KR20180045189A - 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 - Google Patents

가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취를 용이하게 할 뿐만 아니라, 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다.

Description

가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선{Central tension member for an overhead cable and the overhead cable comprising the same}
본 발명은 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취를 용이하게 할 뿐만 아니라, 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다.
발전소에서 변전소를 통해 도시나 공장 등에 전기를 공급하는 방법에는 철탑으로 연결되는 가공송전선을 이용하는 가공 송전식과 지하에 매설된 지하 송전선을 이용하는 지중 송전식이 있으며, 가공 송전식이 국내 송전 방식의 약 90%를 차지하고 있다.
종래 가공송전선은 고장력 특성을 구현하기 위한 중심인장선 외주에 여러 가닥의 알루미늄 합금 도체를 연선한 강심 알루미늄 연선(Aluminum Conductor Steel Reinforced; ACSR)이 일반적으로 사용된다.
도 1은 종래 가공송전선의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 가공송전선은 중심인장선(10) 및 이의 둘레에 배치된 도체선(20)을 포함할 수 있고, 상기 중심인장선(10)은 고장력 특성을 구현하기 위한 코어부(11) 및 상기 코어부(11)와 상기 도체선(20) 사이의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)에 의한 상기 도체선(20)의 부식을 억제하기 위한 방식층(12)을 포함할 수 있다.
특히, 일본 공개특허공보 제1998-321047호 및 제1994-103831호에는 상기 코어부(11)로서 섬유강화플라스틱 소재를 적용하고 상기 방식층(12)으로서 금속 소재를 적용하는 기술이 개시되어 있으나, 상기 섬유강화플라스틱 소재에 비해 상대적으로 연성인 금속 소재로 인해 상기 중심인장선 전체의 인장강도가 저하되고 가공송전선의 저이도 특성이 구현될 수 없고, 또한 상기 코어부(11)와 상기 방식층(12) 사이에 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)이 발생하는 문제가 있다.
또한, 상기 코어부(11)와 상기 방식층(12)이 일체로 거동함으로써 상기 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 상기 중심인장선에 인가되는 장력 중 일부가 상대적으로 강성이 낮은 상기 방식층(12)에 인가되고, 이로써 상기 방식층(12)이 파손될 수 있다.
따라서, 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취를 용이하게 할 뿐만 아니라, 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취를 용이하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은,
도체선이 둘레에 배치되는 가공송전선용 중심인장선으로서, 코어부 및 상기 코어부를 감싸는 방식층을 포함하고, 상기 방식층은 고분자 수지 및 상기 고분자 수지 내에 분산된 금속입자를 포함하는 고분자 복합소재로부터 형성되는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 금속입자는 상기 코어부의 소재, 상기 도체선의 소재, 또는 이들 모두에 비해 이온화 경향이 큰 금속입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 금속입자는 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
그리고, 상기 금속입자의 함량은 상기 고분자 복합소재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 고분자 수지는 내열온도가 150 내지 600℃이고, 실온에서의 체적저항이 1×1012 내지 1×1018 Ω·㎝인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 방식층은, 금속입자가 분산된 내열 실리콘 수지 또는 폴리케톤 수지를 포함하는 고분자 복합소재의 분무 또는 침지에 의해 형성되는 경우 두께가 10 내지 1,000 ㎛이고, 금속입자가 분산된 자기 융착형 실리콘 고무 테이프의 권취에 의해 형성되는 경우 두께가 100 내지 3,000 ㎛인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 중심인장선은 직경이 5 내지 11 mm, 인장강도가 200 kgf/㎟ 이상, 탄성계수가 110 GPa 이상, 선팽창계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 2.0 ㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 코어부는 열경화성 수지 매트릭스에 보강섬유가 함침된 섬유강화플라스틱으로부터 형성되고, 상기 보강섬유의 함량은 상기 코어부의 총 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
그리고, 상기 열경화성 수지 매트릭스는 에폭시계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비스 말레이드 수지 및 폴리이미드 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 베이스 수지, 경화제, 경화촉진제 및 이형제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 에폭시계 수지는 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 A형 에폭시 수지, 다관능기 에폭시 수지 및 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 F형 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 열경화성 수지 매트릭스는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 경화제로서 산무수물계 경화제 70 내지 150 중량부 또는 아민계 경화제 20 내지 50 중량부, 상기 경화촉진제로서 이미다졸계 경화촉진제 1 내지 3 중량부 또는 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제 2 내지 4 중량부, 및 상기 이형제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
나아가, 상기 보강섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유로서 140 kgf/㎟ 이상의 인장강도 및 0에 가깝거나 휠씬 못 미치는 열팽창계수를 가지는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 보강섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 합성 유기 섬유, 붕소섬유, 세라믹섬유, 아라미드 섬유, 알루미나 섬유, 실리콘 카바이드 섬유 및 폴리벤즈옥사졸 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 보강섬유는 커플링제로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 중심인장선; 및 상기 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선을 제공한다.
여기서, 상기 알루미늄 선재는 표면에 표면경도 보강층이 형성된 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 코어부를 감싸는 방식층을 특정 급속입자를 함유하는 고분자 복합소재로 형성함으로써 상기 중심인장선 둘레에 배치된 도체선의 발열에 의해 열이 상기 코어부에 전달되는 것을 억제하여 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취를 용이하게 하는 우수한 효과를 나타냅니다.
또한, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 코어부를 감싸는 방식층에 의해 상기 코어부와 도체선 사이의 접촉에 의한 상기 도체선의 부식을 억제할 수 있는 우수한 효과를 나타냅니다.
도 1은 종래 가공송전선의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 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 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선(100)은 코어부(110) 및 상기 코어부(110)를 감싸는 방식층(120)을 포함할 수 있다.
상기 코어부(110)는 열경화성 수지 매트릭스에 보강 섬유가 함침된 섬유강화플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 열경화성 수지 매트릭스는 에폭시계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비스 말레이드 수지, 폴리이미드 수지 등의 베이스 수지, 바람직하게는 에폭시 수지에 경화제, 경화촉진제, 이형제 등의 첨가제가 첨가됨으로써 형성될 수 있다.
특히, 상기 에폭시 수지는 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 A형 에폭시 수지, 다관능기 에폭시 수지, 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 F형 수지 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 이들 3종의 에폭시 수지의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 3종의 에폭시 수지를 혼합하여 사용하는 경우 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 A형 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 경우에 비해 상대적으로 내열성이 향상되고, 굴곡특성 및 유연성이 향상될 수 있다.
상기 경화제는 메틸 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드(MTHPA), 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드(THPA), 헥사하이드로 프탈릭 안하이드라이드(HHPA), 나딕 메틸 안하이드라이드(NMA) 같은 산무수물계 경화제, 바람직하게는 메틸 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드 또는 나딕 메틸 안하이드라이드, 또는 멘테인다이아민(MDA), 이소프론다이아민(IPDA) 같은 지환족 폴리아민계 화합물, 다이아미노다이페닐설폰(DDS), 다이아미노다이페닐멘테인(DDM) 같은 지방족 아민계 화합물 등의 아민계 경화제로서 액상인 경화제를 포함할 수 있다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 산무수물계 경화제의 함량은 70 내지 150 중량부이고, 상기 아민계 경화제의 함량은 20 내지 50 중량부일 수 있고, 상기 산무수물계 경화제의 함량이 70 중량부 미만이거나 상기 아민계 경화제의 함량이 20 중량부 미만인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스의 경화시 불충분한 경화에 의해 내열성이 저하될 수 있고, 상기 산무수물계 경화제의 함량이 150 중량부 초과이거나 상기 아민계 경화제의 함량이 50 중량부 초과인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스 내에 미반응 경화제가 잔존하여 불순물로 작용함으로써 상기 열경화성 수지 매트릭스의 내열성 및 기타 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 경화촉진제는 상기 경화제에 의한 상기 열경화성 수지 매트릭스의 경화를 촉진하는 것으로서, 상기 경화제가 산무수물계 경화제인 경우 이미다졸계 경화촉진제를, 상기 경화제가 아민계 경화제인 경우 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 이미다졸계 경화촉진제의 함량은 1 내지 3 중량부이고, 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제의 함량은 2 내지 4 중량부일 수 있고, 상기 이미다졸계 경화촉진제의 함량이 1 중량부 미만이거나 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제의 함량이 2 중량부 미만인 경우 완전 경화된 열경화성 수지 매트릭스를 얻을 수 없는 반면, 상기 이미다졸계 경화촉진제의 함량이 3 중량부 초과이거나 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제의 함량이 4 중량부 초과인 경우 빠른 반응 속도로 경화 시간이 짧아져서 상기 열경화성 수지 매트릭스의 점도가 급격히 상승하므로 작업성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 이형제는 상기 열경화성 수지 매트릭스의 성형시 성형 다이와의 마찰력을 줄여 성형 가공을 용이하게 하는 작용을 하며, 예를 들어, 스테아린산 아연 등을 사용할 수 있다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 이형제의 함량은 1 내지 5 중량부일 수 있고, 상기 이형제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스의 작업성이 저하될 수 있는 반면, 5 중량부 초과인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스의 작업성을 추가로 향상시킬 수 없고 제조비용을 증가시킬 뿐이다.
한편, 상기 열경화성 수지 매트릭스에 함침되는 보강섬유는 예를 들어 비정질 탄소, 흑연 탄소, 금속 코팅된 탄소 등으로 이루어진 탄소섬유; E-유리, A-유리, C-유리, D-유리, AR-유리, R-유리, S1-유리, S2-유리 등으로 이루어진 유리섬유; 폴리아마이드, 폴리에틸렌, 파라페닐렌, 테레프탈아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리아크릴레이트, 초고분자 폴리에틸렌 등의 합성 유기 섬유; 붕소섬유; 세라믹섬유; 케블라 등의 아라미드 섬유; 알루미나 섬유; 실리콘 카바이드 섬유; 폴리벤즈옥사졸 섬유 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 탄소섬유를 포함할 수 있다.
상기 보강 섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유로서 140 kgf/㎟ 이상의 인장강도 및 0에 가깝거나 휠씬 못 미치는 열팽창계수를 보유할 수 있다. 상기 섬유의 직경이 3 ㎛ 미만인 경우 제조가 어려워 비경제적인 반면, 35 ㎛ 초과인 경우 인장강도가 크게 저하될 수 있다.
상기 보강 섬유는 상기 열경화성 수지 매트릭스의 베이스 수지와의 상용성 향상을 위해 표면처리될 수 있다. 상기 보강 섬유의 표면을 처리하는 커플링제로서는 고강도 섬유의 표면을 처리할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 티타네이트계, 실란계, 지르코네이트계 커플링제 등을 포함할 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 커플링제로 표면처리된 섬유의 표면에는 다수의 반응기가 도입되게 되는데, 이러한 반응기들은 고분자 수지와 반응함으로써 섬유간의 뭉침현상을 막아주어 최종제품의 물성에 영향을 주는 기포나 결점을 제거하게 되고, 이로써 고강도 섬유와 열경화성 수지와의 계면 결합성과 고강도 섬유의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 보강 섬유의 함량은 상기 코어부(110)의 총 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%일 수 있고, 이로써 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱 선재의 밀도는 2.0 g/㎤ 이하일 수 있다. 상기 보강 섬유의 함량이 50 중량% 미만인 경우 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱 선재의 강도가 크게 저하될 수 있는 반면, 90 중량% 초과인 경우 상기 보강 섬유간의 뭉침현상이 증가되고 상기 코어부(110) 내부에 기포나 갈라짐 현상이 일어나 물성과 작업성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명의 가공송전선용 중심인장선에 있어서, 상기 방식층(120)은 음극화 보호에 의해 희생양극으로 작용하여 상기 코어부(110) 및 상기 중심인장선 둘레에 배치될 도체선의 부식을 억제하는 동시에, 상기 코어부(110)와 상기 중심인장선 둘레에 배치될 도체선을 이격시켜 이들의 접촉에 의한 상기 도체선의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 억제하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 방식층(120)은 상기 중심인장선 둘레에 배치된 도체선의 발열에 의한 열이 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱의 열경화성 수지를 연화시켜 가공송전선의 이도 특성이 저하되는 것을 억제하고, 외부 환경요인에 의해 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱이 산화되는 것을 억제할 수 있다.
나아가, 상기 방식층(120)은 고분자 수지 베이스 소재로부터 형성되어 상기 중심인장선의 충분한 내굴곡성을 구현함으로써 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취를 용이하게 할 수 있다.
상기 방식층(120)은 고분자 수지 내에 금속입자가 균일하게 분산된 고분자 복합소재로부터 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 특별히 제한되지 않지만 상기 중심인장선 둘레에 배치된 도체선의 발열에 의한 열이 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱의 열경화성 수지를 연화시켜 가공송전선의 이도 특성이 저하되는 것을 억제하기 위해 내열온도가 150 ℃ 이상, 예를 들어 150 내지 600 ℃인 고분자 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고분자 수지는 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱의 산화를 방지하는 절연성능을 갖고, 예를 들어 1×1012 내지 1×1018 Ω·㎝의 실온에서의 체적저항을 보유할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지는 내열 실리콘 수지, 폴리케톤 수지 등을 포함할 수 있다.
상기 금속입자는 상기 코어부(110)를 형성하는 섬유강화플라스틱, 상기 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 소재로서 알루미늄 등의 금속, 또는 이들 모두에 비해 이온화 경향이 큰 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 등의 금속입자를 포함할 수 있다. 상기 금속입자는 희생양극으로 작용하여 음극화 보호를 통해 상기 코어부(110) 및 상기 중심인장선 둘레에 배치될 도체선의 부식을 억제할 수 있다.
상기 금속입자의 함량은 상기 방식층(120)의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 금속입자의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 상기 음극화 보호에 의해 부식 억제 효과가 미미할 수 있는 반면, 5 중량% 초과인 경우 상기 코어부(110)에 대한 상기 방식층(120)의 접착성이 현저히 저하될 수 있다.
상기 방식층(120)은 금속입자가 균일하게 분산된 내열 실리콘 수지 또는 폴리케톤 수지를 포함하는 고분자 복합소재를 상기 코어부(110) 표면에 분무 또는 침지시키거나, 금속입자가 균일하게 분산된 자기 융착형 실리콘 고무 테이프를 상기 코어부(110)에 권취하는 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 방식층(120)이 상기 고분자 복합소재의 분무 또는 침지에 의해 형성되는 경우 상기 방식층(120)의 두께는 예를 들어 10 내지 1,000 ㎛일 수 있고, 상기 방식층(120)의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우 상기 방식층(120)의 내열 특성, 내환경 특성 등이 불충분하고, 특히 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 코어부(110)의 표면에 스크래치가 발생하는 등 상기 코어부(110)가 열화될 수 있는 반면, 1,000 ㎛ 초과인 경우 상기 중심인장선의 불필요한 외경 증가로 생산성이 저하되고 상기 코어부(110)에 대한 상기 방식층(120)의 접착성이 현저히 저하될 수 있다.
한편, 상기 방식층(120)이 금속입자가 균일하게 분산된 자기 융착형 실리콘 고무 테이프의 권취에 의해 형성되는 경우 상기 방식층(120)의 두께는 예를 들어 100 내지 3,000 ㎛일 수 있고, 상기 방식층(120)의 두께가 100 ㎛ 미만인 경우 상기 방식층(120)의 내열 특성, 내환경 특성 등이 불충분하고, 특히 외부의 충격이나 압력으로부터 상기 코어부(110)의 표면에 스크래치가 발생하는 등 상기 코어부(110)가 열화될 수 있는 반면, 3,000 ㎛ 초과인 경우 외경이 동일한 종래 가공송전선에 비해 도체선의 총 면적이 감소되어 전기저항 상승 및 송전력 저하의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 자기 융착형 실리콘 고무 테이프는 자기 융착력(self fusing force)이 10 N/m 이상일 수 있고, 상기 자기 융착력이 10 N/m 미만인 경우 상기 코어부(110)에 대한 상기 방식층(120)의 밀착성이 크게 저하될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 중심인장선은 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 사이의 접착성을 추가로 향상시키기 위해 이들 사이에 접착층(미도시)을 추가로 포함하거나 상기 코어부(110) 표면에 대해 쇼트 블라스트(shot blast) 처리를 하여 미세한 홈을 형성함으로써 접착성을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120)을 포함하고 이들 사이에 접착층(미도시)을 추가로 포함할 수 있는 중심인장선은 직경이 5 내지 11 ㎜일 수 있고, 인장강도가 200 kgf/㎟ 이상, 탄성계수가 110 GPa 이상, 선팽창계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 2.0 ㎛/m℃ 이하, 유리전이온도(Tg)는 약 205℃ 이상일 수 있다.
상기 중심인장선은 유리전이온도(Tg) 이상에서는 상기 중심인장선에서 요구되는 인장강도, 선팽창계수 등의 기계적 특성을 구현할 수 없기 때문에 상기 유리전이온도(Tg)는 상기 중심인장선이 사용가능한 최대온도를 의미할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공송전선은 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재(200)가 연합된 도체가 상기 중심인장선(100) 둘레에 배치됨으로써 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 1050, 1100, 1200 등 1000계 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 열처리 전의 인장강도는 약 15 내지 25 kgf/㎟이고 신율은 약 5% 미만이며, 열처리 후의 인장강도는 약 9 kgf/㎟ 미만이고 신율은 약 20% 이상일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 선재(200)는 단면이 사다리꼴 형상으로서 종래 단면이 원형인 종래 가공송전선의 알루미늄 선재에 비해 도체의 점적율이 현저히 증가함으로써 가공송전선의 송전량 및 송전효율이 극대화될 수 있다. 예를 들어, 종래 단면이 원형인 알루미늄 선재를 포함하는 도체의 점적율은 약 75%인 반면, 단면이 사다리꼴인 알루미늄 선재를 포함하는 도체의 점적율은 약 95% 이상일 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 사다리꼴형 다이스를 이용하는 컨펌 압출 또는 신선가공에 의해 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 상기 알루미늄 선재(200)는 컨펌 압출에 의해 형성되는 경우 압출 과정에서 자연스럽게 열처리되기 때문에 별도의 열처리가 불필요하나 신선 공정에 의해 형성되는 경우 별도의 열처리가 후속적으로 수행될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 컨펌 압출 과정에서 열처리 되거나 신선 후 후속적인 열처리 됨으로써, 압출 또는 신선 과정에서의 비틀림 등에 의해 알루미늄 조직 내부에 형성되고 전자의 흐름을 방해하는 응력이 집중된 영역을 풀어줄 수 있고, 이로써 상기 알루미늄 선재(200)의 전기전도도가 향상되고, 결과적으로 상기 가공송전선의 송전량 및 송전효율이 향상될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)의 단면적 및 갯수는 상기 가공송전선의 규격에 따라 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 상기 알루미늄 선재(200)의 단면적은 3.14 내지 50.24 ㎟일 수 있고, 단면이 사다리꼴인 알루미늄 선재(200)를 동일한 단면적을 갖고 단면이 원형인 알루미늄 선재로 환산한 경우 상기 환산된 알루미늄 선재의 단면 직경은 2 내지 8 mm일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 선재(200)는 이의 갯수는 예를 들어 12 내지 40개일 수 있고, 바람직하게는 내층에 8개, 외층에 12개가 포함되는 복층 구조를 가질 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 앞서 기술한 바와 같이 전기전도도 향상을 위해 열처리될 수 있는데, 이렇게 열처리되는 경우 연질화됨으로써 표면이 스크래치에 취약해짐에 따라, 상기 가공송전선의 제조, 운송, 가설 과정에서 외부의 압력이나 충격 등에 의해 상기 알루미늄 선재(200)의 표면에 다수의 스크래치가 생성될 수 있으며, 이로써 상기 가공송전선의 운용시 코로나 방전이 발생해 고주파 소음이 유발될 수 있다.
따라서, 상기 알루미늄 선재(200)는 표면의 스크래치 생성을 억제하기 위해 표면에 표면경도 보강층이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 표면경도 보강층의 두께는 5 ㎛ 이상, 바람직하게는 10 ㎛를 초과하고 50 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 표면경도 보강층의 두께가 5 ㎛ 미만인 경우 상기 알루미늄 선재(200)의 표면경도가 충분히 향상될 수 없기 때문에 상기 가공송전선의 제조, 이송, 가설 등의 과정에서 외부의 압력이나 충격 등에 의해 상기 알루미늄 선재(200)의 표면에 다수의 스크래치가 생성될 수 있는 반면, 50 ㎛ 초과인 경우 상기 가공송전선이 보빈에 권취되는 등 굴곡시 상기 표면경도 보강층이 국소적으로 파손되거나 크랙이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 알루미늄 선재(200)는 이의 표면에 상기 표면경도 보강층이 형성됨으로써 상기 가공송전선의 인장강도가 추가로 향상되어, 결과적으로 상기 가공송전선의 이도(sag)가 추가로 억제될 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 상기 가공송전선을 구성하는 복수개의 알루미늄 선재(200) 전체의 표면에 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 복수개의 알루미늄 선재(200) 중 최외층에 존재하는 알루미늄 선재(200)들 각각의 전체 표면에 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 최외층에 존재하는 알루미늄 선재(200)들 각각의 표면 중 상기 가공송전선의 외주를 형성하는 외측 표면에 형성될 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 상기 알루미늄 선재(200) 표면의 경도를 향상시킴으로써 스크래치 생성을 억제할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 아노다이징(anodizing) 처리에 의해 형성되는 산화알루미늄 피막, 또는 니켈(Ni), 주석(Sn) 등의 도금 피막 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 알루미늄 선재(200) 표면의 아노다이징 처리방법은 상기 알루미늄 선재(200) 표면에 존재하는 유지 등 유기오염물을 제거하는 탈지(cleaning), 상기 알루미늄 선재(200) 표면을 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 상기 알루미늄 선재(200) 표면에 존재하는 산화알루미늄을 수산화나트륨 등으로 제거하는 에칭(etching), 에칭 후 알루미늄 선재(200) 표면에 잔존하는 합금성분을 용해 및 제거하는 디스멋(desmutting), 알루미늄 선재(200) 표면을 다시 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 알루미늄 선재(200) 표면에 치밀하고 안정된 산화알루미늄 피막을 형성하기 위해 20 내지 40 V의 전압을 인가하면서 수행하는 아노다이징(anodizing), 알루미늄 선재(10) 표면을 다시 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 상온에서 에어 건조하는 건조(drying) 등의 공정을 포함할 수 있다.
상기 표면경도 보강층이 아노다이징 처리에 의한 산화알루미늄 피막을 포함하는 경우, 상기 산화알루미늄 피막의 절연특성이 우수하기 때문에 알루미늄 선재(200) 사이의 절연효과로 인하여 전력손실이 감소될 수 있고, 상기 산화알루미늄 피막의 높은 복사 특성에 의해 송전 중 발생하는 줄(Joule)열을 신속하게 대기로 방출함으로써 전류용량이 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 표면경도 보강층은 불소수지 등의 고분자 수지에 의해 추가로 코팅될 수 있다. 상기 고분자 수지는 상기 산화알루미늄 피막에 초발수 효과를 부여함으로써, 상기 가공송전선 표면에 대기 중의 먼지나 오염물질이 흡착되거나 겨울철 눈이 쌓이거나 얼음이 생성되는 것을 억제할 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 아노다이징 처리에 의한 산화알루미늄 피막과 니켈(Ni), 주석(Sn) 등의 도금 피막을 모두 포함할 수 있다. 상기 표면경도 보강층이 산화알루미늄 피막과 도금 피막을 모두 포함하는 경우, 상기 산화알루미늄 피막은 하부에 배치되고 상기 도금 피막은 상기 산화알루미늄 피막은 상부에 배치될 수 있고, 상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막의 두께비는 약 3:1 내지 5:1일 수 있다.
상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막의 두께비가 3:1 내지 5:1인 경우, 상대적으로 두껍고 상대적으로 표면경도 향상효과가 우수한 산화알루미늄 피막에 의해 상기 알루미늄 선재(200) 표면의 경도를 충분히 향상시킬 수 있는 동시에, 외측에 배치되고 상대적으로 굴곡에 대한 크랙, 파손 등이 발생할 위험이 적은 상기 도금 피막에 의해 상기 가공송전선이 보빈 등에 권취되는 등 굴곡되는 경우 표면경도 보강층의 국소적인 크랙, 파손 등을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 중심인장선 200 : 도체선

Claims (16)

  1. 도체선이 둘레에 배치되는 가공송전선용 중심인장선으로서,
    코어부 및 상기 코어부를 감싸는 방식층을 포함하고,
    상기 방식층은 고분자 수지 및 상기 고분자 수지 내에 분산된 금속입자를 포함하는 고분자 복합소재로부터 형성되는, 가공송전선용 중심인장선.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속입자는 상기 코어부의 소재, 상기 도체선의 소재, 또는 이들 모두에 비해 이온화 경향이 큰 금속입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속입자는 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속입자의 함량은 상기 고분자 복합소재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 내열온도가 150 내지 600℃이고, 실온에서의 체적저항이 1×1012 내지 1×1018 Ω·㎝인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방식층은, 금속입자가 분산된 내열 실리콘 수지 또는 폴리케톤 수지를 포함하는 고분자 복합소재의 분무 또는 침지에 의해 형성되는 경우 두께가 10 내지 1,000 ㎛이고, 금속입자가 분산된 자기 융착형 실리콘 고무 테이프의 권취에 의해 형성되는 경우 두께가 100 내지 3,000 ㎛인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중심인장선은 직경이 5 내지 11 mm, 인장강도가 200 kgf/㎟ 이상, 탄성계수가 110 GPa 이상, 선팽창계수(coefficient of thermal expansion; CTE)가 2.0 ㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코어부는 열경화성 수지 매트릭스에 보강섬유가 함침된 섬유강화플라스틱으로부터 형성되고, 상기 보강섬유의 함량은 상기 코어부의 총 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 매트릭스는 에폭시계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비스 말레이드 수지 및 폴리이미드 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 베이스 수지, 경화제, 경화촉진제 및 이형제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에폭시계 수지는 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 A형 에폭시 수지, 다관능기 에폭시 수지 및 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 F형 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 매트릭스는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 경화제로서 산무수물계 경화제 70 내지 150 중량부 또는 아민계 경화제 20 내지 50 중량부, 상기 경화촉진제로서 이미다졸계 경화촉진제 1 내지 3 중량부 또는 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제 2 내지 4 중량부, 및 상기 이형제 1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 보강섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유로서 140 kgf/㎟ 이상의 인장강도 및 0에 가깝거나 휠씬 못 미치는 열팽창계수를 가지는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보강섬유는 탄소섬유, 유리섬유, 합성 유기 섬유, 붕소섬유, 세라믹섬유, 아라미드 섬유, 알루미나 섬유, 실리콘 카바이드 섬유 및 폴리벤즈옥사졸 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보강섬유는 커플링제로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 중심인장선; 및
    상기 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 알루미늄 선재는 표면에 표면경도 보강층이 형성된 것을 특징으로 하는, 가공송전선.
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