KR20150115470A - 범용 중간접속함 - Google Patents

Abstract

본 발명은 범용 중간접속함에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 범용 중간접속함은 서로 연결되는 한 쌍의 케이블의 도체와 전기적으로 연결되며, 상기 케이블에 인가되는 전압의 종류 또는 상기 케이블의 종류에 따라 그 높이가 달라지는 제1 전극, 서로 대향하도록 한 쌍 구비되는 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극을 감싸도록 구비되는 외부절연층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

범용 중간접속함 {Wide use type premolded join}

본 발명은 범용 중간접속함에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AC용 케이블 및 DC용 케이블에 모두 사용할 수 있으며, 나아가 접속함의 국부적인 전계집중을 방지할 수 있는 범용 중간접속함에 관한 것이다.

일반적으로 전력케이블은 내부의 도체를 이용하여 전력을 전송하는 장치로서, DC(direct current)용 전력케이블과 AC(alternating current)용 전력케이블로 구분할 수 있다.

이 때, 상기 전력케이블의 말단을 케이블끼리 서로 접속시키는 중간접속함(PMJ : PreMolded Join)이나, 또는 상기 DC용 전력케이블과 가공선을 접속시키는 종단접속함이 사용될 수 있다.

상기 AC용 케이블의 중간접속함(PMJ)은 절연물질의 비유전율에 의해 전계분포를 제어하고, 나아가 내부의 전극부의 기하학적 형상으로 전계집중 현상을 완화한다.

그런데, 상기 AC용 케이블의 중간접속함의 구조를 활용하여 DC용 케이블의 중간접속함으로 활용하는 경우, DC 전압 인가에 따라 중간접속함 내부의 고압전극에 전계가 집중하는 현상이 발생하며, 상기 고압전극에 공간전하가 축적되어 국부적인 전계 왜곡 효과가 발생하여 절연의 취약점으로 작용한다.

나아가, 상온에서는 고압전극부에 전계가 집중되고, 전압 인가에 따라 절연층의 온도가 상승하는 경우에 차폐전극부로 전계가 집중되어 상온과 고온에서 전계가 집중되는 영역이 달라지게 된다.

결국, 전력케이블에 인가되는 전압의 종류에 따라 중간접속함의 구조를 달리해야하며, 이는 중간접속함의 타입 증가로 인한 비용 및 설비의 증가와 함께 설치 시 공정이 복잡하다는 문제점을 수반한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 AC용 케이블의 중간접속함의 구조를 DC용 케이블에 사용할 수 있으며, 나아가 중간접속함 내부의 국부적인 전계집중 현상을 방지할 수 있는 범용 중간접속함을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 서로 연결되는 한 쌍의 케이블의 도체와 전기적으로 연결되며, 상기 케이블에 인가되는 전압의 종류 또는 상기 케이블의 종류에 따라 그 높이가 달라지는 제1 전극, 서로 대향하도록 한 쌍 구비되는 제2 전극, 상기 케이블의 도체의 일부 및 상기 케이블의 절연층의 일부를 감싸도록 구비되며, 상기 제1 전극과 제2 전극을 연결시키는 전계제어층 및 상기 제1 전극, 제2 전극 및 전계제어층을 감싸도록 구비되는 외부절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 범용 중간접속함에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1 전극은 AC용 케이블에 대응하는 제1 높이 및 DC용 케이블에 대응하는 제2 높이로 조절될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이에 비해 더 클 수 있으며, 예를 들어, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이에 비해 40% 내지 60% 정도 더 클 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 범용 접속함에 따르면, PMJ 타입으로 구성되어 현장 접속 시에도 간단한 공정에 의해 짧은 시간 내에 접속을 수행할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따르면 중간접속함 내부의 고압전극부의 기하학적 형상을 조절하여 상기 고압전극부에 발생하는 전계집중 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 중간접속함은 인가되는 전압의 종류에 관계없이 AC용 케이블 및 DC용 케이블에 모두 사용할 수 있다.

도 1은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 DC용 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 2은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 DC용 해저케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 3은 절연유에 함침된 절연지를 구비한 DC용 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 4는 절연유에 함침된 절연지를 구비한 DC용 해저케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함의 구조를 도시한 단면도,
도 6은 상온에서 제1 전극의 높이 변화에 따른 전계변화를 도시한 그래프,
도 7은 고온에서 제1 전극의 높이 변화에 따른 전계변화를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 DC용 전력케이블(100)의 내부 구성을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 전력케이블(100)은 중심부를 따라 도체(10)를 구비한다. 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 되며, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 도체(10)는 복수개의 소선(11)을 연선하여 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 저하될 수 있다. 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 전력케이블(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 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용되며, 폴리에틸렌 수지가 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 수지는 가교 수지일 수 있으며 가교제로서 실란 또는 유기 과산화물, 예를 들어, 다이큐밀퍼옥사이드(DCP) 등에 의해 제조될 수 있다.

하지만, 상기 절연층(14)은 전력 케이블에 직류 고전압이 인가되는 경우 도체(10)로부터 내부 반도전층(12), 절연층(14) 등으로 전하가 주입되고 이의 영향으로 절연층(13) 내에 공간전하가 형성될 수 있다. 상기 형성된 공간전하는 케이블의 사용시간에 따라 절연층(13) 내에 축적되고 이렇게 축적된 공간전하는 케이블에 임펄스 전압이 인가되거나 케이블에 인가된 직류전압의 극성이 급격하게 반전되는 경우 도체(10) 근방의 전계강도를 급격히 상승시켜 전력 케이블의 절연 파괴전압을 저하시키는 문제를 유발한다.

이에 상기 절연층(14)은 가교 수지 외에 무기입자를 포함할 수 있다. 상기 무기입자는 나노크기의 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 등을 사용할 수 있다. 다만, 절연층의 임펄스 강도 측면에서, 상기 무기입자로서 산화마그네슘이 바람직하다. 상기 산화마그네슘은 마그네슘 천연광석으로부터 얻을 수 있지만, 해수중의 마그네슘 소금을 이용한 인공 합성원료로부터도 제조할 수 있으며, 고순도로 품질이나 물성이 안정된 재료로 공급이 가능하다는 장점도 있다.

상기 산화마그네슘은 기본적으로 면심입방구조의 결정 구조를 갖지만 합성 방법에 따라 다양한 형태, 순도, 결정화도, 물성 등을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 산화마그네슘은 정육면체형(cubic), 적층형(terrace), 막대형(rod), 다공성(porous), 구형(spherical)으로 구분되며, 각각의 특이한 물성에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 이러한 산화마그네슘을 비롯한 무기입자는 케이블에 전계 인가 시 기재 수지와 무기입자의 경계에 퍼텐셜 우물(potential well)을 형성함으로써 전하의 이동 및 공간전하 축적을 억제하는 효과를 발휘한다.

그러나, 상기 절연층(14)에 첨가되는 무기 입자는 다량 첨가시 불순물로서 작용하고, 소함량으로 사용되는 경우에도 전력 케이블에서 요구되는 또 하나의 중요 특성인 임펄스 강도를 저하시키는 문제가 있는 바, 상기 무기 입자만으로는 축적된 공간전하를 충분히 저감할 수 없기 때문에 0.2 내지 5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

한편, 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 전력케이블(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 접지되어 전술한 내부반도전층(12) 과의 사이에 전기력선의 분포를 등전위로 만들어 절연층(14)의 절연내력을 향상시키는 역할을 하게 된다. 또한, 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지할 수 있다.

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

전력케이블(100)의 외곽에는 외피(20)가 구비된다. 외피(20)는 케이블(100)의 외곽에 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.

도 2는 다른 실시예에 따른 DC용 해저케이블의 내부 구성을 도시한다. 도 2에 따른 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 전술한 도 1의 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 살펴본다.

도 2를 참조하면, 도체(10), 내부반도전층(12), 절연층(14) 및 외부반도전층(16)은 전술한 도 1의 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

상기 외부반도전층(16)의 외부에는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 절연층(14)의 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(metal sheath), 소위 '연피시스'(30)를 구비한다.

나아가, 상기 금속시스(30)의 외부에 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 시스(32)와 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(34)을 구비한다. 상기 베딩층(34)의 위에는 철선외장(40)을 구비할 수 있다. 상기 철선외장(40)은 상기 케이블(200)의 외곽에 구비되어 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보호하도록 기계적 강도를 높이는 역할을 하게 된다.

상기 철선외장(40)의 외곽, 즉 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(42)을 구비하게 된다. 쟈켓(42)은 케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(42)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(42)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.

한편, 도 3은 또 다른 실시예에 따른 DC용 전력케이블의 내부 구성을 도시한다. 도 3에 따른 전력케이블은 내부 도체 및 절연층의 구성에 있어서 전술한 실시예의 전력케이블과 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 살펴본다.

도 3은 절연유에 함침된 절연지를 구비한 절연층을 포함한 소위 '지절연 전력케이블'의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 3을 참조하면, 전력케이블(200)은 중심부를 따라 도체(210)를 구비한다. 도체(210)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 된다. 상기 도체(210)는 도면에 도시된 바와 같이 원형의 중심소선(210A)과 상기 중심소선(210A)을 감싸도록 연선된 평각소선(210B)으로 이루어진 평각소선층(210C)을 구비할 수 있다. 상기 평각소선층(210C)은 연속압출공정을 통하여 다수의 평각소선(210B)의 단면을 사각형 형상으로 형성하고 상기 다수의 평각소선(210B)을 중심소선(210A) 상에 연선하여 이루어진다. 상기 도체(210)는 전체적으로 원형의 형상을 가지도록 제작된다. 상기 도체(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 원형 소선이 연선되어 구비될 수도 있다. 그런데, 상기 평각소선으로 이루어진 도체는 원형소선으로 이루어진 도체에 비해 점적율이 상대적으로 높아져서 고전압용 전력케이블에 적합할 수 있다.

상기 도체(210)의 표면에 형성되는 내부반도전층(212)과 후술하는 절연층(214)의 표면에 형성되는 외부반도전층(16)에 대해서는 전술한 도 1의 설명과 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

상기 내부반도전층(212)의 바깥쪽에는 절연층(214)이 구비된다. 절연층(214)은 도체(210)를 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 도 3에서 절연층(214)은 절연지를 내부반도전층(212) 표면에 감는 지절연 공정을 통해 형성된다. 또한, 절연특성을 향상시키기 위하여 도체(210) 표면에 절연지가 감긴 상태에서 절연유에 함침시키게 된다. 상기 함침공정을 통해 절연유가 절연지에 흡수되며, 상기 절연유의 점도에 따라 'OF(oil filled) 케이블'과 'MI(mass impregnated) 케이블'로 구분할 수 있다.

OF 케이블은 상대적으로 저점도의 절연유를 사용하여 절연지를 함침하게 되며, 절연유를 가압하여 유압을 일정 수준으로 유지한 채로 작동시켜야 하므로 연장 길이가 제한적이다. 이에 비하여, MI 케이블은 상대적으로 고점도의 절연유를 사용하여 절연지를 함침하게 되므로 절연지 내에서 절연유의 유동이 적어서 유압을 유지할 필요가 없는 바 연장 길이가 긴 장점이 있다.

본 실시예에서 상기 절연층(214)은 복수의 절연지를 감싸서 형성되며, 예를 들어 크래프트지(Kraft paper) 또는 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지를 반복적으로 감싸서 형성될 수 있다.

구체적으로, 크래프트지(Kraft paper) 만을 권취하여 절연층을 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 복합 절연지, 예컨대 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 절연지를 권취하여 절연층을 형성할 수 있다.

크래프트지만을 권취하여 절연유를 함침시킨 MI 케이블의 경우에는 케이블 작동 시(통전시) 케이블 도체에 흐르는 전류에 의하여 반경방향으로 안쪽, 즉 상기 내부반도전층 방향의 절연층 부분에서 반경방향으로 바깥쪽, 즉 후술하는 외부반도전층 방향의 절연층 부분으로 온도차가 발생하게 된다. 따라서, 보다 고온인 내부반도전층 쪽의 절연층 부분의 절연유가 점도가 낮아지고 열팽창을 하여 외부반도전층 쪽의 절연층으로 이동하게 되며, 온도 하강 시에는 열팽창에 의하여 이동한 절연유가 점도가 높아지고 원래대로 되돌아가지 않게 되어 반경방향으로 안쪽, 즉 내부반도전층 쪽의 절연층 부분에 기포가 발생하게 되어 절연 성능의 저하를 야기한다.

하지만, 상기한 바와 같이 복합 절연지로 절연층을 형성하는 경우, 케이블 작동 시 기름에 함침되지 않는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 열팽창함으로써 절연유의 유동을 억제할 수 있으며, 폴리프로필렌 수지는 절연 저항이 크래프트지보다 크기 때문에 기포가 생성되더라도 기포에 분담되는 전압을 완화할 수 있다.

또한, 폴리프로필렌 수지는 절연유가 함침되지 않기 때문에 중력에 의하여 절연유가 케이블 직경 방향으로 유동하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 케이블 제조시의 함침 온도 또는 케이블 작동시의 작동 온도에 따라 폴리프로필렌 수지가 열팽창하여 크래프트지에 면압을 가하게 되므로 절연유의 유동을 더욱 억제할 수 있다.

복합 절연지는 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지의 일면에 크래프트지를 적층한 것, 크래프트지의 상하면에 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지를 적층한 것 또는 크래프트지와 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지를 교대로 4층 이상으로 적층한 것 등을 사용할 수 있으며, 이러한 경우의 작용 및 효과는 상기한 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 절연지의 경우와 같다.

또한, 상기 절연층(214)은 상기 복합 절연지를 권취하여 형성하되 내부반도전층(212)과 접하는 면과 외부반도전층(216)과 접하는 면 중 어느 한 면 또는 양면 모두를 크래프트지로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 내부반도전층(212)과 접하는 면과 외부반도전층(216)과 접하는 면 모두를 크래프트지로 권취하여 형성할 수 있다.

이 경우, 복합 절연지보다 저항률이 낮은 크래프트지가 절연층의 내부반도전층(212)과 접하는 면 또는 외부반도전층(216)과 접하는 면 중 한 면 또는 양면 모두에 형성되므로 임펄스 파괴의 기점인 절연층과 내부반도전층이 접하는 부분 또는 절연층과 외부반도전층이 접하는 부분에 기포가 생기더라도 크래프트지층의 전계 완화 효과에 의해서, 임펄스 파괴 특성의 저하를 막을 수 있다. 또한, 크래프트지는 임펄스 파괴에 대한 극성 효과가 거의 없기 때문에, 플라스틱 래미네이트 종이를 이용한 것에 의해 발생하는 임펄스 극성 효과를 감소시킬 수 있다.

상기 절연층(214)의 외부에는 외부반도전층(216)이 구비되며, 이에 대해서는 도 1에서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 외부반도전층(216)의 외부에는 동선직입 테이프(218)를 구비하며, 나아가, 상기 절연층에 함침된 절연유 또는 절연컴파운드는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 그 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(metal sheath), 소위 '연피시스'(220)를 상기 동선직입 테이프(218)의 외부에 구비한다.

나아가, 상기 금속시스(220)의 외부에 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(222)을 구비한다. 상기 베딩층(222)의 위에는 부직포 테이프(224)와 보강 테이프(226)를 감싸주며, 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(232)을 구비하게 된다. 쟈켓(232)은 MI 케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 상기 쟈켓(232)은 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖도록, 예를 들어 폴리에틸렌(PE : PolyEthylene) 등으로 구성될 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 지절연 전력케이블(200)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 도 4에 따른 지절연 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 전술한 도 3의 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 살펴본다.

도 4를 참조하면, 해저케이블로 사용되는 지절연 전력케이블(200)은 상기 케이블(200)의 외곽에 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보고하도록 기계적 강도를 높이기 위한 철선을 감싸주는 철선외장(230)을 구비하게 된다. 구체적으로 상기 철선외장(230)은 전술한 도 3의 실시예에서 보강 테이프(226)의 외곽에 구비되거나, 또는 상기 보강 테이프(226)의 외곽에 부직포 테이프(미도시)를 다시 권취하고 상기 철선외장(230)을 구비할 수 있다.

상기 철선외장(230)의 외곽, 즉 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(232)을 구비하게 된다. 쟈켓(232)은 지절연 전력케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(232)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(232)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다. 이하, 상기와 같은 구성을 가지는 케이블을 접속시키는 중간접속함의 구조에 대해서 알아본다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중간접속함(300)의 구조를 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 중간접속함(300)은 서로 연결되는 한 쌍의 케이블의 도체(10, 210)와 전기적으로 연결되는 제1 전극(310)과, 상기 접속함(300)에서 서로 대향하도록 한 쌍 구비되는 제2 전극(320)과, 상기 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 감싸도록 구비되는 외부절연층(340)을 구비한다.

상기 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 예를 들어 반도전성 액상 실리콘 고무(LSR : Liquid Silicone Rubber)을 이용하여 제작될 수 있다. 상기 제1 전극(310)은 상기 제2 전극(320)과의 사이에서 전계가 국부적으로 집중되지 않고 골고루 퍼지도록 하는 역할을 하게 된다.

구체적으로, 상기 제1 전극(310)은 케이블의 도체(10, 210)와 전기적으로 연결되어, 소위 고압전극(electrode)의 역할을 하며, 상기 제2 전극(320)은 케이블의 외부반도전층(16, 216)과 연결되어 소위 차폐전극(Deflector)의 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 중간접속함(300) 내부에서 전계분포는 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(320) 사이를 따라 분포된다. 이 경우, 상기 제1 전극(310)과 제2 전극(320)의 형상, 크기 및 재질을 적절히 조절하여 상기 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이의 전계분포가 집중되지 않도록 설계할 수 있다.

한편, 상기 중간접속함(300)의 외곽에 구비된 외부절연층(340)은 예를 들어 액상 실리콘 고무(LSR)로 제작될 수 있으며, 상기 중간접속함(300)의 외곽에 구비되어 상기 중간접속함(300)의 절연성능을 담보하게 된다.

그런데, 상기와 같은 구성을 가지는 중간접속함(300)을 DC용 케이블에 사용하는 경우, DC 전압 인가에 따라 중간접속함 내부의 제1 전극(310)에 전계가 집중하는 현상이 발생하며, 상기 제1 전극(310)에 공간전하가 축적되어 국부적인 전계 왜곡 효과가 발생하여 절연의 취약점으로 작용한다.

나아가, 상온에서는 제1 전극(310)에 전계가 집중되고, 전압 인가에 따라 외부절연층(340)의 온도가 상승하는 경우에 제2 전극(320)에 전계가 집중되어 상온과 고온에서 전계가 집중되는 영역이 달라지는 문제점을 수반한다. 결국, 전력케이블에 인가되는 전압의 종류에 따라 중간접속함의 구조를 달리해야하며, 이는 중간접속함의 타입 증가로 인한 비용 및 설비의 증가와 함께 설치 시 공정이 복잡하다는 문제점을 수반한다.

이하에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 AC용 케이블 및 DC용 케이블에 모두 적용될 수 있는 범용 중간접속함의 구조에 대해서 살펴보도록 한다.

도 5를 다시 참조하면, 본 실시예에 따른 범용 중간접속함(300)은 제1 전극(310)의 기하학적인 형상을 변화시킴으로써, 전압의 종류 변화에 따라 제1 전극(310)에 발생하는 전계집중 현상을 방지한다. 즉, 상기 제1 전극(310)은 상기 케이블에 인가되는 전압의 종류 또는 상기 케이블의 종류에 따라 그 높이가 달라질 수 있다.

예를 들어, 상기 범용 중간접속함(300)을 AC용 케이블에 적용하는 경우에는 상기 제1 전극(310)의 높이를 제1 높이(A 높이)로 설정하고, DC용 케이블에 적용하는 경우에는 상기 제1 전극(310)의 높이를 제2 높이(B높이)로 설정할 수 있다.

즉, AC용 케이블 내지 DC용 케이블에 범용 중간접속함을 적용하는 경우에 상기 제1 전극의 높이를 달리함으로써, 상기 중간접속함 내부의 전계집중 현상을 방지할 수 있다.

구체적으로, AC용 케이블에 적용되는 상기 제1 전극(310)의 제1 높이에 비해 DC용 케이블에 적용되는 상기 제1 전극(310)의 제2 높이를 더 크게 할 수 있다. 이와 같은 제1 전극의 형상변화에 따라 전계집중 현상을 완화시킬 수 있다.

본 발명자의 실험에 따르면 상기 제1 높이에 비해 상기 제2 높이를 대략 40% 내지 60% 정도 높이게 되면 DC용 케이블의 중간접속함으로 활용하는 경우에 제1 전극(310)에 몰리는 전계집중 현상을 대략 50% 이상 감소시킬 수 있다.

도 6은 상온에서 DC 전압 인가 시의 제1 전극의 높이 변화(0% 상승(AC용 케이블에 사용되는 높이), 10% 상승, 50% 상승, 100% 상승)에 따른 전계와 AC 전압 인가 시의 전계변화를 도시한 그래프이고, 도 7은 상대적으로 고온에서 DC 전압 인가 시의 제1 전극의 높이 변화(0% 상승(AC용 케이블에 사용되는 높이), 10% 상승, 50% 상승, 100% 상승)에 따른 전계와 AC 전압 인가 시의 전계변화를 도시한 그래프이다. 상기 그래프에서 세로축은 전계변화를 도시하며, 가로축은 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이의 거리(mm)를 도시한다. 상기 그래프의 가로축에서 왼쪽이 제2 전극(320)에 해당하며, 오른쪽 끝, 즉 상기 제2 전극(320)에서 대략 300mm 이격된 위치에 제1 전극(310)이 위치하게 된다. 상기 그래프는 상온(도 6) 및 고온(도 7)에서 제1 전극(310)의 높이를 달리하는 경우에 제1 전극과 제2 전극 사이의 전계변화를 도시한다.

도 6을 참조하면, 상온에서 제1 전극(310)의 높이를 AC용 케이블의 중간접속함에서 사용되는 높이(0%)에 비해 더 키우는 경우에 전계가 완화됨을 알 수 있다. 나아가, 상기 제1 전극(310)의 높이를 AC용 케이블의 높이에 비해 10% 높이는 경우에 비해 50% 또는 100% 키우는 경우에 전계가 현저히 완화됨을 알 수 있다.

다만, 상기 제2 높이를 상기 제1 높이에 비해 100% 키우게 되면 제1 높이의 2배가 되므로, 상기 중간접속함의 직경이 2배 이상으로 커지게 되어, 상기 중간접속함의 부피가 매우 증가할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 제2 높이를 상기 제1 높이에 비해 대략 40% 내지 60% 정도 키우게 된다. 하지만, 필요에 따라서는 상기 제2 높이를 제1 높이에 비해 60% 이상으로 키우거나, 또는 40% 이하로 키울 수도 있을 것이다.

또한, 도 7을 참조하면, 외부절연층(340)의 온도가 상승하여 상대적으로 고온의 환경에서는 제1 전극(310)의 높이에 관계없이 전계분포가 제1 전극(310)에 집중되지 않고 대략적으로 유사함을 알 수 있다.

10, 210...도체
12, 212...내부 반도전층
14, 214...절연층
16, 216...외부반도전층
300...접속함
310...제1 전극
320...제2 전극
330...전계제어층
340...외부절연층

Claims (4)

1. 서로 연결되는 한 쌍의 케이블의 도체와 전기적으로 연결되며, 상기 케이블에 인가되는 전압의 종류 또는 상기 케이블의 종류에 따라 그 높이가 달라지는 제1 전극;
   서로 대향하도록 한 쌍 구비되는 제2 전극; 및
   상기 제1 전극 및 제2 전극을 감싸도록 구비되는 외부절연층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 범용 중간접속함.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극은 AC용 케이블에 대응하는 제1 높이 및 DC용 케이블에 대응하는 제2 높이로 변화되는 것을 특징으로 하는 범용 중간접속함.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 높이는 상기 제1 높이에 비해 더 큰 것을 특징으로 하는 범용 중간접속함.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제2 높이는 상기 제1 높이에 비해 40% 내지 60% 정도 더 큰 것을 특징으로 하는 범용 중간접속함.

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