사항에서 수정이 이루어질 수도 있음을 인식할 것이다.

Claims (19)

  1. 전도체가 연장되고 전도체를 둘러싸는 오일 함유 층을 갖는 케이블용 저온 수축 시일로서,
    오일 함유 층의 일부에 씌워지는 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 탄성중합체 튜브와;
    탄성중합체 튜브의 일부에 씌워지는 전기 절연성 탄성중합체 부트를 포함하는 저온 수축 시일.
  2. 제1항에 있어서, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체를 포함하는 조성물을 포함하는 저온 수축 시일.
  3. 제1항에 있어서, 탄성중합체 부트는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체를 포함하는 조성물을 포함하는 저온 수축 시일.
  4. 제2항에 있어서, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 10 부 내지 약 60 부 범위의 불소탄성중합체를 포함하고, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 40 부 내지 약 90 부 범위의 에피클로로하이드린을 포함하는 저온 수축 시일.
  5. 제3항에 있어서, 탄성중합체 부트는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 10 부 내지 약 60 부 범위의 불소탄성중합체를 포함하고, 탄성중합체 부트는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 40 부 내지 약 90 부 범위의 에피클로로하이드린을 포함하는 저온 수축 시일.
  6. 제2항에 있어서, 조성물은 보강재 등급의 카본 블랙, 실리카계 충전제, 점토, 플루오로플라스틱, 금속 산화물 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 충전제 재료를 추가로 포함하는 저온 수축 시일.
  7. 제1항에 있어서, 케이블의 단부는 그로부터 연장된 복수의 전도체를 갖고, 복수의 전도체의 각각은 전도체를 둘러싸는 대응하는 오일 함유 층을 갖고, 케이블 단부 시일은
    각각이 오일 함유 층의 대응하는 하나의 일부에 씌워진 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 복수의 탄성중합체 튜브와,
    제1 단부에서 단일 개구를 포함하고 제2 단부에서 복수의 개구를 포함하는 장갑형 본체를 갖는 전기 절연성 탄성중합체 부트를 추가로 포함하고, 복수의 개구는 개수에 있어서 복수의 케이블 전도체에 대응하고, 부트는 케이블에 적용되어 케이블 전도체와 그에 대응하는 탄성중합체 튜브의 각각의 하나가 다수의 개구 중 대응하는 하나를 통하여 부트를 빠져나가는 저온 수축 시일.
  8. 제1항에 있어서, 케이블은 PILC 케이블을 포함하는 저온 수축 시일.
  9. 제1항에 있어서, 탄성중합체 튜브 및 부트는 오일 함유 층의 오일의 팽창 및 수축으로 탄성적으로 변형하고 케이블의 내부 압력의 완화를 제공하도록 구성된 저온 수축 시일.
  10. 부분적으로 노출된 중심 전도체와, 전도체를 둘러싸는 부분적으로 노출되고 오일이 함침되고 전기 절연성인 종이 층과, 종이 층을 둘러싸는 부분적으로 노출된 반도체 층과, 반도체 층을 둘러싸는 납 재킷을 갖는 케이블의 종단부의 저온 수축 시일로서,
    반도체 층 및 종이 층의 노출된 부분의 일부와 접촉하고 그를 둘러싸고, 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체의 조성물을 포함하는 전기 절연성 탄성중합체 튜브와;
    탄성중합체 튜브의 일부와 접촉하고 그를 둘러싸는 전기 절연성 탄성중합체 부트를 포함하는 저온 수축 시일.
  11. 제10항에 있어서, 탄성중합체 부트는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체의 조성물을 포함하는 저온 수축 시일.
  12. 제11항에 있어서, 탄성중합체 튜브 및 탄성중합체 부트는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 10 부 내지 약 60 부 범위의 불소탄성중합체를 포함하고, 탄성중합체 튜브 및 탄성중합체 부트는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 40 부 내지 약 90 부 범위의 에피클로로하이드린을 포함하는 저온 수축 시일.
  13. 제10항에 있어서, 탄성중합체 튜브는 반도체 층과 종이 층의 노출된 부분의 조합된 길이와 사실상 동일하거나 또는 그보다 긴 길이를 갖는 저온 수축 시일.
  14. 제13항에 있어서, 탄성중합체 부트는 탄성중합체 튜브의 길이와 사실상 동일하거나 또는 그보다 긴 길이를 갖는 저온 수축 시일.
  15. 제10항에 있어서, 탄성중합체 부트는 납 재킷의 일부와 중심 전도체의 일부를 추가로 둘러싸는 저온 수축 시일.
  16. 전도체가 연장되고 전도체를 둘러싸는 부분적으로 노출된 오일 함유 층을 갖는 케이블과;
    전도체의 종단부에 결합된 커넥터와;
    커넥터의 일부와 노출된 오일 함유 층의 일부에 씌워지고 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 탄성중합체 튜브를 포함하는 케이블 변환 조인트.
  17. 제16항에 있어서,
    케이블로부터 연장되고 각각이 대응하는 부분적으로 노출된 오일 함유 층에 의해 둘러싸인 복수의 전도체와;
    각각이 복수의 전도체의 대응하는 하나의 종단부에 결합된 복수의 커넥터와;
    복수의 전도체의 각각에 대해, 노출된 오일 함유 층의 일부와 커넥터의 일부에 씌워지고 전기 절연성이고 사실상 오일 불투과성인 탄성중합체 튜브와;
    본체의 제1 단부에 단일 개구를 포함하고 본체의 제2 단부에 복수의 개구를 포함하는 전기 절연성 탄성중합체 부트를 추가로 포함하고, 복수의 개구는 개수에 있어서 복수의 케이블 전도체에 대응하고, 부트는 케이블에 적용되어 케이블 전도체 및 대응하는 탄성중합체 튜브의 각각의 하나가 다수의 개구 중 대응하는 하나를 통하여 부트를 빠져나가는 케이블 변환 조인트.
  18. 제16항에 있어서, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 블렌드 또는 불소탄성중합체를 포함하는 조성물을 포함하는 케이블 변환 조인트.
  19. 제18항에 있어서, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 10 부 내지 약 60 부 범위의 불소탄성중합체를 포함하고, 탄성중합체 튜브는 불소탄성중합체와 에피클로로하이드린의 총 100 부에 대하여 약 40 부 내지 약 90 부 범위의 에피클로로하이드린을 포함하는 저온 수축 시일.
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