KR20140115509A

KR20140115509A - Dc 케이블용 중간접속함

Info

Publication number: KR20140115509A
Application number: KR1020130029927A
Authority: KR
Inventors: 박신우; 심성익; 이정민; 정현태
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-10-01
Also published as: KR102096111B1

Abstract

본 발명은 한 쌍의 DC 케이블을 연결시키는 DC 케이블용 중간접속함에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 중간접속함은 하우징, 상기 하우징의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블이 양측으로 각각 삽입되는 외측절연체 및 상기 외측절연체의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블의 절연체와 접하는 극성 절연부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

DC 케이블용 중간접속함 {Premolded joint for DC cable}

본 발명은 DC 케이블용 중간접속함에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DC 전압 또는 임펄스 전압이 인가되는 DC 케이블을 접속시킬 수 있는 중간접속함에 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(PMJ: Premolded Joint)이 활용될 수 있다. 상기 중간접속함은 연결시키는 케이블의 종류에 따라 구분될 수 있다. 예를 들어, AC 전압이 인가되는 AC 케이블을 연결시키는 중간접속함과, DC 전압이 인가되는 DC 케이블이 서로 연결되는 중간접속함을 구분할 수 있다.

그런데, 종래에 사용되는 중간접속함은 EPDM(Ethylene Prophlene Diene Monomer)으로 구성된 절연부재를 구비한다. 상기 EPDM은 내열성, 내한성 및 내용재성이 뛰어나며 안정성이 좋아 널리 활용된다. 그런데, 상기 EPDM을 중간접속함에 적용하기 위해서는 케이블의 종류, 규격 등에 따라 비교적 정밀한 설계를 요구하며, 나아가, 상기 EPDM의 설치를 위하여 설비장비를 필요로 하게 된다. 따라서, 중간접속함에서 절연부재로 EPDM을 활용하기에는 제약사항이 많게 된다.

본 발명은 DC 케이블을 서로 연결하는 경우에 공간전하의 축적을 방지하여 절연부재의 파손을 방지할 수 있는 중간접속함을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, DC 케이블을 통하여 임펄스 형태의 전압이 인가되는 경우에 절연파괴를 방지할 수 있는 중간접속함을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 한 쌍의 DC 케이블을 연결시키는 DC 케이블용 중간접속함에 있어서, 하우징, 상기 하우징의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블이 양측으로 각각 삽입되는 외측절연체 및 상기 외측절연체의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블의 절연체와 접하는 극성 절연부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함에 의해 달성된다. 여기서, 상기 극성 절연부재는 액상실리콘러버(LSR)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 극성 절연부재와 상기 DC 케이블 사이의 접촉면에 반도전성 오일을 더 구비할 수 있다.

나아가, 상기 극성 절연부재와 상기 외측절연체 사이에 비극성 절연부재를 더 구비할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 중간접속함은 상기 DC 케이블의 도체가 서로 연결되도록 가압하는 내측절연체를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 극성 절연부재는 상기 내측절연체를 둘러싸도록 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면 중간접속함의 내측에 극성 절연부재를 구비함으로써, DC 전압이 인가되는 경우에 공간전하의 이동을 원활히 하여 공간전하의 축적을 방지하며, 나아가 절연파괴를 방지할 수 있다.

또한, DC 케이블을 통하여 임펄스 형태의 전압이 인가되는 경우에 상기 극성 절연부재와 더불어 비극성 절연부재를 더 구비하여, 절연내력의 저하를 방지할 수있다.

도 1은 케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 정면도,
도 3은 일 실시예에 따른 중간접속함의 절연부를 도시한 사시도,
도 4는 도 3에 따른 중간접속함의 내부 구성을 도시한 측단면도,
도 5 내지 도 8은 다양한 실시예에 따른 중간접속함의 내부 구성을 도시한 측단면도이다.

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

일반적으로 고압 케이블은 수백m 내지는 수km 간격으로 중간접속함에 의해 접속이 이루어지며, 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 접속이 이루어지게 된다. 중간접속함(200)은 케이블을 서로 연결하는 역할을 하게 된다. 이하에서는 먼저 케이블(100)의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 중간접속함의 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 내부뿐만 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.

상기와 같은 구성을 가지는 케이블(100)을 서로 연결하는 경우에 전술한 바와 같이 중간접속함(200)을 사용하게 된다. 한편, 케이블(100)은 AC 전압이 인가되는 AC 케이블과 DC 전압이 인가되는 DC 케이블로 구분할 수 있다. 이 경우, AC 전압과 DC 전압의 특성에 따라 상기 케이블들을 연결하는 중간접속함의 구성요소가 달라지거나 또는 구성요소의 인자 등이 달라질 수 있다. 특히, DC 케이블을 연결하는 경우에는 공간전하(space charge)의 개념을 고려해야 한다. 이하에서는 연결되는 케이블을 DC 케이블로 상정하고, 상기 DC 케이블을 서로 연결하기 위한 DC 케이블용 중간접속함에 대해서 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 3은 일 실시예에 따른 중간접속함(200)에서 하우징(미도시)의 내부에 구비된 절연부를 도시한 사시도이며, 도 4는 케이블(100)이 양측으로 삽입되어 연결되는 중간접속함(200)의 절연부의 측단면도이다. 도 3에서는 도시의 편의를 위해 케이블을 생략하였음을 밝혀둔다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 한 쌍의 DC 케이블(100)을 연결시키는 DC 케이블용 중간접속함(200)은 외관을 형성하는 하우징(미도시)과, 상기 하우징의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블(100)이 양측으로 각각 삽입되는 외측절연체(210)와, 상기 외측절연체(210)의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블(100)의 절연층(14)와 접하는 절연부재(230)와, 상기 한 쌍의 DC 케이블(100)의 도체(10)가 서로 연결되도록 가압하는 내측절연체(250)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 외측절연체(210), 절연부재(230) 및 내측절연체(250)를 중간접속함(200)의 절연부로 정의할 수 있다.

상기 하우징은 중간접속함(200)의 외관을 형성하며, 상기 절연부가 내부에 구비된다. 상기 하우징은 내측으로 수분과 같은 이물질이 침투하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 상기 하우징의 내측에 전술한 외측절연체(210), 절연부재(230) 및 내측절연체(250)가 구비된다.

상기 외측절연체(210)는 대략적으로 양단부가 개방된 원기둥 형상을 가지며, 상기 개방된 양단부를 통하여 DC 케이블(100)이 각각 삽입된다. 이 경우, DC 케이블(100)은 외측절연체(210)의 내측에서 금속시스로 이루어진 차폐층과 외피(20)가 벗겨져서 외부반도전층(16)이 소정길이 노출되도록 구성된다. 이 경우, 외측절연체(210)는 DC 케이블(100)의 외부반도전층(16)과 서로 연결되도록 구성되어, 외부반도전층(16)이 제거된 DC 케이블(100)의 접합부에서 외부반도전층(16)의 역할을 하게 된다. 또한, 외측절연체(210)의 내측으로 들어갈수록 외부반도전층(16)이 벗겨져서 절연층(14) 및 도체(10)가 순차적으로 노출된다. 한편, 외측절연체(210)는 내부에 DC 케이블(100)이 연결될 수 있는 공간을 제공하며, 합성수지 등으로 제작된다.

상기 외측절연체(210)의 내측에는 상기 DC 케이블(100)의 노출된 절연층(14)과 접하는 절연부재(230)가 구비된다. 상기 절연부재(230)는 통상적으로 고무와 같은 절연물질로 구성되어, DC 케이블(100)의 절연층(14)과 서로 연결된다.

상기 절연부재(230)의 내측에는 상기 한 쌍의 DC 케이블(100)의 도체(10)가 서로 연결되도록 가압하는 내측절연체(250)를 구비한다. 내측절연체(250)는 DC 케이블(100)의 도체(10)가 서로 연결되어 접속되는 경우에 도체(10)의 접속상태를 유지하도록 상기 도체(10)의 외주에서 가압하는 역할을 하게 된다. 나아가, 상기 내측절연체(250)는 도체(10)가 노출된 영역을 둘러싸도록 구성되어 DC 케이블(100)의 내부반도전층과 유사한 역할을 하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 중간접속합(200)의 구성에서 상기 절연부재(230)는 EPDM(Ethylene Prophlene Diene Monomer)으로 구성된다. 상기 EPDM은 내열성, 내한성 및 내용재성이 뛰어나며 안정성이 좋아 널리 활용되고 있다. 그런데, 상기 EPDM을 중간접속함(200)에 적용하기 위해서는 비교적 정밀한 설계를 요구하며, 나아가, 상기 EPDM의 설치를 위하여 설비장비를 필요로 하게 된다. 따라서, 중간접속함(200)에서 절연부재(230)로 EPDM을 활용하기에는 제약사항이 많게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 EPDM을 대체할 수 있는 절연부재를 구비한 중간접속함을 제공하게 된다. 이하, 도면을 참조하여 살펴본다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중간접속함(400)의 내부구성을 도시한 측단면도이다.

도 5를 참조하면, 중간접속함(400)은 하우징(미도시), 상기 하우징의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블(100)이 양측으로 각각 삽입되는 외측절연체(410) 및 상기 외측절연체(410)의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블(100)의 절연층(14)과 접하는 극성 절연부재(430)를 구비한다. 즉, 본 실시예에서 중간접속함(400)의 내측에 구비되어 DC 케이블(100)의 절연층(14)와 접하는 절연부재(430)는 극성을 가지도록 구성된다. 그 이유는 다음과 같다.

AC (alternating current) 전압이 인가되는 AC 케이블과 달리 DC(direct current) 전압이 인가되는 DC 케이블을 서로 연결하는 경우에는 공간전하(space charge)가 축적되지 않도록 하는 것이 중요하다. DC 케이블을 서로 연결하는 중간접속함의 내부에 공간전하가 축적되면, 축적된 공간전하에 의해 절연부재에 파손이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서는 DC 케이블을 서로 연결하는 중간접속함의 절연부재를 구성하는 경우에 극성 절연부재를 활용하게 된다. 즉, 절연부재(430)는 극성을 가지도록 구성되어, 상기 극성을 가지는 절연부재(430)를 통하여 공간전하가 이동할 수 있게 된다. 따라서, 공간전하는 중간접속함(400)의 내측에서 절연부재(430)와 케이블의 절연층(14) 사이의 계면에 축적되지 않고 이동이 가능하게 되어 절연부재(430)의 파손을 방지할 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 절연부재(430)는 액상실리콘러버(LSR: Liquid Silicon Rubber)로 이루어질 수 있다. 상기 액상실리콘러버를 이용하여 절연부재를 구성하게 되면 전술한 EPDM에 비해 보다 용이하게 절연부재의 설계가 가능하게 된다. 또한, 상기 액상실리콘러버를 비극성을 만드는 경우에는 상기 비극성을 위한 공정을 필요로 하지만, 상기 액상실리콘러버를 극성을 만드는 경우에는 상기 비극성을 위한 공정을 생략할 수 있게 되어 상기 절연부재(430)를 제작하는데 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

한편, 중간접속함(400)의 절연부재(430)는 DC 케이블(100)의 절연층(14)과 접하도록 구성된다. 그런데, 상기 절연부재(430)에 의해 절연층(14)을 감싸는 경우에 절연부재(430)와 절연층(14) 사이에 국부적으로 공간이 발생할 수 있으며, 상기 공간은 DC 케이블을 서로 연결하는 경우에 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 절연부재(430)와 DC 케이블(100)의 절연층(14) 사이의 계면(440)에 반도전성 오일을 더 구비할 수 있다. 상기 반도전성 오일(440)에 의해 절연부재(430)와 DC 케이블(100)의 절연층(14) 사이의 계면에 발생할 수 있는 간격을 메우게 되어 DC 케이블의 접속 효율을 향상시킬 수 있다.

도 5에서 외측절연체(410), DC 케이블(100)의 외부반도전층(16), 절연층(14) 및 도체(10)에 대해서는 전술한 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

한편, 도 5와 같은 구성을 가지는 중간접속함(400)은 DC 전압이 인가되는 DC 케이블(100)을 서로 연결하는데 유리하다. 그런데, DC 전압이 인가되는 경우에도 전압의 종류에 따라 임펄스(impulse) 형태의 전압이 인가될 수 있다. 상기 임펄스 형태의 전압은 큰 파고값을 가지며 지속시간이 극히 짧은 파형의 전압으로 정의될 수 있다. 상기와 같은 임펄스 형태의 전압이 인가되는 경우에 중간접속함의 절연부재가 극성으로만 구성된다면 절연부재의 절연내력이 약화될 수 있으며, 나아가 상기 절연부재의 절연파괴를 유발할 수 있다. 이하에서는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 중간접속함에 대해서 살펴보기로 한다.

도 6은 다른 실시예에 따른 중간접속함(500)의 구성을 도시하는 측단면도이다. 도 6에서 하우징(미도시), 외측절연체(510), 상기 절연부재(530)와 DC 케이블(100)의 절연층(14) 사이의 계면(540)에 구비되는 반도전성 오일을 비롯하여 DC 케이블(100)의 외부반도전층(16), 절연층(14) 및 도체(10)에 대해서는 전술한 실시예와 유사하므로 차이점을 중심을 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 중간접속함(500)에서 절연부재는 극성 절연부재(530)와 함께 비극성 절연부재(550)를 더 구비할 수 있다. 상기 극성 절연부재(530)는 전술한 실시예와 유사하게 DC 케이블(100)의 절연층(14)과 접하도록 구성될 수 있다. 하지만, 본 실시예에서 상기 극성 절연부재(530)는 절연층(14)과 외측절연체(510) 사이의 공간을 모두 채우는 것이 아니며, 상기 극성 절연부재(530)와 외측절연체(510) 사이에 비극성 절연부재(550)를 더 구비할 수 있다.

상기 비극성 절연부재(550)는 극성 절연부재(530)의 상부에 구비되어, 외측절연체(510)와 극성 절연부재(530) 사이에 구비된다. 즉, 상기 비극성 절연부재(550)는 DC 케이블(100)에 임펄스 형태의 전압이 인가되는 경우에 절연 내력이 약화되는 것을 방지하며, 나아가 절연부재의 절연파괴를 방지하게 된다.

한편, 도 7은 또 다른 실시예에 따른 중간접속함(600)의 구성을 도시한다. 도 7에서 하우징(미도시), 외측절연체(610), 극성 절연부재(630), 상기 절연부재(630)와 DC 케이블(100)의 절연층(14) 사이의 계면(640)에 반도전성 오일을 비롯하여 DC 케이블(100)의 외부반도전층(16), 절연층(14) 및 도체(10)에 대해서는 전술한 도 5의 실시예와 유사하므로 차이점을 중심을 설명한다.

도 7을 참조하면, 중간접속함(600)은 상기 DC 케이블(100)의 도체(10)가 서로 연결되도록 가압하는 내측절연체(670)를 더 구비할 수 있다.

상기 내측절연체(670)는 DC 케이블(100)의 도체(10)가 연결된 상태를 유지하도록 상기 도체(10)의 외주를 감싸면서 소정의 압력을 가하도록 구성될 수 있다. 상기 내측절연체(670)는 도체(10)를 향해 소정의 압력을 가할 수 있도록 소정의 금속으로 제작될 수 있다.

한편, 도 8은 또 다른 실시예에 따른 중간접속함(700)의 구성을 도시한다. 도 8에서 하우징(미도시), 외측절연체(810), 극성 절연부재(830), 비극성 절연부재(750), 상기 절연부재(730)와 DC 케이블(100)의 절연층(14) 사이의 계면(740)에 반도전성 오일을 비롯하여 DC 케이블(100)의 외부반도전층(16), 절연층(14) 및 도체(10)에 대해서는 전술한 도 6의 실시예와 유사하므로 차이점을 중심을 설명한다.

도 8을 참조하면, 중간접속함(700)은 상기 DC 케이블(100)의 도체(10)가 서로 연결되도록 가압하는 내측절연체(770)를 더 구비할 수 있다.

상기 내측절연체(770)는 전술한 바와 같이 DC 케이블(100)의 도체(10)가 연결된 상태를 유지하도록 상기 도체(10)의 외주를 감싸면서 소정의 압력을 가하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 내측절연체(770)는 극성절연부재(730)의 내측에 구비될 수 있다. 즉, 극성 절연부재(730)가 상기 내측절연체(770)를 둘러싸도록 구비될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10...도체 14...절연층
16...외부반도전층 100...DC 케이블
400, 500, 600, 700...중간접속함
410, 510, 610, 710...외측절연체
430, 530, 630, 730...극성 절연부재
550, 750...비극성 절연부재
670, 770...내측절연체

Claims

한 쌍의 DC 케이블을 연결시키는 DC 케이블용 중간접속함에 있어서,
하우징;
상기 하우징의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블이 양측으로 각각 삽입되는 외측절연체; 및
상기 외측절연체의 내측에 구비되어 상기 DC 케이블의 절연체와 접하는 극성 절연부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함.
제1항에 있어서,
상기 극성 절연부재는 액상실리콘러버(LSR)로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함.
제1항에 있어서,
상기 극성 절연부재와 상기 DC 케이블 사이의 접촉면에 반도전성 오일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함.
제1항에 있어서,
상기 극성 절연부재와 상기 외측절연체 사이에 비극성 절연부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함.
제1항 내지 제5항 중에 어느 한 항에 있어서,
상기 DC 케이블의 도체가 서로 연결되도록 가압하는 내측절연체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함.
제5항에 있어서,
상기 극성 절연부재는 상기 내측절연체를 둘러싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블용 중간접속함.