KR20140041983A

KR20140041983A - 초고압 케이블용 종단접속함

Info

Publication number: KR20140041983A
Application number: KR1020120106787A
Authority: KR
Inventors: 이태호; 김정년; 심성익; 박신우; 채병하; 이수봉; 최승명; 박상택; 정의환
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-04-07

Abstract

본 발명은 초고압 케이블용 종단접속함에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초고압 케이블용 종단접속함은 케이블이 관통하여 상기 케이블의 도체가 돌출되며 내부에 절연유가 충진되는 애관, 상기 애관 내부에 구비되어 상기 케이블의 전계 집중을 완화시키는 전계완화콘, 상기 전계완화콘의 외부의 적어도 일부에 구비되는 차폐층 및 상기 차폐층과 상기 케이블의 외부반도전층을 전기적으로 연결하며 상기 절연유가 통과하는 다수의 관통홀을 구비하는 연결부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

초고압 케이블용 종단접속함 {Termination connection box for high voltage cable}

본 발명은 초고압 케이블용 종단접속함에 관한 것이다.

일반적으로 전력케이블은 전력을 공급하는 전력선을 복수개의 가닥으로 모아서 합성수지를 이용하여 절연하여 지중 또는 지상을 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하도록 사용되는 전선이다. 이러한 전력케이블을 서로 연결하기 위하여 중간접속함(Joint)과 종단접속함(Termination)을 구비할 수 있다. 종단접속함은 케이블의 도출된 도체 단부가 연결되는 상태에 따라 기중 종단접속함, 가스중(Gas) 종단접속함 및 유중(Oil) 종단접속함으로 구분할 수 있다.

그런데, 상기 종단접속함은 내부에 절연유를 구비함과 동시에 전계가 집중되는 것을 방지하는 구성을 구비하게 된다. 이 때, 국부적인 전계집중을 방지하면서도 동시에 절연유가 원활하게 유동할 수 있는 구성을 필요로 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 케이블의 종단접속함의 구성에 있어서 국부적인 전계집중을 방지하면서도 동시에 절연유가 원활하게 유동할 수 있는 종단접속함을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 케이블이 관통하여 상기 케이블의 도체가 돌출되며 내부에 절연유가 충진되는 애관, 상기 애관 내부에 구비되어 상기 케이블의 전계 집중을 완화시키는 전계완화콘, 상기 전계완화콘의 외부의 적어도 일부에 구비되는 차폐층 및 상기 차폐층과 상기 케이블의 외부반도전층을 전기적으로 연결하며 상기 절연유가 통과하는 다수의 관통홀을 구비하는 연결부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함에 의해 달성된다.

한편, 상기 케이블은 절연층이 노출되어 상기 애관으로 삽입되며, 상기 외부반도전층이 소정길이 상기 애관 내부로 삽입된다. 나아가, 상기 관통홀은 상기 추가절연층과 상기 케이블 사이의 절연유가 통과하는 유로를 제공한다. 이 경우, 상기 연결부재는 상기 케이블의 외관을 둘러싸도록 구비된다. 구체적으로, 상기 연결부재는 소정의 탄성을 가지도록 구비되어, 상하부가 개방된 원통형 형상을 가지며 둘레를 따라 다수의 관통홀을 구비한다. 상기 연결부재의 내부직경은 상기 케이블의 외부반도전층의 외경 이하로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 관통홀은 상기 절연유가 통과하며 상기 케이블에서 발생하는 전기력선은 통과하지 못하는 직경을 가질 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 종단접속함은 연결부재에 의해 차폐층과 외부반도전층을 연결하여 케이블에서 발생하는 전계가 국부적으로 집중되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 연결부재에 절연유가 유동할 수 있는 홀을 구비하여 절연유의 유동을 원활히 하여 절연유에 전하가 집중되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이에 의해 절연유를 충진하기 위하여 진공상태를 유도하는 경우에 종단접속함 내부에 공기가 남아 있는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 정면도,
도 3은 일 실시예에 따른 종단접속함의 구성을 도시한 일부 단면도,
도 4는 다른 실시예에 따른 종단접속함의 구성을 도시한 일부 단면도,
도 5는 일 실시예에 따른 연결부재를 도시한 사시도,
도 6은 도 4에서 'A' 영역을 확대한 일부 확대도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해서 상세히 살펴보기로 한다.

일반적으로 초고압 케이블은 수백m 내지는 수km 간격으로 접속함에 의해 접속이 이루어지며, 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 접속이 이루어지게 된다. 종단접속함(200)은 기중 종단접속함, 가스중 종단접속함 및 유중 종단접속함으로 구분할 수 있으며, 이중에서 기중 종단접속함은 주로 옥외 변전소 등에서 지중선과 가공선을 연결하는데 사용된다. 이하에서는 먼저 케이블(100)의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 종단접속함의 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

도 1은 케이블(100)의 내부 구성을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 정면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 케이블(100)은 중심부를 따라 도체(10)를 구비한다. 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 되며, 예를 들어 구리 또는 알루미늄으로 구성된다. 도체(10)는 복수개의 가닥으로 구성된다.

그런데, 도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(10) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하된다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도체(10) 외부를 반도전성 카본지와 같은 반도전성 물질 등으로 감싸게 되며, 반도전성 물질에 의해 형성된 층을 내부반도전층(12)으로 정의하게 된다.

내부반도전층(12)은 도체면의 전하분포를 고르게 하여 전계를 균일하게 하여 후술하는 절연층(14)의 절연내력을 향상시키게 된다. 나아가, 도체(10)와 절연층(14) 간의 간격형성을 방지하여 코로나 방전 및 이온화를 방지하게 된다. 또한, 내부반도전층(12)은 케이블(100) 제작 시에 절연층(14)의 도체(10) 내부 침투를 방지하는 역할도 하게 된다.

내부반도전층(12)의 바깥쪽에는 절연층(14)이 구비된다. 절연층(14)은 도체(10)를 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 일반적으로 절연층(14)은 파괴전압이 높고, 절연성능이 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다. 나아가, 유전손실이 적으며 내열성 등의 열에 대한 저항 성능을 지니고 있어야 한다. 따라서, 절연층(14)은 예를 들어 XLPE(Cross-linked Polyethylene; 가교 폴리에틸렌) 등을 원료로 하여 제작된다.

그런데, 절연층(14)의 내부 뿐만 아니라 외부를 차폐하지 않으면, 전계의 일부는 절연층(14)으로 흡수되지만, 대부분의 전계는 외부로 방전된다. 이 경우, 전계가 소정치 이상으로 커지게 되면 전계에 의해 절연층(14)과 케이블(100)의 외피가 파손될 수 있다. 따라서, 절연층(14)의 바깥쪽에는 다시 반도전층이 구비되며, 전술한 내부반도전층(12)과 구별하기 위하여 외부반도전층(16)으로 정의된다. 결국, 외부반도전층(16)은 전술한 내부반도전층(12) 과의 사이에 전기력선의 분포를 등전위로 만들어 절연층(14)의 절연내력을 향상시키는 역할을 하게 된다.

외부반도전층(16)의 바깥쪽에는 케이블의 종류에 따라 금속시스로 이루어진 차폐층(미도시) 또는 중성선(18)이 구비된다. 차폐층 또는 중성선(18)은 전기적 차폐 및 단락전류의 귀로를 위하여 구비된다.

케이블(100)의 최외곽에는 외피(20)가 구비된다. 외피(20)는 케이블(100)의 최외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 따라서, 외피(20)는 빛·풍우·습기·공기 중의 기체 등 각종 기후를 비롯한 자연환경에 견딜 수 있는 내후성, 화학물질 등과 같은 약품 등에 견디는 내약품성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride; 폴리염화비닐) 또는 PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)를 재질로 하여 외피를 제작하게 된다.

그런데, 상기와 같은 구성을 가지는 케이블(100)을 가공선과 연결하는 경우에 전술한 바와 같이 종단접속함을 사용하게 된다.

도 3은 일 실시예에 따른 종단접속함(200)의 구조를 도시한다. 도 3에서는 종단접속함(200)의 내부 구성을 도시하기 위하여 일부를 절개하여 내부 구성을 도시한다.

도 3을 참조하면, 종단접속함(200)은 애관(210)을 구비한다. 애관(210)은 내부에 소정의 공간을 구비하여, 후술하는 바와 같이 케이블(100)이 소정 길이로 삽입되어 관통된다. 애관(210)은 케이블을 절연하고 지지하는 역할을 하게 된다. 따라서, 애관(210)은 전기적으로 충분한 절연내력(絶緣耐力)을 갖도록 하기 위하여 표면을 따라 다수개의 주름 또는 돌기부(212)를 구비한다. 상기 주름 또는 돌기부에 의해 표면에 먼지 등이 부착되는 경우에 절연내력이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 애관(210)은 절연내력을 가지면서 동시에 적당한 수준의 강도를 유지하기 위하여 경질자기를 이용하여 제작된다.

케이블(100)은 애관(210)을 관통하며, 애관(210)의 단부를 통하여 케이블(100)의 도체(10)가 소정길이 돌출된다. 즉, 케이블(100)은 애관(210)의 내부에서 도체(10)를 감싸는 구성요소들이 벗겨지고 애관(210)의 단부에서 도체(10)만이 노출 및 돌출되어 가공선(미도시)과 연결된다. 한편, 애관(210)의 내부에는 절연유(220)가 충진된다. 절연유(220)는 후술하는 바와 같이 애관(210) 내부에서 케이블(100)과 애관(210) 내벽 사이에서 유동하여 전기적으로 절연하는 역할을 하게 된다.

전술한 바와 같이, 케이블(100)의 내부반도전층(12)과 외부반도전층(16)은 그 사이에 등전위를 가지는 전기력선이 고르게 분포하도록 하여 절연체의 파괴를 방지하며, 나아가 전계가 특정 부위에 집중되는 것을 방지하게 된다. 즉, 내부반도전층(12)과 외부반도전층(16) 사이에서 전기력선의 등전위선은 내부반도전층(12)과 외부반도전층(16)에 대략 평행하게 진행되어 가급적 고르게 분산되는 것이 바람직하다. 한편, 케이블(100)이 종단접속함(200)의 애관(210) 내부로 삽입되는 경우에 케이블(100)은 외부반도전층(16)이 제거되어 절연층(14)이 노출된 상태로 애관(210)으로 삽입된다. 이 경우, 제거되지 않은 외부반도전층(16)이 소정길이만큼 애관(210) 내부로 삽입된다. 즉, 케이블(100)은 절연층(14)이 노출되어 애관(210)으로 삽입되며, 외부반도전층(16)이 소정길이 애관(210) 내부로 삽입된다.

외부반도전층(16)이 제거되어 케이블(100)이 삽입된 상태라면, 내부반도전층(12)과의 사이에서 전기력선이 방전되는 경우에 외부반도전층(16)의 단부에 전계가 집중될 수 있다. 이는 외부반도전층(16) 및 절연층(14)의 파손을 발생시킬 수 있다. 따라서, 도 3과 같이, 애관(210)의 내부에는 케이블(100)의 전계 집중을 완화시키는 전계완화콘(260) 및 전계완화콘(260)의 외부의 적어도 일부에 구비되는 차폐층(230)을 구비할 수 있다.

여기서, 차폐층(230)은 전계완화콘(260)의 외부에 구비되며, 애관(210) 내부로 삽입된 케이블(100)의 외부반도전층(16)에 전기적으로 연결된다. 즉, 케이블(100)의 절연층(14)이 노출된 상태로 케이블(100)이 애관(210) 내부로 삽입되는 경우에도 외부반도전층(16)은 소정길이만큼 애관(210) 내부로 삽입된다. 이 경우, 차폐층(230)은 애관(210) 내부로 삽입된 외부반도전층(16)과 전기적으로 연결된다. 차폐층(230)이 외부반도전층(16)과 전기적으로 연결되어야 전계가 외부반도전층(16)의 단부에 집중되는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 차폐층(230)은 애관(210) 내부에서 대략 길이 방향으로 완만하게 벌려지면서 소정길이 연장되도록 형성된다. 따라서, 내부반도전층(12)과 차폐층(230) 사이에서 등전위선이 급격히 꺽이는 것을 방지하며, 등전위선은 내부반도전층(12)과 차폐층(230)의 사이를 따라 진행하게 된다.

한편, 전계완화콘(260)의 내부에는 등전위선을 안내하여 방사시키기 위한 다수의 통로(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 통로는 애관(210)의 길이방향을 따라 평행하게 형성된다. 따라서, 내부반도전층(12)과 차폐층(230)의 사이를 따라 진행된 등전위선은 상기 통로를 따라 방사상으로 퍼지게 되며, 전계가 소정 부위에 집중되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 종단접속함(200)은 케이블(100)의 외곽에 보강절연층(240)을 구비할 수 있다. 보강절연층(240)은 외부반도전층(16)이 제거된 케이블(100)의 절연층(14) 외곽에 구비되며, 전술한 전계완화콘(260)을 지지하는 역할도 하게 된다. 그런데, 외부반도전층(16)이 제거된 상태의 케이블(100)은 절연층(14)이 노출된 상태를 유지하게 된다. 즉, 종단접속함(200)의 보강절연층(240)은 케이블(100)의 절연층(14)과 맞닿게 된다. 이 경우, 케이블(100)과 맞닿는 보강절연층(240)과 케이블(100)의 절연층(14)이 서로 다른 재질을 가지게 되고, 케이블(100)에 소정시간 이상 전계가 인가되면 서로 다른 재질을 가지는 보강절연층(240)과 케이블(100)의 절연층(14) 사이에 전하가 축적되어 국부적인 전계집중을 초래할 수 있다.

또한, 애관(210) 내에 절연유를 주입하기 위하여 애관(210) 내부를 진공 상태로 만드는 경우에 진공이 되지 않고 보강절연층(240) 내에 국부적으로 공기가 남아 있을 수 있다. 나아가, 절연유(220)가 케이블(100)의 절연층(14)과 전계완화콘(260) 사이에서 유동하는 경우에 차폐층(230)에 막혀 원활하게 유동하지 못하게 되어 절연유에 전하가 축적되어 전계가 집중되는 문제점을 수반한다.

이하에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 종단접속함(200)의 구성을 도면을 참조하여 살펴본다.

도 4는 다른 실시예에 따른 종단접속함(300)의 구조를 도시한다. 도 4에서는 전술한 도 3의 구성과 비교하여 차이점을 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 종단접속함(300)은 전술한 도 3에서 서로 다른 재질을 가지는 보강절연층(240)과 케이블(100)의 절연층(14) 사이에 국부적인 전계집중이 발생하는 것을 방지하기 위하여 보강절연층(240)을 구비하지 않는다. 즉, 케이블(100)의 절연층(14) 위에 바로 전계완화콘(360)을 구비하게 된다. 따라서, 케이블(100)의 절연층(14)과 다른 재질을 가지는 보강절연층(240)을 구비하여 발생하는 전계집중을 방지할 수 있다.

그런데, 도 4와 같은 구성에서는 보강절연층(240)을 구비하지 않게 되므로 전계완화콘(360)의 차폐층(330)이 케이블(100)의 외부반도전층(16)에 전기적으로 연결되기 곤란하다. 즉, 외부반도전층(16)을 제거하고 케이블(100)을 애관(310) 내부로 삽입하는 경우에 외부반도전층(16)의 단부가 정확하게 차폐층(330)에 맞닿도록 배치하는 것은 쉽지 않으며, 조립의 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한, 차폐층(330)과 케이블(100)의 외부반도전층(16)이 전기적으로 연결되지 않는다면, 결국 외부반도전층(16)이 절단된 상태로 남게 되어 외부반도전층(16)의 절단된 단부에 전계가 집중된다. 따라서, 본 실시예에서는 차폐층(330)과 케이블(100)의 외부반도전층(16)을 전기적으로 연결하는 연결부재(400)를 구비할 수 있다. 또한, 연결부재(400)는 애관(210) 내부의 절연유가 통과하는 다수의 관통홀(412)을 구비할 수 있다.

한편, 도 4에서 설명되지 않은 도면부호 '312'는 애관(310) 표면에 구비된 주름, '320'은 절연유를 도시한다. 이에 대해서는 도 3에 대한 설명과 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

도 5는 연결부재(400)를 도시한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 연결부재(400)는 케이블(100)의 외관을 둘러싸도록 구비되며, 차폐층(330)과 케이블(100)의 외부반도전층(16)을 전기적으로 연결하도록 구성된다. 또한, 연결부재(400)는 소정의 신축력을 가지도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 연결부재(400)는 소정의 신축력을 가지는 탄성재질로 제작될 수 있다.

예를 들어, 연결부재(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 대략 상하부가 개방된 원통형 형상을 가질 수 있으며, 둘레를 따라 복수개의 관통홀(412)을 구비할 수 있다. 연결부재(400)의 원통형 형상의 내부를 따라 케이블(100)이 삽입 및 관통된다.

이 경우, 연결부재(400)의 내부직경(D1)은 케이블(100)의 외경 이하의 직경을 가질 수 있다. 구체적으로, 외피(20)와 중성선(18)이 제거된 상태의 케이블(100), 즉 외부반도전층(16)이 노출된 상태의 케이블(100)의 직경 이하를 가질 수 있다. 이러한 구성을 가지는 경우에 연결부재(400)를 차폐층(330)과 외부반도전층(16) 사이에 끼우에 되면, 연결부재(400)는 내부를 향하여 가압하게 되어 차폐층(330)과 외부반도전층(16)을 전기적으로 연결하게 된다. 한편, 연결부재(400)는 전술한 바와 같이 관통홀(412)을 구비하며, 관통홀(412)은 전계완화콘(360)과 케이블(100) 사이의 절연유가 통과하는 유로를 제공한다.

도 6은 연결부재(400)가 구비된 상태를 도시하며, 도 4에서 'A'부분의 부분확대도이다.

도 6을 참조하면, 연결부재(400)는 케이블(100)의 외관을 둘러싸도록 구비되어, 차폐층(330)과 외부반도전층(16)을 전기적으로 연결한다. 따라서, 외부반도전층(16)이 절단되어 외부반도전층(16)의 단부에 전계가 집중되는 것을 방지하며, 등전위선을 차폐층(330)과 내부반도전층(12) 사이에서 전계완화콘(360)으로 유도하는 것이 가능해진다.

그런데, 연결부재(400)에 관통홀(412)이 없다면 전계완화콘(360)과 케이블(100)의 절연층(14) 사이로 침투된 절연유(320)가 연결부재(400)의 외부로 유동하는 것이 곤란해진다. 이는 절연유(320)의 유동을 방해하여 절연유(320)에 전하가 집중되어 결국 전계집중을 발생시킬 수 있다. 또한, 절연유(320)를 충진하기 위하여 애관(310) 내부를 진공상태로 만드는 경우에 연결부재(400)와 케이블(100) 사이에 소량의 공기가 배기되지 않고 남아 있을 수도 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 실시예에서는 연결부재(400)에 절연유(320)가 유동할 수 있는 다수의 관통홀(412)을 구비할 수 있다. 절연유(320)는 관통홀(412)을 통해 전계완화콘(360)과 케이블(100)의 절연층(14) 사이에서 연결부재(400)의 외부로 유동하는 것이 가능해진다. 한편, 관통홀(412)을 구비하는 경우에 관통홀(412)에 의해 전기력선이 소정치 이상으로 누출되면, 차폐층(330)과 외부반도전층(16)이 연결되지 않은 문제점, 즉 전계가 집중되는 문제점이 다시 발생하게 된다. 따라서, 연결부재(400)에 관통홀(412)을 구비하는 경우에 관통홀(412)의 직경(D2)은 절연유는 통과하며 케이블(100)에서 발생하는 전기력선은 통과하지 못하는 크기를 갖도록 할 수 있다. 이에 의해 절연유의 유동은 원활하게 발생하면서 전기력선의 누출에 의한 전계집중을 방지할 수 있다.

한편, 전술한 종단접속함의 구성은 기중 종단접속함 뿐만 아니라, 가스중 종단접속함 및 유중 종단접속함에도 적용될 수 있음은 물론이다.

10...도체 12...내부반도전층
14...절연층 16...외부반도전층
18...중선선 20...외피
100...케이블 200, 300...종단접속함
210, 310...애관 220, 320...절연유
230, 330...차폐층 240...보강절연층
260, 360...전계완화콘

Claims

케이블이 관통하여 상기 케이블의 도체가 돌출되며 내부에 절연유가 충진되는 애관;
상기 애관 내부에 구비되어 상기 케이블의 전계 집중을 완화시키는 전계완화콘;
상기 전계완화콘의 외부의 적어도 일부에 구비되는 차폐층; 및
상기 차폐층과 상기 케이블의 외부반도전층을 전기적으로 연결하며 상기 절연유가 통과하는 다수의 관통홀을 구비하는 연결부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.
제1항에 있어서,
상기 케이블은 절연층이 노출되어 상기 애관으로 삽입되며, 상기 외부반도전층이 소정길이 상기 애관 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.
제2항에 있어서,
상기 관통홀은 상기 전계완화콘과 상기 케이블 사이의 절연유가 통과하는 유로를 제공하는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.
제1항에 있어서,
상기 연결부재는 상기 케이블의 외관을 둘러싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.
제1항에 있어서,
상기 연결부재는 소정의 탄성을 가지도록 구비되어 상하부가 개방된 원통형 형상을 가지며 둘레를 따라 다수의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.
제5항에 있어서,
상기 연결부재의 내부직경은 상기 케이블의 외부반도전층의 외경 이하로 이루어진 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.
제5항에 있어서,
상기 관통홀은 상기 절연유가 통과하며 상기 케이블에서 발생하는 전기력선은 통과하지 못하는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블용 종단접속함.