KR20120034019A

KR20120034019A - 차수막 라미네이트를 가진 파워 케이블

Info

Publication number: KR20120034019A
Application number: KR1020110098897A
Authority: KR
Inventors: 크너트 마그네 프르하임; 스베레 비드스텐
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-04-09
Also published as: EP2437272A1; US9029705B2; JP2012079692A; US20120080213A1; JP5844587B2; EP2437272B1; NO20101359A1

Abstract

본 발명은 차수막 라미네이트를 포함하는 파워 케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따른 파워 케이블의 주요 기술적 특징은 차수막 라미네이트(3)가, 비절연성의 최종 라미네이트(3)를 구성하는 비절연성 폴리머 호일들(2a, 2b)로 이루어진 적어도 두 개의 층들 사이에 라미네이트된 금속재 호일(1)을 포함한다는 것이다.

Description

차수막을 가진 파워 케이블{POWER CABLES WITH WATER BARRIERS}

본 발명은 차수막을 포함하는 파워 케이블에 관한 것으로서, 예를 들면 물에 잠겨지는 고전압 케이블에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 차수막을 제조하는 방법에 관한 것이다.

해저 케이블을 설치함에 있어, 케이블 절연체는 전기적 고장을 초래할 수 있는 습기로부터 보호되어야 한다. 이를테면, 예를 들어 폴리머(polymer) 또는 오일 함유 종이(oil impregnated paper)로 제조된 케이블 절연체의 경우, 일정 시간 이후 전기 고장을 초래할 수 있을 정도 이상으로 습기가 있을 때 워터 트리잉(water treeing)의 가능성이 있다. 다른 케이블 제조에서는 다른 유형의 차수막들(water barriers)이 사용되지만, 차수막용으로 가장 많이 사용되는 물질은 납(lead)이다. 이는 고전압 전력 케이블들을 대하여 특히 그러하다. 이와 관련하여 납은 신뢰성이 있고 튼튼한 물질로 판명되었지만, 잘 알려진 몇 가지 단점들을 갖는다. 특히 상당한 고전압의 수중 케이블의 경우, 납은 총 중량에 상당히 기여하기 때문에 중량이 중요한 이슈가 된다. 무거운 케이블들은 총 가치 체인(value chain)에서, 즉 제조시에 그리고 운송, 저장 및 배치시에 비용을 추가시킨다. 케이블이 그것의 경제 수명에 도달할 때 조차도, 무거운 케이블을 폐기하는 것은 비용이 추가된다. 그러한 케이블의 변형(strain)이 상당할 수 있으므로 깊은 수심에서 수중 케이블을 설치하는 것은 특히 흥미롭다.

케이블이 동적으로(dynamically) 사용될 때 즉 케이블이 고정 위치에서 사용되지 않을 때, 납과 관련된 다른 하나의 문제점이 있다. 납 피복(sheath)은 낮은 피로 한계를 가지며, 이로 인해 동적 적용들에 대한 그것의 적합성이 떨어진다. 게다가, 납은 환경 친화적이지 않은 것으로 여겨지며, 어떤 시장은 납의 대체를 요구한다.

길다란 고압 수중 케이블들의 경우, 용량성 전하들(capacitive charges)과 그로 인한 전류들이 처리되지 않으면 문제점들이 발생될 것이다. 바람직하게는 이러한 전류들은 바닷물 속에서 반경방향으로 빠져나가도록 유도될 것이며 케이블을 따라 길이방향으로 유도되지 않는다. 이는 케이블에서 절연층들 대신 비절연층들을 사용함으로써 달성된다. 해저 케이블에서 매우 편리한 것은 아니나, 다른 대안은 규칙적인 간격으로 캐패시턴스(capacitance)의 방전을 제어하는 것이다. 불연속적으로 배치된 케이블을 사용하는 것에 추가되는 비용은 이러한 대안을 엄두내기 어려운 방안으로 만든다.

차수막으로 사용되는 다른 금속 물질들 중에서, 알루미늄이 가장 빈번하게 적용되는데 예로써 주름형 튜브 보호재로서 적용된다. 납이 11.4 kg/d㎥인데 반해 알루미늄의 밀도는 2.7 kg/d㎥이다. 하지만, 그러한 주름형 알루미늄 차수막은 통상적으로 육상 케이블에서 사용되지 해저 케이블 에서는 사용되지 않는다. 해저 케이블은 다른 그리고 더 엄격한 요건들을 갖는다.

케이블에서 납 피복에 따른 한 가지 이점은 그것의 소성(plasticity) 특성들이다. 수년 간 산업은 케이블들 상에 예로써 5 mm의 두께로 납을 적용해 왔다. 그러한 케이블은 여전히 용이하게 동원 가능하다.

GB2105486에서는, 차수막을 가진 광섬유 케이블이 예견되며 그 차수막은 예로써 알루미늄 플라스틱 라미네이트(aluminum plastics laminate)의 형상을 갖는다. 광섬유 케이블에서는, 워터 트리잉(water treeing) 문제가 나타나지 않는다. 이 문헌에서, 중간 및 높은 전압 케이블들에서 사용되도록 의도된 라미네이트들은, 용량성 전하들을 그라운드(여기서는, 해수)로 방출하는 반도체성 폴리머층들을 포함하는 층들로 라미네이트된 금속 차수막을 포함하는데, 그 라미네이트들은 보여지도록 유지된다.

WO0146965는 메탈 스크린(metallic screen) 내측에(대개는 그것의 밑에) 있는 수분 팽창성 테이프(water swellable tape)를 기술한다. 동 문헌에서는 외측 폴리머 피복 뒤에서 배치 및 접착되는 얇은 알루미늄 호일(foil)을 가진 다른 실시예가 설명되며, 알루미늄 호일은 수분 침투에 대한 장벽(barrier)으로서 작용한다.

본 발명은 납으로 만들어진 통상의 차수막을 대체할 수 있는 전기적으로 비절연성의 유연성 차수막을 가진 파워 케이블을 제공하는 것을 추구한다. 이로써 얻을 수 있는 가장 중요한 이점은 케이블의 유연성을 제공하고, 총 차수막의 중량을 상당히 낮출 수 있다는 것이다.

본 발명의 제1 관점에 따르면, 비절연성의 최종 라미네이트를 구성하는 비절연성 폴리머 호일들로 이루어진 적어도 두 개의 층들 사이에 라미네이트된 하나의 금속재 호일을 가진 파워 케이블이 제공된다.

선택적으로, 상기 차수막 라미네이트와 관련하여, 상기 라미네이트의 표면들 중 적어도 하나는, 상기 라미네이트가 상기 차수막으로 보호될 케이블의 내부 둘레에 씌워지거나 감겨질 때, 상기 라미네이트의 다른 표면에 본딩하도록 마련된다.

선택적으로, 상기 차수막 라미네이트와 관련하여, 상기 비절연성 폴리머 호일들 중 적어도 하나는, 상기 라미네이트가 상기 차수막으로 보호될 케이블의 내부 둘레에 씌워지거나 감겨질 때 상기 폴리머 호일을 상기 라미네이트의 다른 표면에 접착시키도록 마련된 접착제를 포함하며, 상기 층들을 절연시키지 않도록 마련된 접착제(glue) 및 접착(gluing)은 함께 접착된다.

선택적으로, 상기 차수막 라미네이트와 관련하여, 상기 폴리머 호일들 중 적어도 하나는 다른 폴리머 호일의 성질들과 비유사한 성질들을 포함한다.

선택적으로, 상기 차수막 라미네이트와 관련하여, 상기 폴리머 호일들 중 적어도 하나는 다른 폴리머 호일과 다른 등급의 탄성을 포함한다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 파워 케이블에서 사용되는 차수막 라미네이트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차수막 라미네이트의 주요 기술적 특징은 그것이 비절연성의 최종 라미네이트를 구성하는 비절연성 폴리머 호일들로 이루어진 적어도 두 개의 층들 사이에 라미네이트된 금속재 호일을 포함한다는 것이다.

본 발명에 의하면 납으로 만들어진 통상의 차수막을 대체할 수 있는 전기적으로 비절연성의 유연성 차수막을 가진 파워 케이블을 제공함으로써, 유연성을 제공함과 동시에 총 차수막의 중량을 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파워 케이블에 포함된 차수막 라미네이트(water barrier laminate)의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 차수막 라미네이트를 포함하는 파워 케이블의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 파워 케이블의 특정 부분의 확대도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 파워 케이블에 포함된 차수막(water barrier)의 바람직한 실시예를 위한 세 개의 층들(1, 2a, 2b)이 도시되어 있다. 알루미늄 또는 다른 유사 금속(이하, 금속 또는 알루미늄으로 지칭됨)으로 이루어진 호일(1)이 중앙에 배치되며, 그 양측에 반도체 폴리머층들(2a, 2b)이 부착된다. 알루미늄은 차수막 및 전기 도전층으로 작용하도록 의도되며, 어떤 두께를 가질 수 있다. 바람직한 일 실시예에서 그것은 대략 10 마이크로미터 두께일 수 있다.

폴리머층들(2a, 2b)은 예로써 폴리올레핀(polyolefin)과 같은 반도체 폴리머 필름들로부터 만들어질 수 있다. 이러한 필름들(2a, 2b)은, 예로써 폴리올레핀을 함유한 카본 블랙(carbon black containing polyethylene)을 포함함으로써, 반도체성으로 만들어진다. 이러한 층들의 두께 또한 폭넓게 다양할 수 있으며, 바람직한 일 실시예에서 그것들 각각은 약 50 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.

반도체층들(2a, 2b)은 라미네이트(3)를 보다 강인하게 하고 다루기 용이하게 하는데 기여하며 알루미늄층(1)처럼 스스로 깨지기 쉽지 않다. 알루미늄 호일(1)은 또한 양측에서 층들(2a, 2b)로 보호될 때 갈바닉 부식(galvanic corrosion)에 대해 더욱 보호된다.

제조 도중 상이한 호일층들(1, 2a, 2b)은 다른 방식들로 서로 접착될 수 있다. 이를 수행하는 하나의 방법은 적합한 접착제로 그것들을 접착하는 것이다. 그것은, 그것의 내재된 성질들을 통해 또는 그것이 적용되는 방법 때문에, 상기 층들(1, 2a, 2b)을 서로 절연시키지 않는 접착층일 수 있다.

다른 종류들의 접착제가 본 발명을 위해 고려될 수 있다. 아마도, 케이블 생산 도중 존재하는 열을 이용하는 핫멜트(hot melt)가 사용될 수 있다.

상이한 호일층들(1, 2a, 2b)을 서로 접착하는 다른 하나의 방법은 압출 코팅(extrusion coating)처럼 열 및/또는 압력으로 그것들을 서로 본딩시키는 것이다. 상기 층들(1, 2a, 2b)을 서로 본딩시키는 것은 또한 비절연성 호일들(2a, 2b)의 제조 공정에서도 수행될 수 있다.

기초가 되는 사상은 특별히 설계된 알루미늄 호일이 포함된, 전기적으로 비절연성의 차수막 구조를 만드는 것이다. 상업적으로 유용한 라미네이트들은 요망되는 전기적 성질들을 갖지 않는다.

고전압 수중 케이블에 대한 매체에서는, 전기 절연 시스템 밖에서, 케이블 내의 상이한 층들이 비절연성인 것이 필수적으로 중요하다. 케이블 내의 상기 층들이 비절연성이라면, 용량성 전류들은 케이블을 따라 길이 방향으로 유도되지 않고 반대로 해수로 직접(즉, 반경 방향으로) 유도된다.

케이블에서 본 발명이 적용되는 다른 유형의 예가 도 2에 제공된다. 이러한 케이블의 개별 층들의 참조가 하기의 표 1에서 가리켜지고 있다.

5	도전체(conductor)
6	반도체성 충진 화합물(Semiconducting Filling Compound)
7	도전체 스크린(Conductor Screen)
8	절연체(Insulation)
3	메탈 호일 라미네이트(Metal foil laminate)
9	피복 폴리머(Sheath Polymer)
10	피복 폴리머(Sheath Polymer)
11	테이프(Tape)
12	아머(Armor)
13	테이프(Tape)
14	아머(Armor)
15	폴리프로필렌-얀/비튜멘(Polypropylene-Yarn and Bitumen)
16	폴리프로필렌-얀/비튜멘(Polypropylene-Yarn and Bitumen)

이러한 케이블에서 도전체(5)는 가닥들(5: strands) 사이의 공간을 채우는 반도체성 충진 화합물(6)을 가진 케이블의 중앙에 자리한다. 이것의 외측에, 반도체성 폴리머로 이루어진 도전체 스크린(7)이 배치되어 상기 도전체들을 집합체로 유지시킨다. 그리고 이것의 외측에 절연체 및 절연체 스크린을 포함하는 절연체(8) 층이 보인다. 이것의 외측에는, 본 발명의 메탈 호일 라미네이트(3)가 있으며 이는 습기에 대한 장벽(barrier)이자 가능한 산소에 대한 장벽이기도 한다. 그 외측에는 제1 폴리머의 피복(9)이 보인다. 이러한 폴리머는 침투된 습기를 흡수할 수 있는 흡습성 타입(absorbent type)일 수 있다. 그 외측에는 제2 폴리머의 다른 피복(10)이 있으며 이는 습기에 대한 장벽으로서 마련된 것이다. 이 외측에는 두 세트의 테이프(11, 13) 및 아머(12, 14)가 가리켜지고 있는데 이들은 케이블을 강화하고 그리고 설계된 마찰(designed-in friction)을 포함한다. 폴리프로필렌-얀 포함 비튜멘(polypropylene-yarn armed bitumen)으로 이루어진 두 개의 층들(15, 16)이 최상부에 추가되며 이는 기계적 보호를 위한 것이다. 희망하는 두께를 구축하기 위해 하나 이상의 층이 종종 사용된다.

이러한 구체적인 설명은 케이블 생산시 본 발명이 구현되는 방법의 일 예에 관한 것에 불과하며, 본 발명이 이러한 유일의 예에 제한되는 것은 아니다.

알루미늄 호일로 이루어진 반도체성 라미네이트의 주 기능은 고압 케이블의 절연 시스템을 습기로부터 자유롭게 하는 것이다. 부차적으로 그것은 산소 장벽(oxygen barrier)으로서 기능한다. 이는 그러한 라미네이트가 절연 시스템 외측에 배치된 다양한 구성물들 내에 포함되되 기계적 보호 피복들, 폴리프로필렌 얀들을 가진 아머링(armoring), 비튜멘 등과 같은 케이블의 기계적 보호물들 내측에 있음을 의미한다. 상기 알루미늄 라미네이트 호일은 용량성 전류들을 반경 방향으로 안내하는 반도체성 설계를 갖는다.

상기 라미네이트의 배치는 예를 들어 폴리머 피복들과 팽창 가능한 테이프들(또는 다른 유형의 본드들)과 같은 층들 사이 또는 팽창하는 테이프들의 최상부 위에 있는 폴리머 피복들(또는 다른 유형의 본드들) 사이인 것이 유리할 수 있다.

케이블의 일부 영역들은 알루미늄 호일로 이루어진 반도체성 라미네이트를 갖도록 설계되는 한편 그 케이블의 다른 영역들은 알루미늄 호일로 이루어진 절연성 라미네이트를 갖도록 설계되는 방식으로, 라미네이트 호일이 또한 사용될 수 있다. 그러한 케이블들의 상기 다른 영역들은 케이블들을 해수면 위의 풍차(wind mill)에 연결하기 위해 사용될 수 있는 이점이 있다.

모든 층들이 도전성이거나 반도체성인 케이블 설계는 다른 대안들에 바람직한데, 절연 스크린과 연결되는 금속성 도전체층이 요구되지 않으며 해저 케이블에서 금속층과 아머 간의 상호연결이 요구되지 않기 때문이다.

납 대신 알루미늄 라미네이트를 사용하여 얻어지는 다른 하나의 이점은 그것이 보다 환경 친화적이라는 것이다. 이는 케이블의 수명의 마지막에서만 중요한 사항이 아니다.

본 명세서에서, "라미네이트"라는 용어는 "차수막 라미네이트(water barrier laminate)"와 같은 것을 의미한다. "전기적으로 비절연성(electrically non insulating)"을 의미하는 "비절연성(non insulating)"도 같은 관계에 있다.

Claims

차수막 라미네이트를 포함하는 파워 케이블에 있어서,
상기 차수막 라미네이트(3)는 비절연성의 최종 라미네이트(3)를 구성하는 비절연성 폴리머 호일(2a, 2b)로 이루어진 두 개 이상의 층들 사이에 라미네이트된 금속재 호일(1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 케이블.
제1항에 있어서,
상기 라미네이트(3)의 표면 중 하나 이상은, 상기 라미네이트(3)가 상기 차수막으로 보호될 케이블의 내부 둘레에 씌워지거나 감겨질 때, 상기 라미네이트(3)의 다른 표면에 본딩되는 것을 특징으로 하는 파워 케이블.
제1항에 있어서,
상기 비절연성 폴리머 호일(2a, 2b) 중 하나 이상은, 상기 라미네이트(3)가 상기 차수막으로 보호될 케이블의 내부 둘레에 씌워지거나 감겨질 때 상기 폴리머 호일(2a, 2b)을 상기 라미네이트(3)의 다른 표면에 접착시키도록 마련된 접착제를 포함하며, 상기 층들을 절연시키지 않도록 마련된 접착제(glue) 및 접착(gluing)은 함께 접착되는 것을 특징으로 하는 파워 케이블.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머 호일(2a) 중 하나 이상의 호일은 다른 폴리머 호일(2b)의 성질들과 비유사한 성질들을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 케이블.
제4항에 있어서,
상기 폴리머 호일(2a) 중 하나 이상의 호일은 다른 폴리머 호일(2b)과 상이한 등급의 탄성을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 케이블.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 파워 케이블에서 사용되는 차수막 라미네이트로서,
비절연성의 최종 라미네이트(3)를 구성하는 비절연성 폴리머 호일(2a, 2b)로 이루어진 두 개 이상의 층들 사이에 라미네이트된 금속재 호일(1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차수막 라미네이트.