KR20170052650A - 감소된 열 변곡점을 갖는 에너지 효율이 높은 도체 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 또는 구리 미세 합금의 도전성 재료가 대부분 인장력이 없거나 또는 압축 응력하에 있도록 강도 부재의 프리-스트레스 컨디셔닝을 통해 전기 전달 및 분배를 위한 전기 전도체에 관한 것이다. 강도 부재는 도체가 연선되기 전에 인장 응력을 받아, 도체의 열 변곡점은 더 낮아진다.

Description

감소된 열 변곡점을 갖는 에너지 효율이 높은 도체 및 그의 제조방법 {ENERGY EFFICIENT CONDUCTORS WITH REDUCED THERMAL KNEE POINTS AND THE METHOD OF MANUFACTURE THEROF}

이 출원은 2014년 9월 26일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 62/056,332 및 2014년 4월 17일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 62/148,915호를 우선권 주장하고, 이들 각각은 전체적으로 본원에 참고로 결합되었다.

본 발명은 응력을 미리 조절한(pre-stress conditioning) 전기 송전 및 분배용 전기 도체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 섬유 강화 복합체와 같은 강도 부재를 갖는 전기 도체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 또는 구리 미세 합금의 도전성 재료가 대부분 도체에서 인장력이 없거나 또는 압축 응력하에 있도록 강도 부재의 응력을 미리 조절하는 것에 달라지며, 강도 부재는 가선 작업(conductor stringing) 전에 인장 응력 하에 있어 도체의 열 변곡점(thermal knee point)이 낮아진다.

종래의 송전 도체, 예를 들어, ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced)은 전기 송전 및 분배망에 널리 사용되고 있다. 강철보다 낮은 열 팽창률의 복합체로 강화된 최신 도체는 전기 송전 및 배전망에 채택되어 용량 및 효율을 높이고, 비용을 줄이면서, 우수한 그리드 요구사항(예: 신뢰성 및 안전성)을 지킨다. 이 최신의 도체는 금속 매트릭스 또는 폴리머 매트릭스 복합체 재료와 같은 강도 부재로 보강된 알루미늄(완전 어닐링) 또는 고온 알루미늄 합금을 사용한다. ACSS 도체(Aluminum Conductor Steel Supported)는 또 다른 고온 도체이며, 고온 작동을 위해 어닐링된 알루미늄을 사용한다.

열 변곡점은 상이한 재료(예를 들면, 강도 부재 대 전도성 부재)로 제조된 도체와 관련이 있으며, 도체 내의 도전성 성분이 더 이상 인장 하중을 갖지 않거나 압축된 온도 이상으로 정의된다. 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금과 같은 이들 도체의 전도성 구성 요소는 일반적으로 가선 작업 후, 인장 응력을 받아 열 변곡점이 대부분의 작동 온도보다 높다. 도체가 열 변곡점보다 높아지기 전까지 도체 열팽창은 도 1에 나타난 바와 같이, 열팽창 계수를 갖는 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 물질에 의해 실질적으로 제어되어 큰 처짐(sag)이 발생하여 도체의 전류 운반 능력이 제한된다. 이는 특히 리컨덕터링(reconductoring) 운용 또는 작동 시간 적용시 도체가, 열 처짐이 종종 전기 송전 및 배전망에서 전류 운반 용량을 증가시키는 제한 요소가 되는 경우 중요하다.

구성 재료의 특성 외에 도체 열 변곡점도 도체의 장력과 그의 장력 히스토리에 의해 영향을 받는다.

갭 도체는 도체 열 변곡점을 억제하여 열 처짐이 적은 특수 고온 도체이다. 이는 특수 도체 설치 과정에서 갭 도체 중의 열 변곡점을 억제함으로써 달성되었다. 갭 도체는 스틸 와이어와 고온 알루미늄 합금으로 이루어지며, 스틸 코어(즉, 강도 부재)와 내부 알루미늄 연선(strand) 층 사이의 간격을 정확히 제어하고, 고온 그리스로 채우므로 도체 설치 작업에서 스틸 와이어와 알루미늄층 사이에 도체 상대적인 움직임을 가능하게 한다. 갭 도체는 변속기의 데드엔드(deadend) 타워 사이에서 스틸 와이어를 인장하여(와이어에 노출되도록 알루미늄층을 벗긴 후) 설치해야 한다. 이 인장 공정은 48시간 이상이 걸릴 수 있으며, 선로 작업자가 인장 과정을 마친 후 최종 데드엔딩을 위해 탑을 다시 타워에 올라가야 하기 때문에 선로 작업자에게 특별한 장치와 추가 노동 시간이 필요하다. 적절하게 설치되면, 도체는 열 변곡점이 설치 온도 또는 그 근사치에 가까워지기 때문에 낮은 열 처짐을 보이며, 도체의 열 처짐은 열팽창 계수가 알루미늄의 열팽창 계수의 절반 정도인 스틸 와이어의 열팽창에 의해서만 제어된다. 그러나 갭 도체는 일반적으로 매우 고가이다. 설치가 어려우며 특별한 훈련과 도구가 필요하고, 현장에서 상당히 긴 노동 시간이 요구된다. 또한, 도체가 파손되면 도체 강도 부재가 거의 모든 하중을 받고, 갭 도체의 알루미늄층 내부로 들어가기 때문에 현장에서 갭 도체를 수리할 수 없다. 데드엔드부터 데드엔드까지 전체 도체 세그먼트를 교체하여 설치해야 하므로, 전기 송전 복원에 막대한 비용이 소요된다. 갭 도체 내부의 그리스는 시간이 지남에 따라 알루미늄 가닥을 통해 새어 나오고, 전원 선 아래의 물체는 물론 소수성 그리스가 많은 표면으로 인해 도체 표면에 물방울 (water beading)으로 인한 코로나 노이즈가 누출되는 것으로 보고되었다. 갭 도체의 그리스는 스틸 와이어를 부식으로부터 보호하기 위한 것이며, 그리스가 제거되면 갭 도체의 부식 저항성이 저하된다.

낮은 도체 열 변곡점을 얻는 또 다른 접근은 중국 특허 CN 102103896 A¹에서 논의되었는데, 여기서는 스틸 코어 와이어의 외면을 어닐링된 알루미늄을 연선시키는 공정을 개시하고 있으며, 베어링 스틸 코어 와이어는 응력을 미리 처리한(pre-stress treatment) 것이다. 얻어진 도체는 최대 150℃의 온도에서 지속적으로 작동할 수 있다고 주장하고 있다. 이 특허에 의해 만든 제품은 2013년에 대규모 중국 송변전 프로젝트에 소개되었는데, 상업화를 위해 도체가 광범위한 가닥 풀림(birdcaging) 및 처짐으로 인해 현장 설치에 실패하여 기존 도체로 다시 교체하지 않으면 안 되었고, 이로 인해 중국의 국영 그리드 회사(State Grid Corp of China)에 의해 더 이상의 사용이 금지되었다. 이 특허는 열 변곡점에 대해 언급하지 않았으며, 응력을 미리 처리한 정도, 알루미늄 연선의 응력 수준 또는 응력을 미리 처리한 코어 전선에 대한 정확한 공정 및 설정을 공개하지 않았다. 스틸 코어 와이어의 장력이 응력을 미리 처리한 동안 높은 수준에서 풀리면 쉽게 변형되는 어닐링된 알루미늄 연선이 외부로 돌출될 가능성이 있다. 도체 가닥 제조 중에 통상적으로 행해지는 바와 같이 도체가 권취 릴에 감겨있을 때, 이들 응력을 미리 처리한 다중-연선 도체의 오버레이는 도체의 모든 하층에서 어닐링된 실질적으로 느슨한/개방된 알루미늄 연선의 비가역적인 변형을 일으킬 가능성이 있다. 알루미늄 연선의 이러한 영구적 변형은 도체의 가닥 풀림뿐만 아니라 국부 변형된 알루미늄 연선이 파손되고, 도체 작동 중에 열점의 원인이 되어 도체가 파손될 수 있다. 내열성 알루미늄 합금 도체에 대한 유사한 접근이 2002년 JPS에 의해 시도되었으나², 상업적으로 성공하지 못했다. 심하게 느슨한 알루미늄 합금 연선은 동일한 문제를 야기했다. 도체의 코어는 고온 작동을 위해 JPS 방식으로 얇은 알루미늄 클래딩으로 보호될 수 있지만, 코어의 알루미늄 클래딩은 코어의 사전 신축 과정에서 190MPa의 높은 극한 장력을 받게 되며, 이것은 진동 피로에 취약하다. 박막 클래딩은 인장된 코어에 견디지 못하고, 코어 내부의 수축을 최소화할 수 없으므로 코어의 장력이 해제되기 전에 도체의 선단이 고정되어야 하므로 모든 알루미늄 연선이 매우 느슨해진다. 느슨한 알루미늄 연선과 도체 선단 부분을 고정할 필요가 있기 때문에 제조 및 현장에서 스트링을 처리할 때 도체를 다루기가 어렵다.

고온 도체(예: INVAR³ 및 ACCR⁴ 도체)는 고온에서 지속적으로 작동할 수 있는 구성 물질과 함께 Al-Zr 고온 합금을 사용한다. 이러한 도체는 일반적으로 일상적인 작동 조건보다 훨씬 높은 고온의 변곡점을 가지고 있으며, 종종 100℃에 가깝거나 그 이상이다(표 1 참조). 현장에서 도체의 인장력을 미리 처리한 조정은 거의 시도되지 않는다.

ACSS 도체의 인장력을 미리 처리한 조정이 때때로 수행된다. 이것은 ACSS 도체가 이미 타워 내에 있고 그 사이에 있을 때 이루어지며 상당한 수준의 인장 응력(예: 도체 정격 인장 강도 40%에 해당하는 하중)이 중단되기 전 수 시간 도체에 적용된다. ACSS의 인장력을 미리 처리한 조정은 열 변곡점을 줄이고 열적 처짐을 개선하지만, 인장시 ACSS에 요구되는 높은 응력은, 특히 리컨덕터링 응용 프로젝트에서 오래된 송전탑의 안전한 작동에 대한 위험을 증가시킨다.

섬유 강화 폴리머 매트릭스 복합체로 만들어지고 CTC Global⁵에 의한 ACCC, South wire에 의한 C⁷, Nexans⁶의 Low Sag 및 과거 10년 동안의 기타 유사한 타입과 같은 열처리된 알루미늄으로 꼬여진 강도 부재를 가진 도체가 더 많이 인정되었다. 이 도체는 전형적으로 강도 부재로서 탄소 섬유 강화 복합체와 갈바닉 부식을 방지하기 위해 탄소 코어와 알루미늄 사이의 카본 복합체 위에 절연 층에 의해 지지된다. 탄소 복합체 코어는 가장 낮은 열팽창 계수를 가지는 것 중의 하나이며, 이 전도체는 열 변곡점 이상으로 열 처짐이 매우 낮으며 ACSR 도체보다 훨씬 높은 암페어를 제공하므로 200℃와 같은 고온에서도 작동할 수 있다(N1 비상 사태와 같이 필요한 경우). 이들 도체는 강하고 가벼우며, 복합체 강도 부재는 강도 부재의 스틸 타입에 관련된 부식에 대해 내부식성이 있다.

그러나 이러한 복합체 코어 도체는 일반적으로 70℃ 이상의 열 변곡점을 가지고 있다. 이 온도보다 낮으면 전도체의 열 연신율은 알루미늄 연선에 의해 지배되며 열적 처짐이 현저하게 된다. 거의 모든 이들 도체는 기존 인프라와 기존의 것들을 활용하기 위해 용량 확장을 위해 리컨덕터링에 사용된다. 구형의 타워는 도체 열 변곡점을 실질적으로 억제하는 데 필요한 높은 레벨의 응력을 미리 처리한 처리를 수행할 수 없기 때문에, 기존의 타워에 응력을 미리 처리한 처리를 하는 것은 흔하지 않다. 이러한 복합체 코어는 잘못된 취급과 관련된 예리한 각도 상황에서와 같이 설치 중 과도한 축 방향 압축 응력으로 인해 섬유 조임에 취약하다. 더 작은 벤딩 힘 유연성을 지닌 더 작은 코어를 갖는 도체는 예각(강도가 있는 부재의 벤딩을 수용하기 위해 슬라이드되거나 슬라이드된 도체의 알루미늄 연선을 갖는)에서 큰 벤딩 응력이 작용하지 않아도 되기 때문에 더 취약하다. 특히 복합체 강도 부재의 장력이 없는 경우에 그러하다. 코어가 일부분만이라도 손상을 입는 경우 도체의 손상은 초기 손상 후 수개월 또는 수년 지연될 수 있어 전기 송전 네트워크의 안전과 신뢰성에 심각한 위협이 된다.⁷ 도체 구성 요소가 실질적으로 인장력을 받지 않고, 강도 부재가 실질적 미리 존재하는 장력을 받는 복합체 코어 도체는 안전한 취급 및 설치 및 전기 송,배전망의 안전성 및 신뢰성에 필수적이다.

이러한 도체에서 어닐링된 알루미늄은 최대 전기 전도성을 제공하지만, 인장 응력 하에서 쉽게 변형된다. 이들 도체는 기계적 부하를 위해 코어에 의존하며, 일반적으로 코어를 고정하기 위해 특수 하드웨어 피팅이 필요하다. 이러한 도체를 사용하는 프로젝트의 하드웨어 비용은 때로는 전체 프로젝트 비용의 50% 정도로 높으며, 특히 저전압 배전망과 같은 비용에 민감한 적용에는 수용할 수 없다. AFL의 압축 피팅 내부에 CTC Global 또는 알루미늄 슬리브 방식의 콜레트 하우징 접근과 같은 비싼 특수 피팅은 복합체 강도 부재를 갖는 도체와 함께 사용해야 한다. 또한, 이러한 도체는 정확히 규정된 스트링 온도와 시간 간격을 따라야 하며, 특히 줄을 묶는 동안 번들 형태로 설치 과정이 엄청나게 비싸다. 위상 도체(phase conductor)의 장력과 시간 히스토리가 다를 경우, 설치 후 번들 형 도체 사이의 각 도체에 대한 열 변곡점이 다를 수 있으며, 도체 온도가 변하면 단락 회로 또는 단락이 발생할 수 있다. 예를 들어, 2011년 중국의 220kv ACCC 리컨덕터링 프로젝트에서 현장 엔지니어는 18KN의 동일한 가선 장력에도 불구하고, 위상 도체(ACCC Drake)의 새그가 큰 변화를 나타냈다고 보고했다⁸. 한 도체는 2011년 3월 30일에 잘렸고, 도체 처짐은 4월 2일에 0.69m, 2011년 4월 3일에 0.77m로 상당히 증가했다. 같은 회로와 동일한 위치에 있는 다른 2개의 위상 도체는 2011년 3월 31일 18KN의 동일한 가선 장력으로 하루 후에 잘리게 되었고, 각 도체의 새그는 4월 2일에 1.175m에서 0.9m로 증가하는 것이 관찰되었고, 한 도체는 4월 3일에, 다른 도체는 4월 2일에 0.78m, 4월 3일에 0.86m로 증가하였다. 이러한 도체 새그(sag)의 변화는 실질적일 뿐 아니라, 무작위적이고 예측할 수 없는 것처럼 보이며, 현장 엔지니어 및 전기 유틸리티에게 심각한 문제이다. 이들 도체가 이미 열 변곡점이 낮으면(바람직하게는 그러한 리컨덕터링 프로젝트에서 오래된 타워에서 인장력을 미리 처리할 필요가 없다), 설치 작업(예: 스트링 시간, 스트링 온도, 위상 도체 사이의 인장 응력)에서 이들 도체를 설치하여 스트링 작업 중 및 후에 목적 새그를 용이하게 제거할 수 있다

탄소 섬유 고분자 복합체 코어와 어닐링된 알루미늄으로 된 도체에 대한 또 다른 도전은 무거운 얼음 환경에서의 그들의 높은 처짐이다. 새그 간극을 유지하면서 타워에 과도한 인장 하중이 가해지지 않도록 엔지니어는 때때로 도체가 얼음 하중을 받고 나서 도체를 조정하여 도체의 장력이 얼음 부하 후에 떨어지는 경우가 있다. 이것은 선로 공사자에게 여분의 시간과 많은 노력이 요구된다. 이들 전도체가 이미 타워에서 높은 인장력을 미리 처리한 처리 없이 낮은 열 변곡점에 있다면, 전기 타워에 대한 장력을 증가시키지 않으면서 이들 도체를 더 높은 공간에 설치할 수 있어 무거운 얼음 부하로 인한 처짐을 더 잘 처리할 수 있다. 인장력을 미리 처리한 전도체가 사용된다면 이러한 과정은 불필요할 것이다.

더 낮은 전압에서 작동하는 배전망에서, 도체는 비용 제약으로 때문에 더 높은 전류 밀도를 받는다. 새로운 전기 송전 및 배전망을 구축할 수 있는 권리를 확보하는 것이 점점 더 어려워지면서, 고온 도체를 배포하여 응급 상황에서 필요할 때 용량을 대폭 늘리고 에너지 효율을 높일 수 있는 것은 매우 바람직하다. 이것들은 전형적으로 더 작은 도체이며, 설치, 유지 보수 및 수리가 쉽고 (도체, 피팅 및 설치시) 경제적인 도체 시스템 솔루션을 갖는 것이 중요하다.

따라서, 타워 안전성을 손상시킬 수 우려가 있는 전기 타워에서 도체를 응력을 미리 처리한 처리할 필요없이 고온 작동이 가능한 열 변곡 억압 도체가 여전히 필요하다. 또한, 비용이 효과적이고 작업(설치 일관성 및 가닥 풀림이 없으며, 현장에서의 취급 부주의, 수리 및 유지 보수 용이성, 에너지 효율 향상, 낮은 처짐 및 기존 피팅과의 호환성) 하기 쉬운 복합체 강도 부재를 사용하는, 도체 해결이 요망되고 있다.

본 발명은 비용 효과 (도체, 설치, 수리 및 하드웨어), 고용량 및 에너지 효율, 고온 및 무거운 얼음 하에서의 낮은 처짐 및 전도체의 강도 부재가 응력을 미리 처리한 상태에 있는 동안 전도성 매체의 상당한 양이 도체 무결성(예: 가닥 풀림)을 손상시키지 않고 압축되거나 장력이 가해지지 않도록 하면서 어떠한 장력을 받지 않거나 압축 상태에 있지 않도록 보장함으로써 온도 변화에 따른 거의 변화없는 완전한 도체 시스템 솔루션을 제공함으로써 전술한 문제점을 해결한다.

이하, 하나 이상의 다양한 실시예들에 따른 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명된다. 도면은 단지 예시의 목적으로 제공되며, 본 발명의 전형적인 또는 예시적인 실시예를 나타낸다. 이들 도면은 본 발명의 독자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되며, 본 발명의 범위, 범위 또는 적용 가능성을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 명확성과 설명의 용이함을 위해, 이들 도면은 반드시 규정된 스케일로 제작된 것은 아니라는 점에 유의해야 한다
본 명세서에 포함된 일부 도면은 상이한 시각으로부터의 본 발명의 다양한 실시예를 예시한다. 첨부된 명세서에서 "정면도", "저면도" 또는 "측면도"와 같은 도를 지칭할 수 있지만, 그러한 참조는 단지 설명적인 것이며 명시적으로 특히 언급되지 않는 한 특정 공간 방향으로 본 발명을 구현하거나 사용하도록 요구하지는 않는다.
도 1은 다양한 알루미늄 도체 타입의 일반적인 열 변곡점을 도시한 그래프이다. 알루미늄 재질은 열 변곡점 아래에서 도체의 열팽창을 나타내기 때문에 각 도체 타입형의 열 변곡점 아래의 온도에서는 새그가 급격히 증가한다. 열 변곡점보다 높은 온도에서, 도체 열팽창은 강도 부재에 의해 제어된다.
도 2는 인장력을 미리 처리한 처리 후에 열 변곡점이 주변 온도보다 실질적으로 낮을 수 있는 ACCC, ACSS, ACSR 및 Invar 타입의 도체에서 열 변곡점 및 그로 인해 생성되는 새그 개선의 감소 또는 억제를 나타내는 그래프이다. ACCC와 같은 탄소 섬유 복합체 코어로 제작된 도체는 광범위한 온도 범위에서 열적 새그(Sag) 개선의 가능성을 가장 많이 제공한다.
도 3은 인장력을 미리 처리한 처리 단계 외부의 정상적인 인장력을 유지하면서 인장력을 미리 처리된 강도 부재의 캡슐화 단계의 다이어그램이다.
도 4는 연선 작업 중에 캡슐화된 강도 부재가 고장력을 받아 도체의 열 변곡점을 억제하는 동안 도체가 연선되는 도체(원형, TW, C, S, Z 또는 다른 구성도 가능함)의 외층의 공정을 도시한 도면을 나타낸다. 릴의 도체 연선에 대한 왜곡을 최소화하기 위해서는 도체 권취 릴 전에 장력을 정상 수준으로 낮추는 것이 중요하다는 점에 유의해야 한다.
도 5는 설치 중 1차 시브 휠 이전의 현장에서 도체 인장력을 미리 처리한 처리를 나타내는 다이어그램이다. 제1 텐셔너(왼쪽)와 제2 텐셔너(오른쪽) 사이에 높은 장력이 유지된다. 이 방법은 CTC의 ACCC, 넥상스의 Lo-SAG, Southwire의 C7, ACSR, ACSS, INVAR 등과 같은 모든 기존 도체 타입에도 적용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6n은 캡슐화된 강도 부재를 갖는 도체의 단면의 일부 예를 나타낸다. 도 6a는 단일 강도 부재 및 단일 캡슐화층이 있는 도체를 나타내고; 도 6b는 복수의 강도 부재 및 단일 캡슐화층을 갖는 도체이며, 캡슐화층은 유사하거나 상이한 캡슐화 재료로 제작된 돌출 표면 형태를 가질 수 있고, 에올리안 진동(Aeolian vibration)에서의 와류 제거를 방해하여 새로운 도체 중의 에올리안 진동 피로를 제거한다; 도 6c는 캡슐화층이 있는 중공 코어(다른 중공형일 수 있음)가 있는 도체를 나타낸다; 도 6d 및 도 6e는 강도 부재와 캡슐화층 사이의 접착 및 인터로킹을 향상시키기 위해 형상 강도 부재를 갖는 전도체이며, 동일한 로킹 특징이 도전층 사이에 적용된다. 도 6f는 돌출 원형 또는 다른 형상 및 강도 부재와 캡슐화된 층 사이의 부착 및 인터로킹 형의 강도 부재를 가지며 또한 강도 부재와 캡슐화된 층 사이의 인터로킹을 촉진하는 구멍이 뚫어진 부위를 갖는 도체를 나타낸다. 도 6g는 고속 레일의 접촉 와이어와 같은 특수한 형태의 도체. 강도 부재는 타원형 또는 원형과 같은 다른 형태로 될 수 있다. 도 6h는 전도성 물질(동일 또는 상이한 종류)의 다수 동심원 층이 있는 도체. 도 6i는 광섬유 또는 케이블을 중공 강도 부재 내부에 삽입할 수 있는 중공 강도 부재가 있는 도체. 도 6j 및 도 6k는 외층이 C 또는 TW 연선 구성으로 연선된 도체이다. 라운드, 샌드 Z와 같은 다른 연선 구조도 적용될 수 있다. 도 6l은 중량을 줄이고 직경을 확대하기 위해 중공 연선이 있는 도체를 나타내며, 이러한 형태는 내부 층에도 적용될 수 있다. 도 6m은 외층이 TW로 적층된 다층 구성의 도체를 나타내고, 도 6n은 광섬유가 내장된 도체를 나타내며. 광섬유의 위치는 강도 부재 또는 전도 층 내부에 있을 수 있습니다. 대안적으로, 광섬유는 강도 부재와의 계면을 포함하여 층들 사이의 계면에 있을 수 있다. 이들 섬유는 처짐, 기계적 하중 및 전류에 대한 정확한 정보를 얻기 위해 온도, 변형 및 길이에 대한 분산 광학 감지에 사용할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 캡슐화된 코어/도체의 구성을 나타낸다. 도 7a에서, 코어가 대칭적으로 동심원으로 중앙에 놓인 원형 모양의 도체에 대한 베이스 라인 옵션을 나타낸다. 도 7b는 알루미늄과 같은 상당량의 도전성 재료가 릴로 스풀링되는 동안 부가적인 압축을 견딜 수 없는 비원형 도체의 예를 도시한다. 도 7c는 도체가 릴 상에 스풀되었을 때 압축되는 알루미늄과 같은 도전성 물질의 양을 최소화하기 위해 강성 코어가 의도적으로 하부 에지를 향해 위치되는 다른 비원형 도체의 예를 도시한다. 도 7d는 비원형 강도 부재를 갖는 비원형 도체의 예를 도시한다. 이것은 강도 부재 위치 바로 아래의 도전성 재료에 대한 최대 압축 응력을 최소화하고, 강도 부재 (코어)로부터 충분한 강성을 유지하여 설치 중 스프링 백이 용이해진다; 도 7e는 최대 스프링 백을 위한 비원형 강도 부재 및 설치 중 시브 휠에 대한 릴로의 스풀 링 또는 벤딩으로 인한 추가적인 압축 하에서 최소량의 알루미늄과 같은 전도성 재료를 갖는 원형 도체의 예를 도시한다.
이 도면들은 본 발명을 개시한 정확한 형태로 본 발명을 제한하거나 포괄하고자하는 것은 아니다. 본 발명은 수정 및 변경하여 실시될 수 있고, 본 발명은 청구 범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다는 것을 이해되어야 한다.

[본 발명의 개요]

이 섹션은 발명의 요약이며, 범위 및 특징의 관점에서 본 발명의 전체를 완전하게 개시하는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명의 실시예는 전기 타워에서 인장력을 미리 처리한 처리 없이 열 변곡점이 실질적으로 감소된 전기 도체이다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 실시예는 전기 송전, 배전 타워에서 도체의 인장력을 미리 처리한 조절하지 않고, 도전 재료로서 마이크로 합금을 포함하는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금을 갖는 전기 도체 내의 강도 부재의 인장력을 미리 처리한 처리 및 인장력을 미리 처리한 유지에 의존한다. 또한, 강도 부재는 적어도 전술한 도전성 재료의 층으로 캡슐화된다.

도체의 강도 부재는 스틸, 인바 강, 고강도 또는 초고강 또는 고강도 스틸, 고온 스틸, 비금속 섬유 강화 금속 매트릭스 복합체 재료, 열가소성 또는 열경화성 매트릭스의 탄소 섬유 강화 복합체, 또는 AR-유리, E-유리, S-유리, H-유리, 탄화 규소, 질화규소, 알루미나, 현무암 섬유, 특수 배합 실리카 섬유와 같은 다른 유형의 섬유로 보강된 복합체 재료 및 이들 섬유의 혼합물 등과 같은 섬유의 다른 타입으로 강화된 복합체의 단일 연선 또는 다중 연선일 수 있다. 복합 강도 부재의 보강재는 위스커(whiskers) 또는 조각 섬유(chopped fiber)와 같이 불연속적일 수 있으며, 또한, 실질적으로 정렬된 형태(예를 들어, 축 방향으로 평행한) 또는 랜덤하게 분산된(나선형 권취 또는 직조 형상 포함) 연속 섬유일 수 있다. 도체 내의 강도 부재는 상술한 종류의 연선 유형 또는 섬유 유형의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 단층 도전성 매체를 위한 컨포밍 머신 또는 컨포밍 유닛을 통해 또는 다중층 형성의 도체용 일련의 컨포밍 머신을 통해 어닐링된 알루미늄(예, 1350-O), 알루미늄 합금(예 1350-H19), 알루미늄 합금(예, 알루미늄-지르코늄 합금, 6201-T81, -T82, -T83, 등), 구리, 구리합금(예, 구리 마그네슘 합금, 구리 주석 합금, 구리 마이크로 합금, 등)으로 캡슐화된 강도 부재를 포함한다. 캡슐화 공정은 컨포밍 머신과는 다른 기능적 기계로 달성될 수 있으며, 목표 특성(즉, 원하는 기하학적 구조 또는 응력 상태)을 달성하기 위해 선택적으로 행할 수 있다. 컨포밍 머신 등은 캡슐화 전도성 재료의 퀀칭(quenching)을 허용한다. 컨포밍 머신은 3M의 CTC GlobaL ACCR 코어의 ACCC 코어 및 넥상스의 Lo Sag Core와 같은 섬유 강화 복합제 강도 부재 제작에 사용되는 강도 부재용 연선기(stranding machine) 또는 인발 성형기(pultrusion machine)와 결합될 수 있다. 추가적인 캡슐화된 도전층이 추가될 수 있다. 하나의 특성화에서, 구리층은 기차 관련 응용을 위해 알루미늄 캡슐화층 위에 추가될 수 있다. 추가 전도성 층은 전도성 물질로 캡슐화된 인장력을 미리 처리한 강도 부재 주위에 선택적으로 연선될 수 있으며, 바람직하게는 외층용이며, 바람직하게는 그곳에 Z, C 또는 S 와이어로 연선되는 것이 바람직하다. 하나의 특성화를 위해, 강도 부재는 고강도 스틸의 다중 연선이며, 캡슐화층은 알루미늄이고, 연선된 알루미늄층은 알루미늄 라운드 또는 사다리꼴 연선이다. 어떤 특성화를 위해, 강도 부재는 탄소 섬유 강화 복합체로 하고, 캡슐화층은 알루미늄으로 하고, 이어서 구리의 다른 캡슐화층으로 이루어진다. 어떤 특성화를 위해, 강도 부재는 다수의 스틸 연선으로 하고, 캡슐화층은 알루미늄으로 하고, 그 다음에 Z형 알루미늄 연선으로 이루어진다. 또 다른 어떤 특성화를 위해, 강도 부재는 탄소 섬유 또는 세라믹 강화 복합체 재료의 다중 연선이며, 즉각적인 캡슐화층은 알루미늄이며, 외부 연선은 S형 알루미늄 연선이다.

캡슐화 전도성 물질은 전도성 물질(예, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등)의 적합성, 담금질(quenching) 동안 최대 500℃ 또는 그 이상의 온도에 도달할 수 있게 하여, 강도 부재(고온 스틸, 폴리머 매트릭스 복합체)의 노출 시간을 효과적으로 제한하여 이와 같은 고온에서 강도 부재의 원 상태와 특성을 보존한다. 주위 또는 주변 온도에서 강도 부재 주위의 도전성 재료의 접착 및 압축은 강도 부재의 잔류 인장 응력의 영향을 보존하는데 중요하며, 그렇지 않은 경우 더 높은 CTE 도전성 재료는 압축 응력보다 더 낮은 열팽창계수의 강도 부재 상에 가해져, 강도 부재 상으로의 인장력을 미리 처리한 처리 효과를 감소시킨다.

강도 부재는 알루미늄 또는 구리의 캡슐화 전도성 층 또는 그들의 각각의 합금이 강도 부재 둘레에 캡슐화되어 도체 릴에 스풀링(spool)될 수 있는 결합성 전도성 하이브리드 로드를 형성하는 동안 적절하게 인장된다. 릴 및 도체 스프링 백 위로 용이하게 도체 스풀링을 용이하게 하기 위해, 도체는 도체 중의 더 짧은 축이 스풀(또는 도체 와이어 설치 중 도르래 휠) 주위에서 벤딩되도록 하여 작은 굴곡 또는 스풀 반경이 되도록 하여 도체가 비원형(예를 들어, 타원형)으로 구성되도록 할 수 있고, 반면 강도 부재는 장축을 갖도록 구성되어 설치를 위해 스프링 백을 용이하게 한다. 전체 도체는 비원형 강도 부재 또는 비원형으로 배열된 다수의 강도 부재로 원형으로 할 수 있고, 스풀링 굴곡 방향은 도전성 금속층을 추가적 압축력으로 스풀링 벤딩으로 과도하게 처리하지 않으면서, 도체 스프링을 용이하게 하기 위해 강도 부재의 장축 방향으로 따라야 한다. 도체의 스풀링을 더욱 용이하게 하기 위해, 도전성 재료는 압축성 응력을 유지하면서 강도 부재에 결합되는 다수의 세그먼트(예를 들어, 2, 3, 4개 등)로 분할될 수 있고, 또한 세그먼트(종래의 도체 중, 도전성 연선에 유사하나, 강도 부재에 접착되는 것을 제외)는 도체 길이 방향(릴의 풀 스풀 하나와 동일)을 따라 1회전 이상 회전하여 스풀링을 용이하게 한다. 얻어진 전도성 하이브리드 로드는 충분한 잔류 응력 하의 코어와 함께 DC 응용 프로그램 또는 AC 응용 프로그램(즉, AC 회로 주파수에서 요구되는 표면 깊이보다 작은 도체 층 두께)에 직접 사용될 수 있으며, 알루미늄층은 대부분 인장 또는 압축 응력이 없다. 임의의 절연층(예: 배전 절연 도체에 사용되는 것과 같이)이 본 발명으로부터 전기 케이블을 제조하기 위해 적용될 수 있다.

도 7a-7e를 참조하면, 캡슐화된 코어/도체의 구성이 도시되어있다. 도 7a는 코어가 대칭이고, 동심원으로 중앙에 위치하는 원형 도체에 대한 베이스 라인 옵션을 나타내고; 도 7b는 알루미늄과 같은 상당량의 도전성 재료가 릴로 스풀링되는 동안 부가적인 압축을 견딜 수 없는 비원형 도체의 예를 나타내고; 도 7c는 도체가 릴 상에 스풀되었을 때 압축되는 알루미늄과 같은 도전성 물질의 양을 최소화하기 위해 강성 코어가 의도적으로 하부 에지를 향해 위치되는 다른 비 주변 도체의 예를 나타내고; 도 7d는 비원형 강도 부재를 갖는 비원형 도체의 예를 나타낸다. 이것은 강도 부재 위치 바로 아래의 도전성 재료에 대한 최대 압축 응력을 최소화하고, 강도 부재(코어)로부터의 완전한 강성을 유지하여 설치 중 스프링 백이 용이하도록 한다; 도 7e는 최대 스프링 백을 위한 비원형 강도 부재 및 설치 도중 시브(sheave) 휠에 대한 릴로의 스풀 링 또는 벤딩으로 인한 추가적인 압축 하에서 최소량의 알루미늄과 같은 전도성 재료를 갖는 원형 도체의 예를 나타낸다. 도체의 도전성 재료는 열 변곡점(knee point)의 억제를 위해 압축될 수 있으며, 스풀링 또는 설치 중에 바닥면은 벤딩력으로 인해 추가 압축을 받게 된다. 상기 목적(예를 들어, 적절한 스프링 백을 위한 특정 방향으로 충분한 굴곡 강성을 유지하면서, 특정 방향으로 벤딩하기 위한 최대 유연성을 유지하는 것)을 달성하기 위해 상기 구성의 변형이 이루어질 수 있다. 또한, 캡슐화 금속은 도체를 합리적 크기의 릴에 감싸거나 설치시 작은 시브(sheave) 휠을 통과하는 것을 용이하게 하기 위해 도체 축을 따라 나선형으로 의도적으로 움푹 들어간 곳이나 가공된 또는 압출된 그루브를 선택적으로 포함할 수 있다.

표면 효과가 두드러지는 AC 애플리케이션의 경우, 전도성 물질 층을 강도 부재 주위에 동심원으로 캡슐화할 수 있으며, 각 층은 최소한의 도체 함량에서 가장 낮은 AC 저항에 대한 표면 효과를 극대화하기 위해 제한된 두께이다. 상당한 층의 도전성 물질을 갖는 큰 도체의 경우, 도체의 외층은 합리적으로 크기가 설정된 스풀 주위의 도체 스풀링을 용이하게 하고, 가선 작업을 용이하게 하기 위해 선택적으로 연선될 수 있다. 외부의 가장 큰 층은 알루미늄이나 구리가 필요할 경우 TW, C, Z, S 또는 둥근 가닥으로 될 수 있다. 영구적인 가닥 풀림의 문제를 일으키지 않는다(즉, 도체 미디어 내부 층이 변형되지 않아, 외부 장력이 해제되거나 감소된 후 적절한 재정착으로부터의 가닥의 회부 층을 방지한다.). 따라서, 부드러운 외부 표면 및 콤팩트한 구성은 바람 하중 및 얼음 축적을 효과적으로 감소시킬 수 있어, 얼음 또는 바람과 관련된 날씨 문제로부터의 처짐이 감소된다. AC 애플리케이션에서 구리 도체의 경우 추가 구리층 또는 각 구리 연선은 스킨 효과 및 AC 전기 저항을 최소화하기 위해 유전체 코팅 처리가 필요할 수 있다. 구리 클래딩 된 알루미늄의 개념을 사용하는 전도층은 클래딩 구리층이 AC 회로에서 전도성을 최대화하는 반면, 도전층은 전도성 미디어에서 구리만큼 무겁거나 비싸지 않기 때문에 바람직할 수 있다. 하나의 바람직한 예로서, 각각의 캡슐화층은 적어도 0.5mm, 커도 약 2mm, 아무리 적어도 약 4mm 정도까지의 두께를 갖는다. 클래딩 또는 캡슐화 금속 영역은 강도 부재의 횡단면의 적어도 50%, 예를 들어 강도 부재의 횡단면의 100% 이상, 또는 적어도 200%이다.

전술한 도체의 부가적인 응력을 미리 처리하는 조건을 다음과 같은 쌍을 이룬 텐셔너 접근법을 따르거나 또는 사전에 결정된 캡슐화 된 코어 길이를 데덴드(dedend) 전에 트리밍함으로써 달성될 수 있으며, 모두 전기 타워의 기존 도체에 인장력을 미리 처리한 처리를 하는 데 요구되는 타워 암에 높은 인장을 가하지 않고 달성된다는 것이 특허에서 인식될 수 있다. 예를 들어, 전술한 도체는 전기 타워에 부가적인 부하를 가하지 않고 스트링 작업 중에 제1 시브 휠에 앞서 불 휠(bull wheel) 세트를 사용하여 인장력을 미리 처리한 처리를 한다. 이는 두 세트의 텐셔너로 간단하게 수행할 수 있다. 첫 번째 세트는 도체 드럼/릴에 대한 정상적인 장력을 유지하는 반면, 두 번째 세트는 정상적인 가선 장력을 복원하여 전기 타워, 특히 재연 프로젝트의 오래된 타워에 대한 과도한 부하를 방지한다. 인장력을 미리 처리한 처리는 정상 작동온도 이하의 열 변곡점에서 구동하여 알루미늄 연선이 최적의 자체 감쇠를 위해 장력을 일으키지 않으며, 도체가 온도에 따른 처짐을 사실상 변화시키지 않도록 하는 것을 확보하기 위하여, 도체는 제1 및 제2 텐셔너 사이의 인장력을 미리 처리한 스트레스, 일반적으로 매일 평균 인장 하중의 약 2배를 받는다. 텐셔너와 큰 시브 바퀴의 큰 불휠은 외층 알루미늄 연선의 사소한 풀림을 관리하는 데 도움이 된다. 미공개 중국 특허에서 실시된 것일 수 있는 연선 중, 공장 기반 도체 인장력을 미리 처리한 조정(옵션 최종 단계)에 대해 설명된 방법론을 적용하는 것이 가능하고, 또한 관리 가능하지만 다층 연선의 도체에 대해서는 권장하지는 않는다. 왜냐하면, 이러한 릴 중의 도체는 연선 선상에서 인장력을 미리 처리한 처리 후에 알루미늄 도선, 특히 도체 릴 상의 알루미늄 가닥, 특히 내부 층의 도체에 심각한 변형 및 손상을 입혀 심각한 가닥 풀림 및 도체 취급 문제(도체 내부에서 철심이 들어가지 않도록 코어 구속 장치도 적용해야 함)가 있기 때문이다. 여기에 설명된 공정은 전기 타워에 높은 인장력을 미리 응력을 가하지 않고 도체의 열 변곡점 효과적으로 이동시키기 위해, 전도성 구성 요소와 강도 부재 사이에 서로 다른 재료로 만들어진 종래 ACSS, ACSR, ACCC, ACCR, Lo-Sag, C7, Invar 도체 또는 유사 도체 타입에도 유형에도 똑같이 적용된다.

CTC Global이나 Low-Sag by Nexans에 의해 ACCC와 같은 단일 강도 부재가 있는 도체의 경우, 위에서 언급한 도체는 현장에서 정상적인 스트링을 받을 수 있다. 도체의 한쪽 끝이 이미 데드엔드 타워에 부착되어 있는 데드엔드 타워 사이에는 전도체 장력 클램프를 완화하면서 길이를 늘이기 위해 강도 부재에만 인장을 가하면서, 강도 부재(예, CTC Global에서 만든 ACCC 코어에 콜레트와 콜릿 하우징이 조립된 것)에 효과적인 웨지 클램프를 부착할 수 있다. 강도 부재가 빠져나오면서 알루미늄 또는 구리의 연선 층 또는 그 합금 층과 같은 전도성 물질이 뒤로 미끄러지는 경우, 강도 부재에서 미리 결정된 길이, 즉 강도의 신장과 동등한 길이로 잘라내어 부재에 미리 설정된 인장 응력이 가해질 경우, 두 번째 데드엔드 타워에서 데든닝을 완료한다. 본 발명의 캡슐화 강도 부재 또는 규칙적인 도체(즉, 본 발명 이외의 것)의 강도 부재에서의 절단 길이는 원하는 열 변곡점 억제의 정도에 따라 변화될 수 있다. 이 방법은 데드엔드 타워 사이에 서스펜션 타워가 거의 또는 전혀 없는 기간에 특히 효과적이다. 코어 슬라이딩을 용이하게 하기 위해 도체는 코어 또는 캡슐화된 강도 부재(신장 및 트리밍)와 전도성 물질의 즉각적인 슬라이딩 가능한 층 사이에 약간의 윤활제를 사용하여 또는 의도적으로 두 물질 사이의 작은 갭(때때로 소위 keystoning)을 갖도록 한다.

본 발명에 기재된 도체는 대부분 고온 용도에 사용되지만, 이러한 도체는 감소된 열 변곡점(knee point)이 열적 처짐을 감소시키고 라인 용량을 증가시키는 그린 필드(green field)의 새로운 송전 프로젝트에 고려될 수 있다. 또한, 인장력을 미리 처리한 전도성 물질(알루미늄 또는 구리 및 이들의 합금)의 인장 응력을 제거하여 탁월한 자체 감쇠 및 더 높은 탑재 장력의 가능성이 도체의 갤롭핑을 감소시키고, 또한 더 적고, 더 작은 타워로 프로젝트 건설 비용을 낮춘다. 또한, 더 작은 타워는 타워가 제공되는 유용성 및 지역사회에 제공하는데 더 매력적이다. 또한, 캡슐화층은 복합 강도 부재를 갖는 도체용 AFL 피팅에 필요한 추가 알루미늄 슬리브와 유사한 기능으로 작용하여 추가 부품, 공구 또는 특별한 훈련 없이 기존의 모든 압축 피팅과 호환될 수 있다. 일부 특성화에서, 종래의 하드웨어에서 강관의 길이는 더 높은 강도로 캡슐화된 복합체 강도 부재를 수용하기 위해 길게 할 수 있는데, 예를 들어 클램핑 영역은 길이가 적어도 약 1%, 예를 들어 2% 이상, 심지어 적어도 5%까지 길어질 수 있다. .

본 발명은 OPGW 도체에 적용될 수 있는데, 여기서 광섬유는 섬유 보강 복합체 또는 스틸 튜브로 된 중공 강도 부재의 내부에 있을 수 있고, 도전 재료는 인장력을 미리 처리한 처리된 중공 강도 부재 둘레에 캡슐화된다. 본 발명의 다른 실시예는 인장력을 미리 처리한 중공 복합 코어가 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금으로 캡슐화되고, 중공 코어가 광섬유용 도관인 분배 도체이다. 본 발명의 또 다른 실시예는 코로나 효과가 최소화된 초고전압 애플리케이션을 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 캡슐화될 때 인장력을 미리 처리한 처리된 중공 강도 부재를 갖는 큰 직경의 도체이고, 코어는 광섬유로 충전되거나 그냥 중공체인 것이다.

더욱이 본 발명은 캡슐화되고 보호된 복합체 강도 부재를 갖는 도체의 견고한 취급을 가능하게 하며, 여기서 강도 부재의 유효 직경이 캡슐화층 외경의 유효 직경으로 실질적으로 증가되어 내부 강도 부재에 대한 극단적인 예각의 가능성을 최소화하고, 캡슐 내부의 강도 부재에 과도한 축 방향 압축 응력의 발생을 피할 수 있다. 강도 부재에 실질적으로 보존된 인장력을 미리 처리한, 특히 섬유 보강된 단방향 합성물로 제조될 때, 도체 벤딩이나 예각으로부터 발생하는 압축 응력을 독특하게 상쇄시켜, 이러한 복합체 코어 도체 중에서 섬유 압축 버클링 실패의 위험을 최소화한다. 캡슐화된 강도 부재는 크림핑(crimping) 및 종래의 저비용 도구가 적용될 때, 종래의 피팅으로 직접 결합될 수 있다. 표면이 둥글고 밀봉된 상태에서 오염 물질이 도체 연선에 쉽게 들어갈 수 없으므로 내식성이 크게 향상되며, 이러한 도체의 복합체 강도 부재는, 기존 도체 구성과 달리, 효과적으로 차폐되고, 산소 또는 습기 침투, UV 또는 오존 분해로부터 보호된다. 도전성 피복관이 강도 부재의 열팽창 계수를 현저하게 증가시키고 새그 성능을 악화시키는 일부 시판용 도체(알루미늄 피복 강 또는 인바)에서 강재 강도 부재에 적용되는 코팅과는 달리, 캡슐화층은 충분한 두께로 인하여 알루미늄 클래딩층이 도체(예: 얇은 알루미늄 클래딩에 대한 알루미늄 연선)의 진동으로 침식되었을 때, 그리고 전해질(예: 물 또는 전도성 오염물) 중에 존재하는 알루미늄과 스틸의 갈바니 쌍은 도체 내부의 부식을 가속시켜 도체 수명을 단축시킬 때, 시판용 도체에서 경험해온 갈바니 부식 방지를 포함하여 캡슐화된 부재를 포함한 캡슐화 부재의 수명 보호를 제공한다. 하나의 특성으로, 도체 강도 부재는 또한 불연속 또는 도체 접합과 같은 절단 단부에서 밀봉될 때 수분 또는 전도성 염이 강도 부재로 진입할 위험이 없으며, 탄소 섬유 복합체와 알루미늄 또는 구리 캡슐화층 사이의 갈바니 부식은 강도 부재와 캡슐화 금속층 사이의 계면에 전해질(부식이 일어나기 위해 요구됨)이 없기 때문에, 탄소 섬유 복합체와 알루미늄 또는 구리 캡슐화층 사이의 갈바니 부식의 문제가 발생하지 않으며, 또한 스틸 또는 탄소 섬유 복합체와 같은 강도 부재가 갈바니 부식 방지층이 필요하지 않다. 탄소 섬유 복합 강도 부재는 유리 섬유 복합체 또는 절연성 고분자 층과 같은 절연 층이 필요하지 않을 수 있다. 또 다른 특징으로, 인장 하중 하에서 응력 부식에 취약한 유리 또는 유리 타입의 강화 섬유로 된 대부분의 강도 부재는 강도 부재로의 수분 침투가 없기 때문에 장기간의 도체 설치를 위해 배치될 수 있다. 캡슐화 또는 피복재는 인장력이 없거나 압축 상태에 있으며, 캡슐화된 강도 부재의 유효 열팽창계수에 영향을 미치지 않으므로, 낮은 열 팽창계수로부터 강도 부재의 낮은 새그(sag) 특성을 유지한다.

전술한 설명으로부터, 본 발명의 범위를 더 명백하게 이해할 수 있다. 하나의 태양 또는 상이한 태양들 중 하나 이상의 조합으로 본 발명을 실시할 수 있음을 알아야한다. 또한, 예시 및 실시예는 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적은 본 발명의 양호한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 첨부된 도면 및 첨부된 도면과 함께 고려하면 더욱 명백해질 것이다. 그러나 일반적으로 동력 전달 케이블 또는 도체에 익숙한 사람은 본 명세서에서 도시되고 설명된 구조 또는 구성의 새로운 특성을 특정 세부 사항의 수정에 의해 다른 상황에서 적용할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 도면 및 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 광범위하고 일반적인 교시로 이해되어야한다.

본 발명은 열 변곡점(thermal knee point)이 실질적으로 억제되거나 감소된 전기 전도체에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에서 응력을 미리 처리한 인장 처리를 독특하게 적용하고, 또한 전기 송전 또는 분배 타워에서 도체의 응력을 미리 처리한 조건에 의존하는 일 없이, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금으로 된 전기 전도체 내의 강도 부재의 인장력을 미리 처리한 힘을 보존한다. 알루미늄층 재료는 적어도 50% ICAS, 예컨대 55% ICAS, 또는 심지어 62% ICAS 이상의 전기 전도도를 갖는다. 구리층 재료는 적어도 65% ICAS, 예컨대 75% ICAS, 또는 심지어 95% ICAS 이상의 전기 전도도를 갖는다. 본 발명은 도전 체 매체가 대부분 도장 필드 설치 후에 인장 또는 압축 상태로 되게 하고 전도성 매체에 거의 인장력을 주지 않으면서, 강도 부재의 인장력을 미리 처리한 응력을 실질적으로 보존하기에 충분한 압축 강도 및 두께의 도전성 매체로 캡슐화된 강도 부재와 인장력을 미리 처리한 양태를 독특하게 결합하거나 또는 생성된 캡슐화된 강도 부재의 저열 팽창 특성을 보존하는 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 2종 이상의 상이한 구성 재료, 예를 들어, 강도 부재 및 전기 전도성 부분 또는 전도성 매체로 제조된 도체이다. 본 발명에 의해 얻어지는 도체는 본질적으로 낮은 열 변곡점을 갖는다. 도체, 피팅, 설치 및 수리가 매우 비싼 복잡한 설치 도구 및 공정이 요구되는 갭 도체와는 달리, 본 발명의 도체는 열 변곡점의 이동한 결과로서 낮은 처짐(sag), 높은 용량 및 에너지 효율을 유지하면서 설치 및 수리가 용이하다.

이 실시예는 도 2에 나타난 바와 같이, ACSR; ACCR(3M), ACCC(CTC Global), C7(South wire), Lo Sag (넥상스), 멀티 연선 코어(Tokyo Rope)와 같은 복합체 코어 도체; ACSS; 및 Invar 도체와 같은 기존 도체 타입에 적용된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 수리하기 쉽고, 설치가 간편하며, 기존의 저비용의 종래의 하드웨어와 호환 가능하고, 얼음 및 바람 하중을 관리에 완벽하고, 에올리안 진동(Aeolian vibration)을 효과적인 전도성 매질(비전도성 매체는 적합할 수 있지만 바람직하지 않음)로 캡슐화된 응력을 미리 처리한 강도 부재를 포함하며, 이러한 강도 부재는 최대 용량 및 에너지 효율성을 제공한다. 강도 부재와 즉시 접촉하는 도전층은 강도 부재의 잔류 장력을 지지하기에 충분한 압축 강도 및 두께를 갖는 것이 바람직하며, 이 층은 도체 내의 나머지 도전층과 상이한 재료 타입, 예를 들어, 가장 내층에 구리 또는 구리 합금(동 마이크로 합금 포함)으로 될 수 있고, 도체의 나머지 도전층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이며; 다른 선택으로 알루미늄 합금 또는 어닐링된 알루미늄 또는 어닐링된 알루미늄 합금이 강도 부재와 접촉 층에 존재할 수 있고 나머지 도전성 매질은 알루미늄 또는 구리 또는 다른 유사한 조합일 수 있다.

도체 열 변곡점은 설치 후 도전성 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 또는 구리 및 구리 합금의 인장 응력 레벨과 관련된다. 이 온도는 전도성 매체 위에 인장 응력이 없거나 압축 상태로 정의된다. 도체 열 변곡점은 도체 구성(구성 재료 및 각각의 백분율, 온도 및 인장과 같은 스트링 조건 및 도체의 부하 히스토리)에 따라 다르다.

예를 들어 직경이 약 25mm인 유사한 사이즈의 도체의 경우, 스트링 온도 21℃ (5℃에서 1개 제외)에서 300미터 스판의 설치 조건 하에서 설치 후 각각의 열 변곡점은 표 1에 나타난 바와 같다.

[표 1] 300미터의 스팬과 21℃의 설치 온도에서 전형적인 도체에 대한 인장력을 미리 처리한 처리로 인한 열 변곡점의 영향.

본 발명에서, ACCC 및 ACSS와 같은 어닐링된 알루미늄을 사용하는 전도체는 프리텐셔닝 (또는 얼음 부하 후)으로 쉽게 처리되어 열 변곡점을 상당히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 도체가 작동 온도 범위에서 실질적으로 둔감한 카본 복합체 강도 부재가 있는 도체에서 열 변곡점을 -50℃ 이하로 낮추는 것이 가능하다. 인장력을 미리 처리하지 않은 탄소강 부재를 가진 전도체는 설치 중에 온도 및 장력의 변화에 민감한 열 변곡점을 가지며, 처짐 에러 및 변동을 일으키기 쉽지만, 이러한 문제는 단순히 도체를 미리 인장시켜(코어의 인장력을 유지하고, 알루미늄에 인장력을 주지 않거나 압축 상태로 유지시킴으로써) 완벽하게 제거하는 것이 가능하다. 이를 통해 고속 레일 적용과 같이 환경 변화에 대한 처짐 감도가 용인될 수 없는 경우에 이러한 타입의 도체를 사용할 수 있다. ACSS 도체는 열 붕괴(갭 도체에 필적하는)에서 우수한 성능을 갖도록 인장력을 미리 처리할 수 있지만, 강도 부재는 스틸 코어이며, 탄소 복합 강도 부재를 사용하는 도체보다 훨씬 더 높은 열적 신율을 나타낸다.

온도가 21℃에서 5℃로 떨어지면 설치 온도는 열 변곡점에 영향을 준다(표 1 참조). 새그 성능을 향상시키기 위해 현장 엔지니어는 일반적인 ACSR 도체 설치에서 크리프 관련 처짐을 수용하기 위해 설치 온도를 낮추거나 장력(온도 변화)을 증가시키는 것이 일반적이다. 저온에서 도체 인장력을 미리 처리한 처리는 고온에서 도체 인장력을 미리 처리한 처리보다 열적 변곡을 더 많이 억제해야 한다.

다중 층의 전도성 연선을 갖는 종래의 연선 도체에 대하여, 공장 환경에서 전체 전도체의 인장력을 미리 처리한 처리는 모든 연선 사이에서 영구 연선 신장 및 변형을 유도한다. 인장력을 미리 처리한 처리된 전도체가 전형적으로 도체 연선 설비에서 행해지는 릴로 싸일 때, 도체 릴의 전도체의 상부 및 하부 층으로부터 가해지는 실질적인 압축력은 인장력을 미리 처리한 전도체의 영구적으로 신장된 알루미늄 연선을 왜곡시킬 것이다 특히 인장 전도체의 내부 연선은 도체의 인장 하중이나 온도가 변할 때 모든 전도성 연선의 적절한 재정류를 방해하여 수용할 수 없는 도체 가닥 풀림을 초래한다. 또한, 기존 도체의 공장에서 인장력을 미리 처리한 인장력을 미리 처리한 코어의 수축을 피하기 위해 도체에 (코어가 알루미늄층 내부로 들어가기 때문에) 클램핑 장치를 하는 것이 요구되므로, 공장 및 현장에서 취급하기가 어렵다.

열 변곡점을 감소시키기 위해 갭 도체와 결합된 복잡하고 값비싼 현장 설치를 피하기 위해, 그리고 연선 공장에서 도체 인장력을 미리 처리한 처리에 관련된 가닥 풀림 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 도체의 강도 부재에 영구적인 인장 변형을 독특하게 설정하고 유지하며, 강도 부재를 도전성 용기로 캡슐화함으로써 달성될 수 있다. 전도성 클래딩층은 충분한 두께와 압축 강도를 가져야만 설치 후 실질적인 잔류 인장 변형이 보존되어 낮은 열 변곡점 및 낮은 열 처짐 성능을 달성할 수 있다.

캡슐화된 강도 부재의 팽창은 종종 강도 부재 자체보다 높은 열팽창을 나타내기 때문에 더 나쁜 열 처짐을 나타내기 때문에, 캡슐화된 강도 부재가 도체(참고문헌 2, 3, 6, 9, 10, 11)에서 사용되었지만, 대부분이 인장력을 미리 처리한 처리되지 않았으며 참고문헌 2의 경우를 제외하고 최적의 열 처짐 성능이 시도되지 않았다. 도체 제조자에 의해 강도 부재에 적용되는 알루미늄 클래딩 또는 코팅은 일반적으로 비교적 얇다. 이러한 것들은 본 발명과 근본적으로 다르다: 즉, 1) 인장력을 미리 처리한 강도 부재로 제조된 전도체에서 인장력을 미리 처리한 처리 및/또는 열 변곡점 억제를 위한 것이 아닌, 상이한 목적을 위한 것이다; 2) 인장력을 미리 처리한 처리 후에 강도 부재에서 높은 인장 응력을 유지하는 것은 충분한 두께의 캡슐화층을 필요로 하므로 본 발명과 관련 지우거나, 또는 적용하기에는 너무 얇다.

넥상스의 LO-Sag 제품에서 복합 코어의 복합체 코어에 대한 알루미늄 코팅은 매우 얇아서 카본 복합체 코어를 고온 산화 분해로부터 보호해야 한다.

오염된 무거운 지역(해안 또는 산업 공해)에서, 알루미늄 연선 사이의 갭은 종종 오염 물질이 도체와 강철 코어에 들어가는 공간이다. 모든 구리 도체는 특히 부식이 우려되는 지역의 배전망에 사용된다. 알루미늄 캡슐화 스틸 또는 Invar 코어가 있는 연선 도체로서 DeAngeli ZTACIR 또는 Lumpi-Berndorf HACIN 도체와 같은 부식 처리된 것이 소개된다. 이러한 도체는 이들 도체 중 열 변곡점의 억제와 관련이 없으며, 캡슐 코어가 스틸과 비슷하거나 더 높은 열 팽창 계수(예: 13x10^-6 /C)를 가지므로 고온에서 가장 낮은 처짐을 위해 최적화되지 않았고, 고온 Zr-Al 합금을 사용하여 약한 인바 강도를 보완하여 최적의 전기 전도도뿐만 아니라 더 높은 너 포인트, 최적이 아닌 열 처짐을 초래한다. Lump (STAIR) 및 De Angelic (STAIR)의 Invar 스틸에 클래딩 한 알루미늄은 강도 부재의 열팽창 계수가 많이 증가하는 것을 피하기 위해 (클래딩 영역은 일반적으로 강재 영역의 20%로 제한된다) 스틸 상의 알루미늄층이 강철 코어의 약 S%인 것이 바람직한 알루모웰드 도체와 유사한 부식 효과로부터 인바 강을 보호하기 위한 것이다.

드 안델리(De Andeli) 외장(Sheath) 도체에서, 드 안젤리 프로도티(De Angeli Prodotti)는 침투하여 어닐링된 알루미늄 쉬쓰의 압출에 의해 덮인 고강도 강철 코어로 인해 공극이 완전히 없어지는 일련의 극소형 전도체를 개발했다. 드 안젤리의 외장 도체에 의한 알루미늄 클래딩은 알루미늄 패킹 및 전기 전도성을 극대화하기 위해 원형 스틸 와이어 사이의 틈새 공간을 채우기 위한 것이다. 외장 도체의 강도 부재는 도체 열 변곡점을 억제하여 열 처짐 성능을 향상시키기 위해 인장력을 미리 처리한 처리되지 않았다. 이 두께는 캡슐화된 알루미늄과 관련된 열팽창 증가를 최소화할 수 있도록 실질적으로 얇으며, 코팅 두께는 인장력을 미리 처리한 처리 후 스틸 코어 내의 인장 응력의 보전을 실질적으로 지지하지 않으며 열 변곡점을 억제하지 않는다. 드 안젤리 외장 타입의 도체는 ACSS와 유사한 고온 응용 분야에도 적용할 수 있다 할지라도, 이러한 도체의 스틸 코어는 전체 전도체 단면의 약 10~20%에 불과하며, 스틸 가닥 사이의 틈새 공간은 매우 적어 전기 전도도가 매우 제한적이다. 도체는 최적의 열 처짐 성능을 위해 설계되지 않았다. 어닐링된 알루미늄으로 캡슐화된 스틸 코어는 ACSS 도체의 스틸 코어보다 훨씬 더 높은 열팽창을 가지기 때문에 더 높은 온도에서 열 변곡점보다 현저한 열 처짐이 생긴다(예: 50% Al로 캡슐화한 스틸의 경우 14 x 10^-6/C인 것에 대해 스틸의 경우 단지 11.5 x 10^-6/C).

참고문헌 2에서 사전 스트랫칭(pre-stretch) 처리는 강도 부재를 인장력을 미리 처리하는 동안 알루미늄 클래딩을 잡아 늘려, 클래딩층에 심각한 인장 강도를 초래하여 진동 피로 손상에 취약하다. 클래딩층은 인장력을 미리 처리하는 중에 강도 부재와 일체로 된 부분이기 때문에, 결과적으로 캡슐화된 강도 부재는, 전술한 알루미늄 클래드 강 또는 인바(invar)에서 설명한 바와 같이, 더 높은 열팽창 계수를 가질 것이다. 또한, 클래딩층은 인장력을 받고, 인장력이 해제될 때 강도 부재가 도체 내부로 들어가는 것을 억제할 수 없으므로, 도체의 단부에 클램핑할 필요가 있다. 코어의 수축을 최소화하기보다는, 알루미늄 클래딩에 의해 걸리는 심각한 인장력은 코어의 전체 장력이 해제될 때 코어를 수축하여, 코어 미끄러짐/수축의 문제를 악화하고, 또한 이러한 도체의 취급, 설치 및 수리에 어려움을 겪게 된다.

결론적으로, 당해 기술 분야의 코팅 또는 알루미늄 클래딩층은 대부분 스틸 강도 부재를 보호하기 위한 것이며, 부식 효과로부터 강철을 보호하기 위해 스틸 코어 영역 자체에 비해 상대적으로 작은 횡단면을 갖는다. 강도 부재와 피복재 또는 코팅재는 동일한 응력조건(신장되지 않거나 또는 함께 신장됨)을 받게 되고, 생성된 하이브리드 강도 부재(클래딩 또는 코팅 포함)는 강도 부재보다 더 높은 열팽창 계수로 부정적으로 영향을 받게 되고, 이는 더 높은 새그(sag)로 된다.

강도 부재의 열팽창의 증가를 피하기 위해, 강도 부재 둘레의 캡슐화 재료는 인장 부재이거나, 강도 부재의 인장력을 미리 처리한 처리 동안, 특히 처리 후에 압축하에서 바람직하기로는 인장이 걸리지 않아야 한다. 전기 도체용 인장 강도 부재는 인장 장치와 결합된 적합 기계로 캡슐화될 수 있다. 강도 부재와 전도성 캡슐화 금속 사이의 금속 접합이 바람직하지만 반드시 필수적인 것은 아니다. 필요에 따라, 강도 부재와 캡슐화 금속층 사이의 접착력을 더욱 증진시키기 위해 도체 강도 부재의 표면에 접착제(예, Lord Corp의 Chemlok 250)를 적용할 수 있다. 또한, 강도 부재상의 표면 형태가 캡슐화층과 강도 부재 사이의 인터로킹(interlocking)을 촉진시키기 위해 결합될 수 있다(예: C⁷의 다중 연선 복합체 코어 또는 종래의 도체의 강선과 같은 연선 강도 부재; 표면 형상이 돌출되거나 붕괴된 복합체 코어; 특허⁵에 기술된 길이방향으로 평행한 형상을 갖는 대신에, 단일 또는 다중 연선 유리 또는 현무암 또는 이와 유사한 종류의 절연 재료가 강도 부재를 감싸는 CTC Global의 ACCC 코어와 같은 강도 부재 상에의 의도적 표면 거칠기). 도전성 캡슐화층은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금인 것이 바람직하지만, 납, 주석, 인듐주석산화물, 은, 금 또는 필요에 따라 전도성 입자를 갖는 비금속 물질과 같은 다른 금속일 수도 있다. 도 3에 이러한 설정을 예시한다. 전도성 캡슐화 금속은 마찰력으로 인해 적합 기계에서 연화되거나 심지어 용해될 것으로 예상된다. 강도 부재가 탄소 섬유 강화 폴리머 매트릭스 복합체 재료로 제조된 경우, 재료의 유리전이온도(열경화성 복합체의 Tg) 또는 융점(열가소성 매트릭스)은 금속과 접촉할 때 열화되지 않도록 충분히 높아야 한다. 재료의 Tg는 적어도 100℃ 이상이어야 하지만, 바람직하게는 150℃ 이상이어야 한다. 무수물 타입의 경화제로 경화된 에폭시 수지를 사용하는 고분자 매트릭스로 쉽게 얻을 수 있다. 고온 순응 캡슐화 금속층은 60초 이내, 바람직하게는 20초 이내에 주위 온도 이하로 냉각될 것으로 예상된다. 강도 부재는 모든 종류의 유리 섬유 또는 모든 현무암 섬유 또는 강화재로서의 이들 2종의 혼합물을 들 수 있으며, 이들의 예로는 A 유리 섬유, E 유리 섬유, H 유리 섬유, S 유리 섬유, R 유리 섬유 및 AR 유리 섬유를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 강도 부재가 사전 신장/인장되는 동안 캡슐화층(들)에는 장력이 걸리지 않는다는 점에 유의해야 한다. 강도 부재의 인장력을 미리 처리하여 해제된 후에는, 캡슐화층은 전체 압축을 받게 되며, 이는 강도 부재의 수축을 최소화한다. 복합체 재료로 제조된 강도 부재는 80ksi 이상의 강도 및 5msi 내지 40msi 범위의 모듈러스 및 약 -l x 10^-6 내지 8 x 10^-6/℃의 CTE를 가질 수 있다. ACCC 코어와 같은 대부분은 15msi에서 22msi 범위의 모듈러스를 가지며, 일반적인 스틸 와이어(약 28msi)보다 실질적으로 작다. 요구되는 인장 하중이 실질적으로 작고, 캡슐화층이 복합체 강도 부재에서의 수축 백을 보다 쉽고 효과적으로 최소화할 수 있기 때문에, 복합 강도 부재에 캡슐화 및 응력을 미리 처리한 처리를 하는 것이 이상적이다. 또한, 본 발명에서 실시되는 강도 부재의 캡슐화는 종래 기술과는 달리, 강도 부재에서 낮은 열팽창계수 특성을 독특하게 보전하여, 생성되는 도체의 열 처짐을 최소화시킨다. 실리콘계 재료와 같은 내습성 실란트를 갖는 단부를 포함하는 강도 부재가 적절하게 캡슐화된 경우, 복합체 강도 부재는 절연층이 없는 모든 탄소 섬유로 선택적으로 제조될 수 있다. 이것은 전도체의 전반적인 성능을 현저히 향상시킬 수 있다(경량, 극도로 낮은 열팽창으로 최대 1x10^-6, 더 높은 강도, 높은 모듈러스로 더 긴 스판 또는 더 적은 타워, 더 높은 도체 용량 및 더 나은 에너지 효율).

정합 캡슐화 단계는 인발기(pultrusion machine), 또는 스틸용 코어 연선기(core stranding machine) 복수의 강도 부재 와이어/연선/로드로 제조된 도체 코어가 제조된 복합 강도 부재와 임의로 함께 일체화될 수 있어 비용을 더욱 감소시킬 수 있다. 선택적으로 인발 가공 또는 강도 부재 연선기와 같은 선행 단계가 인장력을 미리 처리한 처리 순응 공정에서 속도 및 장력을 처리할 수 있거나 또는 캡슐화 재료가 강도 부재를 갖는 튜브이고, 조립체가 단일 또는 일련의 연신 다이를 통해 인출되어 최종 크기 및 형상을 얻는 인출면으로부터 충분한 연신 공정을 수행할 수 있으면 텐션 장치의 제1 세트는 필요하지 않을 수 있다. 강도 부재의 인장은 적합 공정 중에 유지된다. 캡슐화된 인장력을 미리 처리한 강도 부재는 제2 텐셔너를 통과하여 도체 릴에 감기 전에 장력 레벨을 감소시킨다. 도체 릴이 높은 장력 레벨에서 도체를 감을 수 있으면 제2 텐셔너에서의 인장 감소 단계를 생략할 수 있다. 또한, 제조 공정의 여러 단계에서 정밀하게 제어된 차동 속도가 유지되는 경우 설명된 텐셔너를 피할 수 있다. 도 3에서 한 쌍의 텐셔너 대신에 다른 텐션 장치 또는 접근법이 사용될 수 있다. 기계를 따르는 것 대신에 일체형 튜브를 강도 부재 위에 압출하거나 압출된 프로파일을 강도 부재 위에 폭이 넓은 스트립으로부터 접어서 길이 방향으로 용접할 수 있다. 알루미늄 와이어는 강도 부재 주위에 반경 방향으로 연선되고, 반경 방향 압력의 적용에 의해 분쇄되어 강도 부재에 접착되거나 접착될 수 있다¹⁰. 대안으로, 강도 부재의 인장은 초기 및 권선 구간에서 일정한 속도를 유지하면서 인장 세그먼트에서만 차동 속도로 인장 속도를 제어함으로써 가능하다.

도체의 인장력을 미리 처리한 정도는 도체 크기, 도체 구성, 도체 적용 환경 및 바람직한 목표 열 변곡점에 따라 다르다. 목표가 연선 온도(e/g/. ambient) 또는 그 근처에서 도체 열 변곡점을 갖는 것이면, 강도 부재에 요구되는 인장력은 단지 대략 동일한 연신 처짐 장력(전형적으로 10 내지 20% 정격 도체 강도), 연신 새그 장력 레벨의 5~50%의 추가, 바람직하게는 모든 알루미늄 (또는 구리 도체의 경우 구리)이 없는 스트링 후 10~30% 장력 여유가 있는 힘이며, 이는 추가 전도체 인장 강도의 약 40%의 하중이 일반적으로 요구되는 전기 타워에서 도체 인장력을 미리 처리한 것에 비하여 의미 있게 낮은 것이다. 필요한 열 변곡점이 낮을수록, 더 높은 인장력을 미리 처리한 스트레스가 필요하다. 또한, 탄소 섬유를 사용하는 복합체 코어는 강하고 가벼우며 열 변형(thermal sag)이 적음을 주목해야 하는 것이 중요하다. 섬유 강화 복합체 재료를 사용하는 캡슐화된 강도 부재는 탄성 강도 부재가 필드 설치를 위한 릴 형상으로부터 캡슐화된 강도 부재의 스프링 백을 용이하게 하는 경우에 이상적이다. 특성화의 일례로, 강도 부재는 0.05% 이상, 예를 들어 0.15% 이상, 심지어 0.3% 이상으로 사전 변형될 수 있다.

스킨 효과가 전도층이 스킨 효과 깊이 내에 있어야 하는 AC 응용을 위한 도체의 경우, 적합 공정 동안 강도 부재를 캡슐화하는 전도성 매체의 복수의 동심 층을 갖는 것이 바람직하다. 피부 깊이는 빈도에 따라 다르다. 그것은 60Hz에서 약 8mm의 최대 깊이에 도달하고, 순수 구리에 대해서는 25Hz에서 약 13mm에 도달한다. 순수 알루미늄의 경우 최대 깊이는 25Hz에서 약 11mm이고, 60Hz에서 약 17mm이다. 각 도전층의 두께는 낮은 A/C 저항을 얻기 위한 최대 허용 깊이보다 작아야 한다. 이것은 일련의 준수 기계를 통해 달성될 수 있다. 특성화의 일례로, 각각의 구리 캡슐화층은 최대 12mm, 예컨대 최대 10mm 또는 심지어 최대 8mm의 두께를 갖는다. 특성화의 또 다른 예로, 각각의 알루미늄 캡슐화층은 최대 16mm, 예컨대 최대 12mm, 또는 최대 10mm의 두께를 갖는다. 구리와 같은 전도성이 높은 재료의 경우, 스킨 효과를 최적화하기 위해 전도성 층 또는 연선 사이에 유전체 코팅을 하는 것이 바람직하다. 대안적으로 도체 유연성을 개선하기 위해, 도 4에 구현된 바와 같이, 인장력을 미리 처리한 캡슐화된 강도 부재가 TW, C, Z, S 연선 형상으로 꼬인 전도성 매체의 최외층 또는 층들을 유지하는 것이 바람직할 수 있으며, 여기서 인장력을 미리 처리된 캡슐화 강도 부재는 연선 작동 중에 임의로 추가로 장력을 가하여 전도성 매체의 외층을 인장 없는 상태 또는 압축 상태로 만든다.

이것은 또한 가장 외부의 층이 꼬여있는 본 발명의 도체를 포함하는 전기 도체를 텐셔너를 통해 그리고 서스펜션 타워에 의해 작동 가능하게 지지되는 복수의 활차(traveler)를 통해 그리고 하나의 측면 도체가 부착되어 있는 2개의 데드엔드 타워 사이에서 끌어당김으로써 달성될 수 있으나, 다른 측면은 도체가 끊어지는 것이 완료되기 전에, 도체 인장력을 미리 처리한 동안의 강도 부재 신장과 동등한 미리 규정된 길이에 따라 캡슐화된 강도 부재가 인출되어 트리밍된다. 이 단계는 슬라이딩 도전층들 사이의 상대 운동을 용이하게 하기에 충분한 윤활제 (예를 들어, 연선 층과 캡슐화층 사이의 오일 또는 그리스 또는 다른 유사한 물질)에 의해 보조 될 수 있으며; 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 도체 열 변곡점을 현저하게 감소시키기 위해 필드 내 도체 인장력을 미리 처리한 것에 이용될 수 있는 한 쌍의 텐셔너를 통해 오버헤드 전기 도체를 잡아당길 수 있다. 도 4 및 5에서 그리고 여기서 설명한 단계와 접근은 캡슐화층을 각 강도 부재에 적용하지 않고, 인바(Invar), ACSS, ACCR, ACCC, Lo Sag 및 C⁷ 등의 기존 도체에도 적용할 수 있다. 구리 클래드된 알루미늄 연선 또는 구리 클래드된 캡슐화층은 전류가 순수한 구리 도체의 비용과 중량 없이 최대 전도성을 위해 구리 스킨 층에 집중되기 때문에 바람직할 수 있다

도 4 및 도 5에서 실시된 도체의 인장력을 미리 처리한 도체의 가닥 풀림 성향에 따라 수용 가능하다. 중국 특허 또는 JPS 접근법에 설명된 공정과는 달리 도체는 제한된 외층 또는 층만이 연선되어 있다. 중국 특허 또는 JPS 방식에서와 같이 내부 층의 모든 전도성 연선이 릴로 압착되거나 현장에서 취급되는 동안 뒤틀리지 않으면 외부 연선은 방해받지 않고 리셋할 수 있다(내부 층 전도성 연선 없음). 도 5에 개시된 실시예가 종래의 도체에 적용될 수 있지만, 라인 파손이 발생하면 설치 후 이렇게 처리된 도체를 수리하는데 어려움(갭 도체와 같이 문제를 일으키지 않는 것과 같이)을 겪는다. 이것은 코어 내의 강도 부재가 도전성 연선의 층 내부에서 후퇴하고, 도체 접합 작업 이전에 파손된 강도 부재의 위치 설정 및 현장 장력 부여에서의 위치 결정을 어렵게 하기 때문이다.

본 발명의 도체 구성 중 일부는 도 6a-6n에 예시되어있다. 캡슐화된 코어는 단일 강도 부재 또는 복수의 강도 부재가 함께 묶여 있거나 느슨하게 패킹될 수 있고, 강도 부재는 강도 부재와 캡슐화된 층 사이의 접착 또는 기계적 결합을 촉진하기 위해 표면 형상을 갖는 타원형 또는 변형된 원형과 같은 원형 또는 다른 형상 일 수 있다. 이 강도 부재는 강철, 인바 강철, 고강도 또는 초강력 또는 초고강도 강철, 세라믹 섬유, 탄소 섬유 또는 기타 적절한 섬유로 연속 또는 불연속으로 강화된 금속 매트릭스 복합체 재료로 만들 수 있으며; 탄소 섬유, 유리 섬유, 석영 또는 기타 유사한 타입으로 강화된 고분자 매트릭스 복합체로서는 나노 첨가제를 포함하는 추가 충전재가 포함되거나 포함되지 않는 열경화성 또는 열가소성 매트릭스의 강화된 복합체를 들 수 있다. 복합체 재료의 강화는 실질적으로 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 카본 복합체와 전도층 사이에는 절연층이 있으며, 이것은 유리 또는 현무암 섬유(축 방향과 실질적으로 평행하거나 직조 또는 편조된 유리) 또는 절연층(절연 수지 포함)과 같은 강화 섬유 또는 절연층(절연 수지층 포함) 또는 절연 코팅층으로 만들어질 수 있다. 캡슐화 금속과 탄소 섬유 강도 부재 사이의 절연층이 없는 경우, 강도 부재의 모든 노출된 단부를 밀봉하여 물 침투를 막는 데 주의를 기울여야 한다. 캡슐화된 코어는 또한 중공형일 수 있으며, 중공형 강도 부재는 광섬유 또는 케이블을 포함할 수 있으며, 송전 및 분배망(광섬유에서 집으로) 또는 광학적인 접지 와이어에 사용될 수 있다. 도체 자체는 단층 캡슐화 강도 부재 일 수 있다. 도전층은 또한 각 층 사이에 유전체 코팅이 있거나 또는 없는 동심원으로 캡슐화된 원형의 완전히 매끄러운 표면 도체일 수 있다. 전도성 표면은 미풍 진동(Aeolian vibration)의 경우에 와류 흘림을 방해하기 위해 돌출된 표면 형상을 가질 수 있다. 상기 층들은 상대 운동을 용이하게 하기 위해 이들 사이에 윤활제를 가질 수 있지만, 도전층과 강도 부재 사이의 접촉은 기계적 또는 화학적으로 강하게 결합되어 각 성분의 잔류 응력 및 변형을 실질적으로 유지해야 한다. 외층은 원형, 사다리꼴, C, S, Z 및 다른 적절한 형태와 같은 상이한 연선 구성이 허용되는 도체 상에 연선될 수 있으며, 바람직하게는 실질적으로 바람 저항을 갖는 스무스한 표면으로 될 수 있는 Z, S 및 C 와이어와 같은 자체 로킹 가닥이 바람직하다. 고속 전철 접촉 와이어 적용에서 눈물 방울 모양과 같은 다른 도체 구성도 허용된다. 전도성 매체는 어닐링 또는 어닐링되지 않은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금, 또는 이들의 조합일 수 있다.

강도 부재와 캡슐화층 사이의 계면은, 강도 부재와 캡슐 사이의 계면의 고정 및/또는 결합을 향상시키는 강도 부재의 표면 형상으로 더욱 최적화되어 인장력을 미리 처리한 단계로부터의 응력을 보존, 유지할 수 있다. 이것은 강도 부재 표면상의 돌출된 형상 및 축 방향 주위의 강도 부재의 회전을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 후속 전도성 층들 사이의 인터페이스에 동일한 특징들이 통합될 수 있다. 예를 들어, 복합체 강도 부재는 스크류 형상 또는 꼬인 표면을 만들기 위해 그의 표면 둘레에 감겨진 유리 섬유 토우를 가질 수 있다. 특성화의 한 예로서, 편조되거나 직조된 섬유층이 강도 부재의 외층에 적용되어 강도 부재와 캡슐화 금속층 사이의 결합 또는 결합을 촉진시킨다. 강선은 유사한 표면 형상으로 성형 될 수 있다. 알루미늄 또는 구리 또는 이들 각각의 합금과 같은 전도성 미디어의 매트릭스에서 강화 섬유를 단순히 인장력을 미리 처리함으로써 인장력을 미리 처리한 처리된 강도 부재를 달성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이러한 접근법은 알루미늄을 사용하는 기계에서 실행될 수 있다. 강화 섬유는 세라믹 섬유, 비금속 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유 및 유사한 타입의 다른 것과 같이 특허에 개시된 타입이다.

고분자 매트릭스 코어로 제조된 도체의 고온 작동은 고온에 장시간 노출된 후 매트릭스 코어의 안정성과 성능을 요구한다. CTC Global의 ACCC 코어는 탄소 단면으로의 산소 침투를 보호하기 위한 갈바니 방지층(즉, 유리섬유층)에 의존한다. 고온에서의 복합체 코어 내구성을 향상시키기 위해 넥상스, 사우스 와이어 및 기타 업체가 보호 코팅층을 시도했다. 이러한 코팅은 일반적으로 고온 작동 중 산소 유입을 방지하기 위해 매우 얇다(0.5mm 미만). 이러한 코팅은 매우 가볍기 때문에 매우 얇아서 알루미늄 연선과 코어 사이의 지속적인 마찰 운동에서 잔존하지 못할 수 있으며, 열팽창 미스 매치는 알루미늄 코팅의 파열 경향을 유발하여 코어가 열적으로 열화될 수 있다. 본 발명은 매트릭스 구성 물질이 프리세라믹 폴리머 기재 전구체로부터 유래된 강도 부재를 또한 포함하며, 생성된 매트릭스는 극히 높은 온도에서 우수한 내산화성 또는 분해 저항성을 가지며, 이것은 250℃를 넘는 온도에서 작동하는 세라믹 메트릭스의 실리콘 옥시카바이드 타입 또는 수지 매트릭스의 열경화성 타입(예: 폴리이미드, 시아네이트 에스테르, BMI화학) 일 수 있다. 이 경우, 내 산화성 향상을 위한 캡슐화층은 불필요할 수 있다.

강도 부재는 인장력을 미리 처리한 응력 적용을 유지하기 위해 최소 수준의 인장 강도, 예를 들어 600MPa 또는 최소 1600MPa를 가져야 한다. 금속 강도 부재의 경우, 인장력을 미리 처리한 응력은 전도성 물질의 비례 한도 강도에 도달하거나 초과할 것으로 예상된다. 인장력을 미리 처리한 스트레칭 중에 신장은 강도 부재의 타입 및 열 변곡점의 감소 정도에 따라 적어도 0.05% 변형, 예컨대 0.2% 변형 또는 적어도 0.5% 변형으로 강도 부재를 신장시키는 것을 포함하며, 강도 부재는 순응 기계에 진입하기 전 또는 후에 인장력을 미리 처리할 수 있다. 또한, 강도 부재는 인발 공정 또는 접음 및 성형 공정의 적합성 (conforming) 동안 반경 방향 압력뿐만 아니라 종래 피팅의 크림핑(crimping)에 의한 반경 방향 압축에도 견딜 것으로 예상되며, 최소 수준의 반경 방향 압축 강도가 요구되며, 또한 반경 방향으로 최소 3KN의 파쇄 강도가 요구되며, 특히 소성 변형이 거의 또는 전혀 없는 복합체 코어의 경우, 15KN 이상, 또는 심지어 25KN 이상이 바람직하다.

그러나 본 발명은 도체 또는 전도체의 전술한 예 및 도체 열 변곡점의 시프팅 방법에 한정되지 않고, 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 상술한 구성 요소 및 재료 파라미터, 기술 규격 및 도체의 구성 및 도체 열 변곡점의 이동에 관한 기준의 변형이 이루어질 수 있다.

다음의 비-제한적인 응용 실시예는 본 발명의 예시이며, 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명에 기초한 모든 도체 옵션들 및 구성들, 도 6a 내지 도 6n에 도시된 이들 중 일부는 다음의 적용 실시예들에 적용 가능하며, 각 예시로부터의 이점들은 다른 적용 영역들에 실질적으로 적용 가능하다.

실시예 1: 송배전 그리드에서 리컨덕터링 적용을 위한 적용:

송전선 리컨덕터링은 일반적으로 110kv ~ 500kv 범위의 전압으로, 기존 타워를 가능한 한 많이 활용하여 프로젝트 비용과 정전 시간을 줄인다. 리컨덕터링 중에도 정전이 발생하지 않는 재송전을 실시간으로 수행할 수 있다. 리컨덕터링의 주요 초점은 기존의 허가 제한 내에서 라인 용량을 최대화하고 기존 인프라를 활용하는 것이다. 본 발명의 도체는 도체의 최고 충전 밀도 (동심원층의 경우 거의 100%, 대개 CTC Global의 ACCC 도체와 같이 단단히 꼬인 도체의 93% 충전 요소)이 정상 가동 조건에서 가능한 한 가장 높은 용량(그리고 가장 낮은 저항과 가장 낮은 라인 손실)을 가진 새로운 도체를 제공한다. 도체가 고온에 노출되는 비상 상황의 경우, 본 발명의 도체는 그의 강도 부재가 차폐되고, 산소 침투 및 열적 저하로부터 보호되어 수년간 모든 온도 범위에서 도체가 작동할 수 있게 하므로 독특하게 적합하다. 동심원 캡슐화된 발명된 도체는 통상적인 도체에서 자외선, 습기, 오존과 같은 환경으로부터의 효과에 강도 부재를 직접 노출시키는 가닥 풀림(birdcaging) 효과가 발생하기 쉽지 않다. 강도 부재 상으로의 금속 캡슐화는 강도 부재를 이들 환경적 요인으로부터의 유해한 영향으로부터 효과적으로 차폐시킨다. 강도 부재를 환경(예를 들어, 산소, 오존, 코로나 및 습기 등)에서의 열화로부터 보호하는 상기 언급된 이점을 달성하기 위해 전도성 캡슐화층에 압축 응력 처리를 적용할 필요가 없다는 것을 주목해야 한다.

이러한 전도체에서 열 변곡점을 줄이면 열 처짐(회로의 열 처짐이 알루미늄 또는 구리 또는 각각의 합금과 같은 높은 열팽창 계수를 갖는 전도성 물질에 의해 제한되거나 영향을 받지 않는 경우)을 크게 줄일 수 있다. 또한, 낮은 열 변곡점은 도체의 알루미늄 크리프가 빠르고 중요한, 충분히 어닐링된 알루미늄을 갖는 고온 도체의 감도를 제거하여 도체 최종 열 변곡점과 도체 새그의 불확실성을 초래한다^{6 ,7}. 알루미늄에 장력을 걸지 않거나 압축시키지 않으면, 알루미늄의 크리프가 그러한 도체에서 완전히 꺼내지며, 도체는 끈으로 묶은 후 최종 처짐 상태로 고정된다(크립 효과가 없으며 얼음 하중 조건이 없다면 열 변곡점을 더 줄이는 극단적인 현상도 없다). 이를 통해 타워 부하 한계(도체 용량을 극대화하고 극한의 얼음 부하를 관리하는 것이 바람직함) 내에서 도체를 가장 높은 공간 거리로 설치할 수 있다. 또한, 고온 도체, 특히 번들 형 도체의 설치 공정 및 처짐을 크게 단순화한다. 예측 가능한 낮은 처짐은 전력 낭비가 절대로 비상 계획의 제한 요인이 될 수 없기 때문에 송전 자산을 효율적으로 관리하는 데 도움이 된다.

도체의 전도성 물질은 일반적으로 도체 수명의 피로 제약 요소이다. 이러한 구성 요소가 본 발명과 관련된 도체에 실질적으로 텐션이 없을 경우, 에올리언 진동을 효과적으로 관리할 수 있으며, 이전 라인이 요구할 수 있는 진동 댐퍼가 필요하지 않아 프로젝트 비용을 절감할 수 있다. 설계 엔지니어가 에올리언 진동 피로 손상에 대한 추가 보호 기능을 원할 경우, 스톡 브리지 유형 또는 스파이럴 진동 막대와 같은 댐퍼를 고려할 수 있다. 도 6a-6n에 도시된 바와 같이 돌출된 표면 특징을 갖는 도체가 배치되어 에올리안 진동을 추가로 관리할 수 있다. 본 발명의 크고 무거운 도체 타입의 경우, 도체에 부착된 더미(dummy) 도체 세그먼트와 같은 부가적인 댐핑 메카니즘을 가지며, 모든 주파수 범위를 처리하기 위해 도체 부착 지점들 사이의 세그먼트 길이를 다르게 할 수 있다.

새로운 타입의 도체를 위한 하드웨어는 파손하지 않고 코어에 고정하기 위한 특별히 비싸고, 고가의 메커니즘인 경향이 있다¹¹. 본 발명에 따르면, 강도 부재는 도전성 재료의 층에 의해 자연적으로 차폐되며, 이로 인해 기계적 하중 전달을 위한 강도 부재에 피팅이 직접 크림핑되는 종래의 하드웨어 크림핑 프로세스와의 호환성을 허용한다. 이것은 C⁷, Tokyo rope 및 ACCR 타입의 도체의 복합체 강도 부재와 같이 복수의 강도 부재가 있는 도체가 과도하게 핑잉(pinging)되는 것을 피하고, 또한, 복수의 강도 부재 사이의 접촉 영역을 손상시키는 것을 피하는 데 필수적 일 수 있다.

새로운 도체를 설치하면 대부분의 도선이 고전압 선의 코로나 효과로 인해 노이즈가 발생하는 경향이 있다. 새로 발명된 도체의 밀폐된 표면을 사용하면 일반적인 도체 연선 작업에 사용되는 윤활제가 필요하지 않으므로 일반적으로 새 도체와 관련된 노이즈 효과가 제거된다.

일 방향성 섬유 보강 복합체(ACCC, ACCR, C⁷, Lo-Sag, Tokyo Rope 등)로 만든 강도 부재는 부서지기 쉽고 취급 부주의로 인해 과도한 축 방향 압축으로 인한 섬유 파손에 취약하다. 캡슐화층은 잘못 취급하는 동안 강도 부재가 직접적인 손상으로부터 차폐될 뿐 아니라, 강도 부재의 유효 직경(즉, 캡슐화층의 외경)이 더 커져서 예리한 각도 발생을 완화시킨다. 강도 부재에 영구적인 인장 변형 및 인장 응력이 존재하는 경우, 도체 강도 부재에 가장 취약한 벤딩으로 인한 압축 응력을 경감시키기 위해 빌드-인(build-in) 메커니즘으로 하면 새로운 전도체의 취급이 견고하고, 사고 방지가 되고, 비용도 효과적이다. 본 발명의 도체에 대한 설치 부주의 또는 도체 손상은, 손상 후에 강도 부재가 도체 내로 후퇴되어 수리 작업에 많은 시간과 비용이 소요되는, 갭 도체와 같이 인장력을 미리 처리한 처리된 도체와 달리, 코어 부재의 미끄러짐을 유발하지 않고, 용이하게 수리될 수 있음을 유의해야 한다. 가선 작업 조건이 이상적이지 않은 지역(예: 거친 지형, 숙련된 노동력 및 부적합한 장비)에서도 적합하다.

실시예 2 - 송배전 그리드에서 신규 건설 적용을 적용:

새로운 빌드 프로젝트는 자재 비용 및 인건비(예: 도체 비용, 설치 비용 및 타워 비용)에 보다 민감하다. 새로운 빌드 중 일부는 코로나 효과를 제어하고 도체 저항 및 라인 손실을 최소화해야 하는 장거리 송전 및 초고압용이다.

본 발명의 실시예는 캡슐화된 인장력을 미리 처리된 강도 부재를 전도성 연선의 추가 층과 함께 꼬아서 UHV 애플리케이션을 위한 도체 직경을 증가시키면서 취급을 용이하게 하는 옵션을 포함한다(포장을 위한, 더욱 작은 릴을 필요로 함). 60Hz의 AC 회로에서 알루미늄 도체의 경우, 표피 효과는 최대 전도층 두께가 17mm가 되어야 한다. 대형 도체는 다층 구성을 고려해야 한다. 상당량의 알루미늄은 이미 압축하에서 미리 응력이 가해졌기 때문에, 추가적인 가닥의 도전성 연선층을 압축 또는 인장이 없게 하는 데 필요한 하중과 시간은 매우 간단하다. 이것은 도체에 가닥 풀림의 경향을 줄일 수 있다. 추가적인 인장력을 미리 처리한 처리는 필요하다면 도 4 및 5에서 제시된 바와 같이 구현될 수 있거나, 본 발명에서 제시하는 강도 부재의 차동 트리밍을 사용하여 구현될 수 있다. 추가 전도성 층은 알루미늄, 어닐링된 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금, 또는 다른 유형의 전도성 매체일 수 있다. 바람직한 실시예는 압축을 더 취할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이며(압축 하에서 쉽게 부풀어 오르는 일없이), 완전히 열처리된 알루미늄보다 더 많은 스크래치 내성을 지니고 있어 거친 현장 조건에서 사고를 방지하거나 또는 높은 전압 라인에 걸린 부식성 연끈에 대한 침식으로부터 도체 표면을 보호한다.

도체가 열 변곡점 이상으로 작동할 때 도체 열 변곡점이 억제되고 알루미늄과 같은 전도성 매체가 텐션(또는 압축 상태)이 없는 상태에서, 도체는 우수한 자체 감쇠 기능을 가져야 하므로 높은 직립 장력(erection tension), 예컨대 25-40% RTS(10-20% RTS의 일반적인 직립 텐션에 비해)을 활용하는 것을 가능하게 한다. 이것은 송전선로의 갤롭핑(galloping) 성향을 감소시킬 뿐 아니라(갤롭핑은 전력선에 매우 해를 끼치지만 다른 지역에서는 원인이 다르기 때문에 관리하기가 매우 어렵다), 또한 프로젝트 비용 절감을 위해 타워 높이와 더 긴 스판을 줄이기 위해 활용할 수 있는 최상의 도체 접지 간극을 허용한다. 컴팩트한 구성으로, 본 발명에서 높은 충전 인자로 인해 ACCC와 같은 최고의 도체보다 우수한 에너지 효율로 최대 용량 및 최저 손실을 위해 도체에 대부분의 전도성 알루미늄(예: 완전 어닐링 처리)을 최대로 패킹할 수 있는 옵션을 제공한다. 열 변곡점이 스트링 온도 이하로 충분히 감소된 도체는 설치 프로세스를 간단하고 비용 효율적으로 하여, 적은 변화 및 스트링 프랙티스의 변동에 관계없이 도체 새깅의 일관성이 쉽게 얻을 수 있어서, 위상 도체(phase conductor), 특히 번들(bundle) 구성에서 바람직하다

EHV 및 UHV 애플리케이션에서 코로나를 관리하려면 중공 코어 또는 중공 가닥 또는 확대된 단면을 가진 도체를 사용할 수 있다. 코로나를 더욱 최소화하기 위해, 물 방울(water bead)를 피하기 위해 외층 알루미늄 표면에 친수성 표면 처리를 적용할 수 있다. 캡슐화된 강도 부재가 훨씬 견고하고, 직접 크림핑 프레스와 완벽하게 호환되므로, 기존 도구로 저렴한 비용으로 본 발명 도체에 쉽게 적용할 수 있으며, 강도 부재는 잘못된 취급 및 환경 영향(예: 도체 손상, 부식, UV, 오존, 습기 등)에 대해 캡슐화층으로 잘 보호되기 때문에, 송전 라인은 높은 안정성과 신뢰성을 가져야 한다. 도체 표면의 스크래치를 최소화하기 위해 도체 외층은 도체 손상으로 인한 코로나가 중요한 고전압 어플리케이션을 위해 하드 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 구리 합금을 고려할 수 있다. 그 이유는 어닐링된 알루미늄과 비교하여 표면은 표면 긁힘 또는 부식 스트링과 같은 연마 대상물로부터 침식에 대하여 더 견고해야 하기 때문이다.

실시예 3 - 특수 상황에 대한 적용: 강 교차 및 초장거리, 무거운 얼음 및 부식이 심한 지역

강 교차점 또는 초장기 적용 또는 무거운 얼음 지역은 고강도 및 모듈러스를 갖는 콤팩트한 전도체가 필요하다. 변속기 프로젝트가 열 처짐으로 제한되면 부분 또는 전체 열 변곡점 억제가 바람직하다. 송전선 새그 간극이 얼음 하중 또는 도체의 중량에 의해 구동되는 경우, 1) 알루미늄 합금(예: 알루미늄 지르코늄 합금, 6201-T81) 또는 구리 및 구리 합금의 일부 또는 대부분을 하중을 사용하여 처짐을 최소화(도체 열 변곡점의 억제가 적음, 즉. 전도성 물질(강도 부재를 갖는 인장력을 미리 처리한 캡슐화층 이상)은 부가적인 인장력을 미리 처리한 처리를 받지 않음)하거나, 또는 2) 도체가 타워에 과도한 하중을 가하지 않고 최대 공간을 두고 높은 장력으로 세워 질 수 있도록 설계상의 얼음 하중에 근접하는 도체를 충분히 인장력을 미리 처리한 처리하여 고강도 경량 섬유 강화 복합체 강도 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 강도 부재가 0.1% 이상, 바람직하게는 0.25% 이상, 또는 0.35% 이상 신장되는 것을 요구한다. 이것은 에올리언 진동이 장거리 적용에서 종종 중요하며, 에올리온 진동이 동절기에 가장 자주 발생할 때 일반적인 온도보다 변곡점을 감소시키는 열 변곡점(예: 열 변곡점 감소가 30℃ 이상)을 실질적으로 억제한 도체를 갖는 경우가 종종 있으며, 도체 가닥에서 자체 감쇠를 최대화한다. 밀폐된 동심 표면 도전층과 같은 콤팩트한 성질 및 부드러운 프로파일은 얼음 축적을 최소화하고 바람 하중을 실질적으로 감소시킨다. 도체가 충분한 크기로 외부에 추가 연선 전도층이 필요한 경우 Z, TW, C 및 S와 같은 가닥 구성이 바람 하중을 줄이므로 바람직하다. 이러한 중요한 송전 범위에 대한 도체 손상 및 실시간 모니터링 도체 정밀도 저하 상태, 도체 온도 및 도체 장력의 검출은 바람직하게는 단일 또는 복수의 광섬유를 강도 부재와 pt 캡슐화층 사이의 계면에 통합함으로써 달성될 수 있다(광섬유는 바람직하게는 광학 센싱 섬유의 수명을 보존하기 위해 인장하지 않는다). 이러한 분포 감지 광섬유는 또한 도 6a 내지 도 6n에 도시된 바와 같이, 도전층 사이 또는 도전층 자체와 강도 부재 자체 내부에 도입될 수 있다. 본 발명의 도체는 부식 및/또는 침식이 존재하는 영역에 특히 적합하다. 전도체 표면이 완전히 닫혀있는 상태에서 오염 물질이나 연마 모래 또는 입자가 도체 내부로 들어가는 경로가 없으며, 이는 가닥 사이의 간격이 쉬운 경로인 도체 내부에서 부식을 일으키는 일반적인 도체에서 일반적이다. 강도 부재가 금속 성질을 가지기 때문에, 캡슐화 전도성 물질은 그것을 환경으로부터 완전히 보호하고 부식으로부터 면제된다. 본 발명의 도체는 오염이 심한 곳이나 연안 지역 근처 또는 모래 폭풍이 빈번한 사막 환경에 매우 적합하다. 이것은 반드시 캡슐화층이 압축 처리되는 것을 요구하지 않는다.

도체가 도체의 열 변곡점에 민감하지 않지만 저렴한 하드웨어와의 호환성 및 설치 및 수리의 용이성이 요구되는 경우, 도체 제조 공정의 인장력을 미리 처리한 단계는 필요하지 않지만 어름 하중 또는 도체 무게에 의해 구동되는 어플리케이션은 열 변곡점을 실질적으로 높이는 알루미늄 합금을 종종 사용한다. 열 변곡점을 일반적인 매일의 상태보다 적절히 낮추면 N-1 또는 N-2 응급 상황을 처리하는 데 필요한 대용량이 필요한 경우, 열 탄력뿐 아니라 에올리언 진동을 관리하는 데 도움이 되며, 동시에 니포인트는 실질적으로 극심한 얼음이 부딪쳤을 때 온도가 올라가면 극심한 얼음이 닿았을 때 도체가 알루미늄 합금을 가지므로 필요시 적재량을 줄이고 적재량을 관리할 수 있으며, 동시에 극단적인 무거운 얼음이 부딪칠 때 필요에 따라 도체가 얼음 하중 처짐을 운반하고 관리하는 데에 기여하는 알루미늄 합금을 갖도록 열 변곡점이 실질적으로 감소하지 않는다(즉, 극한의 심한 얼음이 발생할 수 있는 온도 이상).

실시예 4 분배 및 OPGW 응용을 위한 응용:

110 KV 이하에서 작동할 때 전기 배선 라인은 코로나를 포함하지 않는다. 도체는 노출되거나 절연될 수 있다. 분배 도체의 일반적인 전류 밀도는 훨씬 높으며(송전 도체의 2~4배), 라인 손실과 에너지 효율은 매우 적절하고 중요하다. 도체 및 피팅 및 설치 비용은 분배라인에서 중요하다. 분배 라인에는 종종 N-1 또는 N-2 비상 사태가 필요할 때 높은 도체 용량을 필요로 하는 용량 제약이 있다. 60Hz의 AC 회로의 경우, 알루미늄 도체의 표피 효과 깊이는 구리 도체의 경우 16.9mm 및 8.5mm이다. 캡슐화된 강도 부재를 사용하는 본 발명의 도체는 분배망에 이상적으로 적합하다: a) 100%에 근접하는 충전 인자를 갖는 소형이며, 라인 용량을 최대화하면서 저항 및 라인 손실을 최소화한다. 인장력을 미리 처리한 강도 부재의 결과로서 전도체 열 변곡점이 실질적으로 감소되면, 탄소 섬유 복합체 강도 부재는 열 처짐이 거의 없으며, 열 처짐은 도체 구조에서 강철 강도 부재까지 매우 관리하기 쉽다. 콤팩트 분배 도체의 상대적으로 작은 반경은 도체 릴로의 간단한 권취를 용이하게 하지만, 취급 부주의, 예리한 각도로부터 강도 부재에 대한 손상으로부터 보호하기에 충분히 크다. 작은 복합체 강도 부재를 사용하는 연선된 도체는 매우 견고한 벤딩 반경을 가지지만, 예리한 벤딩 지점에서 복합체 강도 부재가 극히 작은 반경으로 될 수 있는 예리한 각도에 가장 취약하고, 이는 여 과도한 축 방향 압축 응력 및 섬유 버클링 실패의 원인으로 된다. 강도 부재의 압축 강도를 향상시키기 위해, 실록산 유래 딱딱한 중합체 매트릭스 또는 세라믹 매트릭스의 사용을 고려하거나, 또는 높은 압축 강도를 갖는 중공 유리 또는 세라믹 분말을 포함하는 유리 또는 세라믹 재료와 같은 높은 강성을 갖는 충전제를 포함할 수 있다. 특성화의 일례로서, 강도 부재 매트릭스는 나노 필러를 포함하여, 무기 또는 유기 필러를 포함할 수 있다. 본 발명의 분배 전도체, 특히 카본 복합체 강도 부재를 사용하는 분배 전도체의 경우, 강도 부재에서의 응력을 미리 처리한 처리 및 보존은 섬유 버클링으로 이어지는 위험한 축 방향 압축을 완화시킨다. 캡슐화 도전층은 또한 복합 강도 부재가 도체 내부에서 극단적인 예리한 각도를 받아 위험한 축 방향 압축 하중을 받을 가능성을 제거한다. 또한, 예각으로 만드는 것과 같은 도체 취급 부주의는 인장 측의 영구 변형 및 압축 측의 홈이 쉽게 관찰될 수 있는 캡슐 금속상의 손상을 검사함으로써 검출될 수 있다. 또한, 본 발명은 별도의 연선이 필요 없기 때문에 가닥 풀림의 위험을 없고, 강도 부재는 모든 도체 수명에 영향을 줄 수 있는 습기, 자외선, 산소 침입으로부터 보호된다. 도체가 캡슐화되어 있기 때문에, 기존의 피팅 및 기존의 압축 작업과 쉽게 호환될 수 있다. 도체의 컴팩트한 구조로 인해 도체를 삽입하거나 PLP 등의 단순한 나선형 피팅을 사용하여 저비용 맥클린(MaClean) 스플라이스 및 데덴드 피팅으로 데덴딩 또는 스플라이스에 적합하여(예: 인장력을 미리 처리한 하에서 강도 부재가 있는 전도성 로드), 현장 수리가 효율적이고 비용 효율적이다. 대안적으로, 본 발명의 도체는 비용 효과적인 배치를 위해 PLP와 같은 회사에 의해 제조된 미리 성형된 와이어를 적용하여 접합될 수 있다. 또한, DMC 크림핑 장치를 사용하는 크림핑은 본 발명의 도체가 DMC 크림핑 클램프와 호환될 수 있는 충분한 완전성 및 압축 강도를 가지므로 바람직할 수 있다. 절연된 분배 도체의 경우, 종래의 절연층이 용이하게 적용될 수 있고, 절연 재료 옵션으로는 폴리에틸렌, 가교 결합된 폴리에틸렌, PVC, 테프론 및 실리콘계 재료가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 절연 전도체를 사용하여 100℃를 훨씬 넘는 고온 작동을 위해서는 실록산 기반 화합물과 같은 실리콘 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 실리콘 기반 소재는 보온재와 자외선 차단성이 뛰어나 절연체 재료로 많이 사용된다. 실리콘 재료의 부드러움은 유기 또는 무기 충진재를 혼합하여 조정할 수 있다. 또한, 유리 또는 현무암 섬유와 같은 연속 또는 불연속 섬유를 사용하여 도체 주변의 절연 재킷으로 압출 성형 또는 압축 성형하여 적절한 전기 저항은 물론 상간 도체 사이의 충돌에 대한 견고성을 달성할 수 있다.

본 발명의 도체(즉, New-Al)는 저비용이고, 서투르게 다룬 것에 대해 안정성을 가지며, 또한 상온 및 고온에서 고용량을 갖는 것 이외에, 가장 최선의 에너지 효율을 갖는다. 예를 들어, 표 2의 분배 도체에서, 본 발명의 도체는 다른 도체 타입과 유사한 외경을 갖는다. 본 발명의 도체는 강도가 높고 전기 저항이 낮다. 가장 높은 용량(AAAC의 약 2배)과 가장 낮은 회선 손실을 가진 4개의 배전 옵션 중에서 냉각장치를 작동시킨다. $100/MWhr의 도매 전기 가격을 가정하면, 본 발명은 비교적 크기가 큰 ACCC보다 10% 이상 효율적이며, 비교 가능한 크기의 AAAC보다 25% 더 효율적이다. 매년, 본 발명의 도체는 비교적 크기가 큰 ACCC와 비교하여 미터당 약 1.85달러의 비용을 절감하며, 비교되는 크기의 AAAC에 비해 회선 손실 절감으로 인해 미터 당 6.8달러의 가치가 있다. 도체가 더 긴 거리(예: 200m)에 걸쳐있는 무거운 얼음 지역(예: 30mm 얼음)의 경우, 알루미늄 합금을 선택할 수 있는 본 발명의 도체(즉, New-AlZr)는 또한 라인 처짐을 최소화하는 데 가장 적합하다. 본 발명에 개시된 저비용, 고용량 및 고에너지 효율의 분배 도체는 새로운 도체에 낙뢰가 가해지면 도체가 파손되거나 정전되지 않으므로, 종래의 분배 도체(종종 접지선 보호가 없는)에 대한 낙뢰 손상으로부터 정전의 문제를 효과적으로 대처한다.

[표 2] 비교되는 도체 크기의 분배 도체 비교

광섬유를 집으로 연결하기 위한 분배 라인도 고려된다. 중공 코어 도체 (pre-tensioned) 및 코어가 인장이 되지 않은 광섬유 케이블을 사용하면, '가정으로의 광섬유(home to fiber)'전략을 용이하게 할 수 있는 훨씬 저렴한 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 위상 전도체가 사실상 여분의 새깅을 갖지 않는 OPGW 애플리케이션의 경우, 중공 캡슐화된 강도 부재를 사용하는 본 발명의 제품은, 위상 도체는 강도 부재와 다른 타입이면, 접지 와이어와 위상 와이어 사이에서 불균등한 처짐의 문제를 해결하기 때문에 매우 바람직하다. 중공 코어 내부의 섬유 또는 광섬유 케이블은 온도, 부하, 전류, 장력을 연속적으로 모니터링하는데 사용되거나, 또는 광섬유가 주로 광통신(통신 회사)에 사용된다.

실시예 5: 고속열차 시스템에의 적용

집전기(pantograph)가 전선에서 기계적 진동을 일으키고, 전파가 전선을 파단시킬 수 있는 정재파(standing wave)가 발생하지 않도록 전열선보다 빠르게 움직여야 하기 때문에 고속 전철의 접촉 전선(즉, 전선)은 기계적 장력을 유지해야 한다. 전선의 텐션(tensioning)은 열차의 속도가 접촉 와이어 중의 중량에 대한 텐션비의 제곱근으로 제한되기 때문에 파동이 더 빨리 진행되도록 한다. 이것은 낮은 전도도(구리/마그네슘 합금 0.5% Mg) 또는 환경적으로 부적합한(카드뮴/구리 합금) 고강도 구리 전선을 필요로 한다. 중, 고속 열차 시스템의 경우 매우 높은 선 장력을 유지하기 위한 메커니즘이 배치되어 고속 선로 궤도를 따라 접촉 선 직진성을 유지한다. 환경 온도가 변함에 따라 메신저 선과 접촉 선 모두가 그에 따라 팽창하거나 수축하므로 원치 않는 와이어 처짐이 발생한다. 메신저 와이어 및 접촉 와이어의 이러한 치수 변화는 종종 높은 열차 속도를 달성하고 유지하는데 문제가 되어 비용이 많이 들고, 빈번한 조정 및 유지 보수가 필요하다. 와이어는 일반적으로 인장력과 와이어 처짐이 사실상 온도와 무관한지 확인하기 위해 중량으로 또는 때로는 유압 인장기에 의해 인장된다. 장력은 일반적으로 와이어 당 9~20KN이다. 무게가 사용되는 곳에서는 마스트에 부착된 막대 또는 튜브를 위아래로 움직여 흔들리지 않도록 한다. 이러한 일정한 장력 조절 메커니즘은 유지 보수 비용이 비싸고, 기차 속도를 높여야하는 경우 업그레이드하는 데 많은 비용이 소요된다.

본 발명은 메신저 와이어 및 구리 또는 구리 합금으로 제조된 접촉 와이어의 열 팽창으로 인한 처짐이 엄격하게 제어되어야 하는 고속 레일 애플리케이션에 완벽하게 적합하다. 본 발명에서 기술된 바와 같이, 적합 기계를 통해 탄소 섬유 강화 강도 부재 둘레에 구리 또는 구리 합금을 캡슐화함으로써, 메신저 와이어 및 접촉 와이어를 사실상 환경 온도 변화에 영향을 받지 않게 할 수 있다. A/C 전류를 사용하는 경우, 구리의 표피 깊이는 25Hz에서 약 13.2mm이다. 대부분의 적용에는 단일 구리층으로 캡슐화된 강도 부재가 있는 도체가 적합해야 한다. 실질적으로 더 많은 전도 단면적을 필요로 하는 도체의 경우, 바람이나 얼음 부하를 줄이고, 최대 전도도 및 최저 저항을 위해 다층의 구리 또는 구리 합금을 사용하거나 Z, TW, 원형, S 또는 C 타입의 가닥으로 압축하여 외층을 압축하는 방법을 고려할 수 있다. 구리 또는 구리 가닥의 각 층은 필요한 경우 도체에서 표피 효과를 수용하기 위해 유전체 물질로 처리해야 한다. 캡슐화된 강도 부재는 그의 열 변곡점이 열차 서비스에 대한 최저 작동 온도 이하로 되도록 인장력을 미리 처리한 처리하고, 그에 따라 메신저 와이어 및 접촉 와이어는 환경 온도 효과에 면역성이 있으므로 일정한 길이 및 처짐을 유지한다. 낮은 열 처짐은 있지만 현장 수리는 불가능한 갭 도체와는 달리, 코어 및 구리층이 도체의 필수 부분이기 때문에 캡슐화된 메신저 와이어 및 탄소 섬유 복합체가 있는 접촉 와이어는 쉽게 수리할 수 있다. 낮은 열팽창 복합체 강도 부재는 와이어 손상의 경우, 캡슐화 구리 또는 구리 합금 층에 의한 후퇴(틈새 설계의 도체와는 다른)로부터 구속되며, 도체는 그 자리에서 쉽게 수리될 수 있다.

실질적으로 열 변곡점이 감소된 캡슐화된 탄소 섬유 복합체 코어로 제조된 구리 메신저 와이어는 중량 또는 유압 텐셔너의 필요성을 제거할 수 있다. 예를 들어, 25KN의 힘은 14.8mm의 OD와 9.0mm의 카본 복합체 코어를 가진 메신저 와이어의 경우 열 변곡점을 25℃ 이하로 억제하는 데 충분하다. 카본 복합체 강도 부재로 제조된 접촉 와이어는 훨씬 더 높은 속도(즉, 높은 전차선 상수)를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 30% 카본 복합체 코어(2400MPa 강도 및 1.9g/cc 밀도) 및 70% 어닐링 된 구리(210MPa 및 8.96g/cc 밀도)를 갖는 접촉 와이어는 6.84의 밀도에서 867Mpa의 강도 및 강도 대 밀도의 비 127을 가지며, 이는 60에서 구리/마그네슘 합금 (0.5%)에 대한 강도 대 밀도 비보다 100% 이상 높다. 이는 구리 미세 합금 (La Farga, 99.8% 구리, 99% ICAS 전도도, 480MPa 강도, 8.96의 밀도)과 토레이(Toray)의 최신 탄소 섬유(T1100, 45 msi 모듈러스 및 1000 ksi 강도 이상)를 사용하는 카본 복합체(3500MPa 및 1.76 밀도)를 사용하여 제작한 탄소복합체를 결합함으로써 더 향상될 수 있다. 강도 대비 밀도 비율은 30% 카본 복합체 코어(1386 MPa 강도 및 6.8g/cc 밀도)를 갖는 접촉 와이어에서 204에 도달할 수 있으므로 현재 기술로는 불가능한 더 높은 속도에 도달할 수 있다. 또한, 본 발명은 CTC Global, Nexans 또는 Southwire 또는 메신저 및 접촉 와이어 적용을 위해 변형된 강도 부재와 같이 낮은 CTE를 갖는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 캡슐화된 강도 부재를 고려할 수 있다. 예를 들어, 70% 어닐링된 알루미늄(60 MPa 강도, 2.7g/cc 밀도) 및 30% 탄소 섬유 복합체 재료(1.76g/cc 밀도, 3500 MPa 강도)를 사용하는 하이브리드 와이어의 강도 대 중량비는 400을 초과한다. 마모, 부식 및 접촉 저항에서 더 나은 성능을 위해, 예를 들어 전기 도금 또는 플라스마 코팅 또는 다른 수단을 통해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 상에 구리층을 코팅하는 것을 고려할 수 있다. 필요하다면 충분한 두께의 구리층은 또한 본 발명에 기술된 적합 기계를 사용하여 첨가될 수 있다. 또한, 메신저 선과 접촉 선은, 인바 소재의 낮은 열팽창 계수를 이용하기 위하여, 인바 강을 강도 부재로 사용하고, 강도 부재가 장력을 받지 않는 동안, 구리 또는 구리 합금(또는 알루미늄 및 알루미늄 합금 또는 구리 피복 알루미늄)을 전도성 매체와 함께 압축하거나 장력 없이 사용하여 제작할 수 있다. 또한, 보강 전선이나 섬유가 장력을 받고 있는 동안 구리, 알루미늄, 또는 이들의 합금 또는 하이브리드 또는 기타 유사한 전도성 물질을 압축하에 또는 장력이 없는 상태에서 전도성 매체 재료에 직접 프리 텐션 조건에서 탄소 또는 인바 스틸 와이어와 같은 화이버의 낮은 CTE 보강 와이어를 삽입할 수 있다. 열 변곡점이 감소되고, 열팽창 계수가 감소되고, 도체 모듈러스가 높은 것은 환경 온도변화 및/또는 얼음 또는 바람 현상으로 인한 처짐 변화를 더 쉽게 관리할 수 있다. CTE가 낮은 알루미늄 및 카본 복합체 코어를 사용하는 저비용 메신저 와이어 및 접촉 와이어 시스템은 모든 전기 열차 또는 다른 철도 차량의 현재 구리 시스템을 대체하기 위해 널리 사용된다는 점도 매력적이다. 캡슐화된 복합체 강도 부재는 노출 단부가 수분 침투로부터 적절하게 밀봉될 때 대부분 카본 화이버 보강재로 제조될 수 있음을 주목해야 한다. 이것은 중량 감소, 강도 및 모듈러스 증가, 열팽창 계수 감소라는 측면에서 최대 이점을 제공한다. 특성화의 일례로, 얻어지는 도선은 적어도 70 MPa/g/cc, 예를 들어 150 MPa/g/cc 또는 심지어 180 MPa/g/cc 이상의 강도 대 밀도 비를 갖는다. 특성화의 다른 예로서, 도체 내의 강도 부재는 적어도 약 2000 MPa, 예를 들어 3000 MPa 이상, 심지어는 3600 MPa 이상, 열팽창 계수는 12 x 10^-6/℃ 이하, 예를 들면 최대 6 x 10^-6/℃ 또는 심지어 1 x 10^-6/℃ 이하일 수 있다.

또한, 압축 상태의 구리는 장력 피로에 거의 영향을 받지 않으며, 캡슐화된 구리 접촉 와이어와 메신저 와이어는, 카본 복합체 코어가 피로 성능에 있어 최고의 소재 중 하나이기 때문에, 탁월한 피로 수명을 보여야 한다. 또한, 구리 캡슐화된 복합 코어 도체는 쉽게 수리될 수 있다(유사한 재료로 제조된 구리 갭 도체 내부에서 일어날 수 있는 코어 수축 및 수축의 가능성 없음). 또한, 구리 도체에 통상적으로 사용되는 하드웨어(예를 들어, 열 변곡점이 억제된 카본 복합체 강도 부재를 갖는 구리 도체)가 본 발명에 적용될 수 있으며, 이는 시스템 비용을 감소시킬 수 있다. 도체 내부의 그리스가 필요할 수도 있는 카본 복합체 재료를 사용하는 구리 갭 도체와는 달리, 도체를 설치하는 것은 매우 간단하며, 설치 시간이 매우 많이 걸리고, 현장에서 매우 높은 장력을 필요로 한다. 인장력을 미리 처리한 처리된 구리 캡슐화된 카본 복합체 코어 도체 솔루션은 전도성 와이어 및 접촉 전선이 환경 온도 변화에 실질적으로 영향을 받지 않기 때문에 고속 레일 적용에 이상적이며, 도체 설치 및 수리가 간단하고 비용이 효과적이며, 피로 수명이 우수한 열차 속도를 촉진하기 위해 기존의 최상의 옵션(구리/마그네슘 합금)보다 200% 더 우수한 밀도 비 장력이 가능하다. 본 발명의 이러한 해결책은 새로운 고속철도 및 고속철도 리컨덕터링 모두에 있어서 매력적이어야 한다. 도체 내의 충전 인자가 70% 범위 내의 원형 구리 또는 합금이 본 발명에서 사용될 수 있으나, 이상적으로 구리는 메신저 및 접촉 전선에 얼음이나 바람 하중을 최소화할 뿐 아니라 저에너지 손실을 위해 100%에 가까운 충전 밀도를 가지는 것이다. 상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어를 사용하여 설명되었지만, 그러한 설명은 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 동등한 특징 또는 부분의 치환을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 실시예에 대한 변경 및 변형, 및 다양한 특징의 역전은 다음의 청구 범위의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있다.

참고문헌

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12. US 7019217: A coUet-lype splice and dead end for use with an aluminum conductor composite core reinforced cable, D Bryant, October 22, 2003.

Claims (23)

1. 갈바니 부식을 제거하기에 충분한 임의의 절연 층을 갖는, 적어도 0.05 %의 인장 변형 하에서 스틸 또는 섬유 강화된 종방향 연장 복합 재료의 연선 또는 복수의 연선을 포함하는 강도 부재; 및
   적어도 하나의 클래딩 전도성 매체 층을 포함하는 전기 전도성 캡슐화층 부분을 포함하며;
   상기 전기 전도성 캡슐화층 부분은 강도 전달 부재의 전기적 전도 및 보호를 위해 파손 또는 재료 열화로부터 최소 0.5mm의 충분한 두께 및 장력이 실질적으로 없으며; 전기 도체는 스풀 상에 감겨 있는 전기 도체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도전성 캡슐화층 부분이 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금 중의 어느 하나; 및 동심 전도성 매체 또는 전도성 연선의 다중 층의 복수의 층을 포함하는 전기 도체.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 강도 부재는, 탄소와 캡슐 금속의 계면에서 산소 및 전해질의 부재로 인해 갈바니 부식이 없기 때문에 절연 층이 존재하지 않는, 임의의 유기 또는 무기 필러를 갖는 열가소성 또는 열경화성 타입 또는 금속 또는 세라믹 매트릭스 중 하나를 포함하는 결합 매트릭스에서, 수지층과 같은 유리 섬유 또는 현무암 섬유로 제조된 임의의 절연층을 갖는, 탄소 섬유 또는 세라믹 섬유와 같은 실질적으로 연속적인 강화 섬유를 포함하고;
   상기 도전성 캡슐화층 부분은 하드 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 부분적으로 또는 완전히 어닐링된 알루미늄과 같은 알루미늄 전도층; 또는 구리 또는 구리 합금 또는 구리 마이크로 합금을 포함하는 구리층을 포함하며;
   상기 강도 부재는 중실형 또는 중공형으로부터 선택되고, 접지 와이어 또는 분배 전도체 애플리케이션에서와 같은 광섬유용 도관으로 사용되는 전기 도체.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 전기 도전성 캡슐화층 부분은 적어도 하나의 층이고, 상기 전기 도전성 부분 둘레에 분포된 동심 튜브 또는 전도성 알루미늄 또는 구리 가닥의 하나 이상의 층을 포함하고;
   여기서 동심 튜브 또는 연선의 층은 강도 부재를 캡슐화하고,
   강도 부재는 전도체 현장 스트링 동안 제1 시브 휠(sheave wheel) 전에 적어도 약 0.02% 사전 변형시키고;
   강도 부재는 약 12 × 10^-6m/m/℃ 이하의 열팽창 계수를 가지며;
   강도 부재는 하드웨어 클램핑 동안 강도 부재에 대한 손상을 피하기 위해 적어도 3KN의 반경 방향 압착 저항을 가지며, 생성된 전기 도체는 적어도 500㎛의 길이를 갖는 전기 도체.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 연선들 중 일부 또는 각각은 강도 부재와 캡슐화층 사이에 인터로킹 또는 결합을 위한 표면 태양을 갖는 전기 전도체로서,
   상기 표면 태양은 보강 섬유 배향의 대부분과 평행하지 않은 섬유 토우로 둘러싸인 강도 부재의 편조 또는 직조된 섬유 층 또는 외부 층 중 하나인 돌출형 또는 공핍형 태양이며; 또한,
   상기 강도 부재를 넘어서 상기 도전성 캡슐화층 부분의 외층은 사다리꼴, Z, S, C 또는 원형의 연선 또는 상기 형상들의 조합으로부터 선택된 형상 또는 튜브층인 전기 도체.
6. 청구항 1의 전기 도체에 대한 손상을 검출하는 방법으로서,
   상기 강도 부재는 일반적으로 취성 축 방향 압축 손상이 발생하는 예각으로부터 충분히 보호되고, 인장 측의 영구 변형 및 압축 측 상의 홈을 관찰함으로써 상기 도전성 캡슐화층 부분의 손상을 조사하는 단계를 포함하는 전기 도체에 대한 손상을 검출하는 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 도체는 유사한 스트링 도구 및 하드웨어 접근이 안전하게 배치될 수 있는 절연 도체를 포함하는 110kv 미만의 전기 분배 애플리케이션에 적합하고, 알루미늄 또는 구리의 높은 충전 밀도는 라인 손실을 최소화하면서 가능한 최대 전류 용량을 제공하고,
   상기 도체는 구리 합금을 포함하는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금으로 제조되고; 그리고, 고강도 및 경량의 섬유 강화된 복합체 강도 부재는 도체의 높은 강도 대 중량비가 바람직한 장거리 또는 중층 얼음 적용에 특히 적합하며, 열 처짐은 인장력을 미리 처리한 도체에 의해 잘 관리되고;
   상기 도체의 매끄러운 표면 및 콤팩트한 구성은 바람 또는 얼음 부하를 최소화하며, 상기 강도 부재는 UV 또는 오존 또는 수분과 같은 산화 또는 환경 열화에 실질적으로 노출되지 않기 때문에 높은 작동 온도에서 작동될 수 있고;
   도체는 오염이 심한 지역이나 연안 지역 근처 또는 모래 폭풍이 심한 사막 환경에서 도체와 강도 부재가 밀폐된 매끄러운 표면에 의해 잘 차폐되어있는 장소에 완벽하게 적합한 것으로 이루어진 전기 도체.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 도체는 구리, 구리 합금으로 이루어져 있으며, 상기 도체는 고속철용 메신저 와이어 및 접촉 와이어로서, 열차의 고속화를 가능하게 하는 데 적합하게 하고,
   상기 강도 부재는 8 × 10^-6/C 미만, 바람직하게는 3 × 10^-6/C 미만의 매우 낮은 열팽창을 가지며, 공장에서 인장력을 미리 처리거나 또는 미리 인장 처리한 연선으로부터 가장 낮은 현장 작동 온도 미만으로 감소된 열 변곡점을 가져, 기상 조건에 관계없이 사실상 일정한 길이의 메신저선과 접촉선을 만들 수 있어 일정한 인장 메커니즘과 관련 유지 보수가 필요 없기 때문에 항상 컨택 와이어의 수평을 유지하여 유지 보수 비용을 절감할 수 있고;
   복합체 재료로 된 접촉 와이어는 70 MPa/(g/cc)보다 큰 강도 대 중량비를 갖는 전기 도체.
9. 상기 청구항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 도체는 구리 표면층을 갖거나 갖지 않는 구리, 구리 합금 또는 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 이루어지고;
   상기 도체는 강도 부재가 6 × 10^-6/C 미만, 바람직하게는 2 × 10^-6/C 미만의 매우 낮은 열팽창을 갖고, 공장에서 인장력을 미리 처리거나 또는 미리 인장 처리한 연선으로부터 가장 낮은 현장 작동 온도 미만으로 감소된 열 변곡점을 가져, 기상 조건에 상관없이 거의 일정한 길이의 메신저 와이어 및 접촉 와이어를 생성하므로 일정한 인장 메커니즘 및 관련 유지 보수가 필요하지 않아 항상 접촉 전선의 평탄화를 보장하여 고속철용 메신저 와이어 및 접촉 와이어에 적합하며;
   복합체 재료를 갖는 접촉 와이어는 75 MPa/(g/cc)보다 큰 강도 대 밀도 비를 갖는 것인 전기 도체.
10. 상기 청구항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체는 구리 표면층을 갖거나 갖지 않는 구리, 구리 합금 또는 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 이루어지고, 고속 전철 용 메신저 와이어 및 접촉 와이어로서 적합하고, 강도 부재는 2 × 10^-6/C 미만, 바람직하게는 1 × 10^-6/C 미만의 매우 낮은 열팽창을 가지며, 인장력을 미리 처리한닝 및/또는 스트링 프리텐셔닝으로부터 가장 낮은 현장 작동 온도 이하로 감소된 열 변곡점을 가지며, 기상 조건에 관계없이 사실상 일정한 길이의 메신저 와이어 및 접촉 와이어를 생성하므로 일정한 인장 메커니즘 및 관련 유지 보수가 필요 없기 때문에 항상 접촉 전선의 수평을 유지할 수 있으며;
    상기 복합채 와이어를 갖는 접촉 와이어는 150 MPa/(g/cc)보다 큰 강도 대 밀도 비를 갖는 것인 전기 도체.
11. 청구항 8의 도체의 수선 방법으로서,
    상기 도체가 우연히 파손되면, 코어 또는 강도 부재의 미끄러짐이 거의 없거나 또는 없기 때문에, 종래의 공구를 사용하여 현장에서 도체 수리가 수행되고, 파손된 도체는 또한 현장에서의 정밀한 인장 처리가 필요로 하지 않고, 공장에서의 열 변곡점 감소 또는 인장력을 미리 처리하여 (pre-tensioning) 실질적으로 보전하고,
    복합체 강도 부재를 갖는 종래의 연선 도체와는 달리, 도전층 표면에 손상이 관찰됨에 따라 도체에 대한 손상을 육안으로 검사하는 도체의 수선 방법.
12. 상기 청구항의 어느 한 항에 있어서,
    개개의 강도 부재 또는 강도 부재와 캡슐화 금속층 사이 또는 계면층 내에 삽입된 단일 또는 다중 광섬유를 더 포함하는 전기 도체.
13. 청구항 1에 있어서,
    에올리언 진동에서 와류 제거를 효과적으로 방해하는 돌출된 표면 피처를 포함하는 진동 감쇠 장치를 포함하는 전기 도체.
14. 상기 청구항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡슐화된 강도 부재는 설치 중 취급 부주의로 인한 손상으로부터 잘 보호되고;
    상기 강도 부재는 가선 작업 조건이 이상적이지 않은 영역(거친 지형, 숙련된 노동력 및 부적절한 장비)에 매우 적합하고;
    상기 도체는 열 변형 온도 이하로 충분히 열 변곡점을 가지므로 설치 공정이 간단하고 경제적이며, 스트링 때의 사소한 변화 및 진동에 관계없이 도체 새깅의 일관성을 용이하게 얻을 수 있으므로 위상 도체, 특히 번들 형태로 제공되는 전기 도체.
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡슐화층은 나선형 홈을 가지며; 이렇게 얻어진 캡슐화된 도체의 강도 부재는 캡슐화층에 대한 추가적인 압축을 최소화하면서 스풀로부터 최대 스프링 백을 보존하도록 구성된 전기 도체.
16. 청구항 1에 있어서,
    실리콘 기반 밀봉 제와 같은 밀봉된 도체 단부를 포함하고, 탄소 섬유와 전도성 캡슐화층은 밀봉 단부가 필요 없을 수 있고, 탄소 섬유 복합 강도 부재로의 캡슐화층을 통한 수분 유입이 없고;
    이러한 도체 구성은 모든 전기 열차 또는 철도 차량의 메신저선 및 접촉선에 적용될 수 있고;
    절연 층이 없는 도체는 절연된(즉, 피복된) 분배 도체뿐만 아니라 전기 그리드의 노출된 송전 및 분배 도체에 대해서도 고려될 수 있는 전기 도체.
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 도체는 고온 케이블로서 사용하기 위해 고온 동작이 가능한 절연체로 피복되고,
    상기 절연층은 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌, PVC, 테플론 및 실리콘계 재료를 포함할 수 있으며;
    절연층은 유리 또는 현무암 섬유 또는 임의의 다른 절연 섬유 재료와 같은 연속 또는 불연속 섬유(조각 섬유)를 포함하는 유기 또는 무기 필러 재료를 포함할 수 있는 전기 도체.
18. 전도성 매체로 작업하기에 적합한 컨포밍 유닛에 강도 부재 또는 강도 부재의 다중 연선을 공급하는 단계와, 상기 강도 부재가 스틸 또는 섬유로 보강된 종방향으로 연장된 복합체 재료가 공급되는 단계를 포함하는 전기 도체의 제조 방법에 있어서,
    상기 컨포밍 유닛은 강도 부재 둘레에 전기 전도성 층을 캡슐화하고 전기 도체를 형성하도록 강도 부재 상에 충분히 일체화되는 컨포밍 유닛(또는 다른 압출 및 폴딩 기계)으로부터 튜브 및 층을 압출하는 단계;
    알루미늄 또는 구리를 포함하는 전도성 물질의 보다 많은 영역을 갖는 전기 전도체를 형성하기 위해 금속 캡슐화 강도 부재 주위에 알루미늄 또는 구리 또는 합금 연선의 추가 층을 연선(stranding)하는 통상적인 연선 공정을 사용하는 단계; 및
    전기 도체를 스풀에 모으는 단계; 로 이루어진 전기 도체의 제조방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 컨포밍 단계는 적어도 0.15 mm 두께의 생성 층의 튜브의 연화 또는 용융 및 압출을 포함하고;
    강도 부재 둘레에 전기 도전층을 형성하는 튜브 또는 층을 갖는 강도 부재를 성형하여 전기 도체를 형성하고, 상기 컨포밍 단계 또는 최종 압밀 단계 동안, 상기 도전성 재료는 실질적으로 냉각되어 상기 강도 부재로의 열화를 최소화하고;
    상기 금속 캡슐화된 강도 부재는 알루미늄 또는 구리 가닥의 층이 추가되는 도체 제조의 연선 작업 중에 또는 현장에서의 스트링 작업 중에 추가로 인장되고;
    도전층은 대체로 인장력이 없거나 또는 압축 상태에 있고, 강도 부재는 인장 상태에 있고, 도전체에서 열 변곡점이 실질적으로 감소되는 전기 도체의 제조방법.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 용융 및 압출 단계는 상기 도전성 재료를 용융 및 연화시키는 마찰에 기초한 가열을 포함하고, 복합체 강도 재료를 도전성 재료의 층으로 캡슐화하는 단계를 포함하고, 상기 도전성 재료는 60초 이내에 약 100℃ 이상의 온도로 냉각되는 전기 도체의 제조방법.
21. 청구항 18에 있어서,
    상기 강도 부재는
    매우 짧은 시간 동안 500℃의 높은 컨포밍 금속 온도에 표면 내열성을 가지며, 100℃ 이상의 Tg를 갖는 열경화성 복합체 재료;
    매우 짧은 시간 동안 500℃의 높은 컨포밍 금속 온도에 표면 내열성을 가지며, 융점이 75℃ 이상인 열가소성 복합체; 및
    매우 짧은 시간 동안 500℃의 높은 컨포밍 금속 온도에 표면 내열성을 가지며, 융점이 75℃ 이상인 세라믹 섬유 강화 복합체 재료의
    하나로 제작되는 전기 도체의 제조방법.
22. 청구항 20에 있어서,
    상기 강도 부재의 표면 부분은 봉입재 및 강도 부재 사이의 갈바니 부식을 효과적으로 방지하도록 충분히 전기적으로 절연되고,
    상기 강도 부재는 탄소 및/또는 유리 섬유의 복수의 조방사(roving)를 사용하여 인발 성형되고, 상기 인발 가공은 상기 컨포밍 부분과 직접 일체화되어 사이클 시간 및 제조 비용을 감소시키는 전기 도체의 제조방법.
23. 청구항 18에 있어서,
    다시 오버헤드 전기 전도체를 푸는 단계;
    오버헤드 전기 전도체를 텐셔너를 통해, 그리고 한쪽 측부 도체가 부착되고, 다른 측부 도체가 데드 엔딩을 완료하기 전에 목표 열 변곡점을 달성하기 위해 전도체가 타워 내에서 미리 장력을 해소하는 경우 코어 연장과 동등한 미리 규정된 길이에 따라 인출되고 트리밍된 코어를 가지는 두 개의 단부 타워 사이에서 서스펜션 타워에 의해 작동 가능하게 지지되는 복수의 활차를 통해 당기거나;
    또는 그 대안으로 도체 열 변곡점을 현저히 감소시키는 한 쌍의 텐셔너 사이의 도체 상에 높은 장력을 갖는 인장력을 미리 처리한 처리된 인 필드 도체에 이용될 수 있는 한 쌍의 텐셔너를 통해 오버 헤드 전기 도체를 끌어당겨서, 스트링 텐션은 도체 프리 텐션보다 70% 이상 더 크게 하는 전기 도체의 제조방법.

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