KR20150125981A - 코팅된 가공 전선 및 방법 - Google Patents

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사티쉬 쿠마 랑가나단
비제이 메타
코디 알. 데이비스
스리니바스 시리푸라푸
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제너럴 케이블 테크놀로지즈 코오포레이션
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Abstract

코팅된 가공 전선은 하나 이상의 도전성 와이어들을 구비하는 조립체를 가지며, 그 결과 조립체는 외층을 형성하는 전기화학적 증착 코팅으로 코팅된 외측 표면을 포함하고, 전기화학적 증착 코팅은 제 1 금속 산화물을 포함하고, 그 결과 제 1 금속 산화물은 산화 알루미늄이 아니다. 가공 전선을 제조하기 위한 방법들이 또한 제공된다.

Description

코팅된 가공 전선 및 방법 { COATED OVERHEAD CONDUCTORS AND METHODS }
본 개시 내용은 일반적으로 더 양호하게 열을 멀리 방사하여 작동 온도를 감소시키는 코팅된 가공 전선에 관한 것이다.
전기에 대한 수요가 계속 증가하고 있기 때문에, 더 높은 용량 전송 및 분배 라인들에 대한 요구가 또한 증가한다. 전송 선로가 운반할 수 있는 전력의 양은 선로의 전류-운반 능력(허용 전류)에 의존한다. 전선의 주어진 크기에 대해, 선로의 허용 전류는 전류를 운반하는 나도체(Bare conductor)의 최대 안전 작동 온도에 의해 제한된다. 이러한 온도를 초과하면 전선 또는 전선의 액세서리에 손상을 줄 수 있다. 더욱이, 선로는 옴 손실들 및 태양 열에 의해 가열되고 전도, 대류 및 복사에 의해 냉각된다. 옴 손실들(Ohmic losses)로 인해 발생된 열의 양은 관계식-옴 손실들=l2R에 의해 전선을 통과하는 전류(I) 및 그것의 전기 저항(R)에 의존한다. 전기 저항(R) 자체는 온도에 의존한다. 더 높은 전류 및 온도는 더 높은 전기 저항으로 이어지고, 이것은 또한 전선에서 더 많은 전기 손실들로 이어진다.
일 실시 예에 따르면, 코팅된 가공 전선은 하나 이상의 도전성 와이어들을 구비하는 조립체(assembly)를 포함한다. 조립체는 또한 외층을 형성하는 전기화학적 증착 코팅(electrochemical deposition coating)으로 코팅된 외측 표면을 구비한다. 전기화학적 증착 코팅은 제 1 금속 산화물을 포함한다. 제 1 금속 산화물은 산화 알루미늄이 아니다.
다른 실시 예에 따르면, 코팅된 가공 전선을 제작하는 방법은 나도체를 제공하는 것 및 나도체 상에 외층을 형성하기 위해 나도체의 외측 표면 상에 제 1 금속 산화물의 전기화학적 증착을 수행하는 것을 포함한다. 외층은 전기화학적 증착 코팅을 포함한다. 제 1 금속 산화물은 산화 알루미늄이 아니다.
또 다른 실시 예에 따르면, 코팅된 가공 전선은 하나 이상의 도전성 와이어들을 구비하는 조립체를 구비한다. 하나 이상의 도전성 와이어들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 조립체는 외층을 형성하는 전기화학적 증착 코팅으로 코팅되는 외측 표면을 구비한다. 전기화학적 증착 코팅은 산화 티탄, 산화 지르코늄 또는 그것의 조합들을 포함한다. 외층은 약 5 미크론(microns) 내지 약 25 미크론의 두께를 가진다.
여러 실시 예들은 다음의 설명, 첨부 청구항들 및 첨부 도면에 관해 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 가공 전선의 단면도이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 가공 전선의 단면도이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 가공 전선의 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 가공 전선의 단면도이다.
도 5는 실시 예에 따라, 코팅 및 미코팅된 여자된(energized) 알루미늄 기판들의 온도를 측정하기 위한 테스트 셋업이다.
본 출원은 2013년 2월 26일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/769,492의 우선권을 주장하고, 동일한 출원을 전체적으로 참조로 포함한다.
이하, 선택된 실시 예들이 도 1 내지 5의 관점 및 예들과 관련하여 상세히 기재된다.
금속 산화물 코팅된 가공 전선들은, 유사한 전류 및 환경 조건들 하에서 시험될 때, 표면 개질 없이 동일한 도전체의 온도에 비해 적어도 5℃만큼 감소된 작동 온도를 가질 수 있다.
따라서, 그것은 동일한 작동 조건들, 예컨대 전류 및 환경 조건들 하에서 작동하는 비수정된 가공 전선에 비해 상당히 낮은 온도들에서 작동하는 수정된 가공 전선을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그와 같은 수정된 가공 전선은 산화 알루미늄 외에 금속 산화물의 코팅을 가질 수 있고, 그 결과 유사한 전류 및 환경 조건들 하에서 시험될 때, 코팅 없는 동일한 도전체의 작동 온도에 비해 적어도 5℃만큼 감소된 작동 온도를 가진다. 더 높은 작동 온도들에서, 예컨대 100℃ 보다 큰 온도에서, 코팅된 도전체는 유사한 전류 및 환경 조건들(예컨대, 작동 조건들) 하에서 시험될 때, 비코팅된 도전체와 비교할 때 적어도 10℃의 감소를 가질 수 있다.
가공 전선들은 다양한 기술들을 이용하여 코팅될 수 있지만, 하나의 유리한 방법은 가공 전선의 표면 상에 금속 산화물로 전기화학적 증착을 통해 가공 전선을 코팅하는 것을 포함한다. 이 방법은:
a) 전처리: 가공 전선의 표면을 세정 및 준비;
b) 코팅: 전기화학적 증착을 이용하여 금속 산화물 코팅에 의해 가공 전선 표면을 코팅;
c) 린싱(rinsing)(선택적); 및
d) 건조: 공기 또는 오븐에서 코팅된 가공 전선을 건조
하는 단계들을 포함할 수 있다.
가공 전선 표면의 적절한 전처리는 고온수 세정(hot water cleaning), 초음파(ultrasonic), 디글레어링(de-glaring), 샌드블라스팅(sandblasting), 화학 약품(알칼리성 또는 산성과 같은) 등 또는 상기 방법들의 조합을 포함할 수 있다. 전처리 프로세스는 전기화학적 증착을 위한 가공 전선의 표면을 준비하기 위해 흙, 먼지, 및 오일을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
가공 전선은 금속 또는 금속 합금의 도전성 와이어들로 만들어질 수 있다. 예들은 구리 및 알루미늄 및 각각의 합금들을 포함한다. 알루미늄 및 그것의 합금들은 이들의 가벼운 중량 때문에 가공 전선에 유리하다.
금속 산화물의 전기화학적 증착은 가공 전선의 표면을 코팅하기 위한 하나의 방법이다. 전기화학적 증착 프로세스를 이용한 전기화학적 코팅 조성물들은 예를 들어 미국 특허 제 8,361,630 호, 제 7,820,300 호, 제 6,797,147 호 및 제 6,916,414 호; 미국 특허 출원 공개 번호 제 2010/0252241 호, 제 2008/0210567 호, 제 2007/0148479 호; 및 WO 2006/136335A1에서 발견되는 것들을 포함할 수 있고, 이들은 이들 전체가 참조로 본원에 각각 통합된다.
금속 산화물 코팅 알루미늄 가공 전선을 형성하기 위한 하나의 방법은, 불소 및/또는 "'티탄, 지르코늄, 아연, 바나듐, 하프늄, 주석, 게르마늄, 니오븀, 니켈, 마그네슘, 베릴늄, 세륨, 갈륨, 철, 이트륨 및 붕소 중 하나 이상으로부터 선택되는 금속 이온'의 옥시플로라이드"로 이루어지는 수성의 수용성 착물(aqueous water soluble complex)를 포함하는 양극 산화 용액을 제공하는 단계, 양극 산화 용액에 음극을 배치하는 단계, 양극 산화 용액에 양극으로서 가공 전선의 표면을 배치하는 단계, 코팅을 형성하기 위해 도전체의 표면의 표면 상에 적어도 부분적으로 금속 산화물로 알루미늄 표면을 코팅하는 데 효과적인 시간 기간 동안 양극 산화 용액을 통해 음극 및 양극을 가로질러 전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 산화물을 가지는 이와 같은 코팅들은 세라믹 코팅을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 코팅의 전기화학적 증착은 0℃와 90℃ 사이의 온도에서 양극 산화 용액을 유지하는 것; 양극 산화 용액에서 가공 전선의 표면의 적어도 일부를 침지하는 것; 및 가공 전선에 전압을 인가하는 것을 포함한다. 양극 산화 용액은 배스(bath) 또는 탱크 내에 포함될 수 있다.
음극, 양극 및 양극 산화 용액을 통과한 전류는 펄스 직류(pulsed direct current), 펄스되지 않은 직류(non-pulsed direct current) 및/또는 교류를 포함할 수 있다. 펄스 전류를 사용할 때, 평균 전압 전위는 일반적으로 600 볼트를 초과하지 않을 수 있다. 직류(DC)를 사용할 때, 적절한 범위는 10 내지 400 암페어/제곱 피트 및 150 내지 600 볼트이다. 특정 실시 예에서, 전류는 150 내지 600 볼트의 범위에, 특정 실시 예에서는 250 내지 500 볼트의 범위에, 특정 실시 예에서 450 볼트의 범위에 있는 펄스 직류의 평균 전압으로 펄싱된다. 펄스되지 않은 직류는 바람직하게는 200-600 볼트의 범위에서 사용된다.
양극 산화 용액들의 다수의 상이한 유형들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속, 메탈로이드, 및/또는 비금속 원소들을 포함하는 매우 다양한 수용성 음이온 종들(water-soluble anionic species) 또는 수화 음이온 종들(water-dispersible anionic species)이 양극 산화 용액의 구성요소들로서 사용하기 적합하다. 대표 원소들은 예를 들어, 티탄, 지르코늄, 아연, 바나듐, 하프늄, 주석, 게르마늄, 니오븀, 니켈, 마그네슘, 베릴늄, 세륨, 갈륨, 철, 이트륨 및 붕소 등(그와 같은 원소들의 조합들을 포함)을 포함할 수 있다. 특정 실시 예들에서, 양극 산화 용액의 구성요소들은 티탄 및/또는 지르코늄이다.
일 실시 예에서, 양극 산화 용액은 티탄, 지르코늄, 아연, 바나듐, 하프늄, 주석, 게르마늄, 니오븀, 니켈, 마그네슘, 베릴늄, 세륨, 갈륨, 철, 이트륨 및 붕소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 원소의 적어도 하나의 복합 불소(complex fluoride) 또는 옥시플로라이드(oxyfluoride) 및 물을 포함할 수 있다. 특정 실시 예들에서, 그와 같은 원소들은 티탄 및/또는 지르코늄이다. 특정 실시 예들에서, 코팅은 IR 반사성 안료(IR reflective pigment)를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에서, 가공 전선을 제작하는 방법은 금속 산화물 코팅의 제공을 포함할 수 있다. 방법은 물, 인 함유 산 및/또는 염, 및 '티탄 및 지르코늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 원소들로 이루어지는 수용성 복합 불소(water-soluble complex fluoride), 수용성 복합 옥시플로라이드(water-soluble complex oxyfluoride), 수화 복합 불소(water-dispersible complex fluorides), 및 수화 복합 옥시플로라이드(water-dispersible complex oxyfluoride)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 추가 구성요소들'을 포함하는 양극 산화 용액을 제공하는 것, 양극 산화 용액에서 음극을 배치하는 것, 양극 산화 용액에 양극으로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 표면을 가지는 가공 전선을 배치하는 단계, 적어도 가공 전선의 표면 상에 산화 티탄 또는 산화 지르코늄 코팅을 형성하는 데 유효한 시간 기간 동안 양극 산화 용액을 통해 음극 및 양극 양단에 펄스 전류를 통과시키는 것을 포함할 수 있다
금속 산화물 코팅의 전기화학적 증착은 완성된 도전체 상에 직접 또는 가공 전선을 만들기 위해 코팅된 개개의 와이어들을 스트랜딩(stranding)하기 전에 개별적으로 개개의 도전성 와이어들을 코팅하여 달성될 수 있다. 특정 실시 예들에서, 도전체 표면의 와이어들 모두를 코팅하거나, 또는 더욱 경제적으로, 다른 실시 예를 통해, 도전체 표면의 최외측 와이어들만이 코팅되게 하는 것이 가능하다. 다른 실시 예에서, 전기화학적 증착 코팅은 가공 전선의 외측 표면에만 적용될 수 있다. 여기서, 도전체 자체는 스트랜드되어 전기화학적 증착 전에 최종 형상으로 만들어진다. 전기화학적 증착은 배치 프로세스, 반연속 프로세스, 연속 프로세스, 또는 이들 프로세스의 조합들에 의해 행해질 수 있다.
도 1, 2, 3, 및 4는 코팅면을 포함하는 다양한 실시예들에 따른 다양한 베어러 가공 전선들을 도시한다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 가공 전선(100)은 일반적으로 하나 이상의 와이어들의 코어(110), 코어(110) 주위의 원형 도전성 와이어들(130), 및 코팅 층(120)을 구비한다. 코어(110)는 예를 들어 스틸, 인바 스틸(invar steel), 탄소 섬유 복합체(carbon fiber composite)를 포함하는 다양한 적합한 재료들 중 어느 하나, 또는 전선(100)에 강도를 제공하는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있다. 도전성 와이어들(130)은 도전 재료, 예컨대 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다. 그와 같은 알루미늄 합금들은 예를 들어 알루미늄 타입 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄 - 지르코늄 합금을 포함할 수 있다.
도 2에 나타낸 것과 같이, 가공 전선(200)은 일반적으로 원형 도전성 와이어들(210) 및 코팅 층(220)을 포함할 수 있다. 또, 특정 실시 예들에서, 도전성 와이어들(210)은 도전 재료, 예컨대 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다. 그와 같은 알루미늄 합금들은 예를 들어 알루미늄 타입 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄 - 지르코늄 합금을 포함할 수 있다.
도 3에서 알 수 있는 것과 같이, 가공 전선(300)은 일반적으로 하나 이상의 와이어들의 코어(310), 코어(310) 주위의 사다리꼴 도전성 와이어들(330), 및 코팅 층(320)을 구비할 수 있다. 코어(310)는 예를 들어 스틸(예컨대 인바 스틸), 알루미늄 합금(예컨대 600 시리즈 알루미늄 합금), 탄소 섬유 복합체, 유리 섬유 복합체, 탄소 나노튜브 복합체를 포함하는 다양한 적합한 재료들, 또는 가공 전선(300)에 강도를 제공하는 임의의 다른 재료 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 특정 실시 예들에서, 도전성 와이어들(330)은 도전 재료, 예컨대 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다. 그와 같은 알루미늄 합금들은 예를 들어 알루미늄 타입 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄 - 지르코늄 합금을 포함할 수 있다.
도 4에서 알 수 있는 것과 같이, 가공 전선(400)은 일반적으로 사다리꼴 도전성 와이어들(420) 및 코팅 층(410)을 포함하는 것으로 도시된다. 또한, 특정 실시예들에서, 도전성 와이어들(420)은 도전 재료, 예컨대 구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다. 그와 같은 알루미늄 합금들은 예를 들어 알루미늄 타입들 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄 - 지르코늄 합금을 포함할 수 있다.
복합 코어 도전체들은 유리하게는 더 높은 작동 온도들에서 더 낮은 처짐(sag)을 그리고 중량비에 대해 더 높은 강도를 제공할 수 있다. 표면 개질(surface modification)로 인한 감소된 도전체 작동 온도들은 도전체들의 처짐을 더 낮추고 복합 코어(composite core)에서 폴리머 수지의 열화를 더 낮출 수 있다.
본원에 기재된 표면 개질은 또한 온도 감소를 달성하기 위해, 도전체 액세서리들 및 가공 전선 전기 전송 관련 제품들 및 부품들과 관련하여 적용될 수 있다. 예들은 데드엔드(deadend)/종단 제품(termination product), 스플라이스(splice)/조인트 제품(joints product), 서스펜션(suspension) 및 지지 제품(support product), 모션 제어/진동 제품들(댐퍼(damper)로도 불림), 가이잉 제품(guying product), 야생동물 보호 및 저지 제품(wildlife protection and deterrent product), 도전체(conductor) 및 압축 피팅 수리 부품(compression fitting repair part), 변전소 제품(substation product), 클램프(clamp) 및 다른 전송 및 분배 액세서리를 포함한다. 그와 같은 제품들은 다수의 제조업자들, 예컨대 PLP(Preformed Line Products)(Cleveland, OH) 및 AFL(Duncan, SC)로부터 상업적으로 이용 가능하다.
전기화학적 증착 코팅은 가공 전선의 표면 상에 원하는 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 이러한 두께는 약 1 미크론 내지 약 100 미크론; 특정 실시 예들에서 약 1 미크론 내지 약 25 미크론일 수 있고; 특정 실시 예들에서, 약 5 미크론 내지 약 20 미크론일 수 있다. 코팅의 두께는 놀랍게도 전선을 따라 균일할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시 예들에서, 두께는 약 3 미크론 이하의 변동(variation); 특정 실시 예들에서, 약 2 미크론 이하의 변동; 및 특정 실시 예들에서, 약 1 미크론 이하의 변동을 가질 수 있다. 본원에 기재된 그와 같은 전기화학적 증착 코팅들은 색상이 백색이 아닐 수 있다. 특정 실시 예들에서, 전기화학적 증착 코팅들의 색상은 금속 산화물들, 예컨대 산화 티탄 및/또는 산화 아연의 상대 양들 및 코팅 두께에 의존하여 청회색 및 밝은 회색으로부터 차콜 그레이(charcoal grey)의 색상 범위에 있을 수 있다. 특정 실시 예들에서, 이와 같은 코팅들은 또한 전기적으로 비도전성일 수 있다. 본원에서 사용되는 것과 같이, "전기적 비도전성(electrically non-conductive)"은 1x104 ohm-cm보다 크거나 같은 체적 저항율을 의미한다.
추가의 설명 없이, 이 기술분야에서 숙련된 사람은, 앞의 설명 및 다음의 실례들을 이용하여, 본원에 기재된 것과 같이 코팅들 및 가공 전선들을 만들고 이용할 수 있고 청구된 방법들을 실시할 수 있다고 믿어진다. 다음 예들은 청구된 발명을 더 설명하기 위해 주어진다. 청구된 발명은 특정 조건들 또는 인용된 예들에 기재된 상세들에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도전체의 작동 온도에 대한 코팅의 효과를 측정하기 위한 실험 셋업
도전체의 작동 온도를 감소시키기 위해 전기화학적 증착 코팅의 유효성을 측정하기 위한 실험 셋업이 이하에 기재된 것과 같이 준비된다. 전류는 코팅 및 코팅되지 않은 샘플들을 통해 인가된다. 코팅된 샘플은 금속 산화물 코팅 알루미늄(metal oxide coated aluminum) 또는 알루미늄 합금 기판일 수 있다. 코팅되지 않은 샘플은 유사한 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기판일 수 있지만, 코팅되지 않는다. 시험 장치는 도 5에 도시되고 주로 60Hz AC 전류 소스, 트루 RMS 클램프-온 전류계(true RMS clamp-on current meter), 온도 데이터로그 기록 장치, 및 타이머를 포함한다. 테스팅은 샘플 주위에서의 공기 이동을 제어하기 위해 68" 폭 x 33" 깊이의 창이 있는 안전 인클로저(safety enclosure) 내에서 실행되었다. 배기 후드는 통풍을 위해서 시험 장치의 64" 위에 위치되었다.
시험될 샘플은 타이머에 의해 제어되는 릴레이 접점을 통해 AC 전류 소스에 직렬로 접속된다. 타이머는 시험의 시간 지속기간을 제어하기 위해 사용되었다. 샘플을 통해 흐르는 60Hz AC 전류는 트루 RMS 클램프-온 전류계에 의해 모니터링되었다. 열전대(thermocouple)는 샘플의 표면 온도를 측정하기 위해 사용되었다. 스프링 클램프를 이용하여, 열전대의 끝이 샘플의 중심 표면과 견고한 접촉이 유지되었다. 열전대는 온도의 연속 기록을 제공하기 위해 온도 데이터로그 기록 장치에 의해 모니터링되었다.
코팅되지 않은 기판 샘플 및 코팅된 기판 샘플 모두는 동일한 조건들 하에서 이러한 실험 셋업에 대한 온도 상승에 대해 시험되었다. 전류는 원하는 레벨로 설정되었고 일정한 전류가 샘플들을 통해 흐르는 것을 보장하기 위해 시험 동안 모니터링되었다. 타이머는 원하는 값으로 설정되었고; 온도 데이터로그 기록 장치는 초 당 일회 판독의 기록 간격으로 온도를 기록하도록 설정되었다.
코팅되지 않은 샘플 및 코팅된 샘플의 금속 성분은 동일한 원재료 및 알루미늄 1350의 로트(lot)로부터 유래된 것이다. 코팅되지 않은 샘플의 완성된 치수는 12.0"(L)x0.50"(W)x0.027"(T)이었다. 코팅된 샘플의 완성된 치수는 12.0"(L)x0.50"(W)x0.028"(T)이었다. 두께의 증가는 적용된 코팅의 두께 때문이었다.
코팅되지 않은 샘플은 시험 셋업 및 샘플의 중심부에 고정된 열전대에 견고하게 배치되었다. 일단 이것이 완료되었으면, 전류 소스는 온으로 되었고 요구되는 허용 전류 부하 레벨로 조정되었다. 일단 이것이 달성되었으면 전력은 오프로 되었다. 시험 자체를 위해, 일단 타이머 및 온도 데이터로그 기록 장치가 모두 적절히 설치되었으면, 타이머는 시험을 기동시키는 전류 소스를 작동시키기 위해 온으로 되었다. 원하는 전류는 샘플을 통해 흘렀고 온도는 상승하기 시작했다. 샘플의 표면 온도 변화가 온도 데이터로그 기록 장치에 의해 자동으로 기록되었다. 일단 시험 기간이 종료되었다면, 타이머는 시험을 종료하기 위한 전류 소스를 자동으로 정지했다.
일단 코팅되지 않은 샘플이 시험되었다면, 그것은 셋업으로부터 제거되었고 코팅된 샘플에 의해 대체되었다. 시험은 AC 전류 소스에 대해 조정하지 않고 재개되었다. 동일한 전류 레벨이 코팅되지 않은 샘플 및 코팅된 샘플을 통과했다.
온도 시험 데이터는 이후 온도 데이터로그 기록 장치로부터 액세스되었고 컴퓨터를 이용하여 분석되었다. 코팅되지 않은 샘플 시험으로부터의 결과들과 코팅된 시험으로부터의 결과를 비교하는 것이 코팅 재료의 비교 방출 유효성을 결정하기 위해 사용되었다.
코팅의 유연성 및 열 안정성을 측정하기 위한 방법론(Methodology)
전기화학적 증착 코팅의 열안정성을 조사하기 위해, 코팅된 샘플들은 1일 및 7일의 기간 동안 325℃의 온도에서 공기 순환 오븐에 배치되었다. 열적 노화(thermal aging)가 완료된 후, 샘플들은 24시간의 기간 동안 실온에 배치되었다. 샘플들은 이후 큰 직경으로부터 작은 직경까지의 크기를 갖는 상이한 원통형 맨드릴들(cylindrical mandrels) 상에서 벤딩되었고 코팅들은 각각의 맨드릴 크기들에서 임의의 가시 크랙들이 관찰되었다. 결과들은 열적 노화 이전의 코팅의 유연성과 비교되었다.
예들
비교 예 1
알루미늄(ASTM 등급 1350; 치수: 12.0"(L)x0.50"(W)x0.028"(T))의 코팅되지 않은 스트립들이 위에 기재된 시험 방법에 따라 작동 온도에 대해 시험되었다. 시험 셋업은 도 5에 도시되었다.
본 발명 예 1
비교예 1에 기재된 알루미늄의 동일한 스트립들이 (Henkel Corporation으로부터 Alodine EC2로서 상업적으로 이용 가능한) 산화 티탄의 전기화학적 증착 코팅으로 코팅되었다. 코팅 전 샘플 치수는 12.0"(L)x0.50"(W)x0.028"(T)이었다. 코팅의 두께는 12-15 미크론이었다. 샘플은 이후 위에 기재된 시험 방법에 의해 작동 온도에 감소에 대해 시험되었다. 산화 티탄 코팅된 샘플은 이하의 표 1에 요약되어 있는 것과 같이, 코팅되지 않은 샘플(비교예 1)과 비교되는 상당히 낮은 작동 온도를 입증하기 위해 발견되었다.
코팅 & 코팅되지 않은 샘플에 대한 작동 온도 감소 데이터
비교예 1 본 발명 예 1
기판 알루미늄 1350 알루미늄 1350
코팅 없음 산화 티탄
95 암페어 전류에서의 도전체 온도(℃) 127 103
비교예 2
비교예 1에 기재된 알루미늄의 동일한 스트립들이 양극산화되었다. 양극산화 층 두께는 8-10 미크론이었다. 양극산화 코팅의 유연성이 위에 기재된 맨드릴 굴곡 시험을 수행하여 시험되었다. 유연성 시험이 또한 1일 및 7일 동안 325℃에서 열적 노화 후 실행되었다.
비교예 3
비교예 1에 기재된 알루미늄의 동일한 스트립들이 브러쉬 도포에 의해 물에서 40% 규산 나트륨 용액(75중량%) 및 산화 아연(25중량%)을 포함하는 코팅으로 코팅되었다. 코팅 두께는 약 20 미크론이었다. 코팅의 유연성은 위에 기재된 맨드릴 굴곡 시험을 수행하여 시험되었다. 유연성 시험은 또한 1일 및 7일 동안 325℃에서 열적 노화 후 실행되었다.
유연성 시험 데이터는 이하의 표 2에 요약되었다. 전기화학적으로 증착되는 산화 티탄 코팅을 갖는 샘플은 양극산화 코팅 및 규산 나트륨과 ZnO 브러쉬 코팅 각각에 비해 상당히 더 양호한 유연성을 보였다. 게다가, 1일 및 7일 동안 325℃에서 열적 노화를 갖는 산화 티탄 코팅의 유연성의 변경은 없었다.
상이하게 코팅된 샘플들에 대한 유연성 및 열안정성 데이터
비교예 2 비교예 3 본 발명 예 1
기판 알루미늄 1350 알루미늄 1350 알루미늄 1350
코팅 양극산화됨 규산 나트륨+산화 아연 산화 티탄
코팅의 적용 양극산화됨 브러쉬됨 전기화학적 증착
노화전(초기) 8" 맨드릴
크랙들 관측됨		 4" 맨드릴
크랙들 관측됨		 1" 맨드릴
합격 - 크랙 관찰 안됨
1일동안 325℃에서의 열적 노화 후 8" 맨드릴
크랙들 관측됨		 4" 맨드릴
크랙들 관측됨		 1" 맨드릴
합격 - 크랙 관찰 안됨
7일동안 325℃에서의 열적 노화 후 8" 맨드릴
크랙들 관측됨		 4" 맨드릴
크랙들 관측됨		 1" 맨드릴
합격 - 크랙 관찰 안됨
이상 특정 실시예들이 청구된 발명을 설명하기 위해 선택되었지만, 다양한 변경들 및 변형들이 첨부된 청구항들에 정의된 청구된 발명의 범위를 벗어나지 않고 거기에서 만들어질 수 있다는 것을 이 기술분야에서 숙련된 사람에 의해 이해될 것이다.

Claims (45)

  1. 하나 이상의 도전성 와이어들을 구비하는 조립체를 포함하는 코팅된 가공 전선(coated overhead conductor)에 있어서,
    상기 조립체는,
    외층을 형성하는 전기화학적 증착 코팅으로 코팅된 외측 표면을 포함하고,
    상기 전기화학적 증착 코팅은,
    제 1 금속 산화물을 포함하고, 상기 제 1 금속 산화물은 산화 알루미늄이 아닌, 코팅된 가공 전선.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 산화물은,
    산화 티탄, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 니오븀, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 구리, 산화 니켈, 산화 마그네슘, 산화 베릴륨, 산화 세륨, 산화 붕소, 산화 갈륨, 산화 하프늄, 산화 주석, 산화 철, 산화 이트륨 또는 그것의 조합들을 포함하는, 코팅된 가공 전선.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전성 와이어들은,
    알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는, 코팅된 가공 전선.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 외층은,
    추가의 제 2 금속 산화물로 형성되고, 상기 제 2 금속 산화물은 산화 알루미늄인, 코팅된 가공 전선.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전성 와이어들은,
    구리 또는 구리 합금으로 형성되는, 코팅된 가공 전선.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 산화물은,
    산화 티탄, 산화 지르코늄 또는 그것의 조합들을 포함하는, 코팅된 가공 전선.
  7. 제 1 항에 있어서,
    유사한 작동 조건들(operating conditions)에서, 비코팅된 가공 전선의 작동 온도에 비해 낮은 작동 온도를 가지는, 코팅된 가공 전선.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학적 증착 코팅은 백색이 아닌(non-white), 코팅된 가공 전선.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층은 약 1 미크론 이상의 두께를 가지는, 코팅된 가공 전선.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층은 약 5 미크론 내지 약 25 미크론의 두께를 가지는, 코팅된 가공 전선.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 외층은 약 3 미크론 이하의 두께 변동을 가지는, 코팅된 가공 전선.
  12. 제 1 항에 있어서,
    유사한 작동 조건들에서, 비코팅된 가공 전선의 작동 온도와 비교할 때 적어도 5℃만큼 감소된 작동 온도를 가지는, 코팅된 가공 전선.
  13. 제 1 항에 있어서,
    측정된 작동 온도들이 100℃보다 높고 유사한 작동 조건들에 있을 때, 비코팅된 가공 전선의 작동 온도와 비교해서 적어도 10℃만큼 감소된 작동 온도를 가지는, 코팅된 가공 전선.
  14. 제 1 항에 있어서,
    유사한 작동 조건들에서, 비코팅된 가공 전선과 비교할 때 감소된 전력 전송 손실을 가지는, 코팅된 가공 전선.
  15. 제 1 항에 있어서,
    유사한 작동 조건들에서, 비코팅된 가공 전선과 비교할 때 증가된 전류 운반 능력(current carrying capacity)을 가지는, 코팅된 가공 전선.
  16. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전성 와이어들은,
    1350 합금 알루미늄, 6000-시리즈 합금 알루미늄, 알루미늄-지르코늄 합금, 및 그것의 조합들로부터 구성되는 그룹으로부터 선택되는 알루미늄 합금으로 형성되는, 코팅된 가공 전선.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전성 와이어들의 적어도 일부는 사다리꼴 단면을 가지는, 코팅된 가공 전선.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전성 와이어들은,
    스틸, 탄소 섬유 복합체(carbon fiber composite), 유리 섬유 복합체(glass fiber composite), 탄소 나노튜브 복합체(carbon nanotube composite), 또는 알루미늄 합금으로 구성된 코어(core)를 둘러싸는, 코팅된 가공 전선.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 와이어들 각각은 상기 전기화학적 증착 코팅으로 개별적으로 코팅되는, 코팅된 가공 전선.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 와이어들 각각의 일부는 상기 전기화학적 증착 코팅으로 코팅되는, 코팅된 가공 전선.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학적 증착 코팅은 전기적으로 비도전성인, 코팅된 가공 전선.
  22. 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    a. 나도체(bare conductor)를 제공하는 단계; 및
    b. 상기 나도체 상에 외층을 형성하기 위해 상기 나도체의 외측 표면 상에 제 1 금속 산화물의 전기화학적 증착을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 외층은 전기화학적 증착 코팅을 포함하고, 상기 제 1 금속 산화물은 산화 알루미늄이 아닌, 코팅된 가공 전선 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 전기화학적 증착 코팅은 백색이 아닌, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 산화물은,
    산화 티탄, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 니오븀, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 구리, 산화 황동, 산화 니켈, 산화 마그네슘, 산화 베릴륨, 산화 세륨, 산화 붕소, 산화 갈륨, 산화 하프늄, 산화 주석, 산화 철, 산화 이트륨, 또는 그것의 조합들인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 외층은 약 1 미크론 내지 약 25 미크론의 두께를 가지는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 외층은 약 3 미크론 이하의 두께 변동을 가지는, 코팅된 가공 전선 제조 방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 코팅된 가공 전선은,
    유사한 작동 조건들에서 비코팅된 가공 전선의 작동 온도에 비해 적어도 5℃만큼 감소된 작동 온도를 가지는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 코팅된 가공 전선은,
    유사한 작동 조건들에서 작동 온도들이 100℃보다 높을 때 비코팅된 가공 전선의 상기 작동 온도에 비해 적어도 10℃만큼 감소된 작동 온도를 가지는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 코팅된 가공 전선은,
    유사한 작동 조건들에서 비코팅된 가공 전선과 비교할 때 감소된 전력 전송 손실을 가지는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  30. 제 22 항에 있어서,
    상기 코팅된 가공 전선은,
    유사한 작동 조건들에서 비코팅된 가공 전선과 비교할 때 증가된 전류 운반 능력을 가지는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  31. 제 22 항에 있어서,
    상기 나도체는,
    구리, 구리 합금, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금 중 하나 이상으로부터 만들어지는 복수의 도전체 와이어들을 포함하는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 복수의 도전성 와이어들은,
    1350 합금 알루미늄, 6000-시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄-지르코늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금으로 형성되는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  33. 제 22 항에 있어서,
    상기 나도체는,
    복수의 도전성 와이어들을 포함하고, 상기 복수의 도전성 와이어들의 적어도 일부는 사다리꼴 단면을 가지는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  34. 제 22 항에 있어서,
    상기 나도체는,
    코어 주위에 스트랜딩된(stranded) 복수의 도전성 와이어들을 포함하고,
    상기 코어는,
    스틸, 탄소 섬유 복합체, 유리 섬유 복합체, 탄소 나노튜브 복합체, 또는 알루미늄 합금을 포함하는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  35. 제 22 항에 있어서,
    상기 나도체는,
    복수의 도전성 와이어들로 형성되고,
    상기 전기화학적 증착은 상기 나도체의 외측 표면에만 코팅하는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  36. 제 22 항에 있어서,
    상기 나도체는,
    복수의 도전성 와이어들을 포함하고,
    상기 전기화학적 증착은 상기 도전성 와이어들 각각을 코팅하는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  37. 제 22 항에 있어서,
    상기 전기화학적 증착은 상기 나도체의 일부에만 코팅하는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  38. 제 22 항에 있어서,
    상기 전기화학적 증착 코팅은 전기적으로 비도전성인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  39. 제 22 항에 있어서,
    연속(continuous), 반연속(semi-continuous), 또는 배치(batch)인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  40. 제 22 항에 있어서,
    상기 전기화학적 증착의 수행은,
    i. 수용성 복합 금속 불소들(water-soluble complex metal fluorides), 수화 복합 금속 불소들(water-dispersible complex metal fluorides), 수용성 복합 금속 옥시플로라이드들(water-soluble complex metal oxyfluorides), 및 수화 금속 옥시플로라이드들(water-dispersible metal oxyfluorides) 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 제공하는 단계;
    ii. 상기 수용액과 접촉하는 음극을 제공하는 단계;
    iii. 양극으로서 상기 수용액에 상기 나도체를 배치하는 단계;
    iv. 상기 나도체의 상기 외측 표면 상에 상기 전기화학적 증착 코팅을 형성하기 위해 상기 수용액을 통해 상기 양극 및 상기 음극 사이에 전류를 통과시키는 단계; 및
    v. 상기 수용액에서 상기 코팅된 가공 전선을 제거하는 단계;를 포함하는, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 전류는 펄스형(pulsed)인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 전류는,
    약 10 암페어/제곱 피트 내지 약 400 암페어/제곱 피트인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  43. 제 40 항에 있어서,
    상기 금속은,
    티탄 또는 지르코늄인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  44. 제 22 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은,
    산화 티탄 또는 산화 지르코늄인, 코팅된 가공 전선을 제조하기 위한 방법.
  45. 하나 이상의 도전성 와이어들을 구비하는 조립체를 포함하는 코팅된 가공 전선에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전성 와이어들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되고,
    상기 조립체는 외층을 형성하는 전기화학적 증착 코팅으로 코팅되는 외측 표면을 포함하고,
    상기 전기화학적 증착 코팅은 산화 티탄, 산화 지르코늄 또는 그것의 조합들을 포함하고,
    상기 외층은 약 5 미크론 내지 약 25 미크론의 두께를 가지는, 코팅된 가공 전선.
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