KR20150117792A - 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유시스템에 있어서, 상기 접속함을 형성하는 금속시스에 연결되어 절연유가 이동하는 통로를 제공하는 유입관, 상기 유입관과 연결되어 상기 유입관으로 공급되는 상기 절연유가 수용된 절연유공급부 및 상기 유입관을 통해 상기 접속함 내부에 소정의 압력을 가하는 가압부를 구비하고, 상기 유입관은 상기 절연유의 동점도에 따라 그 내경이 달라지는 것을 특징으로 한다.

Description

절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템 {Oil supply system of joint box for oil impregnated cable}

본 발명은 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 절연유 함침 케이블을 서로 연결하거나, 또는 절연유 함침 케이블을 가공선에 연결하는 경우에 절연유 함침 케이블을 연결시키는 접속함의 절연성능을 향상시키기 위하여 상기 접속함을 저점도 절연유 또는 고점도 절연유로 주유시킬 수 있는 접속함 주유시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력케이블은 전력을 공급하는 도체를 이용하여 지중, 지상 또는 해저를 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하도록 사용된다. 이러한 전력케이블은 상기 도체를 절연하는 것이 매우 중요하며, 이를 위하여 상기 도체를 절연시키는 절연층은 XLPE(Cross-linked Polyethylene; 가교 폴리에틸렌) 등을 원료로 하여 제작되거나, 또는 절연지 등을 감아 절연층으로 사용하고 있다.

상기 절연지를 감아 절연층을 형성한 소위 '지절연 케이블'은 사용되는 절연유의 점도에 따라 '저점도 절연유 함침 케이블 (이하, OF(oil filled) 케이블이라 함)'과 '고점도 절연유 함침 케이블(이하, MI(mass impregnated) 케이블 이라 함)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.

한편, 상기 전력케이블은 수백m 또는 수십km 간격으로 중간접속함(Joint box)에 의해 접속이 이루어지며, 상기 전력케이블의 말단은 종단접속함(Termination box)에 의해 접속이 이루어지게 된다. 상기 중간접속함 또는 종단접속함에서 전력케이블을 연결하는 경우에 케이블의 절연층이 노출된 상태에서 도체를 먼저 연결하고 상기 절연층 표면에 고점도 절연유에 함침된 절연지를 지권하여 보강절연층을 형성한다. 이 경우, 상기 절연지를 감는 도중, 즉, 절연지 사이에 절연유를 도포하면서 상기 절연지를 지권하고, 이어서 외부반도전층, 금속시스 및/또는 방식층을 복원하게 된다.

상기와 같이 절연유 함침 케이블을 접속함에 의해 연결하는 경우에는 계절변화 등 외부 환경 변화에 따른 상기 케이블 및 접속함 내부의 압력을 일정하게 유지하며, 상기 접속함의 절연성능의 저하를 방지하고, 나아가 절연성능의 향상을 위하여 상기 접속함 내부로 절연유를 주유하게 된다. 예를 들어, OF 케이블의 경우에 저점도 절연유에 의해 함침된 케이블을 사용하게 되므로 상기 OF 케이블을 서로 접속시키는 경우에는 상기 OF 케이블의 절연유와 동일한 저점도 절연유를 사용하여 상기 접속함을 주유하게 된다.

그런데, MI 케이블의 경우에는 전술한 바와 같이 상대적으로 높은 점도를 가지는 고점도 절연유를 사용하여 함침하게 된다. 상기 고점도 절연유는 점도가 상대적으로 높아 유동성이 매우 떨어지므로, 상기 접속함에 절연유를 주유하는 경우에 상기 고점도 절연유를 사용하여 주유하기 곤란하다. 따라서, 상기 MI 케이블용 접속함은 상기 케이블에 사용된 고점도 절연유가 아니가 저점도 절연유를 사용하여 주유하였다. 결국, 상기 MI 케이블용 접속함은 상기 MI 케이블에 사용된 절연유와 상이한 저점도 절연유를 사용하여 주유하게 되므로 상기 케이블에 사용된 절연유와 호환이 가능한 저점도 절연유를 주유해야 하므로, 절연유의 종류 및 성질에 제한이 있게 되어 상기 접속함의 조립 시에 불편함을 초래하였다.

본 발명은 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 접속함을 절연유로 주유하는 경우에 상기 케이블과 동일한 저점도 절연유 또는 고점도 절연유를 주유할 수 있는 접속함 주유 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유시스템에 있어서, 상기 접속함을 형성하는 금속시스에 연결되어 절연유가 이동하는 통로를 제공하는 유입관, 상기 유입관과 연결되어 상기 유입관으로 공급되는 상기 절연유가 수용된 절연유공급부 및 상기 유입관을 통해 상기 접속함 내부에 소정의 압력을 가하는 가압부를 구비하고, 상기 유입관은 상기 절연유의 동점도에 따라 그 내경이 달라지는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 유입관의 내경은 상기 절연유의 동점도가 40에서 4 내지 5 cSt이고, 100에서 1 내지 2 cSt의 값을 나타내는 경우에 제1 내경으로 결정되고, 상기 절연유의 동점도가 40에서 4000 내지 6000 cSt이고, 100에서 180 내지 220 cSt의 값을 나타내는 경우의 제2 내경으로 결정되며, 상기 제2 내경은 상기 제1 내경에 비해 4배 이상일 수 있다. 또한, 상기 유입관은 상기 절연유의 동점도가 40에서 4 내지 5 cSt이고, 100에서 1 내지 2 cSt의 값을 나타내는 경우에 10mm의 내경을 가지며, 상기 절연유의 동점도가 40에서 4000 내지 6000 cSt이고, 100에서 180 내지 220 cSt의 값을 나타내는 경우에 40mm의 내경을 가질 수 있다.

나아가, 상기 주유시스템은 상기 금속시스를 따라 상기 유입관의 반대방향에 구비되어 상기 절연유가 배출되는 배출관, 상기 배출관과 연결되어 상기 접속함의 내부를 진공상태로 유지하도록 하는 진공펌프 및 상기 배출관에 연결되어 상기 접속함의 진공도를 감지하는 진공측정부를 더 구비할 수 있다.

전술한 본 발명에 따르면 절연유 함침 케이블을 서로 연결시키거나, 또는 가공선과 연결시키는 접속함에 있어서, 상기 접속함의 절연성능의 향상을 위하여 상기 접속함을 상기 케이블과 동일한 고점도 절연유 또는 저점도 절연유를 사용하여 주유할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 상기 접속함을 설치하는 경우에 상대적으로 용이하고 빠른 시간 내에 설치가 가능하며, 나아가 상기 절연유 함침 케이블과 동일한 종류의 절연유를 사용하게 되므로 케이블 및 접속함의 전체적인 절연성능의 향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 OF 케이블을 연결시키는 접속함에 사용되는 주유시스템을 MI 케이블용 접속함의 주유시스템으로 활용할 수 있게 되어, 추가적인 설비투자 없이 빠르고 용이하게 MI 케이블용 접속함을 고점도 절연유에 의해 주유할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블의 구성을 도시한 일부 절개사시도,
도 2는 다른 실시예에 따른 절연유 함침 케이블의 구성을 도시한 일부 절개사시도,
도 3은 절연유 함침 케이블을 서로 연결하는 경우에 접속함을 주유하는 주유 시스템의 구성을 도시한 개략도,
도 4는 유입관의 내경의 변화에 따라 상기 유입관을 통해 상기 접속함으로 주유되는 절연유의 이동량을 도시한 그래프,
도 5는 서로 상이한 내부압력을 가지는 압력탱크를 상기 유입관으로 연결한 경우에 시간 경과에 따른 상기 압력탱크의 내부압력을 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.

일반적으로 절연유 함침 케이블은 수백m 내지는 수km 간격으로 중간접속함에 의해 접속이 이루어지며, 절연유 함침 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 가공선과 접속이 이루어지게 된다. 이하에서는 먼저 절연유 함침 전력케이블의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 접속함의 연결과정을 살펴보기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 절연유 함침 케이블(100)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.

도 1을 참조하면, 절연유 함침 케이블(100)은 중심부를 따라 도체(10)를 구비한다. 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 된다. 상기 도체(10)는 도면에 도시된 바와 같이 원형의 중심소선(10A)과 상기 중심소선(10A)을 감싸도록 연선된 평각소선(10B)으로 이루어진 평각소선층(10C)을 구비할 수 있다. 상기 평각소선층(10C)은 연속압출공정을 통하여 다수의 평각소선(10B)의 단면을 사각형 형상으로 형성하고 상기 다수의 평각소선(10B)을 중심소선(10A) 상에 연선하여 이루어진다. 상기 도체(10)는 전체적으로 원형의 형상을 가지도록 제작된다. 비록 도면에 도시되지 않았지만, 상기 도체(10)는 다수의 원형 소선이 연선되어 구비될 수도 있다. 그런데, 상기 평각소선으로 이루어진 도체는 원형소선으로 이루어진 도체에 비해 점적율이 상대적으로 높아져서 고전압용 전력케이블에 적합할 수 있다.

그런데, 도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일하거나, 전계집중이 발생할 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.

결국, 내부반도전층(12)은 도체(10) 표면의 전계완화와 도체(10)와 절연층(14) 사이의 보이드(void)에 의해 발생하는 부분방전을 방지하게 된다. 또한, 내부반도전층(12)은 케이블에 있어서 이상적인 동심 원통형 전극형태를 유지하게 하여 도체(10) 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시키며, 도체(10)와 절연층(14)을 서로 밀착시켜 도체(10) 표면에서 발생할 수 있는 코로나 방전을 방지할 수 있다. 나아가, 도체(10)와 내부반도전층(12) 사이 및 내부반도전층(12)과 절연층(14) 사이의 전자주입과 전자흐름을 방지하여 불순물을 흡착할 수 있다.

한편, 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. 본 실시예에서 상기 절연층(14)은 절연지를 내부반도전층(12) 표면에 감는 지절연 공정을 통해 형성된다. 또한, 절연특성을 향상시키기 위하여 도체(10) 표면에 절연지가 감긴 상태에서 절연유에 함침시키게 된다. 상기 함침공정을 통해 절연유가 절연지에 흡수되며, 본 실시예와 같이 고점도의 절연유를 사용하게 되면 'MI(mass impregnated) 케이블'로 정의되며, 상대적으로 저점도의 절연유를 사용하게 되면 'OF(oil filled) 케이블'로 정의할 수 있다.

본 실시예에서 상기 절연층(14)은 복수의 절연지를 감싸서 형성되며, 예를 들어 크래프트지(Kraft paper)와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지를 반복적으로 감싸서 형성될 수 있다.

구체적으로, 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(14)은 상기 복합 절연지를 권취하여 형성하되 내부반도전층(12)과 접하는 면과 외부반도전층(16)과 접하는 면 중 어느 한 면 또는 양면 모두를 크래프트지로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 내부반도전층(12)과 접하는 면과 외부반도전층(16)과 접하는 면 모두를 크래프트지로 권취하여 형성할 수 있다.

이 경우, 복합 절연지보다 저항률이 낮은 크래프트지가 절연층의 내부반도전층(12)과 접하는 면 또는 외부반도전층(16)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.

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. 외부반도전층(16)은 절연두께 편차에 따른 전계 불평등을 억제하여 절연층(14)을 보호하는 역할과 함께, 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.

한편, 상기 외부반도전층(16)의 외부에는 동선직입 테이프(18)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'(20)를 상기 동선직입 테이프(18)의 외부에 구비한다.

나아가, 상기 금속시스(20)의 외부에 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(22)을 구비한다. 상기 베딩층(22)의 위에는 부직포 테이프(24)와 보강 테이프(26)를 감싸주며, 케이블(100)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(32)을 구비하게 된다. 쟈켓(32)은 케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 상기 쟈켓(32)은 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖도록, 예를 들어 폴리에틸렌(PE : PolyEthylene) 등으로 구성될 수 있다.

도 2는 다른 실시예에 따른 절연유 함침 케이블(100)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 도 2에 따른 케이블은 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, 해저케이블로 사용되는 절연유 함침 케이블(100)은 상기 케이블(100)의 외곽에 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보고하도록 기계적 강도를 높이기 위한 철선을 감싸주는 철선외장(30)을 구비하게 된다. 구체적으로 상기 철선외장(30)은 전술한 도 1의 실시예에서 보강 테이프(26)의 외곽에 구비되거나, 또는 상기 보강 테이프(26)의 외곽에 부직포 테이프(미도시)를 다시 권취하고 상기 철선외장(30)을 구비할 수 있다.

상기 철선외장(30)의 외곽, 즉 케이블(100)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(32)을 구비하게 된다. 쟈켓(32)은 절연유 함침 케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(32)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(32)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.

도 3은 상기와 같은 구성을 가지는 절연유 함침 케이블(100A, 100B)을 서로 연결시키기 위한 접속함(200) 및 상기 접속함(200)을 절연유로 주유하기 위한 접속함 주유시스템(300)을 도시한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 한 쌍의 절연유 함침 케이블(100A, 100B)에서 절연층(14A, 14B) 및 도체(10A, 10B)가 노출된 상태에서 절연유 함침 케이블(100A, 100B)의 도체(10A, 10B)의 각 단부를 서로 전기적으로 접속(11)시킨다. 상기 절연유 함침 케이블(100A, 100B)의 각 도체를 접속한 다음, 상기 도체(10)의 접속부위를 비롯한 절연층(14A, 14B)의 적어도 일부를 감싸는 보강절연층(240)을 형성하게 된다.

본 실시예에서 상기 보강절연층(240)은 절연유에 함침된 절연지를 상기 도체(10)의 접속부위를 비롯한 절연층(14) 상에 지권하여 형성된다. 이 경우, 상기 절연지는 절연유에 이미 함침된 상태로 지권되거나, 또는 상기 절연유에 함침된 절연지를 드레인한 후 지권할 수 있다.

이어서, 상기 보강절연층(240) 상에 외부반도전층(16) 및 금속시스(20)를 복원하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 접속함의 구조에서, 상기 보강절연층(240)은 절연유에 함침된 상태이지만, 상기 절연유 사이에 기포 등이 생기거나 불순물이 침입하는 경우에 상기 접속함의 전체적인 절연성능의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 이하에서는 상기와 같은 절연성능의 저하를 방지하고, 나아가 전체적인 절연성능의 향상을 위한 접속함 주유시스템에 대해서 살펴보도록 한다.

상기 접속함 주유시스템(300)은 상기 접속함(200)을 형성하는 금속시스(20)에 구비되어 절연유가 이동하는 통로를 제공하는 유입관(310), 상기 유입관(310)과 연결되어 상기 유입관(310)으로 공급되는 절연유가 수용된 절연유공급부(340), 상기 유입관(310)을 통해 상기 접속함(200) 내부에 소정의 압력을 가하는 가압부(350), 상기 금속시스(20)를 따라 상기 유입관(310)의 반대방향에 구비되어 상기 절연유가 배출되는 배출관(330), 상기 배출관(330)과 연결되어 상기 접속함(200)의 내부를 진공상태로 유지하도록 하는 진공펌프(360) 및 상기 배출관(330)에 연결되어 상기 접속함(200)의 진공도를 감지하는 진공측정부(370)를 구비할 수 있다.

상기 금속시스(20)에는 유입관(310)과 배출관(330)이 구비될 수 있다. 상기 유입관(310) 및 배출관(330)은 후술하는 절연유가 이동하는 통로를 제공하게 된다. 상기 유입관(310)과 상기 배출관(330)은 상기 금속시스(20)의 외주를 따라 서로 반대방향으로 형성된다. 즉, 상기 금속시스(20)의 외주를 따라 서로 반대방향으로 한 쌍의 관을 형성한 다음, 상기 금속시스(20)에서 지면을 향하는 관(또는 중력방향을 향하는 관)을 유입관(310)으로 정의하고, 상기 금속시스(20)에서 상기 유입관(310)의 반대방향에 위치한 관(중력방향의 반대방향을 향하는 관)을 배출관(330)으로 정의할 수 있다.

상기 유입관(310)과 배출관(330)은 상기 금속시스(20)를 관통하여 외부반도전층(16) 및 보강절연층(240)과 연통되도록 구성될 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 상기 유입관(310)을 통해 절연유를 주입하는 경우, 상기 주입된 절연유가 외부반도전층(16)을 통해 보강절연층(240)을 함침시키면서 상부의 배출관(330)을 통해 외부로 배출된다. 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.

상기 유입관(310)은 상기 보강절연층(240)을 재함침시키기 위한 절연유 또는 절연컴파운드가 수용된 절연유공급부(340)와 연결될 수 있다. 상기 절연유공급부(340)는 예를 들어 절연유를 수용하는 압력탱크 등으로 이루어질 수 있다. 상기 유입관(310)에는 상기 절연유공급부(340)에서 공급되는 절연유를 공급을 선택적으로 차단하는 제1 밸브(312)가 구비될 수 있다. 상기 제1 밸브(312)의 조작에 의해 상기 금속시스(20) 내부로 공급되는 절연유를 선택적으로 차단할 수 있다.

한편, 상기 유입관(310)에는 상기 유입관(310)을 통해 상기 금속시스(20)의 내부를 향해 소정의 압력을 가하는 가압부(350)를 더 구비할 수 있다. 상기 가압부(350)는 예를 들어 펌프 등으로 구성될 수 있다. 상기 가압부(350)는 제2 밸브(314)를 통해 가압여부가 결정된다. 즉, 상기 제2 밸브(314)의 개폐에 따라 상기 가압부(350)에서 가하는 압력 조절이 가능하게 된다.

그런데, 전술한 바와 같이 저점도 절연유를 사용하는 접속함 주유시스템에서는 상기 유입관의 내경이 상대적으로 작게 구비되었으며, 예를 들어 내경은 대략 10mm로 결정된다. 하지만, 상기와 같은 내경을 가지는 유입관은 저점도 절연유의 유동에는 충분히 사용 가능하지만, 고점도 절연유의 유동에는 적합하지 않게 된다. 특히, MI 케이블을 서로 연결하고 접속함에 저점도 절연유가 아니라 고점도 절연유를 사용하고자 하는 경우, 상기 고점도 절연유는 점도가 상대적으로 높아 유동성이 매우 떨어지므로 종래의 내경이 상대적으로 작은 유입관을 통해서는 상기 접속함에 고점도 절연유를 주유하기 곤란하다.

예를 들어, OF 케이블용 저점도 절연유의 동점도(kinematic viscosity)는 40에서 대략 4 내지 5 cSt이고, 100에서 대략 1 내지 2 cSt의 값을 나타낸다. 이에 반해서 MI 케이블 용 고점도 절연유의 동점도는 40에서 대략 4000 내지 6000 cSt이고, 100에서 대략 180 내지 220 cSt의 값을 나타낸다. 결국, 저점도 절연유에 비해 고점도 절연유의 동점도가 동일온도에서 상대적으로 현격히 높음을 알 수 있으며, 이는 고점도 절연유의 유동저항이 훨씬 크다는 것을 의미한다. 따라서, 본 실시에에 따른 접속함 주유시스템(300)에서는 절연유의 동점도에 따라 상기 유입관(310)의 내경을 달리 설정할 수 있다.

즉, OF 케이블과 같이 저점도 절연유에 함침된 케이블의 경우에는 상기 유입관(310)의 크기를 상대적으로 작게 하고, 반대로 MI 케이블과 같이 고점도 절연유에 함침된 케이블의 경우에는 상기 유입관(310)의 크기를 상대적으로 크게 할 수 있다.

도 4는 유입관(310)의 내경의 크기를 변화시키는 경우에 상기 유입관(310)을 통해 상기 접속함으로 주유되는 고점도 절연유의 이동량을 도시한 그래프이다. 도 4에서 가로축은 유입관(310)의 저점도 절연유를 사용하는 유입관의 내경에 대한 내경변화율을 도시한다. 가로축의 숫자는 저점도 절연유를 사용하는 유입관의 내경(예를 들어, 제1 내경 또는 10mm)에 대한 배수를 의미하며, 예를 들어 3은 저점도 절연유를 사용하는 유입관의 제1 내경의 3배의 내경을 가지는 경우를 의미한다. 한편, 세로축은 절연유공급부(340)에서 상기 접속함으로 이동되는 절연유의 이동량을 도시한다. 예를 들어, 40%라 함은 상기 절연유공급부의 절연유 중에 40%만이 상기 접속함으로 공급된 것을 의미한다.

도 4를 참조하면, 상기 유입관(310)의 내경이 저점도 절연유를 사용하는 경우와 동일한 1에 해당하는 제1 내경과 동일한 경우에 상기 절연유공급부(340)의 대략 20% 미만의 고점도 절연유만이 상기 접속함으로 이동된다. 이 경우, 상기 접속함(200) 내부의 보강절연층(240)을 고점도 절연유로 함침하는 것이 곤란하며, 이는 절연성능의 저하로 이어진다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유입관(310)의 내경이 커짐에 따라 상기 절연유공급부(340)에서 상기 접속함(200)으로 이동되는 고점도 절연유의 양이 점차 증가하게 되며, 예를 들어, 상기 유입관(310)의 내경이 대략 제1 내경에 비해 4배의 크기를 가지는 경우(예를 들어, 10mm 내경에 대해 40mm의 내경을 가지는 경우)에 상기 절연유공급부(340)의 대부분의 고점도 절연유, 즉 대략 100%의 고점도 절연유가 상기 접속함으로 이동되는 것을 알 수 있다. 결국, 상기 유입관(310)의 제2 내경을 제1 내경에 비해 4배 이상, 예를 들어 40mm 이상으로 키우는 경우에 저점도 절연유를 주유하기 위한 주유시스템을 MI 케이블의 접속함에도 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 유입관(310)을 통한 고점도 절연유의 이동을 확인하기 위한 다른 실험 결과를 도시한다. 도 5의 그래프는 고점도 절연유가 충진된 절연유공급부(340)의 압력탱크를 2개 설치하고, 상기 압력탱크의 내부압력을 각각 1bar 및 2bar로 설정하여, 본 실시예에 따른 유입관(310), 즉 저점도 절연유를 사용하는 경우에 비해 4배 이상, 예를 들어 40mm 이상으로 키운 유입관으로 서로 연결하고 시간 경과에 따른 각 압력탱크 내부의 압력변화를 도시한다.

도 5를 참조하면, 상기 유입관(310)에 의해 2개의 압력탱크를 서로 연결하고 대략 3600초, 즉 60분이 경과하면 양 압력탱크 내부의 압력이 서로 유사하게 변화하는 것을 알 수 있다. 이는 상대적으로 고압인 2bar의 내부압력을 가지는 압력탱크에서 상대적으로 저압인 1bar의 내부압력을 가지는 압력탱크로 고점도 절연유가 상기 유입관(310)을 통해 유동이 이루어졌음을 의미한다. 특히, 상기 고점도 절연유가 상기 유입관(310)을 통해 충분히 유동이 이루어져서 상기 양 압력탱크의 내부 압력이 서로 유사한 수준에 도달하는 것을 알 수 있다.

한편, 도 3을 다시 참조하면, 상기 유입관(310)의 반대방향에 구비된 배출관(330)은 상기 금속시스(20)의 내부를 소정의 진공도를 가지는 진공상태로 유지할 수 있는 진공펌프(360)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 배출관(330)에는 상기 배출관(330)을 선택적으로 차단하는 제3 밸브(332)를 구비할 수 있고, 나아가 상기 배출관(330)은 진공펌프(360)와 진공도를 감지할 수 있는 진공측정부(370)와 연결된다. 상기 진공펌프(360)는 상기 배출관(330)을 통해 상기 금속시스(20) 내부의 공기를 배출시켜, 상기 금속시스(20)의 내부를 소정의 진공도를 가지는 진공상태로 형성하여, 상기 금속시스(20) 내의 보강절연층(240)에 잔존하는 기포 등을 제거하게 된다.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 경우에 보강절연층(240)을 절연유에 의해 함침하여 절연성능 저하를 방지하는 공정에 대해서 살펴본다.

상기 함침공정은 상기 금속시스(20) 내의 보강절연층(240)에서 기포를 제거하는 탈포 단계와, 상기 금속시스(20) 내로 절연유를 주입하는 주유 단계와, 상기 금속시스(20) 내부로 소정의 압력을 가하는 가압단계를 포함할 수 있다.

상기 탈포단계는 상기 금속시스(20) 내의 보강절연층(240)에 남아 있는 기포를 금속시스(20)의 외부로 배출하여 제거하는 단계이다.

구체적으로, 상기 유입관(310)의 상기 제1 밸브(312) 및 제2 밸브(314)를 차단하여 상기 유입관(310)을 통해 절연유의 유입이 없는 상태에서 제3 밸브(332)를 개방한다. 상기 제3 밸브(332)가 개방된 상태에서 상기 진공펌프(360)를 구동시켜 상기 금속시스(20) 내부의 공기를 외부로 배출하여 상기 금속시스(20) 내부를 소정의 진공상태로 유지한다. 이 경우, 상기 금속시스(20) 내부의 공기를 배출하는 경우에 상기 보강절연층(240)에 잔존하는 기포가 배출될 수 있도록 상기 진공도를 적절히 유지하는 것이 바람직하다. 상기 진공도 유지는 상기 진공측정부(370)를 통해 미리 결정된 진공도를 유지하도록 상기 진공펌프(360)의 구동을 제어하여 이루어진다.

상기 진공펌프(360)의 구동에 의해 상기 금속시스(20) 내부의 공기가 배출되며, 이에 의해 상기 보강절연층(240)에 잔존하는 기포도 상기 배출관(330)을 통해 외부로 배출된다. 이어서, 상기 금속시스(20) 내로 절연유를 주입하는 주유 단계가 시작된다.

상기 주유단계는 상기 제3 밸브(332)가 개방된 상태에서 상기 제1 밸브(312)를 개방하여 수행된다. 상기 제1 밸브(312)를 개방하고 상기 절연유공급부(340)를 통해 상기 금속시스(20)의 내부로 절연유를 공급한다. 이때, 상기 유입관(310)은 전술한 바와 같이 지면을 향해 구비되므로 중력에 의해 상기 절연유의 유입이 곤란할 수 있다. 따라서, 상기 절연유공급부(340)를 형성하는 압력탱크 등은 그 내부 압력이 상기 접속함(200)의 내부압력보다 더 크게 미리 설정될 수 있다. 이러한 압력차이로 인해 상기 절연유공급부(340)에서 상기 접속함(200)으로 절연유가 용이하게 이동할 수 있다.

나아가, 본 실시예의 경우에 상기 유입관(310)은 절연유의 동점도에 따라 그 내경이 달라지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 저점도 절연유의 경우에는 대략 10mm 정도의 제1 내경을 가지는 유입관을 사용하며, 반대로 고점도 절연유의 경우에는 상기 저점도 절연유를 사용하는 경우에 비해 대략 4배, 즉 40mm 정도의 제2 내경을 가지는 유입관을 사용할 수 있다. 따라서, 고점도 절연유를 사용하는 경우에 전술한 도 5의 실험과 같이 상대적으로 고압인 절연유공급부(340)에서 저압인 접속함(200)으로 상기 절연유가 보다 원활하게 이동할 수 있다. 또한, 절연유의 유입을 보다 원활히 하기 위하여 소정의 온도를 가할 수 있다. 이와 같이 소정의 압력, 온도 및 상대적으로 큰 내경을 가지는 유입관에 의해 고점도 절연유의 유동을 촉진시켜 고점도 절연유의 유입을 보다 용이하게 수행할 수 있다.

상기 유입관(310)을 통해 상기 금속시스(20)의 내부로 유입된 상기 절연유는 상기 금속시스(20)의 하부에서 차오르면서 상기 보강절연층(240)을 이루는 절연지를 다시 함침하게 된다. 이 경우, 보강절연층(240)의 외부에 구비된 외부반도전층(16)은 카본지 등을 감아서 형성되므로, 절연유는 상기 외부반도전층(16)을 통해 상기 보강절연층(240)을 함침시키게 된다.

한편, 상기 절연유를 상기 금속시스(20)의 내부로 주입하는 중에도 상기 유입관(310)과 연결되는 진공펌프(360)는 계속 구동 중이므로, 상기 금속시스(20)의 내부로 유입된 절연유가 기포를 포함한 경우라 하여도 상기 기포는 상기 배출관(330)을 통하여 외부로 배출된다. 상기 금속시스(20)의 내부를 절연유로 채우고 나서 상기 제1 밸브(312) 및 제3 밸브(332)를 차단한다. 여기서, 상기 절연유가 상기 배출관(330)을 통해 외부로 배출되는 경우에 상기 금속시스(20)의 내부가 상기 절연유로 충진된 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 상기 배출관(330)의 내경은 상기 유입관(310)의 내경과 동일하게 절연유의 동점도에 따라 변화도록 결정할 수 있다.

이어서, 상기 금속시스(20) 내부로 소정의 압력을 가하는 가압단계를 수행한다. 상기 가압단계(500C)는 상기 제1 밸브(312)와 제3 밸브(332)가 닫히고, 제2 밸브(314)가 개방된 상태에서 수행된다. 즉, 상기 금속시스(20)의 내부가 상기 가압부(350)와 연통된 상태에서 수행된다. 상기 가압부(350)는 소정의 압력을 상기 유입관(310)을 통해 상기 금속시스(20)의 내부로 가하게 된다. 이와 같이, 상기 가압부(350)를 통해 상기 금속시스(20) 내부를 가압하게 되면, 상기 금속시스(20) 내에 충진된 절연유가 상기 보강절연층(240)을 균일하게 함침할 수 있으며, 나아가 기포가 제거되고 남은 공극을 절연유로 메꾸어 절연성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 절연유에 의한 재함침을 보다 원활히 하기 위하여 소정의 온도를 가할 수 있다. 이와 같이 온도를 가하게 되면 절연유의 유동을 촉진시켜 절연유에 의한 보강절연층의 재함침을 보다 용이하게 수행할 수 있다.

한편, 전술한 중간접속방법은 케이블 사이의 접속뿐만 아니라, 케이블과 가공선을 연결하는 종단접속함에도 물론 적용이 가능하다.

10..도체
12..내부반도전층
14..절연층
16..외부반도전층
20..금속시스
100... 케이블
200...접속함
300...주유시스템
310..유입관
312..제1 밸브
314..제2 밸브
330..배출관
332..제3 밸브
340..절연유공급부
350..가압부
360..진공펌프
370..진공측정부

Claims (4)

1. 절연유 함침 케이블이 연결되는 접속함을 상기 절연유로 주유시키는 주유시스템에 있어서,
   상기 접속함을 형성하는 금속시스에 연결되어 절연유가 이동하는 통로를 제공하는 유입관;
   상기 유입관과 연결되어 상기 유입관으로 공급되는 상기 절연유가 수용된 절연유공급부; 및
   상기 유입관을 통해 상기 접속함 내부에 소정의 압력을 가하는 가압부;를 구비하고,
   상기 유입관은 상기 절연유의 동점도에 따라 그 내경이 달라지는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유입관의 내경은 상기 절연유의 동점도가 40에서 4 내지 5 cSt이고, 100에서 1 내지 2 cSt의 값을 나타내는 경우에 제1 내경으로 결정되고, 상기 절연유의 동점도가 40에서 4000 내지 6000 cSt이고, 100에서 180 내지 220 cSt의 값을 나타내는 경우의 제2 내경으로 결정되며, 상기 제2 내경은 상기 제1 내경에 비해 4배 이상인 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유입관은 상기 절연유의 동점도가 40에서 4 내지 5 cSt이고, 100에서 1 내지 2 cSt의 값을 나타내는 경우에 10mm의 내경을 가지며, 상기 절연유의 동점도가 40에서 4000 내지 6000 cSt이고, 100에서 180 내지 220 cSt의 값을 나타내는 경우에 40mm의 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 금속시스를 따라 상기 유입관의 반대방향에 구비되어 상기 절연유가 배출되는 배출관;
   상기 배출관과 연결되어 상기 접속함의 내부를 진공상태로 유지하도록 하는 진공펌프; 및
   상기 배출관에 연결되어 상기 접속함의 진공도를 감지하는 진공측정부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고점도 절연유 함침 케이블용 접속함 주유시스템.

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