KR20160028639A - 가공 송전선 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕이 구비된 복합 주조 장치를 준비하는 단계; 탄소섬유심이 상기 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕을 거쳐 이송되는 과정에서 탄소섬유심의 외주면에 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금이 피복된 예비 알루미늄 복합재를 형성하는 단계; 상기 예비 알루미늄 복합재가 상기 복합 주조 장치의 출구에 형성된 다이스를 거치면서 가압되어 알루미늄 복합재를 형성하는 단계; 및 복수개의 상기 알루미늄 복합재는 와이어 형상으로 연선되어 알루미늄 복합재 코어를 형성하는 단계;를 포함하는, 가공 송전선의 제조방법 및 상기 가공 송전선의 제조방법으로 구현된 상기 알루미늄 복합재 코어를 가지는 중심 인장선 및 상기 중심 인장선을 둘러싸는 상기 도체부;를 포함하는, 가공 송전선을 제공한다.

Description

가공 송전선 및 그 제조방법{Overhead electric cable and method of fabricating the same}
본 발명은 가공 송전선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전도를 유지하면서도 고강도, 저이도 및 저손실의 가공 송전선 및 그 제조방법에 관한 것이다.
송전선이란 수/화력 또는 원자력발전소 등에서 발전된 전기를 도시 근교의 변전소까지 보내기 위해 사용하는 가공선으로서 알루미늄선을 도체로 하고 중심에 강선 또는 탄소 복합체 등으로 인장강도를 보강하여 만든다. 내부식성이 강한 알루미늄피복강심 알루미늄연선(ACSR/AW), 내열성을 향상시켜 전류 용량을 증가시킨 내열강심 알루미늄합금연선(TACSR) 및 선팽창계수가 작은 인바(INVAR)강선을 사용하여 높은 온도에서 이도가 증가되지 않도록 한 초내열인바심 알루미늄합금연선(STACIR) 등을 생산함으로써 증가하는 전력수요와 용지 확보난을 개선할 수 있다.
가공선의 중심 코어소재로는 갈바닉 코팅된 강재가 강심알루미늄연선(ACSR)송전선의 가장 대표적인 코어 소재이며, 저이도용으로는 고장력강재 및 저열팽창계수로 인한 인바강재, 고강도 및 저전도도 알루미늄 합금이 강도증가를 위해 알루미늄피복탄소섬유심 알루미늄송전선(AAAC, Aluminium Conductor Carbon Fiber Composite covered with Al Alloys)의 코어소재로 사용되고 있다.
최근, 3M에서는 알루미늄 컨덕터합성 코어보강케이블(ACCR, Aluminum Conductor Composite core Reinforced cable) 송전선의 코어재질로 알루미늄 기지 내에 알루미나 섬유를 복합화한 복합재를 사용하고 있으나, 교류전송시 발생하는 열에 의해 열팽창계수의 차이가 발생하는 단점이 있으며, 미국의 CTC사에서는 탄소섬유복합재를 ACCC송전선의 코어로 사용하여 63%IACS의 고전도도, 고강도, 저열팽창계수 및 저이도 등의 장점을 보고하고 있지만, 기존 송전선에 비해 가격이 5배 이상 높고, 유연성이 떨어져 설치가 어려우며, 전선간 연결을 위해서는 특수한 치구가 필요한 문제가 있다.
한국등록특허 제 10-0699221호 (2007.03.19)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 가격이 저렴하고 유연성이 우수하여 별도의 치구가 필요없는 가공 송전선 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 가공 송전선의 제조방법은 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕이 구비된 복합 주조 장치를 준비하는 단계; 탄소섬유심이 상기 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕을 거쳐 이송되는 과정에서 탄소섬유심의 외주면에 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금이 피복된 예비 알루미늄 복합재를 형성하는 단계; 상기 예비 알루미늄 복합재가 상기 복합 주조 장치의 출구에 형성된 다이스를 거치면서 가압되어 알루미늄 복합재를 형성하는 단계; 및 복수개의 상기 알루미늄 복합재는 와이어 형상으로 연선되어 알루미늄 복합재 코어를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 복합 주조 장치의 주조공간은 상기 복합 주조 장치에 상기 용융된 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 주입되기 전에 히터부에 의해 예열될 수 있다.
상기 히터부는 멀티 섹트(multi-sect)로 구분됨으로써, 상기 멀티 섹트에 의해 구분된 영역을 각각 소정의 온도로 독립적으로 제어할 수 있다.
형성된 상기 알루미늄 복합재 코어의 외주면을 도체부로 둘러싸는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 복합재는, 상기 복합 주조 장치의 출구에 형성된 상기 다이스의 형상에 따라 압착되고, 상기 알루미늄 복합재의 횡단면의 형상 또는 횡단면의 두께가 변형됨으로써, 상기 알루미늄 복합재의 계면 또는 외부의 알루미늄층이 조밀하게 패킹되어, 기공이 없을 수 있다.
상기 알루미늄 복합재를 형성하는 단계는 코일 투 코일(coil to coil) 방법을 이용하여 상기 복합 주조 장치에 연속적으로 상기 탄소섬유심을 공급하여 상기 탄소섬유심의 외주면에 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 피복된 상기 알루미늄 복합재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 가공 송전선은 상기의 가공 송전선의 제조방법으로 구현된 상기 알루미늄 복합재 코어를 가지는 중심 인장선 및 상기 중심 인장선을 둘러싸는 상기 도체부;를 포함할 수 있다.
상기 중심 인장선은 복수개의 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복된 상기 탄소섬유심 알루미늄 복합재가 패킹되어 배치될 수 있으며, 상기 중심 인장선은 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기지 내에 상기 탄소섬유심이 서로 이격되어 배치될 수 있고, 상기 알루미늄 복합재 코어의 횡단면은 다각형일 수 있다.
상기 도체부는 복수개의 알루미늄 스트랜드(strand)가 패킹되어 배치될 수 있으며, 상기 알루미늄 스트랜드의 횡단면은 다각형일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소성가공이 용이한 금속으로 탄소섬유심이 피복됨으로써 알루미늄 가공 송전선의 물성이 개선되어 인장강도가 높고, 알루미늄 가공 송전선의 유연성이 개선되어, 알루미늄 가공 송전선의 설치공사가 용이하며, 작업자의 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 저이도 및 저손실의 저렴한 알루미늄 가공 송전선 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 송전선의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 송전선을 제조하는 복합 주조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 송전선의 횡단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 송전선의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정순서도이며, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 송전선을 제조하는 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 가공 송전선의 제조방법은 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕이 구비된 복합 주조 장치를 준비하는 단계(S100), 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕에 탄소섬유심을 삽입하는 단계(S200), 탄소섬유심이 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕을 거쳐 이송되는 과정에서 탄소섬유심의 외주면에 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 응고된 예비 알루미늄 복합재를 형성하는 단계(S300), 예비 알루미늄 복합재가 복합 주조 장치의 출구에 형성된 다이스를 거치면서 압출 또는 인발되어 알루미늄 복합재를 형성하는 단계(S400) 및 복수개의 알루미늄 복합재를 와이어 형상으로 연선시켜 알루미늄 복합재 코어를 형성하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
상기 가공 송전선의 제조방법은 도 2를 참조하여 후술한다.
가공 송전선의 물성을 향상시키고자, 중심 인장선으로 사용되어 온 강심이나 강선의 대체재로서 열경화성 수지와 고강도 섬유로 이루어진 고분자 복합재를 사용해왔다. 그러나 가공 송전선은 그 중심 인장선을 클램프에 압착시켜 철탑에 연결되어 사용되는데, 기존의 강심이나 강선으로 이루어진 중심 인장선의 클램프에 압착되었을 때 기계적 변형이 수반되어 접합력이 우수한데 반하여 고분자 복합재의 경우 기계적 변형이 잘 일어나지 않아 클램프와의 접합력이 떨어지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 포설된 가공 송전선이 장력 또는 바람 등과 같은 외부 환경에 의해 클램프로부터 빠지는 문제를 발생시켜 가공 송전선의 구조적 안정성에 심각한 문제를 일이킬 수 있는 원인이 되었다.
이를 해결하기 위해 본 발명에서는 가공 송전선의 중심 인장선은 경량이면서도 기계적 물성이 우수한 고강도의 탄소섬유심(22)을 사용하고, 상기 탄소섬유심(22)의 외주면에 금속 피복층을 처리함으로써 가공 송전선의 기계적 변형을 높일 수 있고, 이에 의해 클램프와의 결합시 결합 접합력이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 복합 주조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 복합 주조 장치(1)는 제 1 개구부(13a) 및 제 2 개구부(13b)를 포함할 수 있다. 제 1 개구부(13a)에는 중심 인장선의 주축을 이루는 탄소섬유심(22)이 삽입될 수 있다. 상기 탄소섬유심(22)은 단선을 사용할 수 있으며, 여러가닥의 탄소섬유심(22)이 다발화(bundle)된 형태인 것을 사용할 수도 있다. 상기 여러가닥의 탄소섬유심(22)은 예를 들어, 1024개 또는 2048개로 구성될 수 있다. 탄소섬유심(22)에 열을 가해 압축시킨 것이나 탄소섬유심(22)을 직조(weaving)한 것을 사용할 수 있다.
제 2 개구부(13b)에는 금속 용탕이 주입될 수 있다. 상기 금속 용탕은 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 포함될 수 있으며, 전기전도도가 우수한 구리와 같은 다른 금속 물질도 적용 가능하다.
한편, 복합 주조 장치(1)를 구성하고 있는 금형(10)은 히터부(12)를 포함할 수 있다. 상기 히터부(12)는 상기 금형(10) 내부의 주조공간(16)에 주입될 금속 용탕을 가열할 수 있는 히터로 구성될 수 있다. 예를 들어, 히터는 시스히터를 사용할 수 있다. 시스히터는 금속보호관에 발열체를 코일 모양으로 내장한 뒤 절연분말로 채워 전기 절연한 것이다. 시스히터의 양 끝에 전원용 단자가 있다. 시스히터는 열효율이 좋아 매우 경제적인 효과를 얻을 수 있다. 또, 진동 및 충격 등과 같은 기계적 강도가 우수하고, 설치하고자 하는 장소에 따라 다양한 형태로 가공하기가 쉬워 설치가 용이한 장점이 있다. 상기 시스히터 이외에도 상기 주조공간을 가열할 수 있는 다양한 장치가 적용 가능하다.
복합 주조 장치(1)의 주조공간(16)은 상기 복합 주조 장치(1)에 금속 용탕이 주입되기 전에 히터부(12)에 의해서 예열될 수 있다. 예열된 복합 주조 장치(1)의 제 1 개구부(13a) 및 제 2 개구부(13b)를 통해서 탄소섬유심(22)과 용융된 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 복합 주조 장치(1)의 주조공간(16)에 투입된다. 상기 히터부(12)는 멀티 섹트(multi-sect)로 구분될 수 있다. 상기 멀티 섹트는 크게 상기 금속 용탕의 녹는점 보다 더 높게 가열되는 영역과 상기 금속 용탕의 녹는점에 근접한 온도로 가열되는 영역으로 구분할 수 있다. 상기 멀티 섹트에 의해 구분된 영역을 독립적으로 가열하는 것은 상기 복합 주조 장치(1)를 예열하거나 상기 복합 주조 장치(1)의 주조공간(16)에 주입된 금속 용탕을 가열하는 용도로 적용될 수 있다.
상기 물질들이 삽입되는 순서 및 히터부(12)의 구분은 가공 송전선의 효율적인 제조공정의 측면에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 점선으로 구분된 영역과 같이 T1, T2 및 T3로 구분할 수 있다. 복합 주조 장치(1)는 상기 구분된 영역별로 소정의 온도로 각각 제어가 가능하도록 설계될 수 있다. 먼저, T1의 경우는, 용융된 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)만 존재하는 영역으로써, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)의 녹는점보다 약 50℃ 더 높게 T1 영역을 제어할 수 있다.
또한, 복합 주조 장치(1)의 제 2 개구부(13b)를 통해 주조공간(16)으로 주입되는 금속 용탕의 높이는 h 만큼 높게 주입되어 슬래그(slag)에 의한 오염을 방지할 수 있다. 이것은 용광로나 큐폴라(cupola) 등에서 광석이나 금속을 녹일 때 용제나 비금속 물질 및 금속 산화물 등이 금속 용탕의 표면 위에 뜨거나 찌꺼기로 남게 된다. 이러한 불순물에 의해 탄소섬유심(22)의 외주면에 반응하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 영향을 받지 않도록 T2 영역을 제어할 수 있다.
T2의 경우는, 탄소섬유심(22)과 용융된 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 반응하는 영역으로써, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)의 녹는점보다 약 100℃ 내지 150℃ 더 높게 제어할 수 있다. 상기 녹는점보다 높은 온도로 가열됨으로써, 탄소섬유심(22)이 주조공간(16)에 주입된 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕을 거쳐 이송되는 과정에서 탄소섬유심(22)의 외주면에 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 피복된 예비 알루미늄 복합재(20a)가 형성될 수 있다.
마지막으로 T3의 경우는, T2 보다 낮은 온도로 T3 영역을 제어하는 영역으로써, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)의 녹는점과 근접한 온도 범위로 가열될 수 있다. 복합 주조 장치(1)의 다이스(14)에 의해 예비 알루미늄 복합재(20a)가 가압됨으로써, 예비 알루미늄 복합재의 계면 또는 외부의 알루미늄층이 조밀하게 패킹되어, 기공이 없는 알루미늄 복합재(20)가 형성될 수 있다.
주조공간(16) 내에 형성된 예비 알루미늄 복합재(20a)에 소정의 압력을 가할 수 있다. 압력을 받은 예비 알루미늄 복합재(20a)는 복합 주조 장치(1)의 출구에 형성된 다이스(14)를 거치면서 압출 또는 인발되어 상기 다이스(14)를 거치기 전의 예비 알루미늄 복합재(20a) 보다 더 단면적이 작고, 탄소섬유심(22)의 외부를 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 고밀도로 압착되어, 기공이 없는 알루미늄 복합재(20)를 형성할 수 있다.
복합 주조 장치(1)는 알루미늄 복합재(20)가 길이 방향으로 압출 또는 인발되어 나오는 복합 주조 장치(1)의 출구에 형성된 다이스(14)의 형상에 따라 압출 또는 인발되어 나오는 알루미늄 복합재(20)의 횡단면의 형상 또는 횡단면의 두께가 변형될 수 있다. 상기 알루미늄 복합재(20)의 형상 및 두께는 가공 송전선의 중량 및 전류용량에 따라 변형되어 설계되어질 수 있다. 복합 주조 장치(1)를 이용하여 상기 알루미늄 복합재(20)를 제조할 경우, 별도의 예열 장치가 불필요하며, 고온에서 알루미늄 복합재의 변형 저항이 낮아짐으로써, 비용절감과 공정의 단순화로 인하여 생산성이 높아질 수 있다.
한편, 코일 투 코일(coil to coil)방법을 이용하여 복합 주조 장치(1)에 연속적으로 탄소섬유심(22)을 공급하여 상기 탄소섬유심(22)의 외주면 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 피복된 알루미늄 복합재(20)를 단 1회의 공정으로 형성할 수도 있다. 예를 들면, 복합 주조 장치(1)의 외부에 적어도 둘 이상의 롤 구조체(미도시)를 형성할 수 있다. 상기 복수의 롤 구조체 중 적어도 하나의 롤 구조체는 복합 주조 장치(1)의 제 1 개구부(13a) 상에 위치할 수 있다. 이 롤 구조체는 제 1 개구부(13a)를 통하여 삽입되는 탄소섬유심(22) 코어를 장착하여 실타래를 푸는 것과 같이 탄소섬유심(22) 코어롤로부터 연속적으로 풀어 복합 주조 장치(1)의 주조공간(16)에 삽입할 수 있다. 다른 하나의 롤 구조체는 복합 주조 장치(1)의 출구 상에 위치할 수 있으며, 복합 주조 장치(1)의 압출 또는 인발 공정을 거쳐 형성된 알루미늄 복합재(20)를 감을 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 복합 주조 장치(1)의 양 측면에 롤 구조체를 배치하여, 탄소섬유심(22)의 공급과 알루미늄 복합재(20)의 수급을 단 1회의 공정으로 알루미늄 복합재(20)의 제조를 연속적으로 수행할 수 있다. 또, 롤 구조체를 짝수개로 배치하여, 여분의 롤을 더미로 활용하여 탄소섬유심(22)의 공급과 알루미늄 복합재(20)의 수급을 연속적으로 반복 수행할 수 있다.
알루미늄 복합재(20)는 하나만 사용할 수도 있으나, 가공 송전선의 내구성 및 전류용량을 증가시키기 위해서, 복수개의 알루미늄 복합재(20)가 와이어 형상으로 연선(撚線)되어 알루미늄 복합재 코어를 형성할 수 있다.
상기 연선되어 형성된 알루미늄 복합재 코어는 알루미늄 복합재 코어의 외주면에 도체부로 둘러싸는 단계를 더 포함할 수 있다. 송전 역할을 하는 상기 도체부는 알루미늄 또는 구리와 같은 전기전도도가 우수한 금속재료를 사용할 수 있다. 여기서, 도체부에 대한 구체적인 구조나 도체부의 형성기술은 이미 널리 공지된 것으로 상세한 설명은 생략한다.
도 2의 복합 주조 장치(1)에서 제조된 알루미늄 복합재(20)는 다음 공정에서 가공 송전선의 중심 인장선으로써의 역할을 수행하기 위해, 꼬임선 형태로 연선되는 단계를 거치게 된다. 상기 제조된 알루미늄 복합재(20)를 복수개 준비할 수 있다. 준비된 복수개의 알루미늄 복합재(20)를 꼬임선으로 제조하기 위해 한데 모아줄 수 있다. 모아진 복수개의 알루미늄 복합재(20)를 일정 방향으로 회전시켜 꼬임선 형상으로 연선함으로써, 알루미늄 복합재 코어를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 알루미늄 복합재 코어는 강도가 강하며, 유연성이 좋아져 가공하기 용이할 수 있다. 이 때, 형성된 알루미늄 복합재 코어에 압출공정을 실시하여 상기 알루미늄 복합재 코어가 압력을 받게됨으로써, 탄소섬유심을 둘러싸고 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지로 형성 될 수 있다. 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지 내에 복수개의 탄소섬유심(22)이 서로 이격되어 배치될 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 후술한다.
상기 형성된 알루미늄 복합재 코어를 포함하는 중심 인장선의 외부에 도체부가 형성될 수 있다. 상기 도체부는 복수개의 알루미늄 스트랜드(strand)가 패킹되어 배치될 수 있다. 도체부는 중심 인장선과 같이 꼬임선 형상으로 연선될 수 있다. 사용될 가공 송전선의 전류용량에 따라 알루미늄 스트랜드가 다층으로 패킹되어 두껍게 형성될 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 송전선의 횡단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 중심 인장선(21)으로 사용된 알루미늄 복합재 코어(20b) 및 중심 인장선(21)을 둘러싸는 도체부(30)의 횡단면이 원형으로 형성된 실시예를 보여주고 있다.
중심 인장선(21)으로 사용된 알루미늄 복합재 코어(20b)의 제조방법은 도 1 내지 도 2를 참조하여 상술한 방법과 동일하다. 다만, 도 2에 도시된 복합 주조 장치(1)의 출구에 형성된 다이스(14)의 형상이 원형으로 형성됨으로써, 도 3a에 도시된 바와 같이, 중심 인장선(21)을 구성하는 각 알루미늄 복합재(20)의 횡단면이 원형으로 형성되어 패킹되어 배치되어 있으며, 각 알루미늄 복합재(20)는 탄소섬유심(22)의 외주면을 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 둘러싼 구조일 수 있다.
또한, 복수개의 알루미늄 복합재(20)가 연선장치(미도시)를 거치면서 알루미늄 복합재 코어(20b)가 형성된 중심인장선(21)의 외부를 도체부(30)로 둘러쌀 수 있다. 상기 도체부(30)는 송전 기능을 담당하는 것으로 알루미늄 스트랜드를 사용할 수 있으며, 그 단면은 다각형으로 형성될 수 있다. 상기 다각형은 예를 들면, 사다리꼴, 오각형, 육각형 또는 원형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3b는 중심 인장선(21)의 횡단면은 도 3a에 도시된 알루미늄 복합재(20)의 횡단면과 같은 원형으로 형성되어 있으나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지 내에 복수개의 탄소섬유심(22)이 서로 규칙적 또는 불규칙적으로 배치될 수도 있다. 이는 도 2에 도시된 복합 주조 장치(1)에 의해 제조된 알루미늄 복합재(20)가 연선장치(미도시)를 거치면서 알루미늄 복합재 코어(20b)가 형성될 때, 연선된 상기 알루미늄 복합재 코어(20b)가 압출공정을 거치면서 상기 압출공정에 의해 받게 되는 압력에 의해 탄소섬유심의 외주면에 둘러싸인 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지로 변화될 수 있다. 이 때, 상기 알루미늄 복합재(20)를 구성하고 있는 복수개의 탄소섬유심(22)들이 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지 내에 이동되어 서로 규칙적 또는 불규칙적으로 이격되어 배치될 수 있다.
도 3c 및 도 3d는 중심 인장선(21)으로 사용된 알루미늄 복합재 코어(20b) 및 중심 인장선(21)을 둘러싸는 도체부(30)의 횡단면이 다각형으로 되어 있으며, 상기 다각형은 예를 들면, 사다리꼴, 오각형, 육각형 또는 원형으로 형성된 실시예를 보여주고 있다. 중심 인장선(21)으로 사용된 알루미늄 복합재 코어(20b)의 제조방법은 도 1 내지 도 2를 참조하여 상술한 방법과 동일하다. 그러나 도 3a 및 도 3b와 같이, 복합 주조 장치(1)의 출구에 다이스(14)가 형성되어 있어, 제조된 알루미늄 복합재(20)의 횡단면이 상기 다이스에 의해 다양한 형상을 가질 수 있다.
이렇게 형성된 사다리꼴 형상의 알루미늄 복합재(20) 복수개를 연선장치(미도시)를 이용해 알루미늄 복합재 코어(20b)를 제조하면, 도 3c에 도시된 바와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)으로 피복된 탄소섬유심(22)의 패킹이 잘 될 수 있다.
한편, 도 3d는 도 3c에 도시된 알루미늄 복합재(20)이 연선장치(미도시)를 통과하면서, 도 3b와 같이, 도 2에 도시된 복합 주조 장치(1)에 의해 제조된 알루미늄 복합재(20)가 연선장치(미도시)를 거치면서 알루미늄 복합재 코어(20b)가 형성될 때, 연선된 상기 알루미늄 복합재 코어(20b)가 압출공정을 거치면서 상기 압출공정에 의해 받게되는 압력에 의해 탄소섬유심의 외주면에 둘러싸인 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24)이 하나의 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지로 변화될 수 있다. 이 때, 상기 알루미늄 복합재(20)를 구성하고 있는 복수개의 탄소섬유심(22)들이 알루미늄 또는 알루미늄 합금(24) 기지 내에 이동되어 서로 규칙적 또는 불규칙적으로 이격되어 배치될 수 있다.
가공 송전선(40)의 크기가 동일하다고 가정하여, 도 3a 및 도 3b와 도 3c 및 도 3d를 비교하면 다음과 같다. 각 구성요소의 단면이 다각형 형상인 경우의 가공 송전선(40)이 각 구성요소의 단면이 원 형상인 경우의 가공 송전선(40)보다 빈 공간없이 패킹이 더 잘 이루어질 수 있고, 이로 인해 전류용량이 더 커질 수 있으며, 고강도의 저손실 가공 송전선(40)을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 가공 송전선(40)의 제조방법에 의한 다양한 실시예에 해당하며, 필요한 전력량과 가공 송전선(40)의 제조단가에 따라 다른 형태로 변형되어 설계될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 약 250℃의 고온에서도 63%IACS의 높은 전도도를 유지하는 세계적 수준의 345kV급 고장력, 저이도 및 저손실 알루미늄 피복 탄소섬유심을 포함하는 알루미늄 가공 송전선을 상용화하기 위해서, 상기의 고온에서도 고강도 및 저선팽창계수를 갖는 새로운 개념의 알루미늄 피복 탄소섬유심 복합체 코어 및 고도전율 알루미늄 가공 송전선을 경제적으로 제조하는 공정기술을 개발할 수 있다.
또한, 탄소섬유심의 외주면이 소성가공이 용이한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복됨으로써, 가공 송전선을 감거나 쉽게 이송이 가능하고, 가공 송전선 설치 작업을 하는 작업자의 안전성을 확보할 수 있다.
따라서, 이들 소재를 코어 및 가공 송전선 소재로 결합시켜 고강도 및 초내열 알루미늄 복합연선으로 양산화하는 기술을 확립함으로써, 급부상하는 대용량 송전선의 신규 국내 시장에 대응하고 나아가 해외 시장 진출의 교두보를 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 : 복합 주조 장치 10 : 금형
12 : 히터부 13a : 제 1 개구부
13b : 제 2 개구부 14 : 다이스
16 : 주조공간 20 : 알루미늄 복합재
20a : 예비 알루미늄 복합재 20b : 알루미늄 복합재 코어
21 : 중심 인장선 22 : 탄소섬유심
24 : 알루미늄 또는 알루미늄 합금 30 : 도체부
40 : 가공 송전선

Claims (12)

  1. 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕이 구비된 복합 주조 장치를 준비하는 단계;
    탄소섬유심이 상기 알루미늄 용탕 또는 알루미늄 합금 용탕을 거쳐 이송되는 과정에서 탄소섬유심의 외주면에 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금이 피복된 예비 알루미늄 복합재를 형성하는 단계;
    상기 예비 알루미늄 복합재가 상기 복합 주조 장치의 출구에 형성된 다이스를 거치면서 가압되어 알루미늄 복합재를 형성하는 단계; 및
    복수개의 상기 알루미늄 복합재는 와이어 형상으로 연선되어 알루미늄 복합재 코어를 형성하는 단계;
    를 포함하는, 가공 송전선의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 주조 장치의 주조공간은 상기 복합 주조 장치에 상기 용융된 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 주입되기 전에 히터부에 의해 예열되는, 가공 송전선의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히터부는 멀티 섹트(multi-sect)로 구분됨으로써,
    상기 멀티 섹트에 의해 구분된 영역을 각각 소정의 온도로 독립적으로 제어할 수 있는, 가공 송전선의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 복합재 코어의 외주면을 도체부로 둘러싸는 단계를 더 포함하는, 가공 송전선의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 복합재는, 상기 복합 주조 장치의 출구에 형성된 상기 다이스의 형상에 따라 압착되고, 상기 알루미늄 복합재의 횡단면의 형상 또는 횡단면의 두께가 변형됨으로써, 상기 알루미늄 복합재의 계면 또는 외부의 알루미늄층이 조밀하게 패킹되어, 기공이 없는, 가공 송전선의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 복합재를 형성하는 단계는 코일 투 코일(coil to coil) 방법을 이용하여 상기 복합 주조 장치에 연속적으로 상기 탄소섬유심을 공급하여 상기 탄소섬유심의 외주면에 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 피복된 상기 알루미늄 복합재를 형성하는 단계를 포함하는, 가공 송전선의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 구현된 상기 알루미늄 복합재 코어를 가지는 중심 인장선 및 상기 중심 인장선을 둘러싸는 상기 도체부;
    를 포함하는, 가공 송전선.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심 인장선은 복수개의 상기 알루미늄 복합재가 패킹되어 배치된, 가공 송전선.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심 인장선은 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기지 내에 상기 탄소섬유심이 서로 이격되어 배치된, 가공 송전선.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 알루미늄 복합재의 횡단면은 다각형인, 가공 송전선.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 도체부는 복수개의 알루미늄 스트랜드(strand)가 패킹되어 배치된, 가공 송전선.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 알루미늄 스트랜드의 횡단면은 다각형인, 가공 송전선.
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