KR20120004111A - 이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함 - Google Patents

이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함을 개시한다.
본 발명에 따른 이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브 및 이를 구비한 중간 접속함은 일측에는 구리 재질의 제 1 도체를 수용하기 위한 수용홈을 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체; 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 알루미늄 재질의 제 2 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브 및 이를 구비한 종단 접속함은 구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부를 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체; 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 전력 케이블의 알루미늄 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함{A Conductor Sleeve for Connecting Power Cables Having Different Conductors, A Conductor Sleeve for Connecting Aluminum Conductor Power Cable, A Method of Manufacturing the Same, and A Joint Box Having the Same}
본 발명은 이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 중간 접속함에 사용되는 종래 도체 슬리브의 몸체, 및 종단 접속함에 사용되는 알루미늄 재질의 종래 도체 슬리브의 몸체를 구리 재질로 제조하고, 또한 몸체의 일측에 알루미늄 재질의 용접부를 회전 마찰 용접 방법으로 접합시켜 제조함으로써, 알루미늄 재질과 및 구리 재질로 이루어진 이종의 도체를 구비한 전력 케이블의 접속이 가능하고, 내식성이 강하고 높은 기계적 강도를 가지며, 용접부와 알루미늄 도체 간의 접속 부분이 견고하게 접속되는, 이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 케이블은 전력을 공급하는 전력선을 일정한 가닥으로 서로 모아서 합성수지로 주절연층을 형성하고 이를 보호하기 위해 금속 시스(metallic sheath)와 이의 절연을 위한 합성수지층을 형성하여 지중 혹은 지상을 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하도록 사용되는 전선이다.
상술한 전력 케이블을 접속하기 위해서는 접속함이 사용된다. 접속함은 종단 접속함(termination)과 중간 접속함(joint)으로 구분된다. 종단 접속함은 기중 종단 접속함, 가스(gas)중 종단 접속함, 및 유(oil) 중 종단 접속함 등으로 구분되며, 중간 접속함은 보통 접속함(normal joint)과 절연 접속함(insulation joint) 등으로 구분된다.
중간 접속함은 케이블과 케이블을 접속하는데 사용되며, 이러한 중간 접속함을 구성하는 구성 요소 중의 하나인 도체 슬리브는 중간 접속함 내에서 접속되는 전력 케이블이 완전히 통전 가능하도록 접속 및 고정하는 역할을 하게 된다.
도 1a는 종래 기술에 따른 중간 접속함의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 종래 기술에 따른 중간 접속함에 사용되는 종래 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래 기술에 따른 중간 접속함(101)은 각각 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b); 상기 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)의 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)를 각각 수용하기 위한 도체 슬리브(130); 상기 도체 슬리브(130)의 외부에 제공되며, 상기 한 쌍의 케이블(120a,120b)을 절연하는 절연 유닛(140); 및 상기 절연 유닛(140)의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관(150)을 포함한다.
상술한 중간 접속함(101)에 사용되는 종래 도체 슬리브(130)는 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)에 사용되는 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)가 모두 구리 재질 또는 알루미늄 재질로 이루어진 동종의 도체를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)을 접속할 때 사용된다. 이러한 도체 슬리브(130)는 한 쌍의 케이블(120a,120b)의 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)가 각각 구리 재질인 경우, 도체 슬리브(130)는 양단부에 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)를 수용하는 제 1 및 제 2 수용홈(134a,134b)이 형성되어 있는 몸체(132)를 구비하며, 몸체(132)는 구리 재질로 제조된다. 구리 재질의 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)는 제 1 및 제 2 수용홈(134a,134b)에 삽입된 후 압축되어 서로 접속됨으로써, 도체 슬리브(130)는 중간 접속함(101) 내에서 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)을 고정한다.
도 1c는 종래 기술에 따른 한 쌍의 전력 케이블에 사용되는 제 1 및 제 2 도체가 모두 알루미늄 재질로 이루어진 동종의 케이블을 접속하는 방법을 도시한 도면이다.
도 1c를 참조하면, 종래 기술에 따른 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)에 사용되는 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)가 모두 알루미늄 재질인 동종의 케이블(120a,120b)을 접속하는 경우, 별도의 도체 슬리브가 사용되지 않는다. 이 경우, 제 1 케이블(120a)의 제 1 절연체(122a)와 제 1 케이블(120a)의 제 1 절연체(122a)를 벗겨 제 1 알루미늄 도체(124a)와 제 2 알루미늄 도체(124b)를 노출시킨 후, 제 1 및 제 2 알루미늄 도체(124a,124b)를 알루미늄 용접봉을 이용한 용접 방법에 의해 비드(125)를 형성하여 직접 접속하는 방법이 사용된다.
한편, 종단 접속함은 전력케이블의 끝단에 사용되는 접속함으로 상술한 바와 같이 기중 종단 접속함, 가스중 종단 접속함, 및 유중 종단 접속함으로 구분된다.
도 1d는 종래 기술에 따른 종단 접속함의 개략적인 단면도 및 확대 단면도이고, 도 1e는 도 1d에 도시된 종래 기술에 따른 중간 접속함에 사용되는 종래 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1d 및 도 1e를 참조하면, 종래 기술에 따른 종단 접속함(102)은 알루미늄 도체(124b)를 구비한 전력 케이블(120b); 상기 전력 케이블(120b)의 알루미늄 도체(124b)를 접속하며, 외부로 노출되는 접촉부(135a)를 구비한 도체 슬리브(130); 및 상기 도체 슬리브(130)의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관(150)을 포함한다.
상술한 종단 접속함(102)에 사용되는 종래 도체 슬리브(130)는 종단 접속함에 사용되는 종래 도체 슬리브(130)는 알루미늄 도체(124b)를 구비한 전력 케이블(120b)과 접속하기 위해 몸체(132) 전체가 알루미늄 재질로 제조된다. 몸체(132)는 일측에는 종단 접속함(130)의 끝단에서 외부로 노출되는 접촉부(135a)를 구비하고, 타측에는 용접부(135b)를 구비하고 있다. 용접부(135b)는 알루미늄 도체(124b)를 구비한 전력 케이블(120b)과 알루미늄 용접봉을 이용한 비드(125)의 형성을 통해 직접 접속된다.
상술한 바와 같이, 도 1a 및 도 1b에 도시된 중간 접속함(101)에 사용되는 종래 도체 슬리브(130)는 구리 재질로 이루어진 동종의 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)만을 접속할 수 있으며, 이종의 도체(예를 들어, 제 1 및 제 2 도체(124a,124b) 중 어느 하나는 구리 재질이고 다른 하나는 알루미늄 재질인 경우)를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)을 접속하는데 사용될 수 없다. 좀 더 구체적으로, 종래 기술의 중간 접속함에서는 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)에 사용되는 제 1 및 제 2 도체(124a,124b) 중 하나가 알루미늄 재질이고 다른 하나가 구리 재질인 경우, 알루미늄과 구리의 용융점은 각각 660℃ 및 1,084℃로 큰 차이를 갖는다. 따라서, 일반적으로 사용되는 전기 용접 또는 가열 용접과 같은 용융 용접 방법을 사용하는 경우, 구리의 용융점에서 알루미늄이 완전히 용융되므로 용접에 의한 접합이 실질적으로 불가능하다. 따라서, 종래 도체 슬리브(130)는 이종의 도체를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)을 접속하는데 사용될 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 도 1c에 도시된 바와 같이, 알루미늄 재질로 이루어진 동종의 제 1 및 제 2 도체(124a,124b)를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)은 별도의 도체 슬리브를 사용함이 없이 용접법에 의해 비드(125)를 형성하여 는 직접 접속된다. 이러한 집적 접속 방식은, 상술한 바와 같이 하나가 알루미늄 재질이고 다른 하나가 구리 재질로 이루어진 이종의 도체를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)을 접속하는데 사용될 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 도 1d 및 도 1e에 도시된 바와 같이, 종단 접속함(102)에 사용되는 종래 도체 슬리브(130)가 알루미늄 재질로 제조되는 경우 도체 슬리브(130)의 접촉부(135a)는 공기, 가스, 오일 중에 노출된다. 이 경우, 도체 슬리브(130)는 구리 재질에 비해 내식성 약하며, 기계적 강도가 취약하다는 단점이 있었다.
또한, 도 1c에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 알루미늄 도체(124a,124b)를 구비한 한 쌍의 전력 케이블(120a,120b)을 용접에 의해 직접 접속하는 방식에서는 제 1 및 제 2 알루미늄 도체(124a,124b)가 길이방향에 대해 직각으로 잘라진 단면을 가지며, 도 1d 및 도 1e에 도시된 종단 접속함(102)에 사용되는 종래 도체 슬리브(130)에서는 전력 케이블(120b)의 알루미늄 도체(124b)와 용접하기 위한 용접부(134a)가 길이방향에 대해 직각으로 잘라진 단면을 갖는다. 이러한 직각 단면 구조는 제 1 및 제 2 알루미늄 도체(124a,124b) 간의 용접 시(도 1c 참조) 또는 알루미늄 도체(124b)와 용접부(134a) 간의 용접 시(도 1e c참조), 접촉 면적을 최소화하여 용접 후 제 1 및 제 2 알루미늄 도체(124a,124b) 간의 접속 부분 또는 용접부(134a)와 알루미늄 도체(124b) 간의 접속 부분(예를 들어, 도 1c 또는 도 1e의 비드(125)가 형성된 부분)이 견고한 접속을 유지할 정도의 충분한 강도를 가지지 못한다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중간 접속함에서 이종 도체를 구비한 전력 케이블의 접속이 가능한 도체 슬리브, 및 이를 구비한 중간 접속함을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 종단 접속함에서 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블의 접속 시 내식성이 강하고 높은 기계적 강도를 가지며, 용접부와 알루미늄 도체 간의 견고한 접속이 가능한 도체 슬리브, 및 이를 구비한 종단 접속함을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 중간 접속함에서 이종 도체를 구비한 전력 케이블의 접속이 가능한 도체 슬리브, 및 종단 접속함에서 내식성이 강하고 높은 기계적 강도를 가지며, 용접부와 알루미늄 도체 간의 견고한 접속이 가능한 도체 슬리브의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 중간 접속함에 사용되는 도체 슬리브는 일측에는 구리 재질의 제 1 도체를 수용하기 위한 수용홈을 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체; 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 알루미늄 재질의 제 2 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 중간 접속함은 각각 구리 재질 및 알루미늄 재질의 제 1 및 제 2 도체를 구비한 제 1 및 제 2 전력 케이블; 일측에는 상기 제 1 도체를 수용하기 위한 수용홈을 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체, 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 상기 제 2 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 구비한 도체 슬리브; 상기 도체 슬리브의 외부에 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 전력 케이블을 절연하는 절연 유닛; 및 상기 절연 유닛의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 종단 접속함에 사용되는 도체 슬리브는 구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부를 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체; 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 전력 케이블의 알루미늄 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 특징에 따른 종단 접속함은 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블; 구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부를 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체, 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 상기 알루미늄 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 구비한 도체 슬리브; 및 상기 도체 슬리브 및 상기 전력 케이블의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 특징에 따른 중간 접속함에 사용되는 도체 슬리브의 제조방법은 a) 구리봉으로 이루어진 몸체 및 알루미늄봉으로 이루어진 용접부를 회전 마찰 용접 방법을 사용하여 접합하는 단계; 및 b) 상기 몸체의 일측에 구리 도체를 수용하기 위한 수용홈을 형성하고, 상기 용접부의 끝단에 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 특징에 따른 종단 접속함에 사용되는 도체 슬리브의 제조방법은 a) 구리봉으로 이루어진 몸체 및 알루미늄봉으로 이루어진 용접부를 회전 마찰 용접 방법을 사용하여 접합하는 단계; 및 b) 상기 용접부의 끝단에 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이종 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블 접속용 도체 슬리브, 그 제조 방법, 및 이를 구비한 접속함을 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.
1. 중간 접속함에서 이종 도체를 구비한 전력 케이블의 접속이 가능해진다.
2. 중간 접속함 및 종단 접속함에서 알루미늄 도체가 경사 단면 형상 또는 쐐기 형상을 가지므로, 용접 단면이 증가되어 용접 후 용접부와 알루미늄 도체 간의 견고한 접속이 가능해진다.
3. 종단 접속함에서 공기, 가스, 오일 중에 노출되는 도체 슬리브의 접촉부가 구리 재질로 구현되므로 기존 알루미늄 재질에 비해 내식성이 향상되고, 기계적인 강도가 증가된다.
4. 상술한 1 내지 3의 장점에 의해 도체 슬리브 및 중간 접속함 또는 종단 접속함의 유지 보수 비용이 감소되고 또한 수명이 증가된다.
도 1a는 종래 기술에 따른 중간 접속함의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 종래 기술에 따른 중간 접속함에 사용되는 종래 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1c는 종래 기술에 따른 한 쌍의 전력 케이블에 사용되는 제 1 및 제 2 도체가 모두 알루미늄 재질로 이루어진 동종의 케이블을 접속하는 방법을 도시한 도면이다.
도 1d는 종래 기술에 따른 종단 접속함의 개략적인 단면도 및 확대 단면도이다.
도 1e는 도 1d에 도시된 종래 기술에 따른 중간 접속함에 사용되는 종래 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a는 이종 도체로 이루어진 한 쌍의 전력 케이블을 접속하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 도체 슬리브를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 접속함의 개략적인 단면도이다.
도 2c는 알루미늄 도체로 이루어진 전력 케이블을 접속하기 위한 종단 접속함에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2d는 도 2c에 도시된 도체 슬리브를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 접속함의 개략적인 단면도 및 확대 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브를 제조하기 위해 사용되는 몸체의 접합부용 구리봉과 용접부용 알루미늄봉을 접합하는데 사용되는 회전 마찰 용접 장치 및 용접 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.
도 2a는 이종 도체로 이루어진 한 쌍의 전력 케이블을 접속하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 도체 슬리브를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 접속함의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 중간 접속함(201)에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브(230)는 일측에는 구리 재질의 제 1 도체(224a)를 수용하기 위한 수용홈(234a)을 구비하고 타측에는 접합면(232a)을 구비한 몸체(232); 및 상기 접합면(232a)과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 알루미늄 재질의 제 2 도체(224b)와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부(235b)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 접속함(201)은 각각 구리 재질 및 알루미늄 재질의 제 1 및 제 2 도체(224a,224b)를 구비한 제 1 및 제 2 전력 케이블(220a,220b); 일측에는 상기 제 1 도체(224a)를 수용하기 위한 수용홈(234a)을 구비하고 타측에는 접합면(232a)을 구비한 몸체(232), 및 상기 접합면(232a)과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 상기 제 2 도체(224b)와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부(235b)를 구비한 도체 슬리브(230); 상기 도체 슬리브(230)의 외부에 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 전력 케이블(220a,220b)을 절연하는 절연 유닛(240); 및 상기 절연 유닛(240)의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관(250)을 포함한다.
여기서, 도체 슬리브(230)의 몸체(232)는 구리 재질로 이루어지고, 용접부(235b)는 알루미늄 재질로 이루어진다. 용접부(235b)와 제 2 전력 케이블(210b)의 알루미늄 재질의 제 2 도체(224b)는 각각 용접 시 용접면적 또는 접촉 면적을 증가시키기 위해 경사 단면 형상(236a) 또는 쐐기 단면 형상(236b)을 구비하는 것이 바람직하다. 경사 단면 형상(236a)의 경사 각도(A)는 대략 30 내지 60도이고, 쐐기 단면 형상(236b)의 쐐기 각도(B)는 대략 60 내지 120도이다.
상술한 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 구리 및 알루미늄과 같이 서로 상이한 재질로 이루어지는 접합면(232a)과 용접부(235b)를 접합하기 위한 제 1 용접 방식으로는 회전 마찰 용접 방법이 사용된다. 반면에, 서로 동일한 재질로 이루어지는 용접부(235b)와 제 2 도체(224b)를 접속하기 위한 제 2 용접 방식은 예를 들어 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 사용하는 MIG(Metal Inert Gas) 용접 방법(또는 불활성 가스 아크 용접 방법)(이하 "MIG 용접 방법"이라 합니다)이 사용될 수 있다.
다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브(230) 및 이를 구비한 중간 접속함(201)에서는, 구리 재질의 제 1 도체(224a)는 도체 슬리브(230)의 수용홈(234a)에 삽입 및 수용된 후 압축에 의해 전기적, 기계적 접속이 이루어진다. 한편, 알루미늄 재질의 제 1 도체(224b)와 도체 슬리브(230)의 용접부(235b)는 각각의 끝단에 형성된 경사 단면 형상(236a) 또는 쐐기 단면 형상(236b)을 서로 잇댄 상태에서 상술한 MIG 용접 방법에 의해 비드(225)를 형성하여 접속이 이루어진다(도 2b 참조).
도 2c는 알루미늄 도체로 이루어진 전력 케이블을 접속하기 위한 종단 접속함에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2d는 도 2c에 도시된 도체 슬리브를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 접속함의 개략적인 단면도 및 확대 단면도이다.
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 종단 접속함(202)에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브(230)는 구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부(235a)를 구비하고 타측에는 접합면(232a)을 구비한 몸체(232); 및 상기 접합면(232a)과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 전력 케이블(220b)의 알루미늄 도체(224b)와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부(235b)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 접속함(202)은 알루미늄 도체(224b)를 구비한 전력 케이블(220b); 구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부(235a)를 구비하고 타측에는 접합면(232a)을 구비한 몸체(232), 및 상기 접합면(232a)과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 상기 알루미늄 도체(224b)와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부(235b)를 구비한 도체 슬리브(230); 및 상기 도체 슬리브(230) 및 상기 전력 케이블(220b)의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관(250)을 포함한다.
여기서, 도체 슬리브(230)의 몸체(232)는 구리 재질로 이루어지므로 도체 슬리브(230)의 접촉부(235a)가 공기, 가스, 오일과 같은 외부에 노출되더라도 내식성이 향상되고, 기계적인 강도가 증가된다.
또한, 용접부(235b)와 도체(224b)는 알루미늄 재질로 이루어진다. 따라서, 용접부(235b)와 전력 케이블(210b)의 알루미늄 도체(224b)는 상술한 바와 같은 MIG 용접 방법에 의해 접속이 이루어진다. 이 경우, 용접부(235b)와 알루미늄 도체(224b)는 각각 용접 시 용접 면적 또는 접촉 면적을 증가시키기 위해 경사 단면 형상(236a) 또는 쐐기 단면 형상(236b)을 구비하는 것이 바람직하다. 경사 단면 형상(236a)의 경사 각도(A)는 대략 30 내지 60도이고, 쐐기 단면 형상(236b)의 쐐기 각도(B)는 대략 60 내지 120도이다.
상술한 도 2c 및 도 2c에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 구리 및 알루미늄과 같이 서로 상이한 재질로 이루어지는 접합면(232a)과 용접부(235b)를 접합하기 위한 제 1 용접 방식으로는 회전 마찰 용접 방법이 사용된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브(230) 및 이를 구비한 종단 접속함(202)에서는, 알루미늄 도체(224b)와 도체 슬리브(230)의 용접부(235b)는 각각의 끝단에 형성된 경사 단면 형상(236a) 또는 쐐기 단면 형상(236b)을 서로 잇댄 상태에서 상술한 MIG 용접 방법에 의해 비드(225)를 형성하여 접속이 이루어진다(도 2d 참조).
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 슬리브를 제조하기 위해 사용되는 몸체의 접합부용 구리봉과 용접부용 알루미늄봉을 접합하는데 사용되는 회전 마찰 용접 장치 및 용접 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 도 2a 및 도 2b와 함께 참조하면, 중간 접속함(201)에 사용되는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 도체 슬리브(230)의 제조방법은 a) 구리봉으로 이루어진 몸체(232) 및 알루미늄봉으로 이루어진 용접부(235b)를 회전 마찰 용접 방법을 사용하여 접합하는 단계; 및 b) 상기 몸체(232)의 일측에 구리 도체(224a)를 수용하기 위한 수용홈(234a)을 형성하고, 상기 용접부(235b)의 끝단에 경사 단면 형상(236a) 또는 쐐기 단면 형상(236b)을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 도 3a 및 도 3b를 도 2c 및 도 2d와 함께 참조하면, 종단 접속함(201)에 사용되는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 도체 슬리브(230)의 제조방법은 a) 구리봉으로 이루어진 몸체(232) 및 알루미늄봉으로 이루어진 용접부(235b)를 회전 마찰 용접 방법을 사용하여 접합하는 단계; 및 b) 상기 용접부(235b)의 끝단에 경사 단면 형상(236a) 또는 쐐기 단면 형상(236b)을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서 회전 마찰 용접 방법은 구리봉과 알루미늄봉과 같은 이종의 소재를 회전하면서 맞대어지는 순간 회전력과 가압력을 동시에 가하여 발생하는 마찰열에 의해 해당 소재를 연화시켜 접합하는 고상 접합 방법이다.
상술한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 도체 슬리브(230)의 제조방법에 사용되는 회전 마찰 용접 방법은 a1) 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉 중 어느 하나를 회전 마찰 용접 장치(300)의 회전 부재(303a)에 고정 장착하고, 다른 하나를 상기 회전 마찰 용접 장치(300)의 고정 부재(303b)에 각각 고정 장착하는 단계; a2) 상기 회전 부재(303a)를 일정 공정 회전 속도(rpm)로 회전시키면서 상기 고정 부재(303b)를 상기 회전 부재(303a)의 방향으로 이동시키는 단계; a3) 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉이 맞대어지면 제 1 공정 압력(P1)으로 제 1 공정 시간(t1) 동안 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉을 가압하는 단계; a4) 상기 제 1 공정 시간(t1) 경과 후 상기 회전 부재(303a)를 정지시키고 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉을 제 2 공정 압력(P2) 및 제 2 공정 시간(t2) 동안 가압하는 단계를 포함한다.
상술한 회전 마찰 용접 방법에서 회전 부재(303a)의 회전 동작은 회전 모터(미도시)에 의해 이루어지고, 고정 부재(303b)의 이동 및 가압 동작은 고정 부재(303b)를 구동 모터(305)에 의해 예를 들어 스크루(307) 상에서 이동시킴으로써 이루어진다.
또한, 상술한 공정 인자 중 제 1 공정 가압 시간(t1)은 마찰량으로 대체할 수 있다. 여기서, 마찰량은 구리봉과 알루미늄봉이 맞대어진 후 마찰에 의해 줄어든 길이를 지칭한다.
상술한 바와 같이 도 3a 및 도 3b에 도시된 회전 마찰 용접 장치(300)를 사용하여 몸체(232)로 사용되는 30 내지 50 mm 직경의 구리봉 및 알루미늄봉에 대해 제 1 공정 압력(P1), 제 2 공정 압력(P2), 2차 공정 시간(t2), 회전 부재(303a)의 회전속도(rpm), 및 마찰량의 5가지 공정 인자를 변화시키면서 4회의 회전 마찰 용접 방법의 실험을 실시하였다. 또한, 4회의 회전 마찰 용접 방법 실험을 통해 얻어진 몸체(232)와 용접부(235b)의 접합부의 인장 시험을 통해 최적의 기계적 강도를 갖는 공정 조건을 확인하였다. 그 결과가 하기의 표 1에 나타나 있다.
공정압력
P1(Mpa)		 제 2 공정 압력
P2(Mpa)		 회전속도
(rpm)		 제 2 공정시간 t2
(sec)		 마찰량
(mm)		 인장 강도
(Mpa)
1 5-8 5-10 800-1500 5 5-10 70
2 3-5 10-15 1000-2000 10 5-10 75
3 5-8 10-15 1000-2000 10 5-10 80 이상
4 7-10 15-20 2000-3000 15 5-10 70
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 3회째 실험에서 인장강도가 최대가 되었으며, 이 경우가 최적의 공정 조건임을 알 수 있다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
101,201: 중간 접속함 102,202: 종단 접속함
120a,120b;220a,220b: 전력 케이블 122a,122b;222a,222b: 절연체
124a,124b;224a,224b: 도체 125,225: 비드
130,230: 도체 슬리브 132,232: 몸체 232a: 접합면
134a,134b,234a: 수용홈 135a,235a: 접촉부 135b,235b: 용접부
140,240: 절연 유닛 150,250: 보호관
236a: 경사 단면 형상 236b: 쐐기 단면 형상
300: 회전 마찰 용접 장치 303a: 회전 부재
303b: 고정 부재 305: 구동 모터 307: 스크루

Claims (23)

  1. 중간 접속함에 사용되는 도체 슬리브에 있어서,
    일측에는 구리 재질의 제 1 도체를 수용하기 위한 수용홈을 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체; 및
    상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 알루미늄 재질의 제 2 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부
    를 포함하는 도체 슬리브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 구리 재질로 이루어지고, 상기 용접부는 알루미늄 재질로 이루어지는 도체 슬리브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용접부와 상기 제 2 도체는 각각 그 끝단이 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 갖는 도체 슬리브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 경사 단면 형상의 경사 각도는 대략 30 내지 60도이고, 상기 쐐기 단면 형상의 쐐기 각도는 대략 60 내지 120도인 도체 슬리브.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 용접 방식은 회전 마찰 용접 방법이고, 상기 제 2 용접 방식은 MIG 용접 방법인 도체 슬리브.
  6. 중간 접속함에 있어서,
    각각 구리 재질 및 알루미늄 재질의 제 1 및 제 2 도체를 구비한 제 1 및 제 2 전력 케이블;
    일측에는 상기 제 1 도체를 수용하기 위한 수용홈을 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체, 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 상기 제 2 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 구비한 도체 슬리브;
    상기 도체 슬리브의 외부에 제공되며, 상기 제 1 및 제 2 전력 케이블을 절연하는 절연 유닛; 및
    상기 절연 유닛의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관
    을 포함하는 중간 접속함.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 몸체는 구리 재질로 이루어지고, 상기 용접부는 알루미늄 재질로 이루어지는 중간 접속함.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 용접부와 상기 제 2 도체는 각각 그 끝단이 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 갖는 중간 접속함.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 경사 단면 형상의 경사 각도는 대략 30 내지 60도이고, 상기 쐐기 단면 형상의 쐐기 각도는 대략 60 내지 120도인 중간 접속함.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 용접 방식은 회전 마찰 용접 방법이고, 상기 제 2 용접 방식은 MIG 용접 방법인 중간 접속함.
  11. 종단 접속함에 사용되는 도체 슬리브에 있어서,
    구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부를 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체; 및
    상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 전력 케이블의 알루미늄 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부
    를 포함하는 도체 슬리브.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 용접부와 상기 알루미늄 도체는 각각 그 끝단이 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 갖는 도체 슬리브.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 경사 단면 형상의 경사 각도는 대략 30 내지 60도이고, 상기 쐐기 단면 형상의 쐐기 각도는 대략 60 내지 120도인 도체 슬리브.
  14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 용접 방식은 회전 마찰 용접 방법이고, 상기 제 2 용접 방식은 MIG 용접 방법인 도체 슬리브.
  15. 종단 접속함에 있어서,
    알루미늄 도체를 구비한 전력 케이블;
    구리 재질로 이루어지며, 일측에는 외부로 노출되는 접촉부를 구비하고 타측에는 접합면을 구비한 몸체, 및 상기 접합면과 제 1 용접 방식으로 접합되며, 상기 알루미늄 도체와 제 2 용접 방식으로 접속되는 용접부를 구비한 도체 슬리브; 및
    상기 도체 슬리브 및 상기 전력 케이블의 외부를 보호하도록 감싸는 보호관
    을 포함하는 종단 접속함.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 용접부와 상기 알루미늄 도체는 각각 그 끝단이 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 갖는 종단 접속함.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 경사 단면 형상의 경사 각도는 대략 30 내지 60도이고, 상기 쐐기 단면 형상의 쐐기 각도는 대략 60 내지 120도인 종단 접속함.
  18. 제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 용접 방식은 회전 마찰 용접 방법이고, 상기 제 2 용접 방식은 MIG 용접 방법인 종단 접속함.
  19. 중간 접속함에 사용되는 도체 슬리브의 제조방법에 있어서,
    a) 구리봉으로 이루어진 몸체 및 알루미늄봉으로 이루어진 용접부를 회전 마찰 용접 방법을 사용하여 접합하는 단계; 및
    b) 상기 몸체의 일측에 구리 도체를 수용하기 위한 수용홈을 형성하고, 상기 용접부의 끝단에 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 형성하는 단계
    를 포함하는 도체 슬리브의 제조방법.
  20. 종단 접속함에 사용되는 도체 슬리브의 제조방법에 있어서,
    a) 구리봉으로 이루어진 몸체 및 알루미늄봉으로 이루어진 용접부를 회전 마찰 용접 방법을 사용하여 접합하는 단계; 및
    b) 상기 용접부의 끝단에 경사 단면 형상 또는 쐐기 단면 형상을 형성하는 단계
    를 포함하는 도체 슬리브의 제조방법.
  21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,
    상기 회전 마찰 용접 방법은
    a1) 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉 중 어느 하나를 회전 마찰 용접 장치의 회전 부재에 고정 장착하고, 다른 하나를 상기 회전 마찰 용접 장치의 고정 부재에 각각 고정 장착하는 단계;
    a2) 상기 회전 부재를 일정 공정 회전 속도(rpm)로 회전시키면서 상기 고정 부재를 상기 회전 부재의 방향으로 이동시키는 단계;
    a3) 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉이 맞대어지면 제 1 공정 압력(P1)으로 제 1 공정 시간(t1) 동안 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉을 가압하는 단계; 및
    a4) 상기 제 1 공정 시간(t1) 경과 후 상기 회전 부재를 정지시키고 상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉을 제 2 공정 압력(P2) 및 제 2 공정 시간(t2) 동안 가압하는 단계
    를 포함하는 도체 슬리브의 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 단계 a3)에서 상기 제 1 공정 시간(t1) 대신 상기 구리봉과 상기 알루미늄봉이 맞대어진 후 마찰에 의해 줄어든 길이인 마찰량이 사용되는 도체 슬리브의 제조방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 구리봉 및 상기 알루미늄봉의 직경은 각각 30 내지 50 mm이고,
    상기 일정 공정 회전 속도는 1000-2000 rpm이며,
    상기 제 1 공정 압력(P1)은 5-8 Mpa이고,
    상기 마찰량은 5-10 mm이며,
    상기 제 2 공정 압력(P2)은 10-15Mpa이고,
    상기 제 2 공정 시간(t2)은 10 sec인
    도체 슬리브의 제조방법.
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