KR20180102818A

KR20180102818A - 내화 케이블

Info

Publication number: KR20180102818A
Application number: KR1020170029449A
Authority: KR
Inventors: 강민수; 양훈철; 황현주; 최아름
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-18

Abstract

내화 케이블이 개시된다. 본 발명에 따른 내화 케이블에 의하면, 내화 케이블의 핵심 소재인 마이카테이프의 두께와 중량을 개선하여 내화 케이블의 성능을 향상시키고 내화 케이블의 규격 요건을 만족시킬 수 있으며, 마이카테이프 제조에 투여되는 원가를 절감하여 내화 케이블의 생산력을 증대시킬 수 있다.

Description

내화 케이블{fire resistant cable}

본 발명은 내화 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두께와 중량을 감소시킬 수 있고, 원가절감을 통해 생산력을 증대시킬 수 있는 내화 케이블에 관한 것이다.

최근, 케이블 제조 산업의 주요한 이슈는 극도의 온도상태, 특히 화재 시에 직면하게 되는 상황에서 케이블의 거동 및 성능을 향상시키는 것이다. 안전을 위해서 불길이 번지는 것을 지연시키고 또한 화염을 견딜 수 있는 케이블의 능력을 최대화하는 것이 필수적이다.

케이블의 내화성(fire-resistance)을 향상시킬수록 화재 시 케이블의 통전시간을 더 지속시킬 수 있으며, 이를 통해 스프링쿨러가 작동하는 시간을 확대시켜 화재의 확대를 지연시키고 비상구 표시등 및 엘레베이터 작동시간을 연장시켜 사람들을 대피시키거나 또는 적절한 소화 수단을 배치하는데 필요한 시간을 확보할 수 있다.

내화 특성에 대한 요구 수준은 점차 강화되는 추세이며, 특히 육/해상 플랜트, 빌딩 인프라에 사용되는 케이블 제품일수록 고 내화 특성이 요구된다. 플랜트나, 빌딩 등에 화재 발생 시 인력 탈출 및 대피를 위해 최소한의 시간 동안 핵심설비의 비상용 전원이나 화재 경보기, 스프링쿨러 등의 소방/방재 시스템 가동 유지를 위한 내화 케이블이 필요하다.

이러한 내화 케이블은 케이블 내부에 내화층을 적용함으로써 내화 성능을 발휘하게 되는데, 내화층은 고내열 특성을 가진 마이카(Mica) 테이프를 감아서 700~950℃ 의 고온에서도 일정시간 이상 케이블의 기능을 유지할 수 있도록 한다. 이때, 마이카테이프는 마이카 가루를 유리섬유(Glass Cloth)나 PE(Polyethylene) 테이프에 접착시켜 제조하며, 화재 시 절연체까지 모두 불에 타더라도 도체를 감싸고 있어 절연체의 역할을 대신해 준다.

지금까지의 마이카테이프의 발전 과정을 살펴보면, 도 1a에서 보는 바와 같이, 1세대 마이카테이프(10)는 PE 테이프로 이루어진 베이스층(11) 상에 마이카층(13)을 적층하여 형성하였고, 2세대 마이카테이프(20)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 유리섬유(Glass Cloth)로 이루어진 베이스층(21) 상에 마이카층(23)을 적층하여 제조하였다.

그리고, 도 1c에서 보는 바와 같이, 3세대 마이카테이프(30)는 유리섬유에 무기물(예를 들면, 마이카 분말)을 섞어 베이스층(31)을 형성한 후 그 위에 마이카층(33)을 적층하여 형성하였다.

1세대 마이카테이프(10)는 PE 테이프로 이루어진 베이스층(11)이 150℃ 정도에서 녹아버리기 때문에 절연 역할을 수행해야 될 운모층이 충격을 받으면 부서지는 문제점이 있었다.

이를 보완한 2세대 마이카테이프(20)는 유리섬유로 이루어진 베이스층(21)을 적용하여 약 730℃ 온도에서도 1~2시간을 견딜 수 있는 수준으로 발전하였으며, 뒤를 이은 3세대 마이카테이프(30)는 내화 성능이 약 950℃ 온도에서 2시간 이상을 견딜 수 있도록 향상되었다.

그런데 이러한 3세대 마이카테이프(30)는 베이스층(31)을 형성함에 있어서 유리섬유(GLASS Cloth)와 무기물을 혼합하여 형성하기 때문에 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있다.

그리고 3세대 마이카테이프(30)처럼 베이스층(31)으로 유리섬유와 무기물을 섞어 사용하면 3세대 마이카테이프(30)를 적용하여 내화층을 형성하는 테이핑(Taping)시 절연할 쪽으로 가야할 유리섬유에 붙어 있던 무기물이 마찰에 의해 떨어지면서 동시에 유리섬유의 올 풀림을 촉진하게 되는 단점이 있다.

더 나아가, 이러한 올 풀림으로 인해 절연체 형성 시 절연다이스에 유리섬유 올이 걸리는 현상으로 인해 절연체 압출의 균질성에 문제를 야기하게 되는 문제점이 있다.

한편, 기존의 마이카테이프는 고내화 특성을 충분히 만족할 수 있도록 마이카 함량을 높였기 때문에 전체적인 마이카테이프의 두께가 일반 내화(750 도급)용 마이카테이프에 비하여 많이 두껍게 형성된다.

이로 인하여 산업 특수용 및 배전 케이블 설계 규격을 기준으로 했을 때, 케이블 절연 두께 및 전체 외경이 증가하여 규격을 만족하지 못하는 문제가 종종 발생한다. 또한, 마이카 함량 밀도가 높기 때문에 케이블 중량이 증가하며, 그로 인해 운반이나 포설에 있어 어려움을 야기하게 되고 다른 부자재에 비하여 가격이 상승하는 단점이 있다.

따라서 이러한 요구를 만족하고 케이블의 경량화 및 소형화 추세에 대응하기 위해서는 내화 케이블의 핵심 소재인 마이카테이프의 두께와 중량 개선 및 경쟁력을 가지기 위한 원가 절감이 필요하다.

본 발명의 실시예들은 내화 케이블의 핵심 소재인 마이카테이프의 두께와 중량을 개선하여 내화 케이블의 성능을 향상시키고 내화 케이블의 규격 요건을 만족시키고자 한다.

또한, 마이카테이프 제조에 투여되는 원가를 절감하여 내화 케이블의 생산력을 증대시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 도체; 및 화재 시 상기 도체 보호와 절연 기능을 수행하는 내화층을 포함하며, 상기 내화층은 유리섬유로 이루어진 베이스층과, 상기 베이스층 일측에 형성되는 마이카(MICA)로 이루어진 마이카층 및 상기 베이스층과 마이카층 사이에 개재되는 접착층을 포함하고, 상기 베이스층은 상기 접착층의 10% 내지 30% 범위의 무게비를 갖는 무기물 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화 케이블이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 내화 케이블은 상기 내화층 외측에 형성되는 절연층을 더 포함하며, 상기 내화층은 상기 도체 직상에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 내화 케이블은 상기 절연층 외측에 형성되는 내부 쉬스층과, 상기 내부 쉬스층 외측에 형성되는 외부 쉬스층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 무기물 코팅층은 마이카 분말, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 탄산칼슘 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 접착층은 실리콘 수지로 이루어질 수 있다.

상기 접착층은 Benzyl Alcohol, Ethane, Hexa chloro, 7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)deca-6,9-diene-2,8-dione 중 적어도 어느 하나 이상의 첨가물을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 마이카층의 마이카 밀도는 140g/m² 내지 170g/m²로 이루어질 수 있다.

상기 베이스층 유리섬유의 직조밀도는 55% 내지 65%로 이루어질 수 있다.

상기 접착층의 중량비는 15% 내지 18%로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 내화 케이블의 핵심 소재인 마이카테이프의 두께와 중량을 개선하여 내화 케이블의 성능을 향상시키고 내화 케이블의 규격 요건을 만족시킬 수 있다.

또한, 마이카테이프 제조에 투여되는 원가를 절감하여 내화 케이블의 생산력을 증대시킬 수 있다.

도 1은 종래의 1세대 내지 3세대 마이카테이프의 구조를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이카테이프의 구조를 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 내화 케이블의 단면도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이카테이프의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 일 실시예에 따른 마이카테이프(40)는 크게 유리섬유로 이루어진 베이스층(41); 상기 베이스층(41) 일측에 형성되는 마이카(MICA)로 이루어진 마이카층(43); 및 상기 베이스층(41)과 마이카층(43) 사이에 개재되는 접착층(45);을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 마이카테이프(40)의 마이카층(43)은 연질 마이카 재질로 이루어질 수 있고, 상기 마이카층(43) 하부의 베이스층(41)을 이루는 유리섬유는 실리콘 기반의 레진을 사용하여 마이카층(43)과 접착될 수 있다. 즉, 상기 베이스층(41)과 마이카층(43) 사이에 실리콘 수지로 이루어진 접착층(45)이 형성된다.

여기서, 상기 접착층(45)에는 Benzyl Alcohol, Ethane, Hexa chloro, 7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)deca-6,9-diene-2,8-dione 등의 첨가물이 포함될 수 있다.

상기 유리섬유는 고온에서 기계적 특성을 유지하는 역할을 수행하는데, 이러한, 유리섬유로 이루어진 유리사 직물은 80~120㎛ 굵기의 유리사를 가로 200~500㎛, 세로 100~300㎛ 공간이 형성되도록 직조된 형태를 가진다. 상기 유리사의 중량 밀도는 20~26g/m² 수준으로 이루어질 수 있다.

상기 베이스층(41)의 유리섬유 직조 밀도는 40-70% 사이로 하되, 바람직하게는 55-65% 의 직조 밀도를 갖는 것이 적합하다. 직조 밀도가 40% 미만인 경우에는 마이카층(43)과의 접착력이 떨어져 테이핑 시 마이카 부서짐 현상이 발생하여 내화 성능이 떨어질 수 있고, 70%보다 큰 경우에는 무기물 코팅이 될 수 있는 공간이 적어져 내화 성능이 저하되며 테이프의 유연성과 신율 저하로 인해 세선 테이핑이 불가능한 문제가 있다.

상기 마이카층(43)은 연질마이카 또는 경질마이카 재질로 이루어질 수 있으며, 마이카의 순도를 위하여 2~3 회의 불순물 제거 공정을 거칠 수 있다.

상기 마이카층(43)의 마이카 밀도는 140~170g/m²수준으로 이루어질 수 있다. 상기 마이카층(43)의 마이카 밀도가 140g/m² 미만인 경우에는 내화성능이 부족할 수 있고, 170g/m² 보다 큰 경우에는 과량으로 인해 세선 테이핑 시 마이카 부서짐 현상으로 내화 성능에 부정적이 영향을 줄 수 있다.

상기 접착층(45)의 접착제 함량은 종래 10~13%(중량비)에서 15~18%로 증가시켜 베이스층(41)과 마이카층(43)의 접착성능을 향상시키고 접착공정 시 마이카층(43) 및 베이스층(41)의 공극으로 새어 나온 실리콘이 도포되어 층간 조밀도 및 마이카 운모의 집합성을 향상시킬 수 있다. 이러한 공정을 통해 테이핑 시 마이카 부서짐을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이카테이프(40)는 상기 베이스층(41) 일면에 상기 접착층(45)의 10% 내지 30% 범위의 무게비를 갖는 무기물 코팅층(47)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 무게비가 10% 미만인 경우에는 전기적 특성 및 분무 특성 향상의 효과를 발휘할 수 없고, 30%보다 큰 경우에는 전체적인 두께가 증가하여 제품 외경의 규격치를 벗어나는 문제점이 있다.

상기 무기물 코팅층(47)은 내화 특성뿐만이 아닌 분무 및 타격의 내화 특성을 확보하기 위하여 적용되는 것이다. 여기서 상기 무기물 코팅층(47)은 마이카 분말, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 탄산칼슘 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.

기존의 마이카테이프(40)는 베이스층(41)과 동일한 두께인 80~120㎛ 두께를 가진 코팅층이 형성되어 두께 및 무게가 증가하는 단점이 있었으나 본 발명의 실시예에서는 기존 코팅층 대신 접착층(45)을 이루는 실리콘 레진의 10%(wt) 내지 30%(wt)의 무기물이 함유된 용액을 코팅함으로써 전체적으로 마이카테이프(40)의 두께 및 무게를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

특히 16SQ 미만의 도체에 기존 마이카테이프를 적용하는 경우에는 도체경이 작아 마이카테이프를 감는 곡률반경이 작아지므로 마이카층이 부서지거나, 내화층을 형성하는 테이핑(Taping)시 절연할 쪽으로 가야할 유리섬유에 붙어 있던 마이카분말이 마찰에 의해 떨어지면서 동시에 유리섬유의 올 풀림을 촉진하게 되어 내화 성능이 저하되는 단점이 있었다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 마이카테이프(40)는 접착층(45)의 높은 실리콘 함량으로 안정된 접착성을 발휘할 수 있고, 마이카테이프(40) 상에 따로 PET나 부직포 테이프 등의 삽입이 필요치 않아 추가 원가절감이 가능하다.

본 발명에 따른 마이카테이프(40)를 실제 제조한 결과 기존 0.17t에서 0.14t로 두께가 줄어든 상태에서도 동일한 내화 성능을 발휘하였다. 2매 이상 적용 시 두께 감소의 이점을 크게 가질 수 있으며, 특히 16SQ 이하의 세선 구조로 이루어진 케이블의 경우 기존 마이카테이프 적용 시 두께 증가로 인한 외경 증가가 문제가 되었는데, 본 발명에 따른 마이카테이프(40)를 적용하여 그러한 문제점을 해결할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3상 내화 케이블의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내화 케이블(100)은 도체(111)와, 상기 도체(111) 외측에 형성되는 절연층(113) 및, 화재 시 상기 도체(111) 보호와 절연 기능을 수행하는 내화층(114)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 도체(111)는 IEC 60228 규격을 만족하는 Class 2 또는 Class 5 도체가 사용될 수 있다.

상기 절연층(113)은 절연성 및 내충격성 특성을 갖는 물질로 이루어지며, 상기 도체(111)를 피복하여 보호하고 내부의 도체와 외부를 절연함으로써 케이블 바깥으로 전류가 흐르지 않게 하는 역할을 수행한다. 여기서 상기 절연층(113)은 실리콘 러버(Silicone rubber), 가교 폴리에틸렌(Cross-linked polyethylene; XLPE), 가교 폴리올레핀(Cross Linked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 고밀도 에틸렌 프로필렌 고무(high ethylene-propylene rubber; EPR), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 등의 고분자 및 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 내화층(114)은 전술한 마이카테이프(40)를 한 겹 또는 두 겹 이상 감아서 이루어진다. 상기 내화층(114)은 상기 도체(111) 직상에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 도체(111), 내화층(114) 및 절연층(113)은 케이블 코어(110)를 구성한다.

상기 케이블 코어(110) 외측에는 내부 쉬스층(120)이 형성될 수 있는데, 상기 내부 쉬스층(120)은 내충격성이 크면서 비할로겐계(halogen free)인 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리클로프렌고무(polychloroprene rubber; CR), 크로로설폰화 폴리에틸렌(Chloro Sulfonated Polyethylene; CSPE), 염소화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene; CPE), 에틸렌초산비닐수지(ethylene vinyl acetate; EVA) 또는 이들의 혼합물의 압출층 형태로 적용할 수 있다.

상기 내부 쉬스층(120) 외측에는 외장층(130)이 형성되는데 상기 외장층(130)은 구리, 알루미늄, 철 및 구리 합금, 알루미늄 합금 등의 금속재료가 적용되며, 금속 편조, 금속 테이프, 금속 와이어 등의 형태로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 외장층(130) 외측에는 외부 쉬스층(140)이 형성되는데, 상기 외부 쉬스층(140)은 내부 쉬스층(120)과 마찬가지로, 내충격성이 크면서 비할로겐계(halogen free)인 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리클로프렌고무(polychloroprene rubber; CR), 크로로설폰화 폴리에틸렌(Chloro Sulfonated Polyethylene; CSPE), 염소화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene; CPE), 에틸렌초산비닐수지(ethylene vinyl acetate; EVA) 또는 이들의 혼합물의 압출층 형태로 이루어지며, 외부 충격이나 부식 작용으로부터 케이블을 보호하는 역할을 수행한다.

이러한 내부 쉬스층(120), 외장층(130), 외부 쉬스층(140)의 구조는 케이블의 용도에 따라 달라질 수 있다.

본 실시예에서 상기 내화 케이블(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 3상의 케이블 코어(110)로 이루어졌지만 이에 한정되는 것은 아니며 단상으로 이루어진 내화 케이블(100)에도 본 발명의 기술적 특징인 내화층(114)이 동일하게 적용될 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼 다중 코어 제품의 경우 여러 케이블 코어(110)들을 모아 일정 피치로 연합한 후에 그 공극에 충진재(150)를 적용하며, 그 후 전술한 내부 쉬스층(120), 외장층(130) 및 외부 쉬스층(140)을 형성하여 제품을 완성할 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의한 내화 케이블에 따르면, 내화 케이블의 핵심 소재인 마이카테이프의 두께와 중량을 개선하여 내화 케이블의 성능을 향상시키고 내화 케이블의 규격 요건을 만족시킬 수 있으며, 마이카테이프 제조에 투여되는 원가를 절감하여 내화 케이블의 생산력을 증대시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 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.

40: 마이카테이프 41: 베이스층
43: 마이카층 45: 접착층
47: 무기물 코팅층 100: 내화 케이블
110: 케이블 코어 111: 도체
113: 절연층 114: 내화층
120: 내부 쉬스층 130: 외장층
140: 외부 쉬스층 150: 충진재

Claims

도체; 및
화재 시 상기 도체 보호와 절연 기능을 수행하는 내화층을 포함하며,
상기 내화층은 유리섬유로 이루어진 베이스층과, 상기 베이스층 일측에 형성되는 마이카(MICA)로 이루어진 마이카층 및 상기 베이스층과 마이카층 사이에 개재되는 접착층을 포함하고, 상기 베이스층은 상기 접착층의 10% 내지 30% 범위의 무게비를 갖는 무기물 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제1항에 있어서,
상기 내화층 외측에 형성되는 절연층을 더 포함하며, 상기 내화층은 상기 도체 직상에 형성되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제2항에 있어서,
상기 절연층 외측에 형성되는 내부 쉬스층과, 상기 내부 쉬스층 외측에 형성되는 외부 쉬스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 무기물 코팅층은 마이카 분말, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 탄산칼슘 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 접착층은 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제5항에 있어서,
상기 접착층은 Benzyl Alcohol, Ethane, Hexa chloro, 7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)deca-6,9-diene-2,8-dione 중 적어도 어느 하나 이상의 첨가물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 마이카층의 마이카 밀도는 140g/m² 내지 170g/m²인 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 베이스층 유리섬유의 직조밀도는 55% 내지 65%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 접착층의 중량비는 15% 내지 18%인 것을 특징으로 하는 내화 케이블.