KR20120105841A - Electric power cable for wind turbine having high tear resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력 발전기로부터 발생되는 전력을 전송하기 위한 풍력 발전기용 전력 케이블에 관한 것이다.The present invention relates to a power cable, and more particularly to a power cable for a wind generator for transmitting power generated from the wind generator.
최근 석유나 석탄과 같은 화석 에너지 자원의 고갈이 가속화됨에 따라 이를 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 풍력 발전은 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것으로 자원 고갈이나, 환경오염에 대한 문제점이 없고, 다른 신재생에너지에 비해 양호한 경제성으로 특히 주목받고 있다. 이에 따라, 풍력 발전기의 발전 용량 역시 1,000KW급에서 2,000KW급 까지 대형화되고 있는 추세이다.Recently, as the depletion of fossil energy resources such as oil and coal accelerates, there is increasing interest in alternative energy to replace them. Among them, wind power generation converts the kinetic energy of the wind into electrical energy, and has no problems with resource depletion or environmental pollution. Accordingly, the power generation capacity of the wind generator is also increasing in size from 1,000KW to 2,000KW.
풍력 발전기는 타워의 정상에 풍차와 더불어 회전력 전달기구, 발전기 등을 구비한 발전 유닛이 타워를 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 발전 유닛 내에는 전력 전송을 위한 케이블이 설치되어 있다.The wind power generator is provided with a windmill, a power generation unit equipped with a rotational force transmission mechanism, a generator, and the like on the top of the tower to be rotatable about the tower. The power generation unit is provided with a cable for power transmission.
이러한 풍력 발전기용 케이블은 발전 유닛에서 생성된 MV급의 전력을 전달할 수 있어야 하고, 발전 유닛에서 사용되는 기계유나 절연유에 강한 특성이 있어야 한다. 또한, 밀폐된 사용환경과 계절별 온도차이를 고려할 때 우수한 내열성과 내한성을 가져야 하고, 화재시의 내화 특성과 유독성 물질이 발생하지 않는 특성을 지녀야 한다.This wind generator cable should be able to transfer the MV-class power generated in the power generation unit, and should have a strong characteristic to the mechanical oil or insulating oil used in the power generation unit. In addition, considering the sealed use environment and seasonal temperature difference, it should have excellent heat resistance and cold resistance, and should have characteristics that fire resistance and toxic substances do not occur in case of fire.
이와 같은 풍력 발전기용 케이블에 요구되는 특성에 대해서는 현재 정해진 규격은 없으나, 통상적으로 제조사에서는 IEC 60811, 60092-350, 60092-351 규격을 기반으로 내열 특성, 내한 특성, 내유 특성(IRM-902 및 절연유), 기계적 강도, 절연 저항, 내전압 특성 등에 대하여 기준치를 요구하고 있다.There is no current standard for the characteristics required for such a wind generator cable. However, manufacturers generally use heat resistance, cold resistance, and oil resistance (IRM-902 and insulating oil) based on IEC 60811, 60092-350, and 60092-351 standards. ), Mechanical strength, insulation resistance, withstand voltage characteristics, and the like.
이러한 종래의 풍력 발전기용 전력 케이블은 도 1에 도시된 바와 같이, 중심도체(1), 세퍼레이터 테이프(2), 절연층(3) 및 편조층(4)을 포함하여 구성된다. 상기 절연층(3)은 실리콘으로 구성하여 절연 특성과 내전압 특성을 만족하며 내유와 내열에 강한 특성을 구현할 수 있다. 특히, 실리콘의 특성상 인열 특성이 안 좋은 것을 보완하고자 유리사 또는 폴리에스터 편조를 바니쉬로 코팅한 편조층(4)을 형성하여 기계적 특성을 보완하였다. 그런데. 편조층(4)을 갖는 케이블의 경우 물리적 특성을 보완할 수 있으나, 편조 공정의 추가로 인해 제조 공정이 복잡해져 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다. 또한, 편조층(4)을 배제하고 실리콘만으로 구성된 절연체 구조의 케이블은 풍력 발전기의 사용환경에 맞는 재료의 개발이 필요한데 이는 전기적 특성과 물리적 특성을 모두 만족할 수 있는 특성이 요구되기 때문에 제품 개발에 많은 어려움이 따르는 문제점이 있다.The power cable for a conventional wind generator includes a center conductor 1, a
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 종래의 풍력 발전기용 전력 케이블의 편조층을 전기적 특성과 기계적 특성을 동시에 만족하는 2중 절연층 구조로 대체함으로써, 전기적 특성을 만족하면서도 외부 충격으로부터 외관이 손상되는 것을 방지할 수 있도록 인열 특성이 우수한 풍력 발전기용 전력 케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by replacing the braided layer of the conventional power cable for a wind generator with a double insulation layer structure that satisfies both electrical and mechanical properties, electrical characteristics The purpose of the present invention is to provide a power cable for a wind power generator having excellent tear characteristics to prevent damage to the exterior from external shock.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력 발전기용 전력 케이블은, 여러개의 금속 소선이 모여 있는 중심 도체; 상기 중심 도체를 감싸는 세퍼레이터 테이프; 및 상기 세퍼레이터 테이프를 둘러싸도록 구비되고, 고분자 화합물로 이루어진 절연층;을 포함하고, 상기 절연층은 내부 및 외부 절연층으로 구분된 2중 절연 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.Power cable for a wind generator according to the present invention for achieving the above technical problem, the center conductor is a plurality of metal wires gathered; A separator tape surrounding the center conductor; And an insulating layer provided to surround the separator tape and made of a polymer compound, wherein the insulating layer has a double insulating structure divided into an inner and an outer insulating layer.
바람직하게, 상기 내부 절연층은 실리콘 고무로 이루어진다.Preferably, the inner insulation layer is made of silicone rubber.
바람직하게, 상기 외부 절연층은 난연 XLPO로 이루어진다.Preferably, the outer insulation layer is made of flame retardant XLPO.
본 발명에 따르면, 종래의 풍력 발전기용 전력 케이블의 편조층을 대체하면서 절연층을 전기적 특성이 특화된 내부 절연층과 인열 특성이 특화된 외부 절연층으로 구성하여, 풍력 발전기의 사용환경에서 요구되는 전기적 특성과 기계적 특성을 동시에 만족시킬 수 있다. 또한, 편조층을 배제하면서도 인열 특성이 우수하여 외부 충격으로부터 외관이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 케이블의 크기 및 무게의 감소로 설치 공간의 확보와 유연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 편조 공정이 포함되지 않아 제조 공정이 단순화되어 제조 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, while replacing the braided layer of the conventional power cable for a wind generator, the insulating layer is composed of an inner insulating layer specialized in electrical characteristics and an outer insulating layer specialized in tearing characteristics, electrical characteristics required in the environment of use of the wind generator And mechanical properties can be satisfied at the same time. In addition, it is possible to prevent the appearance damage from external impact due to excellent tear characteristics while eliminating the braided layer, and to secure the installation space and improve flexibility by reducing the size and weight of the cable. In addition, the braiding process is not included, thereby simplifying the manufacturing process, thereby reducing the manufacturing cost.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 풍력 발전기용 전력 케이블의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기용 전력 케이블의 구성을 도시한 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, And shall not be interpreted.
1 is a cross-sectional view showing the configuration of a power cable for a conventional wind generator.
2 is a cross-sectional view showing the configuration of a power cable for a wind generator according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기용 전력 케이블의 구성을 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a power cable for a wind generator according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 발전기용 전력 케이블은, 중심 도체(10), 세퍼레이터 테이프(20), 내부 절연층(30) 및 외부 절연층(40)이 차례대로 배치된다.2, in the wind power generator power cable according to the present invention, the
상기 중심 도체(10)는 복수의 금속 소선들을 의도적으로 꼬아 만든 복합 연선 유닛으로서, 상기 금속 소선은 주석 도금된 단일 금속으로 이루어지거나 적어도 2 이상의 금속의 합금으로 이루어진다. 즉, 상기 금속 소선은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni) 중에서 선택된 금속으로 이루어지거나 이들 금속들의 합금으로 이루어진다.The
상기 세퍼레이터 테이프(20)는 상기 중심 도체(10)의 외주를 둘러싸서 감싸는 것에 의해 꼬여 있는 금속 소선을 묶어주며, 중심 도체(10) 표면에서 유도되는 전기장을 일정하게 분산시키는 역할도 수행한다. 상기 세퍼레이터 테이프(20)는 면사로 직조된 테이프, 폴리에스터 테이프(예를 들어, 테프론 테이프)나 폴리스티렌 테이프 등이 사용될 수 있다.The
상기 내부 절연층(30)은 상기 세퍼레이터 테이프(20)를 둘러싸인 중심 도체(10)의 외주에 압출 성형되어 케이블의 전기적 특성을 만족할 수 있는 절연 기능을 부여하는 역할을 수행한다. 내부 절연층(30)은 높은 절연 특성을 갖는 실리콘 고무로 이루어진다.The
상기 외부 절연층(40)은 상기 내부 절연층(30)의 외주에 압출 성형되어 케이블의 시스체(sheath)로서의 기능을 부여하는 역할을 수행한다. 외부 절연층(40)은 내열, 내한 및 내유 특성이 우수하고, 특히, 인열 특성이 우수한 난연 XLPO로 이루어진다. 또한, 외부 절연층(40)은 비할로겐계(halogen free)로 이루어져 연소시 유독 가스 발생량과 연기 발생량이 감소할 수 있도록 한다.The
본 발명에서는 종래와 달리 절연층의 구조를 내부 절연층(30) 및 외부 절연층(40)으로 구분된 2중 절연 구조로 이루어지고, 내부 절연층(30)이 절연 특성이 특화되고, 외부 절연층(40)이 인열 특성이 특화되도록 구성한다. 이를 통해, 종래의 단일 절연층 구조에서 취약하였던 인열 특성을 보강하여 외부의 충격에 의한 외관 손상을 방지할 수 있다. 또한, 종래에 인열 특성을 보강하기 위해 수행되었던 편조 공정을 별도로 포함하지 않아도 무방하다.In the present invention, unlike the prior art, the structure of the insulating layer is composed of a double insulating structure divided into the
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 풍력 발전기용 전력 케이블을 비교예와 대비하여 설명한다.Hereinafter, a wind generator power cable according to a specific embodiment of the present invention will be described in comparison with a comparative example.
실시예 1Example 1
주석 도금된 중심 도체를 중심으로 세퍼레이터 테이프를 감고, 두께 2mm인 절연 실리콘 고무 재질의 내부 절연층을 압출한다. 내부 절연층의 외주에 다시 두께 2mm인 비할로겐계인 난연 XLPO 재질의 외부 절연층을 압출하여 전력 케이블 시편을 제작하였다.The separator tape is wound around the tin-plated center conductor and an internal insulation layer made of insulated silicone rubber of 2 mm thickness is extruded. A power cable specimen was fabricated by extruding the outer insulation layer of non-halogen flame-retardant XLPO material having a thickness of 2 mm again on the outer circumference of the inner insulation layer.
실시예 2Example 2
주석 도금된 중심 도체를 중심으로 세퍼레이터 테이프를 감고, 두께 3.5mm인 절연 실리콘 고무 재질의 내부 절연층을 압출한다. 내부 절연층의 외주에 다시 두께 0.5mm인 비할로겐계인 난연 XLPO 재질의 외부 절연층을 압출하여 전력 케이블 시편을 제작하였다.The separator tape is wound around the tin-plated center conductor and the inner insulation layer of 3.5 mm thick insulating silicone rubber is extruded. A power cable specimen was manufactured by extruding an outer insulating layer made of non-halogen flame-retardant XLPO material having a thickness of 0.5 mm to the outer circumference of the inner insulating layer.
비교예 1Comparative Example 1
주석 도금된 중심 도체를 중심으로 세퍼레이터 테이프를 감고, 두께 4mm인 절연 실리콘 고무 재질의 절연층을 압출한다. 절연층의 외주에 PET 편조를 감고, 바니쉬 코팅층을 형성하여 전력 케이블 시편을 제작하였다.The separator tape is wound around the tin-plated center conductor, and an insulating layer made of an insulating silicone rubber material having a thickness of 4 mm is extruded. The PET braid was wound around the outer periphery of the insulating layer, and a varnish coating layer was formed to fabricate a power cable specimen.
비교예 2Comparative Example 2
주석 도금된 중심 도체를 중심으로 세퍼레이터 테이프를 감고, 두께 4mm인 비할로겐계인 난연 XLPO 재질의 절연층을 압출하여 전력 케이블 시편을 제작하였다.The separator tape was wound around the tin-plated center conductor, and a power cable specimen was fabricated by extruding an insulating layer made of non-halogen flame-retardant XLPO material having a thickness of 4 mm.
물성 측정 및 평가Measurement and evaluation of physical properties
상기 실시예(1 ~ 2) 및 비교예(1 ~ 2)에 따른 전력 케이블 시편에 대하여 인열 강도, 절연 특성 및 유연성을 측정한 결과를 아래 표 1에 정리하였다. 인열 강도, 절연 특성 및 유연성의 기준치에서 벗어나는 경우는, 표 1에서 이탤릭체로 표시하였다. 간략한 실험 조건은 다음과 같다.The results of measuring tear strength, insulation properties, and flexibility of the power cable specimens according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 2 are summarized in Table 1 below. Deviations from the criterion values of tear strength, insulation properties and flexibility are shown in italics in Table 1. Brief experimental conditions are as follows.
㉠ 인열 강도(kgf/cm)㉠ tear strength (kgf / cm)
다이 "B"를 이용하여 시험 방법 ASTM D624에 의해 인열 강도를 측정하였다. 인열 강도는 15kgf/cm보다 높은 수치일 때 우수한 인열 특성을 가진 것으로 평가된다. 이때, 비교예 1에서는 바니쉬 편조층을 제외하여 시험을 실시하였다.Tear strength was measured by the test method ASTM D624 using die “B”. Tear strength is estimated to have excellent tearing properties when higher than 15 kgf / cm. At this time, in Comparative Example 1, the test was performed except for the varnish braided layer.
㉡ 절연 특성(Ωcm)㉡ Insulation characteristics (Ωcm)
절연 특성은 시험 방법 ASTM D257에 의해 체적 저항을 측정하여 평가하였다. 체적 저항은 1.0E15보다 높은 수치일 때 우수한 절연 특성을 가진 것으로 평가된다.Insulation properties were evaluated by measuring the volume resistance by the test method ASTM D257. Volume resistivity is estimated to have good insulation properties at values higher than 1.0E15.
㉢ 유연성(kgf)㉢ flexibility (kgf)
Instron 5662을 이용하여 케이블을 "ㄷ"형 도구에 고정한 후 측정장비의 압축길이 변화가 50 mm가 될 때까지 압축 힘을 가하였다. 압축 힘의 값이 높을수록 유연성은 낮아짐을 의미한다. 유연성은 4.5kgf보다 낮은 수치일 때 우수한 유연성을 가진 것으로 평가된다.The Instron 5662 was used to fasten the cable to the "c" tool and to apply a compression force until the change in the compression length of the measuring instrument was 50 mm. The higher the compression force, the lower the flexibility. Flexibility is estimated to have good flexibility at values lower than 4.5 kgf.
표 2에 정리된 바와 같이, 실시예 1 및 2는 인열 강도, 절연 특성 및 유연성에서 모두 기준치를 만족하였다.As summarized in Table 2, Examples 1 and 2 all met the reference values in tear strength, insulation properties and flexibility.
반면, 비교예 1은 절연 특성 및 유연성에서 기준치를 만족하였으나, 인열 강도에서 13kgf/cm로 기준치를 만족하지 못하였고, 비교예 2는 인열 특성에서 기준치를 만족하였으나, 절연 특성이 6.7E14이고, 유연성이 5.8kgf로 기준치를 만족하지 못하였다.On the other hand, Comparative Example 1 satisfied the reference value in insulation properties and flexibility, but did not meet the reference value in tear strength 13kgf / cm, Comparative Example 2 satisfied the reference value in tear properties, but the insulation properties are 6.7E14, flexibility This 5.8kgf did not meet the standard.
이와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기용 전력 케이블은 전기적 특성과 인열 특성을 모두 만족하여 종래의 인열 특성 보완을 위해 수행되었던 편조 공정을 배제하더라도 우수한 풍력 발전기용 전력 케이블의 제조가 가능한 것을 알 수 있다.As such, the wind power generator power cable according to the present invention satisfies both the electrical characteristics and the tear characteristics, it can be seen that the excellent wind generator power cable can be manufactured even if the braiding process was performed to compensate for the conventional tear characteristics. .
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
10 : 중심 도체 20 : 세퍼레이터 테이프
30 : 내부 절연층 40 : 외부 절연층10
30: inner insulation layer 40: outer insulation layer
Claims (3)
상기 중심 도체를 감싸는 세퍼레이터 테이프; 및
상기 세퍼레이터 테이프를 둘러싸도록 구비되고, 고분자 화합물로 이루어진 절연층;을 포함하고,
상기 절연층은 내부 및 외부 절연층으로 구분된 2중 절연 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 전력 케이블.A central conductor in which several metal wires are gathered;
A separator tape surrounding the center conductor; And
And an insulating layer provided to surround the separator tape and made of a high molecular compound.
The insulation layer is a wind generator power cable, characterized in that consisting of a double insulation structure divided into an inner and outer insulation layer.
상기 내부 절연층은 실리콘 고무로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 전력 케이블.The method of claim 1,
The inner insulation layer is a power cable for a wind generator, characterized in that made of silicon rubber.
상기 외부 절연층은 난연 XLPO로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 전력 케이블.The method of claim 1,
The outer insulation layer is a power cable for a wind generator, characterized in that made of flame retardant XLPO.
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