KR20120038495A - 절연 복합 전력 케이블, 및 이를 제조 및 사용하는 방법 - Google Patents

Abstract

공통의 종축을 형성하는 와이어 코어, 와이어 코어의 둘레의 다수의 복합 와이어, 및 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스를 갖는 절연 복합 전력 케이블이 개시된다. 일부 실시예에서, 제1의 다수의 복합 와이어가 제1 꼬임 길이에 걸쳐 중심 종축에 대해 규정된 제1 꼬임 각도로 제1 꼬임 방향으로 와이어 코어의 둘레에 나선형으로 연선되고, 제2의 다수의 복합 와이어가 제2 꼬임 길이에 걸쳐 제2 꼬임 각도로 제1 꼬임 방향으로 제1의 다수의 복합 와이어의 둘레에 나선형으로 연선되며, 제1 꼬임 각도와 제2 꼬임 각도 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다. 절연 복합 케이블은 지하 또는 수중 송전을 위해 사용될 수 있다. 절연 복합 케이블을 제조 및 사용하는 방법이 또한 설명된다.

Description

절연 복합 전력 케이블, 및 이를 제조 및 사용하는 방법{INSULATED COMPOSITE POWER CABLE AND METHOD OF MAKING AND USING SAME}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은, 둘 모두가 2009년 7월 16일자로 출원되고 전체 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 가특허 출원 제61/226,151호 및 미국 가특허 출원 제61/226,056호의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 절연 복합 전력 케이블, 및 그의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 나선형으로 연선된(helically stranded) 복합 와이어들을 포함하는 절연 연선 전력 케이블, 및 그의 제조 방법과 지하 또는 수중 송전 케이블로서의 그의 사용 방법에 관한 것이다.

복합재이고 따라서 새로운 형상으로 용이하게 소성 변형될 수 없는 재료로부터의 유용한 와이어 물품이 최근에 소개되고 있다. 이들 재료의 통상적인 예는 금속에 비해 개선된 기계적 특성으로 인해 매력적이지만 응력 변형 응답에서 주로 탄성적인 섬유 강화 복합재를 포함한다. 세라믹 섬유 강화 금속 와이어를 포함하는 복합 케이블이 당업계에 공지되어 있는 것과 같이, 섬유 강화 중합체 와이어를 포함하는 복합 케이블이 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 미국 특허 제6,559,385호 및 제7,093,416호와, PCT 출원 공개 WO 97/00976호를 참조한다.

복합 케이블(예를 들어, 중합체 매트릭스 복합재 또는 금속 매트릭스 복합 와이어를 포함하는 케이블)의 하나의 용도는 지상 송전을 위해 사용되는 노출형(bare)(즉, 비-절연) 케이블에 보강 부재로서 사용하는 것이다. 알루미늄 매트릭스 복합 와이어를 포함하는 노출형 송전 케이블이 공지되어 있지만, 일부 응용의 경우에, 개선된 케이블 특성을 획득하고자 하는 요망이 계속되고 있다. 예를 들어, 노출형 송전 케이블은 일반적으로 지하 또는 수중 송전 응용에서의 사용에 적합하지 않은 것으로 여겨진다.

또한, 일부 응용에서, 송전을 위해 연선 복합 케이블을 사용하는 것이 바림직할 수 있다. 케이블 연선 가공(stranding)은 개개의 연성 와이어들이 전형적으로 나선형 배열로 조합되어 완성된 케이블을 제조하는 공정이다. 예를 들어 미국 특허 제5,171,942호 및 제5,554,826호를 참조한다. 나선형으로 연선된 송전 케이블은 전형적으로 강철, 알루미늄, 또는 구리와 같은 연성 금속으로 제조된다. 노출형 가공(overhead) 송전 케이블과 같은 일부 경우에, 나선형으로 연선된 와이어 코어는 와이어 도체 층에 의해 둘러싸인다. 나선형으로 연선된 와이어 코어는 예를 들어 강철과 같은 제1 재료로 제조된 연성 금속 와이어를 포함할 수 있고, 외측 전력 전도 층은 예를 들어 알루미늄과 같은 다른 재료로 제조된 연성 금속 와이어를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 나선형으로 연선된 와이어 코어는 더 큰 직경의 송전 케이블의 제조에 투입 재료로서 사용되는 사전-연선된 케이블일 수 있다. 나선형으로 연선된 케이블은 일반적으로 겨우 7개의 개별 와이어에서 50개 이상의 와이어를 포함하는 보다 통상적인 구성까지를 포함할 수 있다.

당업계는 지하 또는 수중(즉, 잠수형(submersible)) 송전 응용에 사용하기 위한 개선된 복합 케이블을 계속 강구하고 있다. 당업계는 또한 개선된 연선 복합 송전 케이블, 및 연선 복합 케이블을 제조 및 사용하는 개선된 방법을 강구하고 있다.

일부 응용에서, 복합 케이블의 구성 및 그의 제조 방법을 추가로 개선시키는 것이 바람직하다. 소정의 응용에서, 복합 송전 케이블의 전기 단락에 대한 저항성, 내습성(moisture resistance), 및/또는 내화학성을 개선시키는 것이 바람직하다. 일부 응용에서, 복합 송전 케이블을 둘러싸는 절연 시스(sheath)를 제공하여, 케이블을 지하 또는 수중 송전 응용에서의 사용에 적합하게 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

다른 응용에서, 연선 복합 케이블의 물리적 특성, 예를 들어 그의 인장 강도 및 케이블의 파손 연신율을 개선시키는 것이 바람직하다. 일부 특정 응용에서, 나선형으로 연선된 복합 와이어를 송전 케이블과 같은 차후의 물품에 포함시키기 전에 나선형으로 연선된 복합 와이어의 나선형 배열을 유지하기에 편리한 수단을 제공하는 것이 또한 바람직하다. 나선형 배열을 유지하기 위한 그러한 수단은, 소성 변형가능한 연성 금속 와이어를 갖거나, 나선형으로 배열된 후에 경화 또는 고정될 수 있는 와이어를 갖는 종래의 코어에서는 필요하지 않았다.

본 발명의 소정 실시예는 송전 케이블을 둘러싸는 절연 시스를 제공하는 것에 대한 것이다. 본 발명의 다른 실시예는 연선 복합 케이블, 및 복합 와이어 층들을 공통의 꼬임 방향으로 나선형으로 연선 가공하는 방법에 대한 것이며, 이 방법에 의해 각각의 복합 와이어 층 사이에 교번하는 꼬임 방향을 사용하여 나선형으로 연선된 복합 케이블과 비교할 때 복합 케이블의 인장 강도가 놀라울 정도로 증가한다. 인장 강도의 그러한 놀라운 증가는, 공통의 꼬임 방향을 사용하여 연선될 때 종래의 연성(예를 들어, 금속, 또는 다른 비-복합) 와이어의 경우에는 관찰되지 않았다. 또한, 전형적으로 종래의 연성 와이어 케이블의 연선 와이어 층들에 대해 공통의 꼬임 방향을 사용할 동기가 약한데, 그 이유는 연성 와이어가 용이하게 소성 변형될 수 있고, 그러한 케이블은 일반적으로 더 짧은 꼬임 길이를 사용하며, 이 때문에 교번하는 꼬임 방향이 케이블 완전성을 유지하기에 바람직할 수 있기 때문이다.

따라서, 일 태양에서, 본 발명은 공통의 종축을 형성하는 와이어 코어, 와이어 코어의 둘레의 복수의 복합 와이어, 및 복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스를 포함하는 절연 복합 전력 케이블을 제공한다. 일부 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 층 내에, 공통의 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 배열된다. 다른 예시적인 실시예에서, 와이어 코어는 금속 도체 와이어 또는 복합 와이어 중 적어도 하나를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 와이어 코어는 적어도 하나의 광섬유를 포함한다.

추가의 예시적인 실시예에서, 와이어 코어의 둘레의 복수의 복합 와이어는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 2개의 원통형 층 내에 배열된다. 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 2개의 원통형 층 중 적어도 하나는 복합 와이어만을 포함한다. 소정의 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 2개의 원통형 층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 연성 금속 와이어를 추가로 포함한다.

추가의 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 공통의 종축을 중심으로 와이어 코어의 둘레에 연선된다. 일부 추가의 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 나선형으로 연선된다. 다른 추가의 예시적인 실시예에서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 방향과 동일한 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선된다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다. 다른 예시적인 실시예에서, 복합 와이어는 원형, 타원형, 난형(oval), 직사각형, 및 사다리꼴로 이루어진 군으로부터 선택되는 단면 형상을 갖는다.

다른 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 섬유 강화 복합 와이어이다. 일부 예시적인 실시예에서, 섬유 강화 복합 와이어들 중 적어도 하나는 섬유 토우(fiber tow) 또는 모노필라멘트 섬유(monofilament fiber) 중 하나로 강화된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 금속 매트릭스 복합 와이어 및 중합체 복합 와이어로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 예시적인 실시예에서, 중합체 복합 와이어는 중합체 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 금속, 탄소, 세라믹, 유리, 또는 이들의 조합을 포함한다.

추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 티타늄, 텅스텐, 붕소, 형상 기억 합금, 탄소, 탄소 나노튜브, 흑연, 탄화규소, 아라미드, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 중합체 매트릭스는 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스-말레이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤, 플루오로중합체(완전히 플루오르화된 (공)중합체 및 부분적으로 플루오르화된 (공)중합체 포함함), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 (공)중합체를 포함한다.

다른 예시적인 실시예에서, 금속 매트릭스 복합 와이어는 금속 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다. 소정 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄을 포함하고, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹 섬유를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹, 유리, 탄소 나노튜브, 탄소, 탄화규소, 붕소, 철, 강철, 철 합금, 텅스텐, 티타늄, 형상 기억 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

현재 바람직한 소정 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄을 포함하고, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹 섬유를 포함한다. 적합한 세라믹 섬유는 상표명 넥스텔(NEXTEL) 세라믹 섬유(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능함)로 입수가능하고, 예를 들어 넥스텔 312 세라믹 섬유를 포함한다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 세라믹 섬유는 다결정 α-Al₂O₃를 포함한다.

추가의 예시적인 실시예에서, 절연 시스는 절연 복합 전력 케이블의 외부 표면을 형성한다. 일부 예시적인 실시예에서, 절연 시스는 세라믹, 유리, (공)중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

다른 태양에서, 본 발명은 (a) 공통의 종축을 형성하는 와이어 코어를 제공하는 단계, (b) 와이어 코어의 둘레에 복수의 복합 와이어를 배열하는 단계, 및 (c) 복수의 복합 와이어를 절연 시스로 둘러싸는 단계를 포함하는, 절연 복합 전력 케이블을 제조하는 방법을 제공한다. 일부 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 층 내에, 공통의 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 배열된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 공통의 종축을 중심으로 와이어 코어의 둘레에 나선형으로 연선된다. 현재 바람직한 소정의 실시예에서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층의 꼬임 방향과 반대의 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선된다. 현재 바람직한 추가의 실시예에서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다.

추가의 태양에서, 본 발명은 전술된 바와 같은 절연 복합 전력 케이블의 적어도 일부분을 지하에 매설하는 단계를 포함하는, 전술된 바와 같은 절연 복합 전력 케이블을 사용하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 절연 복합 전력 케이블의 예시적인 실시예는 다양한 응용에서의 그의 사용을 가능하게 하고 이점을 제공하는 다양한 특징 및 특성을 갖는다. 예를 들어, 일부 예시적인 실시예에서, 본 발명에 따른 절연 복합 전력 케이블은, 다른 복합 케이블과 비교할 때, 제조 또는 사용 동안에 케이블 인장 변형의 낮은 값에서 조기 파단 또는 파손을 겪게 되는 경향의 감소를 나타낼 수 있다. 또한, 일부 예시적인 실시예에 따른 절연 복합 전력 케이블은, 종래의 연선 연성 금속 와이어 케이블과 비교할 때, 개선된 내부식성, 환경 내구성(예를 들어, UV 저항성 및 내습성), 승온에서의 강도의 손실에 대한 저항성, 내크립성(creep resistance)뿐만 아니라, 비교적 높은 탄성 계수, 낮은 밀도, 낮은 열 팽창 계수, 높은 전기 전도도, 높은 처짐 저항성, 및 높은 강도를 나타낼 수 있다.

따라서, 일부 예시적인 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 절연 연선 복합 전력 케이블은 종래 기술의 복합 케이블과 비교하여 인장 강도에 있어서 10% 이상의 증가를 나타낼 수 있다. 본 발명의 소정 실시예에 따른 절연 연선 복합 전력 케이블은 또한 소정의 중요한 응용에서의 사용, 예를 들어 가공 송전 응용에서의 사용에 대한 최소 인장 강도 요건을 충족시키는 케이블의 연선 가공 공정으로부터의 수율 증가로 인해 더 낮은 제조 비용으로 제조될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 다양한 태양 및 이점을 요약하였다. 상기의 요약은 본 발명의 각각의 예시된 실시예 또는 이 소정의 예시적인 실시예의 모든 구현예를 기술하고자 하는 것은 아니다. 하기의 도면 및 상세한 설명은 본 명세서에 개시된 원리를 사용하는 소정의 바람직한 실시예를 더 구체적으로 예시한다.

본 발명의 예시적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 추가로 설명된다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 절연 복합 전력 케이블의 단면 단부도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다른 예시적인 절연 복합 전력 케이블에 따른 연성 금속 도체를 포함하는 예시적인 절연 복합 전력 케이블의 단면 단부도.
도 3a는 본 발명의 절연 연선 복합 전력 케이블의 예시적인 실시예를 제조하는 데 유용한, 연선 복합 와이어 코어의 둘레에 유지 수단을 포함하는 예시적인 연선 복합 케이블의 측면도.
도 3b 내지 도 3d는 본 발명의 절연 연선 복합 전력 케이블의 예시적인 실시예를 제조하는데 유용한, 연선 복합 와이어 코어의 둘레에 다양한 유지 수단을 포함하는 예시적인 연선 복합 케이블의 단면 단부도.
도 4는 본 발명의 절연 연선 복합 전력 케이블의 예시적인 실시예를 제조하는 데 유용한, 연선 복합 와이어 코어 둘레의 유지 수단, 및 연선 복합 와이어 코어의 둘레에 연선된 복수의 연성 금속 도체를 포함하는 하나 이상의 층을 포함하는 예시적인 절연 연선 복합 케이블의 단면 단부도.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른, 개별 절연된 복수의 비-복합 와이어를 포함하는 코어의 둘레에 연선된, 개별 절연된 복수의 복합 와이어를 포함하는 하나 이상의 층을 포함하는 예시적인 절연 연선 복합 케이블의 단면 단부도.
도면에서 유사한 도면 번호는 유사한 요소를 지시한다. 본 명세서의 도면은 축척대로 도시되어 있지 않으며, 도면에서 복합 케이블의 구성요소는 선택된 특징부를 강조하도록 크기설정되어 있다.

대부분이 잘 알려져 있지만 약간의 설명을 필요로 할 수 있는 소정의 용어들이 상세한 설명 및 특허청구범위 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "와이어"가 "취성"이 있다라고 말할 때, 이는 와이어가 인장 하중 하에서 최소의 소성 변형으로 파단된다는 것을 의미함을 이해하여야 한다.

용어 "와이어"는 연성 금속 와이어, 금속 매트릭스 복합 와이어, 중합체 매트릭스 복합 와이어, 광섬유 와이어, 및 유체 수송을 위한 중공형(hollow)의 관형 와이어를 포함하도록 일반적으로 사용된다.

와이어의 변형을 말하는 데 사용될 때 용어 "연성"은 와이어가 굽힘 동안에 파단 또는 파괴 없이 소성 변형을 실질적으로 겪는다는 것을 의미한다.

용어 "복합 와이어"는 함께 결합되고 취성 또는 비-연성 거동을 나타내는, 조성 또는 형태가 상이한 재료들의 조합으로부터 형성된 필라멘트를 말한다.

용어 "금속 매트릭스 복합 와이어"는 하나 이상의 연성 금속 상(metal phase)으로 이루어진 매트릭스로 결합된 하나 이상의 섬유질 보강 재료를 포함하는 복합 와이어를 말한다.

용어 "중합체 매트릭스 복합 와이어"는 유사하게, 하나 이상의 중합체 상(polymeric phase)으로 이루어진 매트릭스로 결합된 하나 이상의 섬유질 보강 재료를 포함하는 복합 와이어를 말한다.

용어 "광섬유 와이어"는 광섬유 통신에 사용되는 적어도 하나의 종방향 광 투과성 섬유 요소를 포함하는 필라멘트를 말한다.

용어 "중공형의 관형 와이어"는 유체 수송에 유용한 종방향 중공형 도관 또는 관을 말한다.

와이어의 변형을 말하는 데 사용될 때 용어 "굽힘" 또는 "구부림"은 연선 가공 동안에 와이어를 나선형으로 구부리는 것과 같은 2차원 및/또는 3차원 굽힘 변형을 포함한다. 와이어가 굽힘 변형을 갖는다고 말할 때, 이는 와이어가 또한 인장력 및/또는 비틀림력으로부터 유래하는 변형을 가질 가능성을 배제하지 않는다.

"상당한 탄성 굽힘" 변형은 와이어가 와이어의 반경의 최대 10,000배의 곡률 반경으로 구부려질 때 발생하는 굽힘 변형을 의미한다. 원형 단면 와이어에 적용될 때, 이 상당한 탄성 굽힘 변형은 와이어의 외측 섬유에 0.01% 이상의 변형을 부여할 것이다.

"케이블 가공된" 및 "연선 가공된"이 상호 교환가능하게 사용되는 것과 같이, 용어 "케이블 가공(cabling)" 및 "연선 가공"은 상호 교환가능하게 사용된다.

용어 "꼬임"은 나선형으로 연선된 케이블의 연선 층 내의 와이어들이 나선으로 권취되는 방식을 말한다.

용어 "꼬임 방향"은 나선형으로 연선된 층 내의 와이어 스트랜드(strand)들의 연선 방향을 말한다. 나선형으로 연선된 층의 꼬임 방향을 결정하기 위해, 케이블이 관찰자로부터 멀어지는 쪽을 향하는 상태로 관찰자가 나선형으로 연선된 와이어 층의 표면을 바라본다. 스트랜드들이 관찰자로부터 멀어지는 쪽으로 진행됨에 따라 와이어 스트랜드들이 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보이는 경우, 케이블은 "오른쪽 꼬임"을 갖는다라고 지칭된다. 스트랜드들이 관찰자로부터 멀어지는 쪽으로 진행됨에 따라 와이어 스트랜드들이 반시계 방향으로 회전하는 것처럼 보이는 경우, 케이블은 "왼쪽 꼬임"을 갖는다라고 지칭된다.

용어 "중심축" 및 "중심 종축"은 반경방향에 있어서 나선형으로 연선된 다층 케이블의 중심에 위치된 공통의 종축을 나타내기 위해 상호 교환가능하게 사용된다.

용어 "꼬임 각도"는 나선형으로 연선된 케이블의 중심 종축에 대해서, 연선 와이어에 의해 형성되는 각도를 말한다.

용어 "교차 각도"는 나선형으로 연선된 와이어 케이블의 인접 와이어 층들의 꼬임 각도들 사이의 상대적인(절대적인) 차이를 의미한다.

용어 "꼬임 길이"는 나선형으로 연선된 층 내의 단일 와이어가 나선형으로 연선된 케이블의 중심 종축의 둘레에서 완전한 한 바퀴 나선형 회전을 완성하는 연선 케이블의 길이를 말한다.

용어 "세라믹"은 유리, 결정질 세라믹, 유리-세라믹, 및 이들의 조합을 의미한다.

용어 "다결정"은 입자 크기가 그 입자가 내부에 존재하는 섬유의 직경보다 작은 복수의 결정질 입자를 주로 갖는 재료를 의미한다.

용어 "연속 섬유"는 평균 섬유 직경과 비교할 때 상대적으로 무한한 길이를 갖는 섬유를 의미한다. 전형적으로, 이는 섬유가 1 × 10⁵ 이상(일부 실시예에서, 1 × 10⁶ 이상, 또는 심지어 1 × 10⁷ 이상)의 종횡비(aspect ratio)(즉, 섬유의 평균 직경에 대한 섬유의 길이의 비)를 갖는다는 것을 의미한다. 전형적으로, 그러한 섬유는 약 15 ㎝ 이상 내지 수미터 이상 정도의 길이를 가지며, 심지어 수킬로미터 이상 정도의 길이를 가질 수 있다.

본 발명은 일부 예시적인 실시예에서 수중 또는 지하 송전 케이블로서의 사용에 적합한 절연 복합 케이블을 제공한다. 소정 실시예에서, 절연 복합 케이블은 복수의 연선 복합 와이어를 포함한다. 복합 와이어는 일반적으로 취성이 있고 비-연성이며, 따라서 종래의 케이블 연선 가공 공정 동안에 와이어를 파괴함이 없이 그의 나선형 배열을 유지하는 방식으로는 충분히 변형되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 소정 실시예에서 더 높은 인장 강도의 연선 복합 케이블을 제공하며, 또한 일부 실시예에서 연선 케이블 내의 와이어의 나선형 배열을 유지하기 위한 수단을 제공한다. 이러한 방식으로, 연선 케이블은 편리하게도 중간 물품으로서 또는 최종 물품으로서 제공될 수 있다. 중간 물품으로서 사용될 때, 연선 복합 케이블은 절연 복합 송전 케이블, 예를 들어 수중 또는 지하 송전 케이블과 같은 최종 물품에 나중에 포함될 수 있다.

본 발명의 다양한 예시적인 실시예가 이제 특히 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 변형 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 하기의 예시적인 실시예로 한정되어서는 안되며, 특허청구범위에 기재된 제한 및 그의 임의의 등가물에 의해 제한되어야 함을 이해하여야 한다.

일 태양에서, 본 발명은 공통의 종축을 형성하는 와이어 코어, 와이어 코어의 둘레의 복수의 복합 와이어, 및 복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스를 포함하는 절연 복합 전력 케이블을 제공한다. 일부 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 층 내에, 공통의 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 배열된다. 다른 예시적인 실시예에서, 와이어 코어는 금속 도체 와이어 또는 복합 와이어 중 적어도 하나를 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 2개의 원통형 층 중 적어도 하나는 복합 와이어만을 포함한다. 소정의 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 2개의 원통형 층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 연성 금속 와이어를 추가로 포함한다.

도 1a 내지 도 1g는 선택적으로 연선된 또는 더 바람직하게는 나선형으로 연선된 케이블들일 수 있고, 본 발명의 비제한적이고 예시적인 일부 실시예에 따른 잠수형 또는 지하 절연 복합 케이블을 형성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 복합 케이블(예를 들어, 각각 10, 11, 10', 및 11')들의 단면 단부도를 도시하고 있다. 도 1a 및 도 1c에 도시된 예시적인 실시예에 의해 도시된 바와 같이, 절연 복합 케이블(10, 10')은 중심 종축을 형성하는 단일 복합 와이어(2), 제1의 복수의 복합 와이어(4)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일 복합 와이어(2)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제1 층, 제2의 복수의 복합 와이어(6)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제2 층, 및 복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스(9)를 포함할 수 있다.

선택적으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제3의 복수의 복합 와이어(8)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제2의 복수의 복합 와이어(6)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제3 층이 절연 시스(9)를 적용하기 전에 포함되어 절연 복합 케이블(10')을 형성할 수 있다. 선택적으로, 복합 와이어들(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 나선형으로 연선될 수 있음)의 제4 층(도시되지 않음) 또는 심지어 더 많은 추가의 층들이 제2의 복수의 복합 와이어(6)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 포함되어 복합 케이블을 형성할 수 있다.

도 1b 및 도 1d에 도시된 다른 예시적인 실시예에서, 복합 케이블(11, 11')은 중심 종축을 형성하는 단일의 연성 금속 와이어(1)(예를 들어, 연성 금속 와이어일 수 있음), 제1의 복수의 복합 와이어(4)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일의 연성 금속 와이어(1)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제1 층, 제2의 복수의 복합 와이어(6)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제2 층, 및 복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스(9)를 포함할 수 있다.

선택적으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 제3의 복수의 복합 와이어(8)를 포함하는 제3 층이 제2의 복수의 복합 와이어(6)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 연선되어 복합 케이블(11')을 형성할 수 있다. 선택적으로, 복합 와이어들(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 나선형으로 연선될 수 있음)의 제4 층(도시되지 않음) 또는 심지어 더 많은 추가의 층들이 제2의 복수의 복합 와이어(6)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 포함되어 복합 케이블을 형성할 수 있다.

도 1e 및 도 1f에 의해 도시된 추가의 예시적인 실시예에서, 개개의 복합 와이어들 중 하나 이상이 절연 시스에 의해 개별적으로 둘러싸일 수 있다.

따라서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 복합 케이블(11')은 중심 종축을 형성하는 단일 코어 와이어(1)(예를 들어, 연성 금속 와이어, 금속 매트릭스 복합 와이어, 중합체 매트릭스 복합 와이어, 광섬유 와이어, 또는 유체 수송을 위한 중공형의 관형 와이어일 수 있음), 제1의 복수의 복합 와이어(4)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일 코어 와이어(1)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제1 층, 제2의 복수의 복합 와이어(6)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제2 층, 및 복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스(9)를 포함하고, 각각의 개별 복합 와이어(4, 6)는 절연 시스(9)에 의해 개별적으로 둘러싸이며, 선택적으로 단일 코어 와이어(1)가 또한 절연 시스(9)에 의해 개별적으로 둘러싸인다.

대안적으로, 개개의 복합 와이어들 중 하나 이상이 절연 시스, 및 복합 와이어들의 전체를 둘러싸는 선택적인 추가의 시스에 의해 개별적으로 둘러싸일 수 있다. 따라서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 복합 케이블(11''')은 중심 종축을 형성하는 단일 코어 와이어(1)(예를 들어, 연성 금속 와이어, 금속 매트릭스 복합 와이어, 중합체 매트릭스 복합 와이어, 광섬유 와이어, 또는 유체 수송을 위한 중공형의 관형 와이어일 수 있음), 제1의 복수의 복합 와이어(4)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일 코어 와이어(1)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제1 층, 제2의 복수의 복합 와이어(6)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제2 층, 복수의 복합 와이어의 전체를 둘러싸는 절연 시스(9'), 및 각각의 개별 복합 와이어(4, 6) 및 선택적으로 단일 코어 와이어(1)를 둘러싸는 추가의 절연 시스(9)를 포함한다. 또한, 도 1f는 개개의 와이어(1, 4, 및 6)들과, 복수의 와이어(1, 4, 6)의 전체를 둘러싸는 절연 시스(9') 사이에 남겨진 임의의 보이드(void)를 실질적으로 충전하기 위해 선택적인 절연 충전제(도 1g에 3으로 지시되어 있으며 도 1g에 관해 아래에서 더 상세하게 논의됨)의 사용을 도시하고 있다.

도 1g에 의해 도시된 추가의 예시적인 실시예에서, 복합 케이블(11'''')은 중심 종축을 형성하는 단일 코어 와이어(1)(예를 들어, 연성 금속 와이어일 수 있음), 제1의 복수의 복합 와이어(4)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일의 연성 금속 와이어(1)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제1 층, 제2의 복수의 복합 와이어(6)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제2 층, 및 개개의 와이어(1, 4, 및 6)들 사이에 남겨진 임의의 보이드를 실질적으로 충전하도록 복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 충전제(3)(도 3d에 관해서 아래에 설명되는 바와 같은 결합제(24)일 수 있거나, 비-전기 전도성 고체 또는 액체와 같은 절연 재료일 수 있음)를 포함하는 절연 캡슐화 시스를 포함할 수 있다.

특히 적합한 고체 충전제(3)는 유기 및 무기 분말, 보다 구체적으로 세라믹 분말(예를 들어, 실리카, 산화알루미늄 등), 유리 비드(glass bead), 유리 버블(glass bubble), (공)중합체성(예를 들어, 플루오로중합체) 분말, 섬유 또는 필름 등을 포함한다. 특히 적합한 액체 충전제(3)는 낮은 전기 전도도를 나타내고 유전 상수가 약 20 이하인 유전성 액체, 더 바람직하게는 저유전성 유체로서 유용한 오일(예를 들어, 실리콘유, 과불화 유체 등) 등을 포함한다.

전술된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 절연 복합 케이블은 복수의 복합 와이어를 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 공통의 종축을 중심으로 와이어 코어의 둘레에 연선된다. 적합한 연선 가공 방법, 구성 및 재료가 미국 특허 출원 공개 제2010/0038112호(그레더(Grether))에 개시되어 있다.

따라서, 일부 예시적인 실시예에서, 연선 복합 케이블(예를 들어, 도 1a 및 도 1b에서 각각 10, 11)은 중심 종축을 형성하는 단일 복합 와이어(2) 또는 코어 와이어(1), 단일 복합 와이어(2)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 중심 종축에 대해 규정된 제1 꼬임 각도로 연선되고 제1 꼬임 길이를 갖는 제1의 복수의 복합 와이어(4), 및 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 중심 종축에 대해 규정된 제2 꼬임 각도로 연선되고 제2 꼬임 길이를 갖는 제2의 복수의 복합 와이어(6)를 포함한다.

추가의 예시적인 실시예에서, 연선 복합 케이블(예를 들어, 도 1c 및 도 1d에서 각각 10' 및 11')은 선택적으로 제2의 복수의 복합 와이어(6)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 중심 종축에 대해 규정된 제3 꼬임 각도로 연선되고 제3 꼬임 길이를 갖는 제3의 복수의 복합 와이어(8)를 추가로 포함하며, 제2 꼬임 각도와 제3 꼬임 각도 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다.

추가의 예시적인 실시예(도시되지 않음)에서, 연선 케이블은 제3의 복수의 복합 와이어(8)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 공통의 종축에 대해 규정된 꼬임 각도로 연선된 복합 와이어들의 추가의(예를 들어, 후속) 층들(예를 들어, 제4, 제5, 또는 다른 후속 층)을 추가로 포함할 수 있으며, 각각의 층 내의 복합 와이어들은 특징적인 꼬임 길이를 갖고, 제3 꼬임 각도와 제4 또는 후속 꼬임 각도 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다. 연선 복합 와이어들의 4개 이상의 층이 채용되는 실시예는 바람직하게는 직경이 0.5 ㎜ 이하인 복합 와이어들을 사용한다.

일부 예시적인 실시예에서, 제1 꼬임 각도와 제2 꼬임 각도 사이의 상대적인(절대적인) 차이는 0° 초과이고 약 4° 이하이다. 소정의 예시적인 실시예에서, 제1 꼬임 각도와 제2 꼬임 각도 사이, 제2 꼬임 각도와 제3 꼬임 각도 사이 중 하나 이상의 상대적인(절대적인) 차이는 4° 이하, 3° 이하, 2°이하, 1°이하, 또는 0.5° 이하이다. 소정의 예시적인 실시예에서, 제1 꼬임 각도가 제2 꼬임 각도와 같음, 제2 꼬임 각도가 제3 꼬임 각도와 같음, 그리고/또는 각각의 후속 꼬임 각도가 바로 이전의 꼬임 각도와 같음 중 하나 이상이다.

추가의 실시예에서, 제1 꼬임 길이가 제2 꼬임 길이 이하임, 제2 꼬임 길이가 제3 꼬임 길이 이하임, 제4 꼬임 길이가 바로 다음의 꼬임 길이 이하임, 그리고/또는 각각의 후속 꼬임 길이가 바로 이전의 꼬임 길이 이하임 중 하나 이상이다, 다른 실시예에서, 제1 꼬임 길이가 제2 꼬임 길이와 같음, 제2 꼬임 길이가 제3 꼬임 길이와 같음, 그리고/또는 각각의 후속 꼬임 길이가 바로 이전의 꼬임 길이와 같음 중 하나 이상이다. 일부 실시예에서, 당업계에 공지된 바와 같이 평행 꼬임(parallel lay)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

추가의 예시적인 실시예에서, 절연 복합 케이블은 적어도 하나의, 그리고 일부 실시예에서 복수의 비-복합 와이어를 추가로 포함할 수 있다. 일부 특정의 예시적인 실시예에서, 연선 케이블은 전체적으로 복합이든지, 부분적으로 복합이든지 또는 전체적으로 비-복합이든지 간에 나선형으로 연선될 수 있다. 다른 추가의 예시적인 실시예에서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 방향과 동일한 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선된다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다. 다른 예시적인 실시예에서, 복합 와이어 및/또는 비-복합 와이어는 원형, 타원형 및 사다리꼴로부터 선택된 단면 형상을 갖는다.

소정의 추가의 예시적인 실시예에서, 절연 복합 케이블은 복수의 연성 금속 와이어를 추가로 포함할 수 있다. 도 2a 내지 도 2e는 연성 와이어(예를 들어, 28, 28', 28")들, 예를 들어 연성 금속 도체 와이어들의 하나 이상의 추가 층이 도 1a에 도시된 예시적인 복합 케이블 코어 둘레에 연선된, 더 바람직하게는 나선형으로 연선된 연선 복합 케이블(예를 들어, 10' 및 10")의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 그러나, 본 발명은 이들 예시적인 실시예로 제한되지 않으며, 다른 복합 케이블 코어를 사용하는 다른 실시예가 본 발명의 범주 내에 있음을 이해할 것이다.

따라서, 도 2a에 의해 도시된 특정 실시예에서, 절연 연선 복합 케이블(30)은 도 1a에 대응하는 연선 비-절연 복합 케이블 코어(10)의 둘레에 연선된 제1의 복수의 연성 와이어(28), 및 복수의 복합 와이어 및 연성 와이어를 둘러싸는 절연 시스(9)를 포함한다. 도 2b에 의해 도시된 추가의 실시예에서, 절연 연선 복합 케이블(40)은 도 1a에 대응하는 연선 비-절연 복합 케이블(10)의 제1의 복수의 연성 와이어(28)의 둘레에 연선된 제2의 복수의 연성 와이어(28'), 및 복수의 복합 와이어 및 연성 와이어를 둘러싸는 절연 시스(9)를 포함한다. 도 2c에 의해 도시된 추가의 실시예에서, 절연 연선 복합 케이블(50)은 도 1a에 대응하는 연선 비-절연 복합 케이블(10)의 제2의 복수의 연성 와이어(28')의 둘레에 연선된 제3의 복수의 연성 와이어(28"), 및 복수의 복합 와이어 및 연성 와이어를 둘러싸는 절연 시스(9)를 포함한다.

도 2a 내지 도 2c에 의해 도시된 특정 실시예에서, 각각의 절연 연선 복합 케이블(예를 들어, 30, 40, 50)은 중심 종축을 형성하는 단일 와이어(2), 단일 복합 와이어(2)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 연선된 제1의 복수의 복합 와이어(4)를 포함하는 제1 층, 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 연선된 제2의 복수의 복합 와이어(6)를 포함하는 제2 층을 포함하는, 도 1a의 연선되었지만 비-절연된 복합 케이블(10)에 대응하는 비-절연 복합 코어(10)를 갖는다. 소정의 예시적인 실시예에서, 제1의 복수의 연성 와이어(28)는 인접 반경방향 층, 예를 들어 제2의 복수의 복합 와이어(6)를 포함하는 제2 층의 꼬임 방향과 반대의 꼬임 방향으로 연선된다.

다른 예시적인 실시예에서, 제1의 복수의 연성 와이어(28)는 인접 반경방향 층, 예를 들어 제2의 복수의 복합 와이어(6)를 포함하는 제2 층의 꼬임 방향과 동일한 꼬임 방향으로 연선된다. 추가의 예시적인 실시예에서, 제1의 복수의 연성 와이어(28), 제2의 복수의 연성 와이어(28'), 또는 제3의 복수의 연성 와이어(28") 중 적어도 하나는 인접 반경방향 층, 예를 들어 제2의 복수의 복합 와이어(6)를 포함하는 제2 층의 꼬임 방향과 반대의 꼬임 방향으로 연선된다.

추가의 예시적인 실시예에서, 각각의 연성 와이어(28, 28', 또는 28")는 중심 종축에 실질적으로 수직인 방향에서 원형, 타원형, 난형, 직사각형, 또는 사다리꼴로부터 선택된 단면 형상을 갖는다. 도 2a 내지 도 2c는 각각의 연성 와이어(28, 28')가 중심 종축에 실질적으로 수직인 방향에서 실질적으로 원형인 단면 형상을 갖는 실시예를 도시하고 있다. 도 2d에 의해 도시된 특정 실시예에서, 연선 복합 케이블(60)은 도 1a에 대응하는 연선 복합 케이블 코어(10)의 둘레에 연선된 대체로 사다리꼴 형상의 제1의 복수의 연성 와이어(28)를 포함한다. 도 2e에 의해 도시된 추가의 실시예에서, 연선 복합 케이블(10''')은 도 1a에 대응하는 비-절연 연선 복합 케이블(10)의 둘레에 연선된 대체로 사다리꼴 형상의 제2의 복수의 연성 와이어(28')를 추가로 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 연성 와이어(28, 28')들의 일부 또는 전부는 중심 종축에 실질적으로 수직인 방향에서 "Z"자 또는 "S"자 형상(도시되지 않음)인 단면 형상을 가질 수 있다. 그러한 형상의 와이어는 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 케이블의 상호맞물림(interlocking) 외부 층을 형성하는 데 바람직할 수 있다.

추가의 실시예에서, 연성 와이어(28, 28')들은 구리, 알루미늄, 철, 아연, 코발트, 니켈, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 지르코늄, 망간, 규소, 이들의 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함한다.

도 3a 내지 도 3e가 중심 종축을 형성하는 단일의 중심 복합 코어 와이어(2)를 도시하고 있지만, 단일의 중심 복합 코어 와이어(2)가 대안적으로 도 1b 및 도 1d에 앞서 도시된 바와 같이 연성 금속 와이어(1)일 수 있음이 또한 이해된다. 복합 와이어들의 각각의 층이 소정의 꼬임 길이를 나타내고, 복합 와이어들의 각각의 층의 꼬임 길이가 상이하거나, 바람직하게는 동일한 꼬임 길이일 수 있음이 또한 이해된다.

더욱이, 일부 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각이 중심 종축에 실질적으로 수직인 방향에서 대체로 원형, 타원형, 또는 사다리꼴인 단면 형상을 갖는 것이 이해된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 대체로 원형인 단면 형상을 갖고, 각각의 복합 와이어의 직경은 약 0.1 ㎜ 이상, 더 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상, 더욱더 바람직하게는 1 ㎜ 이상, 더더욱 바람직하게는 2 ㎜ 이상, 가장 바람직하게는 3 ㎜ 이상, 그리고 약 15 ㎜ 이하, 더 바람직하게는 10 ㎜ 이하, 더욱더 바람직하게는 5 ㎜ 이하, 더더욱 바람직하게는 4 ㎜ 이하, 가장 바람직하게는 3 ㎜ 이하이다. 다른 예시적인 실시예에서, 각각의 복합 와이어의 직경은 1 ㎜ 미만, 또는 5 ㎜ 초과일 수 있다.

전형적으로, 대체로 원형인 단면 형상을 갖는 단일 중심 와이어의 평균 직경은 약 0.1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위이다. 일부 실시예에서, 단일 중심 와이어의 평균 직경은 바람직하게는 약 0.1 ㎜ 이상, 0.5 ㎜ 이상, 1 ㎜ 이상, 2 ㎜ 이상, 3 ㎜ 이상, 4 ㎜ 이상, 또는 심지어 최대 약 5 ㎜이다. 다른 실시예에서, 단일 중심 와이어의 평균 직경은 약 0.5 ㎜ 미만, 1 ㎜ 미만, 3 ㎜ 미만, 5 ㎜ 미만, 10 ㎜ 미만, 또는 15 ㎜ 미만이다.

도 2a 내지 도 2e에 의해 도시되지 않은 추가의 예시적인 실시예에서, 연선 복합 케이블은 중심 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 복합 와이어들의 3개 초과의 연선 층을 포함할 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 복합 케이블의 각각의 층 내의 복합 와이어들의 각각은 동일한 구성 및 형상일 수 있지만, 이는 본 명세서에 기재된 이득을 달성하기 위해 요구되지는 않는다.

추가의 태양에서, 본 발명은 복합 코어 및 이 복합 코어의 둘레의 도체 층을 포함하는 연선 송전 케이블의 다양한 실시예를 제공하며, 여기서 복합 코어는 전술된 연선 복합 케이블들 중 임의의 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 송전 케이블은 가공 송전 케이블, 지하 송전 케이블, 수중 송전 케이블, 또는 이들의 구성요소로서 유용할 수 있다. 예시적인 수중 송전 케이블 및 응용이 2009년 7월 16일자로 출원되고 발명의 명칭이 "잠수형 복합 케이블 및 방법(SUBMERSIBLE COMPOSITE CABLE AND METHODS)"인, 공계류 중인 미국 가특허 출원 제61/226,056호에 기재되어 있다.

소정의 예시적인 실시예에서, 도체 층은 복합 케이블 코어의 실질적으로 전체의 표면을 둘러싸는, 그리고 일부 실시예에서 이와 접촉하는 금속 층을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 도체 층은 복합 케이블 코어의 둘레에 연선된 복수의 연성 금속 도체 와이어를 포함한다.

복수의 복합 와이어(예를 들어, 2, 4, 6) 및 선택적으로 연성 금속 와이어(예를 들어, 28, 28', 28")를 포함하는 연선 복합 케이블의 경우, 일부 실시예에서, 유지 수단, 예를 들어 접착제를 갖거나 갖지 않는 테이프 오버랩(tape overwrap) 또는 결합제를 사용하여 연선 가공 동안에 또는 그 후에 복합 와이어들(예를 들어, 적어도 도 1a 내지 도 1d 또는 도 2a 내지 도 2e의 제2 층 내의 제2의 복수의 복합 와이어(6))을 함께 유지하는 것이 바람직하다(예를 들어, 미국 특허 제6,559,385 B1호(존슨(Johnson) 등) 참조). 도 3a 내지 도 3d 및 도 4는 연선 가공 후에 복합 와이어들을 함께 유지하기 위해 테이프(18)의 형태의 유지 수단을 사용하는 다양한 실시예를 도시하고 있다. 소정 실시예에서, 테이프(18)는 연선 복합 와이어들을 둘러싸는 전기 절연 시스(32)로서 작용할 수 있다.

도 3a는 예시적인 연선 복합 케이블(10)(도 1a)의 측면도이며, 이때 테이프(18)를 포함하는 예시적인 유지 수단이 복합 와이어(2, 4, 6)들의 둘레에 연선 복합 케이블(10)에 부분적으로 적용되어 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 테이프(18)는 접착제 층(22)을 갖는 배킹(20)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 테이프(18)는 접착제 없이 배킹(20)만을 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 테이프(18)는 연선 복합 와이어들을 둘러싸는 전기 절연 시스(32)로서 작용할 수 있다.

소정의 예시적인 실시예에서, 테이프(18)는 도 3a에 도시된 바와 같이 각각의 연속하는 랩(wrap)이 간극 없이 그리고 중첩됨이 없이 이전의 랩과 맞닿도록 래핑(wrapping)될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 연속하는 랩들은 각각의 랩 사이에 간극을 두도록, 또는 이전의 랩과 중첩되도록 간격설정될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 테이프(18)는 각각의 랩이 테이프 폭의 대략 1/3 내지 1/2만큼 이전의 랩과 중첩되도록 래핑된다.

도 3b는 도 3a의 테이프-래핑된 연선 복합 케이블(32)의 단면 단부도이며, 여기서 유지 수단은 접착제(22)를 갖는 배킹(20)을 포함하는 테이프(18)이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 적합한 접착제는 예를 들어 (메트)아크릴레이트 (공)중합체계 접착제, 폴리(α-올레핀) 접착제, 블록 공중합체계 접착제, 천연 고무계 접착제, 실리콘계 접착제, 및 고온 용융 접착제를 포함한다. 감압 접착제가 소정 실시예에서 바람직할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 테이프(18)는 복합 케이블을 둘러싸는 절연 시스로서 작용할 수 있다.

추가의 예시적인 실시예에서, 테이프(18)가 탄성 굽힘 변형을 유지하기에 충분히 강하고, 단독으로 그의 래핑된 형상을 유지할 수 있거나, 필요한 경우 충분히 억제된다면, 테이프(18) 또는 배킹(20)에 적합한 재료는 금속 포일(foil), 특히 알루미늄; 폴리에스테르; 폴리이미드; 플루오로중합체 필름(완전히 플루오르화된 (공)중합체 및 부분적으로 플루오르화된 (공)중합체를 포함하는 것을 포함함); 유리 강화 배킹; 및 이들의 조합을 포함한다. 특히 바람직한 하나의 배킹(20)은 알루미늄이다. 그러한 배킹은 바람직하게는 0.05 내지 0.13 ㎜(0.002 내지 0.005 인치)의 두께, 및 연선 복합 케이블(10)의 직경에 기초해 선택된 폭을 갖는다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 것과 같은 연선 복합 와이어들의 2개의 층을 갖는, 그리고 직경이 약 1.3 ㎝(0.5 인치)인 연선 복합 케이블(10)의 경우, 폭이 2.5 ㎝(1.0 인치)인 알루미늄 테이프가 바람직하다.

현재 바람직한 몇몇 구매가능한 테이프는 하기의 금속 포일 테이프(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)를 포함한다: 테이프 438, 아크릴 접착제를 갖는 0.13 ㎜(0.005 인치) 두께의 알루미늄 배킹, 및 0.18 ㎜(0.0072 인치)의 총 테이프 두께; 테이프 431, 아크릴 접착제를 갖는 0.05 ㎜(0.0019 인치) 두께의 알루미늄 배킹, 및 0.08 ㎜(0.0031 인치)의 총 테이프 두께; 그리고 테이프 433, 실리콘 접착제를 갖는 0.05 ㎜(0.002 인치) 두께의 알루미늄 배킹, 및 0.09 ㎜(0.0036 인치)의 총 테이프 두께. 적합한 금속 포일/유리 천 테이프는 실시예에 기재된 바와 같이 테이프 363(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)이다. 적합한 폴리에스테르 배킹 테이프는 0.03 ㎜(0.001 인치) 두께의 폴리에스테르 배킹, 실리콘계 접착제, 및 0.03 ㎜(0.0018 인치)의 총 테이프 두께를 갖는 폴리에스테르 테이프 8402(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)를 포함한다.

도 3c는 도 3a에 따른 테이프-래핑된 연선 복합 케이블(32')의 다른 실시예의 단면 단부도이며, 여기서 테이프(18)는 접착제를 갖지 않는 배킹(20)을 포함한다. 테이프(18)가 접착제를 갖지 않는 배킹(20)인 경우, 배킹(20)에 적합한 재료는 접착제와 함께 사용하는 것에 대해 방금 기술된 것들 중 임의의 것을 포함하며, 이때 바람직한 배킹은 두께가 0.05 내지 0.13 ㎜(0.002 내지 0.005 인치)이고 폭이 2.54 ㎝(1.0 인치)인 알루미늄 배킹이다. 소정 실시예에서, 테이프(18)는, 도 1f 및 도 1g의 요소(3)에 관해서 전술된 바와 같이, 연선 복합 와이어들을 둘러싸는 전기 절연 시스로서 작용할 수 있다.

접착제(22)를 갖거나 갖지 않는 테이프(18)를 유지 수단으로서 사용할 때, 테이프는 당업계에 공지된 바와 같은 종래의 테이프 래핑 장치에 의해 연선 케이블에 적용될 수 있다. 적합한 테이핑 기계는 미국 뉴저지주 패터슨 소재의 와스톤 머신, 인터내셔널(Watson Machine, International)로부터 입수가능한 것, 예를 들어 모델 번호 CT-300 콘센트릭 테이핑 헤드(Concentric Taping Head)를 포함한다. 테이프 오버랩 스테이션이 일반적으로 케이블 연선 가공 장치의 출구에 위치되고, 케이블(10)이 권취 스풀(take up spool) 상으로 권취되기 전에 나선형으로 연선된 복합 와이어들에 적용된다. 테이프(18)는 탄성 변형된 복합 와이어들의 연선 배열을 유지하도록 선택된다.

도 3d는 캡슐화된 연선 복합 케이블(34)의 다른 대안적인 예시적인 실시예를 도시하고 있으며, 이때 결합제(24)의 형태의 유지 수단이 도 1a에 도시된 바와 같은 비-절연된 연선 복합 케이블(10)에 적용되어 복합 와이어(2, 4, 6)들을 그들의 연선 배열로 유지하고 있다. 소정 실시예에서, 결합제(24)는 도 1f 및 도 1g에 관해서 전술된 바와 같이 연선 복합 와이어들을 둘러싸는 전기 절연 시스(3)로서 작용할 수 있다. 소정 실시예에서, 결합제(24)는 도 1f 및 도 1g의 요소(3)에 관해서 전술된 바와 같이 연선 복합 와이어들을 둘러싸는 전기 절연 시스로서 작용할 수 있다.

적합한 결합제(24)(일부 예시적인 실시예에서 도 1f 및 도 1g에 도시된 바와 같이 절연 충전제(3)로서 사용될 수 있음)는 미국 특허 제5,112,882호(바부(Babu) 등)에 기재된 바와 같이 6개 내지 20개의 탄소 원자를 포함하는 단량체로부터 유도된 하나 이상의 폴리(알파-올레핀) 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체(terpolymer) 및 사원공중합체(tetrapolymer)와 광활성 가교결합제를 포함하는 감압 접착제 조성물을 포함한다. 이들 재료의 방사선 경화는 박리 접착 특성과 전단 접착 특성의 유익한 균형을 갖는 접착 필름을 제공한다.

대안적으로, 결합제(24)는 에폭시를 포함하지만 이로 제한되지 않는 열경화성 재료를 포함할 수 있다. 일부 결합제의 경우, 위에서 논의된 바와 같이 와이어가 케이블 가공 기계를 빠져나가는 동안에, 결합제(24)를 비-절연된 연선 복합 케이블(10) 상으로 압출하거나 달리 코팅하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 결합제(24)는 전사 테이프로서 공급된 접착제의 형태로 적용될 수 있다. 이러한 경우에, 결합제(24)는 전사 또는 이형 시트(도시되지 않음)에 적용된다. 이형 시트는 연선 복합 케이블(10)의 복합 와이어들의 둘레에 래핑된다. 이어서 배킹이 제거되어, 접착제 층을 결합제(24)로서 뒤에 남긴다.

추가의 실시예에서, 접착제(22) 또는 결합제(24)는 선택적으로 각각의 개별 복합 와이어의 둘레에, 또는 원하는 바에 따라 복합 및 연성 금속 와이어들의 임의의 적합한 층 사이에 적용될 수 있다. 따라서, 도 4에 의해 도시된 특정 실시예에서, 연선 복합 케이블(90)은 도 3c에 의해 도시된 테이프-래핑된 복합 코어(32')의 둘레에 연선된 제1의 복수의 연성 와이어(28), 및 제1의 복수의 연성 와이어(28)의 둘레에 연선된 제2의 복수의 연성 와이어(28')를 포함한다. 테이프(18)는 중심 종축을 형성하는 단일 복합 와이어(2), 단일 복합 와이어(2)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 연선될 수 있는 제1의 복수의 복합 와이어(4)를 포함하는 제1 층, 및 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 연선될 수 있는 제2의 복수의 복합 와이어(6)를 포함하는 제2 층을 포함하는, 도 1a에 의해 도시된 비-절연된 연선 복합 코어(10)의 둘레에 래핑된다. 테이프(18)는 연선 복합 와이어(예를 들어, 2, 4, 6)들을 둘러싸는 전기 절연 시스(32')를 형성한다. 제2 절연 시스(9)는 복수의 복합 와이어(예를 들어, 2, 4, 및 6)와 복수의 연성 와이어(예를 들어, 28 및 28") 둘 모두를 둘러싼다.

현재 바람직한 일 실시예에서, 유지 수단은 연선 복합 케이블(10)의 전체 직경을 크게 증가시키지 않는다. 바람직하게는, 유지 수단을 포함하는 연선 복합 케이블의 외경은 유지 수단을 제외한 복수의 연선 복합 와이어(2, 4, 6, 8)의 외경의 110% 이하, 더 바람직하게는 105% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 102% 이하이다.

복합 와이어들은 그들이 종래의 케이블 가공 장비로 연선 가공될 때 상당한 양의 탄성 굽힘 변형을 갖는다는 것이 이해될 것이다. 와이어들의 나선형 배열을 유지하기 위한 유지 수단이 없는 경우, 이러한 상당한 탄성 굽힘 변형은 와이어들이 그들의 비-연선 또는 비굽힘 형상으로 복귀하게 할 것이다. 따라서, 일부 실시예에서, 유지 수단은 복수의 연선 복합 와이어의 상당한 탄성 굽힘 변형을 유지하도록 선택된다.

또한, 연선 복합 케이블에 대한 의도된 응용은 소정의 유지 수단이 그 응용에 더 적합하다는 것을 암시할 수 있다. 예를 들어, 연선 복합 케이블이 잠수형 또는 지하 송전 케이블로서 사용될 때, 접착제(22)를 갖지 않는 테이프(18) 또는 결합제(24) 중 어느 하나는 이러한 응용에서 겪게 되는 온도, 깊이, 및 다른 조건에서 송전에 악영향을 미치지 않도록 선택되어야 한다. 접착 테이프(18)가 유지 수단으로서 사용될 때, 접착제(22)와 배킹(20) 둘 모두는 의도된 응용에 적합하도록 선택되어야 한다.

도 5에 도시된 또 다른 대안적인 예시적인 실시예에서, 절연 복합 케이블(100)은 복수의 개별 절연된 와이어를 포함하는 코어의 둘레에 연선된 복수의 개별 절연된 복합 와이어를 포함하는 하나 이상의 층, 및 복합 와이어들의 전체를 둘러싸는 선택적인 추가의 시스를 포함한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 절연 복합 케이블(100)은 중심 종축을 형성하는 단일 코어 와이어(1)(예를 들어, 연성 금속 와이어, 금속 매트릭스 복합 와이어, 중합체 매트릭스 복합 와이어, 광섬유 와이어, 또는 유체 수송을 위한 중공형의 관형 와이어일 수 있음), 전술된 바와 같은 제1의 복수의 코어 와이어(5)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일 코어 와이어(1)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 적어도 제1 층, 제1의 복수의 복합 와이어(4)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 단일 코어 와이어(1)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 제1 층, 제2의 복수의 복합 와이어(6)(선택적으로 연선될 수 있음, 더 바람직하게는 제1의 복수의 복합 와이어(4)의 둘레에 제1 꼬임 방향으로 나선형으로 연선될 수 있음)를 포함하는 선택적인 제2 층, 복수의 복합 와이어의 전체를 둘러싸는 절연 시스(9'), 및 선택적으로 각각의 개별 와이어(1, 4, 5, 6 등)를 둘러싸는 추가의 절연 시스(9)를 포함한다.

또한, 도 5는 개개의 와이어(1, 2, 4, 및 6)들과, 복수의 와이어(1, 2, 4, 6 등)의 전체를 둘러싸는 절연 시스(9') 사이에 남겨진 임의의 보이드를 실질적으로 충전하기 위해 전술된 바와 같은 선택적인 절연 충전제(3)(도 3d에 관해서 아래에 설명되는 바와 같은 결합제(24)일 수 있거나, 비-전기 전도성 고체 또는 액체와 같은 절연 재료일 수 있음)의 사용을 도시하고 있다.

소정의 예시적인 실시예에서, 연선 복합 와이어들은 각각 나중에 더 상세하게 논의되는 바와 같이 매트릭스 내에 복수의 연속 섬유를 포함한다. 와이어들이 복합재이기 때문에, 그들은 일반적으로 케이블 가공 또는 연선 가공 작업 동안에 소성 변형을 받아들이지 않으며, 이 소성 변형은 연성 금속 와이어의 경우에 가능할 것이다. 예를 들어, 연성 와이어를 포함하는 종래 기술의 배열에서, 종래의 케이블 가공 공정은 복합 와이어들을 그들의 나선형 배열로 영구적으로 소성 변형시키도록 수행될 수 있다. 본 발명은 종래의 연성 금속 와이어에 비해 우수한 요구되는 특성을 제공할 수 있는 복합 와이어의 사용을 허용한다. 유지 수단은 연선 복합 케이블이 잠수형 또는 지하 복합 케이블과 같은 후속 최종 물품에 포함될 때 편리하게 취급되게 한다.

일부 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 섬유 강화 복합 와이어이다. 소정의 예시적인 실시예에서, 섬유 강화 복합 와이어들 중 적어도 하나는 섬유 토우 또는 모노필라멘트 섬유 중 하나로 강화된다.

추가의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 금속 매트릭스 복합 와이어 및 중합체 복합 와이어로 이루어진 군으로부터 선택된다. 추가의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들 중 일부는 금속 매트릭스 복합 와이어이도록 선택되고, 복합 와이어들 중 일부는 중합체 매트릭스 복합 와이어이도록 선택된다. 다른 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들 모두가 금속 매트릭스 복합 와이어 또는 중합체 매트릭스 복합 와이어 중 어느 하나이도록 선택될 수 있다.

일부 예시적인 실시예에서, 중합체 복합 와이어는 중합체 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 금속, 탄소, 세라믹, 유리, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 특정 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 티타늄, 텅스텐, 붕소, 형상 기억 합금, 탄소, 탄소 나노튜브, 흑연, 탄화규소, 아라미드, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸, 또는 이들의 조합을 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 중합체 매트릭스는 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스-말레이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 (공)중합체를 포함한다.

다른 예시적인 실시예에서, 금속 매트릭스 복합 와이어는 금속 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹, 유리, 탄소 나노튜브, 탄소, 탄화규소, 붕소, 철, 강철, 철 합금, 텅스텐, 티타늄, 형상 기억 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다. 소정 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄을 포함하고, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹 섬유를 포함한다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 세라믹 섬유는 다결정 α-Al₂O₃를 포함한다.

금속 매트릭스 복합 와이어가 방호 및/또는 강도 요소를 제공하는 데 사용되는 소정 실시예에서, 섬유는 바람직하게는 폴리(아라미드) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 방호 요소는 원통형 층 내의 코어 복합 케이블을 둘러싸는 복수의 와이어를 포함한다. 바람직하게는, 와이어는 금속 방호 와이어, 금속 매트릭스 복합 와이어, 중합체 매트릭스 복합 와이어, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.

도 6a 내지 도 6c에 의해 도시된 소정의 예시적인 실시예에서, 코어(11, 11', 11")를 포함하는 연선 복합 케이블 및/또는 전기 전도성 비-복합 케이블은 적어도 하나의, 그리고 바람직하게는 복수의 연성 금속 와이어를 포함한다. 추가의 예시적인 실시예에서, 복수의 금속 와이어의 각각은 반경방향 단면에서 볼 때 원형, 타원형, 사다리꼴, S-형상, 및 Z-형상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단면 형상을 갖는다. 일부 예시적인 특정 실시예에서, 복수의 금속 와이어는 철, 강철, 지르코늄, 구리, 주석, 카드뮴, 알루미늄, 망간, 아연, 코발트, 니켈, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 이들 상호간의 합금, 다른 금속과의 이들의 합금, 규소와의 이들의 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함한다.

일부 추가의 예시적인 특정 실시예에서, 복합 케이블들 중 적어도 하나는 반경방향 단면에서 볼 때 적어도 하나의 복합 케이블의 중심 종축의 둘레에 연선된 복합 와이어들의 복수의 원통형 층을 포함하는 연선 복합 케이블이다. 소정의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연선 복합 케이블은 나선형으로 연선된다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 방향과 동일한 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선된다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 0° 초과이고 3° 이하이다.

추가의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들은 원형, 타원형, 및 사다리꼴로 이루어진 군으로부터 선택되는 단면 형상을 갖는다. 일부 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 섬유 강화 복합 와이어이다. 소정의 예시적인 실시예에서, 섬유 강화 복합 와이어들 중 적어도 하나는 섬유 토우 또는 모노필라멘트 섬유 중 하나로 강화된다. 다른 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 금속 매트릭스 복합 와이어 및 중합체 복합 와이어로 이루어진 군으로부터 선택된다. 소정의 다른 예시적인 실시예에서, 중합체 복합 와이어는 중합체 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 금속, 탄소, 세라믹, 유리, 또는 이들의 조합을 포함한다.

일부 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 티타늄, 텅스텐, 붕소, 형상 기억 합금, 탄소, 탄소 나노튜브, 흑연, 탄화규소, 폴리(아라미드), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸, 또는 이들의 조합을 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 중합체 매트릭스는 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스-말레이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤, 플루오로중합체(완전히 플루오르화된 (공)중합체 및 부분적으로 플루오르화된 (공)중합체를 포함함), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 (공)중합체를 포함한다.

일부 예시적인 실시예에서, 복합 와이어는 금속 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 복합 와이어는 중합체 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹, 유리, 탄소 나노튜브, 탄소, 탄화규소, 붕소, 철, 강철, 철 합금, 텅스텐, 티타늄, 형상 기억 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 금속 매트릭스는 알루미늄을 포함하고, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹 섬유를 포함한다. 현재 바람직한 일부 특정 실시예에서, 세라믹 섬유는 다결정 α-Al₂O₃를 포함한다.

추가의 예시적인 실시예에서, 절연 시스는 잠수형 또는 지하 복합 케이블의 외부 표면을 형성한다. 일부 예시적인 실시예에서, 절연 시스는 세라믹, 유리, (공)중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

일부 예시적인 실시예에서, 시스는 바람직한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스는 절연성(즉, 전기 절연성, 그리고/또는 열적 또는 음향적 절연성)일 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 시스는 하부의 코어 케이블, 및 선택적으로 복수의 전기 전도성 비-복합 케이블에 보호 능력을 제공한다. 보호 능력은 예를 들어 개선된 내천공성, 개선된 내부식성, 극고온 또는 극저온에 대한 개선된 저항성, 개선된 내마찰성 등일 수 있다.

바람직하게는, 시스는 열가소성 중합체성 재료, 더 바람직하게는 고밀도 폴리올레핀(예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌), 중밀도 폴리올레핀(예를 들어, 중밀도 폴리에틸렌), 및/또는 열가소성 플루오로중합체로부터 선택되는 열가소성 중합체성 재료를 포함한다. 적합한 플루오로중합체는 플루오르화된 에틸렌프로필렌 공중합체(FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 에틸렌클로로트라이플루오로에틸렌(ECTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 테트라플루오로에틸렌 중합체(TFV)를 포함한다. 특히 적합한 플루오로중합체는 상표명 다이네온(DYNEON) THV 플루오로플라스틱스(FLUOROPLASTICS), 다이네온 ETFE 플루오로플라스틱스, 다이네온 FEP 플루오로플라스틱스, 다이네온 PFA 플루오로플라스틱스, 및 다이네온 PVDF 플루오로플라스틱스(이들 모두 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)로 판매되는 것들이다.

일부 예시적인 실시예에서, 시스는 바람직하게는 강도 요소로서도 기능을 하는 방호 요소를 추가로 포함할 수 있다. 현재 바람직한 다른 예시적인 실시예에서, 방호 및/또는 강도 요소는 코어 케이블을 둘러싸고 원통형 층 내에 배열된 복수의 와이어를 포함한다. 바람직하게는, 와이어는 금속(예를 들어, 강철) 와이어, 금속 매트릭스 복합 와이어, 중합체 매트릭스 복합 와이어, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.

일부 예시적인 실시예에서, 절연 복합 전력 케이블은 방호 또는 보강 층을 추가로 포함할 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 방호 층은 적어도 복합 코어를 둘러싸는 하나 이상의 원통형 층을 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 방호 또는 보강 층은, 절연 복합 전력 케이블 내에 방사상으로 형성되고, 바람직하게는 적어도 복합 코어 및 이에 따른 복수의 복합 와이어를 둘러싸거나 이들의 둘레에 래핑된 복수의 섬유를 포함하는 테이프 또는 직물 층의 형태를 취할 수 있다. 바람직하게는, 섬유는 폴리(아라미드) 섬유, 세라믹 섬유, 붕소 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 및 이들의 조합으로부터 선택된다.

소정 실시예에서, 방호 또는 보강 층 및/또는 시스는 또한 전기 전도성 복합 또는 비-복합 케이블을 위한 절연 요소로서 작용할 수 있다. 그러한 실시예에서, 방호 또는 보강 층 및/또는 시스는 바람직하게는 절연 재료, 더 바람직하게는 전술된 바와 같은 절연 중합체성 재료를 포함한다.

본 발명은 임의의 적합한 복합 와이어로 실시될 수 있지만, 소정의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 매트릭스 내에 연속 섬유 토우 또는 연속 모노필라멘트 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 섬유 강화 복합 와이어이도록 선택된다.

복합 와이어들에 대한 바람직한 실시예는 매트릭스 내에 복수의 연속 섬유를 포함한다. 바람직한 섬유는 다결정 α-Al₂O₃를 포함한다_. 복합 와이어들에 대한 이들 바람직한 실시예는 바람직하게는 0.4% 이상, 더 바람직하게는 0.7% 이상의 파손 인장 변형을 갖는다. 일부 실시예에서, 금속 매트릭스 복합 코어 내의 섬유의 개수 기준으로 85% 이상(일부 실시예에서, 90% 이상, 또는 심지어 95% 이상)이 연속적인 것이다.

본 발명과 함께 사용될 수 있는 다른 복합 와이어는 유리/에폭시 와이어, 탄화규소/알루미늄 복합 와이어, 탄소/알루미늄 복합 와이어, 탄소/에폭시 복합 와이어, 탄소/폴리에테르에테르케톤(PEEK) 와이어, 탄소/(공)중합체 와이어, 및 그러한 복합 와이어들의 조합을 포함한다.

적합한 유리 섬유의 예는 당업계에 공지된 바와 같은 A-유리, B-유리, C-유리, D-유리, S-유리, AR-유리, R-유리, 섬유유리 및 파라유리(paraglass)를 포함한다. 다른 유리 섬유가 또한 사용될 수 있고, 이러한 목록은 제한되지 않으며, 예를 들어 코닝 글래스 컴퍼니(Corning Glass Company)(미국 뉴욕주 코닝 소재)로부터 구매가능한 많은 상이한 유형의 유리 섬유가 있다.

일부 예시적인 실시예에서, 연속 유리 섬유가 바람직할 수 있다. 전형적으로, 연속 유리 섬유는 평균 섬유 직경이 약 3 마이크로미터 내지 약 19 마이크로미터의 범위이다. 일부 실시예에서, 유리 섬유는 평균 인장 강도가 3 ㎬, 4 ㎬ 이상 그리고/또는 심지어 5 ㎬ 이상이다. 일부 실시예에서, 유리 섬유는 계수(modulus)가 약 60 ㎬ 내지 95 ㎬, 또는 약 60 ㎬ 내지 약 90 ㎬의 범위이다.

적합한 세라믹 섬유의 예는 금속 산화물(예를 들어, 알루미나) 섬유, 질화 붕소 섬유, 탄화규소 섬유, 및 이들 섬유 중 임의의 것의 조합을 포함한다. 전형적으로, 세라믹 산화물 섬유는 결정질 세라믹, 및/또는 결정질 세라믹과 유리의 혼합물이다(즉, 섬유는 결정질 세라믹과 유리 상 둘 모두를 포함할 수 있다). 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이고, 심지어 길이가 수킬로미터 이상 정도일 수 있다. 전형적으로, 연속 세라믹 섬유는 평균 섬유 직경이 약 5 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터, 약 5 마이크로미터 내지 약 25 마이크로미터, 약 8 마이크로미터 내지 약 25 마이크로미터, 또는 심지어 약 8 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터의 범위이다. 일부 실시예에서, 결정질 세라믹 섬유는 평균 인장 강도가 1.4 ㎬ 이상, 1.7 ㎬ 이상, 2.1 ㎬ 이상, 및/또는 심지어 2.8 ㎬ 이상이다. 일부 실시예에서, 결정질 세라믹 섬유는 계수가 70 ㎬ 초과 내지 대략 1000 ㎬ 이하, 또는 심지어 420 ㎬ 이하이다.

적합한 모노필라멘트 세라믹 섬유의 예는 탄화규소 섬유를 포함한다. 전형적으로, 탄화규소 모노필라멘트 섬유는 결정질이고/이거나, 결정질 세라믹과 유리의 혼합물이다(즉, 섬유가 결정질 세라믹과 유리 상 둘 모두를 포함할 수 있음). 전형적으로, 그러한 섬유는 길이가 50 미터 이상 정도이며, 심지어 길이가 수킬로미터 이상 정도일 수도 있다. 전형적으로, 연속 탄화규소 모노필라멘트 섬유는 평균 섬유 직경이 약 100 마이크로미터 내지 약 250 마이크로미터의 범위이다. 일부 실시예에서, 결정질 세라믹 섬유는 평균 인장 강도가 2.8 ㎬ 이상, 3.5 ㎬ 이상, 4.2 ㎬ 이상, 및/또는 심지어 6 ㎬ 이상이다. 일부 실시예에서, 결정질 세라믹 섬유는 계수가 250 ㎬ 초과 내지 대략 500 ㎬ 이하, 또는 심지어 430 ㎬ 이하이다.

적합한 알루미나 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,954,462호(우드(Wood) 등) 및 제5,185,299호(우드 등)에 기재되어 있다. 일부 실시예에서, 알루미나 섬유는 다결정 알파 알루미나 섬유이고, 이론상 산화물에 기초하여, 알루미나 섬유의 총 중량을 기준으로 99 중량% 초과의 Al₂O₃ 및 0.2 내지 0.5 중량%의 SiO₂를 포함한다. 다른 태양에서, 일부 바람직한 다결정 알파 알루미나 섬유는 평균 입자 크기가 1 마이크로미터 미만(또는 심지어 일부 실시예에서 0.5 마이크로미터 미만)인 알파 알루미나를 포함한다. 다른 태양에서, 일부 실시예에서, 다결정 알파 알루미나 섬유는 평균 인장 강도가 1.6 ㎬ 이상(일부 실시예에서, 2.1 ㎬ 이상, 또는 심지어 2.8 ㎬ 이상)이다. 예시적인 알파 알루미나 섬유는 상표명 "넥스텔 610"(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니)으로 시판된다.

적합한 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제4,047,965호(칼스트(Karst) 등)에 기재되어 있다. 예시적인 알루미노실리케이트 섬유는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니에 의해 상표명 "넥스텔 440", "넥스텔 550" 및 "넥스텔 720"으로 시판되고 있다. 알루미노보로실리케이트(aluminoborosilicate) 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,795,524호(소우맨(Sowman))에 기재되어 있다. 예시적인 알루미노보로실리케이트 섬유는 쓰리엠 컴퍼니에 의해 상표명 "넥스텔 312"로 시판되고 있다. 질화 붕소 섬유는, 예를 들어 미국 특허 제3,429,722호(이코노미(Economy)) 및 제5,780,154호(오카노(Okano) 등)에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다. 예시적인 탄화규소 섬유는, 예를 들어 미국 캘리포니아주 샌디에고 소재의 씨오아이 세라믹스(COI Ceramics)에 의해 500개 섬유의 토우로 상표명 "니칼론(NICALON)"으로, 일본 소재의 우베 인더스트리즈(Ube Industries)로부터 상표명 "타이라노(TYRANNO)"로, 그리고 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 상표명 "실라믹(SYLRAMIC)"으로 시판되고 있다.

적합한 탄소 섬유는 패넥스(PANEX)(등록상표) 및 파이론(PYRON)(등록상표)(미국 미주리주 브리즈턴 소재의 졸텍(ZOLTEK)으로부터 입수가능함), 쏘르넬(THORNEL)(미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 싸이텍 인더스트리즈, 인크.(CYTEC Industries, Inc.)로부터 입수가능함), 헥스토우(HEXTOW)(미국 코네티컷주 사우스베리 소재의 헥셀, 인크.(HEXCEL, Inc.)로부터 입수가능함), 그리고 토레이카(TORAYCA)(일본 도쿄 소재의 토레이 인더스트리즈, 엘티디.(TORAY Industries, Ltd.)로부터 입수가능함)로 지칭되는 섬유와 같은 구매가능한 탄소 섬유를 포함한다. 그러한 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 전구체로부터 유도될 수 있다. 다른 적합한 탄소 섬유는 당업계에 공지된 바와 같은 PAN-IM, PAN-HM, PAN UHM, PITCH 또는 레이온 부산물을 포함한다.

추가의 적합한 구매가능한 섬유는 알텍스(ALTEX)(일본 오사카 소재의 스미토모 케미컬 컴퍼니(Sumitomo Chemical Company)로부터 입수가능함), 및 알센(ALCEN)(일본 도쿄 소재의 니티비 컴퍼니, 엘티디.(Nitivy Company, Ltd.)로부터 입수가능함)을 포함한다.

적합한 섬유는 또한 형상 기억 합금(즉, 금속 합금이 변태 온도 미만에서 쌍정 형성 메커니즘(twinning mechanism)에 의해 변형가능하도록 마르텐사이트 변태(Martensitic transformation)를 겪는 금속 합금, 여기서 그러한 변형은 쌍정 구조(twin structure)가 변태 온도를 초과하여 가열할 때 원래의 상으로 되돌아가는 경우 가역적임)을 포함한다. 구매가능한 형상 기억 합금 섬유는, 예를 들어 존슨 매티 컴퍼니(Johnson Matthey Company)(미국 펜실베이니아주 웨스트 화이트랜드 소재)로부터 입수가능하다.

일부 실시예에서, 세라믹 섬유는 토우로 되어 있다. 토우는 섬유 분야에서 공지되어 있으며, 조방사(roving)와 유사한 형태로 수집된 복수의 (개별) 섬유(전형적으로 100개 이상의 섬유, 더 전형적으로 400개 이상의 섬유)를 지칭한다. 일부 실시예에서, 토우는 토우당 780개 이상의 개별 섬유, 일부 경우에 토우당 2600개 이상의 개별 섬유, 그리고 다른 경우에 토우당 5200개 이상의 개별 섬유를 포함한다. 세라믹 섬유의 토우는 일반적으로 300 미터, 500 미터, 750 미터, 1000 미터, 1500 미터, 2500 미터, 5000 미터, 7500 미터, 및 그보다 긴 길이를 포함한 다양한 길이로 입수가능하다. 섬유는 원형 또는 타원형인 단면 형상을 가질 수 있다.

구매가능한 섬유는 전형적으로 취급 동안에 섬유 스트랜드를 보호하기 위해 그리고 윤활성을 제공하기 위해 제조 동안에 섬유에 부가되는 유기 사이징 재료(organic sizing material)를 포함할 수 있다. 사이징은 예를 들어 섬유로부터 사이징을 용해시키거나 연소시킴으로써 제거될 수 있다. 전형적으로, 금속 매트릭스 복합 와이어를 형성하기 전에 사이징을 제거하는 것이 바람직하다. 섬유는 또한 예를 들어 섬유의 습윤성(wettability)을 향상시키기 위해, 섬유와 용융 금속 매트릭스 재료 사이의 반응을 감소시키거나 방지하기 위해 사용되는 코팅을 가질 수 있다. 그러한 코팅 및 그러한 코팅을 제공하기 위한 기술은 섬유 및 복합재 분야에 공지되어 있다.

추가의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어들의 각각은 금속 매트릭스 복합 와이어 및 중합체 복합 와이어로부터 선택된다. 적합한 복합 와이어가 예를 들어 미국 특허 제6,180,232호, 제6,245,425호, 제6,329,056호, 제6,336,495호, 제6,344,270호, 제6,447,927호, 제6,460,597호, 제6,544,645호, 제6,559,385호, 제6,723,451호, 및 제7,093,416호에 개시되어 있다.

현재 바람직한 하나의 섬유 강화 금속 매트릭스 복합 와이어는 세라믹 섬유 강화 알루미늄 매트릭스 복합 와이어이다. 세라믹 섬유 강화 알루미늄 매트릭스 복합 와이어는 바람직하게는 실질적으로 순수한 원소 알루미늄의 매트릭스, 또는 순수 알루미늄과 매트릭스의 총 중량을 기준으로 최대 약 2 중량%의 구리의 합금의 매트릭스 내에 캡슐화된 다결정 α-Al₂O₃의 연속 섬유를 포함한다. 바람직한 섬유는 크기가 약 100 ㎚ 미만인 등축정(equiaxed grain), 및 약 1 내지 50 마이크로미터 범위의 섬유 직경을 포함한다. 약 5 내지 25 마이크로미터 범위의 섬유 직경이 바람직하며, 약 5 내지 15 마이크로미터의 범위가 가장 바람직하다.

본 발명에 바람직한 섬유 강화 복합 와이어는 섬유 밀도가 세제곱센티미터당 약 3.90 내지 3.95 g이다. 미국 특허 제4,954,462호(우드 등, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩처링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로 양도됨)에 기재되어 있는 것이 바람직한 섬유들 중 하나이다. 바람직한 섬유는 상표명 "넥스텔 610" 알파 알루미나계 섬유(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능함)로 구매가능하다. 캡슐화 매트릭스는 그것이 섬유 재료와 화학적으로 크게 반응하지 않도록(즉, 섬유 재료에 대해 비교적 화학적으로 불활성이도록 선택되며, 이에 의해 섬유 외부에 보호 코팅을 제공할 필요를 제거한다.

복합 와이어의 현재 바람직한 소정의 실시예에서, 실질적으로 순수한 원소 알루미늄을 포함하는 매트릭스, 또는 원소 알루미늄과 매트릭스의 총 중량을 기준으로 최대 약 2 중량%의 구리의 합금을 포함하는 매트릭스의 사용은 성공적인 와이어를 제조하는 것으로 밝혀졌다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로 순수한 원소 알루미늄", "순수 알루미늄" 및 "원소 알루미늄"은 상호 교환가능하며, 약 0.05 중량% 미만의 불순물을 함유하는 알루미늄을 의미하고자 한다.

현재 바람직한 일 실시예에서, 복합 와이어는, 실질적으로 원소의 알루미늄 매트릭스 내에, 복합 와이어의 총 체적을 기준으로 약 30 내지 70 체적%의 다결정 α-Al₂O₃ 섬유를 포함한다. 매트릭스가 매트릭스의 총 중량을 기준으로 약 0.03 중량% 미만의 철, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.01 중량% 미만의 철을 함유하는 것이 현재 바람직하다. 약 40 내지 60%의 다결정 α-Al₂O₃섬유의 섬유 함유량이 바람직하다. 항복 강도가 약 20 ㎫ 미만인 매트릭스와 종방향 인장 강도가 약 2.8 ㎬ 이상인 섬유로 형성된 그러한 복합 와이어가 우수한 강도 특성을 갖는 것으로 확인되었다.

매트릭스는 또한 원소 알루미늄과 매트릭스의 총 중량을 기준으로 최대 약 2 중량%의 구리의 합금으로 형성될 수 있다. 실질적으로 순수한 원소 알루미늄 매트릭스가 사용되는 실시예에서와 같이, 알루미늄/구리 합금 매트릭스를 갖는 복합 와이어는 바람직하게는 복합재의 총 체적을 기준으로 약 30 내지 70 체적%의 다결정 α-Al₂O₃ 섬유, 그리고 따라서 더 바람직하게는 약 40 내지 60 체적%의 다결정 α-Al₂O₃ 섬유를 포함한다. 또한, 매트릭스는 바람직하게는 매트릭스의 총 중량을 기준으로 약 0.03 중량% 미만의 철, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.01 중량% 미만의 철을 함유한다. 알루미늄/구리 매트릭스는 바람직하게는 항복 강도가 약 90 ㎫ 미만이고, 상기와 같이, 다결정 α-Al₂O₃ 섬유는 길이방향 인장 강도가 약 2.8 ㎬ 이상이다.

복합 와이어는 바람직하게는, 전술된, 실질적으로 순수한 원소 알루미늄 매트릭스, 또는 원소 알루미늄과 최대 약 2 중량%의 구리의 합금으로 형성된 매트릭스 내에 포함된 실질적으로 연속적인 다결정 α-Al₂O₃ 섬유로 형성된다. 그러한 와이어는 일반적으로 섬유 토우로 배열된, 실질적으로 연속적인 다결정 α-Al₂O₃ 섬유의 스풀(spool)이 용융 매트릭스 재료의 조(bath)를 통해 잡아 당겨지는 공정에 의해 제조된다. 이어서 생성된 세그먼트가 응고되며, 이에 의해 매트릭스 내에 캡슐화된 섬유를 제공한다.

예시적인 금속 매트릭스 재료는 알루미늄(예를 들어, 고순도(예를 들어, 99.95% 초과) 원소 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘, 및 이들의 합금(예를 들어, 알루미늄과 구리의 합금)을 포함한다. 전형적으로, 매트릭스 재료는, 예를 들어 섬유 외부에 보호 코팅을 제공할 필요를 제거하기 위해, 매트릭스 재료가 섬유와 화학적으로 크게 반응하지 않도록(즉, 섬유 재료에 대해 비교적 화학적으로 불활성이도록) 선택된다. 일부 실시예에서, 매트릭스 재료는 바람직하게는 알루미늄 및 그의 합금을 포함한다.

일부 실시예에서, 금속 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 Al과 최대 2 중량%의 Cu를 포함한다. 일부 실시예에서, 유용한 합금은 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 및/또는 8000 시리즈 알루미늄 합금(미국 알루미늄 협회 명명법)이다. 더 높은 순도의 금속이 더 높은 인장 강도의 와이어를 제조하기에 바람직한 경향이 있지만, 덜 순수한 금속의 형태가 또한 유용하다.

적합한 금속이 구매가능하다. 예를 들어, 알루미늄은 미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 알코아(Alcoa)로부터 상표명 "슈퍼 퓨어 알루미늄(SUPER PURE ALUMINUM); 99.99% Al"로 입수가능하다. 알루미늄 합금(예를 들어, Al - 2 중량% Cu(0.03 중량% 불순물))은 예를 들어 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 벨몬트 메탈즈(Belmont Metals)로부터 획득될 수 있다. 아연 및 주석은 예를 들어 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 메탈 서비스즈(Metal Services)로부터 입수가능하다("순수 아연"; 99.999% 순도 및 "순수 주석"; 99.95% 순도). 예를 들어, 마그네슘은 영국 맨체스터 소재의 마그네슘 일렉트론(Magnesium Elektron)으로부터 상표명 "퓨어(PURE)"로 입수가능하다. 마그네슘 합금(예를 들어, WE43A, EZ33A, AZ81A, 및 ZE41A)은 예를 들어 미국 콜로라도주 덴버 소재의 티메트(TIMET)로부터 획득될 수 있다.

금속 매트릭스 복합 와이어는 전형적으로, 섬유 및 매트릭스 재료의 조합된 총 체적을 기준으로, 15 체적% 이상(일부 실시예에서, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 심지어 50 체적% 이상)의 섬유를 포함한다. 더 전형적으로, 복합 코어 및 와이어는, 섬유와 매트릭스 재료의 조합된 총 체적 기준으로, 40 내지 75(일부 실시예에서, 45 내지 70) 체적% 범위의 섬유를 포함한다.

금속 매트릭스 복합 와이어는 당업계에 공지된 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 연속 금속 매트릭스 복합 와이어는, 예를 들어 연속 금속 매트릭스 침투 공정에 의해 제조될 수 있다. 하나의 적합한 공정이, 예를 들어 미국 특허 제6,485,796호(카펜터(Carpenter) 등)에 기재되어 있다. 중합체 및 섬유를 포함하는 와이어는 당업계에 공지된 인발 성형 공정에 의해 제조될 수 있다.

추가의 예시적인 실시예에서, 복합 와이어는 중합체 복합 와이어를 포함하도록 선택된다. 중합체 복합 와이어는 중합체 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 금속, 탄소, 세라믹, 유리, 및 이들의 조합을 포함한다. 현재 바람직한 소정의 실시예에서, 적어도 하나의 연속 섬유는 티타늄, 텅스텐, 붕소, 형상 기억 합금, 탄소 나노튜브, 흑연, 탄화규소, 붕소, 폴리(아라미드), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)3, 및 이들의 조합을 포함한다. 현재 바람직한 추가의 실시예에서, 중합체 매트릭스는 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스-말레이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤, 플루오로중합체(완전히 플루오르화된 (공)중합체 및 부분적으로 플루오르화된 (공)중합체 포함함), 및 이들의 조합으로부터 선택되는 (공)중합체를 포함한다.

복합 케이블, 예를 들어 본 발명의 소정 실시예에 따른 송전 케이블을 제공하기 위해 복합 코어의 둘레에 연선 가공하기 위한 연성 금속 와이어가 당업계에 공지되어 있다. 바람직한 연성 금속은 철, 강철, 지르코늄, 구리, 주석, 카드뮴, 알루미늄, 망간, 및 아연; 다른 금속 및/또는 규소와의 이들의 합금 등을 포함한다. 알루미늄 와이어는, 예를 들어 캐나다 웨이번 소재의 넥산스(Nexans) 또는 미국 조지아주 캐롤턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니(Southwire Company)로부터 상표명 "1350-H19 알루미늄" 및 "1350-H0 알루미늄"으로 구매가능하다.

전형적으로, 구리 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에 걸쳐 약 12 ppm/℃ 내지 약 18 ppm/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 구리 합금(예를 들어, 예를 들어 미국 조지아주 캐롤턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니로부터 구매가능한 Cu-Si-X, Cu-Al-X, Cu-Sn-X, Cu-Cd - 여기서, X = Fe, Mn, Zn, Sn 및/또는 Si - 와 같은 구리 청동; 예를 들어 미국 노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크 소재의 오엠지 아메리카스 코포레이션(OMG Americas Corporation)으로부터 상표명 "글리드콥(GLIDCOP)"으로 입수가능한 산화물 분산 강화 구리) 와이어. 일부 실시예에서, 구리 합금 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 800℃의 온도 범위에 걸쳐 약 10 ppm/℃ 내지 약 25 ppm/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 와이어는 다양한 형상들(예를 들어, 원형, 타원형, 및 사다리꼴) 중 임의의 것일 수 있다.

전형적으로, 알루미늄 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에 걸쳐 약 20 ppm/℃ 내지 약 25 ppm/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다. 일부 실시예에서, 알루미늄 와이어(예를 들어, "1350-H19 알루미늄")는 인장 파괴 강도가 138 ㎫(20 ksi) 이상, 158 ㎫(23 ksi) 이상, 172 ㎫(25 ksi)이상, 또는 186 ㎫(27 ksi) 이상, 또는 200 ㎫(29 ksi) 이상이다. 일부 실시예에서, 알루미늄 와이어(예를 들어, "1350-H0 알루미늄")는 인장 파괴 강도가 41 ㎫(6 ksi) 초과 내지 97 ㎫(14 ksi) 이하, 또는 심지어 83 ㎫(12 ksi) 이하이다.

알루미늄 합금 와이어는 구매가능한, 예를 들어 상표명 "제트티에이엘(ZTAL)", "엑스티에이엘(XTAL)", 및 "케이티에이엘(KTAL)"(일본 오사카 소재의 스미토모 일렉트릭 인더스트리즈(Sumitomo Electric Industries)로부터 입수가능함), 또는 "6201"(미국 조지아주 캐롤턴 소재의 사우스와이어 컴퍼니로부터 입수가능함)로 판매되는 알루미늄-지르코늄 합금 와이어이다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금 와이어는 적어도 약 20℃ 내지 약 500℃의 온도 범위에 걸쳐 약 20 ppm/℃ 내지 약 25 ppm/℃ 범위의 열 팽창 계수를 갖는다.

절연 복합 케이블 내의 복합 와이어의 중량% 또는 면적%는 절연 복합 케이블의 설계 및 절연 복합 케이블의 의도된 사용의 조건에 좌우될 것이다. 절연된 그리고 바람직하게는 연선된 복합 케이블이 절연 복합 케이블(지상, 지하 또는 잠수형 복합 케이블일 수 있음)의 구성요소로서 사용되는 일부 응용에서, 연선 케이블은 복수의 복합 케이블의 둘레에 전력 도체 층이 없는 것이 바람직하다. 현재 바람직한 소정 실시예에서, 잠수형 또는 지하 복합 케이블은 0.5% 이상의 파괴 변형 한계를 나타낸다.

본 발명은 바람직하게는 매우 긴 잠수형 또는 지하 복합 케이블을 제공하도록 수행된다. 연선 복합 케이블(10) 내의 복합 와이어 자체가 연선 케이블의 길이 전체에 걸쳐 연속적인 것이 또한 바람직하다. 하나의 바람직한 실시예에서, 복합 와이어는 실질적으로 연속적이고 길이가 150 미터 이상이다. 더 바람직하게는, 복합 와이어는 연선 복합 케이블(10) 내에서 연속적이고 길이가 250 미터 이상, 더 바람직하게는 500 미터 이상, 더욱더 바람직하게는 750 미터 이상, 그리고 가장 바람직하게는 1000 미터 이상이다.

다른 태양에서, 본 발명은 (a) 공통의 종축을 형성하는 와이어 코어를 제공하는 단계, (b) 와이어 코어의 둘레에 복수의 복합 와이어를 배열하는 단계, 및 (c) 복수의 복합 와이어를 절연 시스로 둘러싸는 단계를 포함하는, 절연 복합 전력 케이블을 제조하는 방법을 제공한다. 일부 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 층 내에, 공통의 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 배열된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 공통의 종축을 중심으로 와이어 코어의 둘레에 나선형으로 연선된다. 현재 바람직한 소정의 실시예에서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층의 꼬임 방향과 반대의 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선된다. 현재 바람직한 추가의 실시예에서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 약 4° 이하이다.

현재 바람직한 추가의 태양에서, 본 발명은 전술된 연선 복합 케이블을 제조하는 방법을 제공하며, 방법은 중심 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 제1의 복수의 복합 와이어를 연선 가공하는 단계 - 여기서, 제1의 복수의 복합 와이어 연선 가공은 중심 종축에 대해 규정된 제1 꼬임 각도로 제1 꼬임 방향으로 수행되고, 제1의 복수의 복합 와이어는 제1 꼬임 길이를 가짐 -; 및 제1의 복수의 복합 와이어의 둘레에 제2의 복수의 복합 와이어를 연선 가공하는 단계 - 여기서, 제2의 복수의 복합 와이어 연선 가공은 중심 종축에 대해 규정된 제2 꼬임 각도로 제1 꼬임 방향으로 수행되고, 제2의 복수의 복합 와이어는 제2 꼬임 길이를 가지며, 또한 제1 꼬임 각도와 제2 꼬임 각도 사이의 상대적인 차이는 4° 이하임 - 를 포함한다. 현재 바람직한 일 실시예에서, 방법은 복합 와이어의 둘레에 복수의 연성 와이어를 연선 가공하는 단계를 추가로 포함한다.

복합 코어의 둘레에 연성 와이어를 포함하거나 포함하지 않는 연선 복합 케이블은 이어서 절연 시스로 덮일 수 있다. 추가의 예시적인 실시예에서, 절연 시스는 절연 복합 전력 케이블의 외부 표면을 형성한다. 일부 예시적인 실시예에서, 절연 시스는 세라믹, 유리, (공)중합체, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

복합 와이어는 임의의 적합한 케이블 연선 가공 장비, 예를 들어 이탈리아 베르가모 소재의 코르티노비스, 에스피에이(Cortinovis, Spa)로부터 그리고 미국 뉴저지주 패터슨 소재의 와스톤 머시너리 인터내셔널(Watson Machinery International)로부터 입수가능한 플래너터리 케이블 스트랜더(planetary cable strander)로 당업계에 공지된 바와 같이 연선 가공되거나 나선형으로 권취될 수 있다. 일부 실시예에서, 당업계에 공지된 바와 같은 강성 스트랜더를 채용하는 것이 유리할 수 있다.

임의의 적합한 크기의 복합 와이어가 사용될 수 있으나, 많은 실시예 및 많은 응용의 경우 복합 와이어는 직경이 1 ㎜ 내지 4 ㎜인 것이 바람직하지만, 더 큰 또는 더 작은 복합 와이어가 사용될 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 연선 복합 케이블은 10 내지 150의 꼬임 계수(lay factor)를 갖도록 소정의 꼬임 방향으로 나선형으로 연선된 복수의 연선 복합 와이어를 포함한다. 연선 케이블의 "꼬임 계수"는 단일 와이어가 한 바퀴 나선형 회전을 완성하는 연선 케이블의 길이를, 그 스트랜드를 포함하는 층의 공칭 외경으로 나눔으로써 결정된다.

케이블 연선 가공 공정 동안에, 하나 이상의 추가의 층이 둘레에 권취될 중심 와이어 또는 중간의 미완성된 연선 복합 케이블이 다양한 캐리지(carriage)의 중심을 통해 잡아 당겨지며, 이때 각각의 캐리지는 연선 케이블에 하나의 층을 부가한다. 하나의 층으로서 부가될 개별 와이어들은 모터 구동 캐리지에 의해 케이블의 중심축을 중심으로 회전되면서 그들의 각각의 보빈으로부터 동시에 잡아 당겨진다. 이는 각각의 원하는 층에 대해 순차적으로 행해진다. 그 결과 나선형으로 연선된 코어가 생성된다. 선택적으로, 예를 들어 전술된 바와 같은 테이프와 같은 유지 수단이 연선 와이어들을 함께 유지하는 데 도움을 주기 위해 생성된 연선 복합 코어에 적용될 수 있다.

일반적으로, 본 발명에 따른 연선 복합 케이블은 전술된 바와 같이 단일 와이어의 둘레에 복합 와이어를 동일한 꼬임 방향으로 연선 가공함으로써 제조될 수 있다. 단일 와이어는 복합 와이어 또는 연성 와이어를 포함할 수 있다. 단일 와이어 코어의 둘레에 복합 와이어들을 연선 가공함으로써 복합 와이어들의 적어도 2개의 층이 형성되며, 예를 들어 19개 또는 37개의 와이어가 단일 중심 와이어의 둘레에 적어도 2개의 층으로 형성된다.

일부 예시적인 실시예에서, 연선 복합 케이블은 길이가 100 미터 이상, 200 미터 이상, 300 미터 이상, 400 미터 이상, 500 미터 이상, 1000 미터 이상, 2000 미터 이상, 3000 미터 이상, 또는 심지어 4500 미터 이상 또는 그보다 더 긴 연선 복합 와이어를 포함한다.

연선 케이블을 취급할 수 있음은 바람직한 특징이다. 이론에 의해 구애되는 것을 원하지 않지만, 제조 동안에 금속 와이어가 와이어 재료의 항복 응력을 초과하지만 극한 응력 또는 파손 응력 미만인, 굽힘 응력을 포함한 응력을 받기 때문에, 케이블은 그의 나선형으로 연선된 배열을 유지한다. 와이어가 이전 층 또는 중심 와이어의 비교적 작은 반경의 둘레에 나선형으로 권취되기 때문에 이러한 응력이 가해진다. 제조 동안에 케이블에 반경방향의 전단력을 인가하는 클로징 다이(closing die)에 의해 추가의 응력이 가해진다. 따라서 와이어는 소성 변형되고 그의 나선형으로 연선된 형상을 유지한다.

일부 실시예에서, 케이블을 교정하기 위한 당업계에 공지된 기술이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 완성된 케이블은, 예를 들어 5 내지 9개의 롤러가 각각의 뱅크(bank) 내에 있는 상태로 2개의 뱅크 내에 선형으로 배열된 롤러들(각각의 롤러는 예를 들어 10 내지 15 ㎝(4 내지 6 인치))로 구성된 교정기(straightener) 장치를 통과할 수 있다. 롤러들의 2개의 뱅크 사이의 거리는 롤러들이 단지 케이블에 충돌하거나 케이블의 심각한 굴곡을 야기하도록 변화될 수 있다. 롤러들의 2개의 뱅크는 케이블의 대향 측들에 위치되며, 이때 하나의 뱅크 내의 롤러들은 다른 뱅크 내의 대향 롤러들에 의해 생성된 공간에 합치된다. 따라서, 2개의 뱅크는 서로로부터 오프셋(offset)될 수 있다. 케이블이 교정 장치를 통과함에 따라, 케이블은 롤러들 위에서 앞뒤로 굴곡되어, 도체 내의 스트랜드들이 동일한 길이로 신장되게 하며, 이에 의해 늘어진 스트랜드를 감소시키거나 제거한다.

일부 실시예에서, 주위 온도(예를 들어, 22℃)보다 높은 승온(예를 들어, 25℃, 50℃, 75℃, 100℃, 125℃, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 400℃ 이상, 또는 심지어 일부 실시예에서 500℃ 이상)의 단일 중심 와이어를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 스풀링된 와이어를 (예를 들어, 오븐에서 몇 시간 동안) 가열함으로써 단일 중심 와이어를 원하는 온도로 할 수 있다. 가열된 스풀링된 와이어는 연선 가공 기계의 페이-오프(pay-off) 스풀 상에 배치된다. 바람직하게는, 와이어가 원하는 온도 또는 그 근방에 여전히 있는 동안(전형적으로 약 2시간 이내) 승온의 스풀이 연선 가공 공정 중에 있다.

또한, 케이블의 외부 층을 형성하는 페이오프 스풀 상의 복합 와이어가 주위 온도에 있는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 연선 가공 공정 동안에 외부 복합 층을 형성하는 복합 와이어와 단일 와이어 사이에 소정의 온도차를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 100 ㎏, 200 ㎏, 500 ㎏, 1000 ㎏ 이상, 또는 심지어 5000 ㎏ 이상의 단일 와이어 장력으로 연선 가공을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.

추가의 태양에서, 본 발명은 전술된 바와 같은 절연 복합 전력 케이블의 적어도 일부분을 지하에 매설하는 단계를 포함하는, 전술된 바와 같은 절연 복합 전력 케이블을 사용하는 방법을 제공한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐 "일 실시예", "소정 실시예", "하나 이상의 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은, 용어 "실시예"에 선행하는 용어 "예시적인"을 포함하든 포함하지 않든 간에, 그 실시예와 관련하여 설명된 특정의 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 소정의 예시적인 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 전체에 걸쳐 여러 곳에서 "하나 이상의 실시예에서", "소정 실시예에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구의 등장은, 반드시 본 발명의 소정의 예시적인 실시예들 중 동일한 실시예를 말하는 것은 아니다. 또한, 특정의 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

본 명세서가 소정의 예시적인 실시예를 상세히 설명하고 있지만, 당업자가 상기의 내용을 이해할 때 이들 실시예에 대한 수정, 변형, 및 등가물을 용이하게 생각해낼 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명이 전술된 예시적인 실시예로 부당하게 제한되어서는 안됨을 이해하여야 한다. 특히, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 숫자를 포함하고자 한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함함). 또한, 본 명세서에 사용된 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 가정된다.

더욱이, 본 명세서에 참조된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참고로 포함되는 것으로 구체적이고 개별적으로 지시된 것과 동일한 정도로 전체적으로 참고로 포함된다. 다양한 예시적인 실시예가 설명되었다. 이들 및 다른 실시예는 하기의 특허청구범위의 범주 내에 있다.

Claims (32)

1. 절연 복합 전력 케이블(insulated composite power cable)로서,
   공통의 종축을 형성하는 와이어 코어;
   와이어 코어의 둘레의 복수의 복합 와이어; 및
   복수의 복합 와이어를 둘러싸는 절연 시스(sheath)를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
2. 제1항에 있어서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 층 내에, 공통의 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 배열되는 절연 복합 전력 케이블.
3. 제1항에 있어서, 와이어 코어는 금속 도체 와이어 또는 복합 와이어 중 적어도 하나를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
4. 제1항에 있어서, 와이어 코어는 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
5. 제1항에 있어서, 와이어 코어의 둘레의 복수의 복합 와이어는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 2개의 원통형 층 내에 배열되는 절연 복합 전력 케이블.
6. 제5항에 있어서, 적어도 2개의 원통형 층 중 적어도 하나는 복합 와이어만을 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
7. 제5항에 있어서, 적어도 2개의 원통형 층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 연성 금속 와이어를 추가로 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
8. 제5항에 있어서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 공통의 종축을 중심으로 와이어 코어의 둘레에 연선되는(stranded) 절연 복합 전력 케이블.
9. 제8항에 있어서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 나선형으로 연선되는 절연 복합 전력 케이블.
10. 제9항에 있어서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 방향(lay direction)과 동일한 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선되는 절연 복합 전력 케이블.
11. 제10항에 있어서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 0° 초과이고 약 4° 이하인 절연 복합 전력 케이블.
12. 제1항에 있어서, 복합 와이어는 원형, 타원형, 및 사다리꼴로 이루어진 군으로부터 선택되는 단면 형상을 갖는 절연 복합 전력 케이블.
13. 제1항에 있어서, 복합 와이어들의 각각은 섬유 강화 복합 와이어인 절연 복합 전력 케이블.
14. 제13항에 있어서, 섬유 강화 복합 와이어들 중 적어도 하나는 섬유 토우(fiber tow) 또는 모노필라멘트 섬유(monofilament fiber) 중 하나로 강화되는 절연 복합 전력 케이블.
15. 제14항에 있어서, 복합 와이어들의 각각은 금속 매트릭스 복합 와이어 및 중합체 복합 와이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 절연 복합 전력 케이블.
16. 제15항에 있어서, 중합체 복합 와이어는 중합체 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
17. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 연속 섬유는 금속, 탄소, 세라믹, 유리, 또는 이들의 조합을 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
18. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 연속 섬유는 티타늄, 텅스텐, 붕소, 형상 기억 합금, 탄소, 탄소 나노튜브, 흑연, 탄화규소, 아라미드, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), 또는 이들의 조합을 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
19. 제16항에 있어서, 중합체 매트릭스는 에폭시, 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르, 시아네이트 에스테르, 페놀 수지, 비스-말레이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 (공)중합체를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
20. 제15항에 있어서, 금속 매트릭스 복합 와이어는 금속 매트릭스 내에 적어도 하나의 연속 섬유를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
21. 제20항에 있어서, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹, 유리, 탄소 나노튜브, 탄소, 탄화규소, 붕소, 철, 강철, 철 합금, 텅스텐, 티타늄, 형상 기억 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
22. 제20항에 있어서, 금속 매트릭스는 알루미늄, 아연, 주석, 마그네슘, 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
23. 제22항에 있어서, 금속 매트릭스는 알루미늄을 포함하고, 적어도 하나의 연속 섬유는 세라믹 섬유를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
24. 제23항에 있어서, 세라믹 섬유는 다결정 α-Al₂O₃를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
25. 제1항에 있어서, 절연 시스는 절연 복합 전력 케이블의 외부 표면을 형성하는 절연 복합 전력 케이블.
26. 제1항에 있어서, 절연 시스는 세라믹, 유리, (공)중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 절연 복합 전력 케이블.
27. 제1항의 절연 복합 전력 케이블을 제조하는 방법으로서,
    공통의 종축을 형성하는 와이어 코어를 제공하는 단계;
    와이어 코어의 둘레에 복수의 복합 와이어를 배열하는 단계; 및
    복수의 복합 와이어를 절연 시스로 둘러싸는 단계를 포함하는 방법.
28. 제27항에 있어서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 반경방향 단면에서 볼 때 공통의 종축의 둘레에 형성된 적어도 하나의 원통형 층 내에, 공통의 종축을 형성하는 단일 와이어의 둘레에 배열되는 방법.
29. 제28항에 있어서, 복수의 복합 와이어 중 적어도 일부는 공통의 종축을 중심으로 와이어 코어의 둘레에 나선형으로 연선되는 절연 복합 전력 케이블.
30. 제29항에 있어서, 각각의 원통형 층은 각각의 인접 원통형 층의 꼬임 방향과 반대의 꼬임 방향으로 소정의 꼬임 각도로 연선되는 절연 복합 전력 케이블.
31. 제30항에 있어서, 각각의 인접 원통형 층에 대한 꼬임 각도들 사이의 상대적인 차이는 0° 초과이고 약 4° 이하인 절연 복합 전력 케이블.
32. 제1항의 절연 복합 전력 케이블을 사용하는 방법으로서, 제1항의 절연 복합 전력 케이블을 지하에 매설하는 단계를 포함하는 방법.

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