KR20190007657A - 내화 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화재 저항성을 갖는 내화 케이블에 관한 것으로, 도선 및 도선을 감싸는 외장을 포함하는 케이블에서, 도선 및 외장 사이에 배치되고 내화성을 제공하는 물질로 형성되는 베딩 필러; 및 도선 및 외장 사이에 배치되고 상기 베딩 필러의 연소점보다 낮은 용융점을 가지는 터널 필러;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 내화 케이블에서는, 화재 발생시 온도가 상승하면서 터널 필러가 용융되어 공기 터널을 형성한다.

Description

내화 케이블{FIRE RESISTANT CABLE}
본 발명은 화재 저항성을 갖는 내화 케이블에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고온의 화재에서도 전기를 전도하는 기능을 일정 시간 유지할 수 있는 내화 케이블에 관한 것이다.
노르웨이 국립 기술 표준 위원회(Norwegian Electrotechnical Commitee: NEK)는 자체적으로 그 위원회에서 수용하는 기술적 사양을 공표하고 있다. NEK TS 606은 해상 석유, 가스, 선박 및 해양 설비용 케이블의 요건을 규정한다. 규정된 사항들은 난연성(flame retardance), 내화성(fire resistance), 무독성(content of halogen), 무연기(smoke emission), 오일 및 머드 저항성(oil and mud resistance), 제트 파이어 저항성(jet fire(JF) resistance) 그리고, 탄화수소성 화재 저항성(hydrocarbon fire(HCF) resistance)을 포함한다. 그리고, 각 사항들마다 IEC 표준 또는 ISO 표준에 따른 테스트 방법을 통과할 것을 요구한다.
그 중에서 HCF 저항성은 화석 연료를 대량 취급하는 해양 플랜트에서 발생할 수 있는 화재의 규모가 매우 크기 때문에 특히 중요하다. 기존의 산업 현장에서는 화재 위험이 큰 곳에 포설된 케이블에 방화피복을 두껍게 덧씌워 사용하였으나, 이와 같은 방식은 설치 작업이 복잡하고 비용이 많이 소요되며, 설치가 유연하지 못하고 큰 설치 공간을 필요로 하는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하여, 특히 NEK 606의 HCF 저항성 테스트에 따른 고온의 화재에서도 전기를 전도하는 기능을 일정 시간 유지할 수 있는 케이블, 즉 HCF 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내화 케이블은, 도선 및 도선을 감싸는 외장을 포함하는 케이블에서, 도선과 외장 사이에 배치되고 내화성을 제공하는 물질로 형성되는 베딩 필러; 및 도선 및 외장 사이에 배치되고 베딩 필러의 연소점보다 낮은 용융점을 가지는 터널 필러;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 터널 필러는 베딩 필러의 일측에 배열되거나 베딩 필러에 매립되어 케이블의 길이방향으로 뻗어있다. 상기 케이블의 도선 둘레에는 전기적 절연을 위한 절연체가 배치되며, 상기 터널 필러는 도선의 절연체와 외장 사이에 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 케이블에서는, 터널 필러가 평소에는 일반적인 외장의 기능을 하다가 화재로 인하여 주변 온도가 상승하는 경우 베딩 필러가 연소되기 전에 용융되면서 케이블의 길이방향으로 공기 터널을 형성하여 케이블에 가해지는 고온의 열기와 연기를 분산함으로써 내화 기능을 향상시켜 내부 도선의 기능을 유지하는 시간을 연장할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 이와 같이 터널 필러가 고온에서 용융되어 빈 공간을 형성하므로 고온에 의해 베딩 필러가 팽창하는 경우에도 이러한 팽창을 수용할 수 있는 공간을 제공하여 내부의 도선과 절연체에 압력을 가하는 것을 방지함과 동시에 케이블 외부에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 터널 필러는 복수의 스트링(string) 형태로 형성될 수 있으며, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 압출 성형하여 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 베딩 필러는 고분자 수지와 내화성 첨가물이 조합된 조성물로 형성될 수 있다. 상기 고분자 수지는 실리콘 수지일 수 있으며, 상기 내화성 첨가물은 실리카, 마이카 파우더 및 유리사 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 상기 베딩 필러는 고온에서 세라믹으로 변성되어 내화 장벽을 제공하는 세라믹화 컴파운드로 형성될 수 있다.
본 발명의 내화 케이블은 기본적으로 종래의 케이블에서 사용되는 구성요소들이 적용될 수 있으며, 예컨대 도선 둘레에는 전자기적 차폐를 위한 쉴드(shield)나 전계의 균일화를 위한 반도전체가 배치될 수 있다. 또한, 상기 케이블은 각각 전기적으로 고립된 복수의 도선을 포함하는 멀티 코어 케이블일 수 있으며, 복수의 도선을 함께 둘러싸는 공통 절연체를 포함할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내화 케이블의 단면도;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내화 케이블의 단면도이다.
이하에서는, 본 발명을 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내화 케이블(100)의 단면을 도시한 것으로, 이 내화 케이블(100)은 도선(105) 둘레에 전기적 절연을 제공하는 절연체(110)가 배치되고, 그 둘레에는 반도전 필러(115)와, 차폐 실드(120)가 배치되며, 그 둘레에는 화재시 경화되면서 내화성을 제공하는 베딩 필러(125)와 이 내화성 베딩 필러(125)의 내측에 배치된 터널 필러(130)가 제공되고, 그 둘레에는 외장(135)이 배치된다.
이와 같이 구성되는 상기 내화 케이블(100)은 도선(105)에 인가되는 전원을 전달하는 전기 케이블의 기능을 수행하는 것으로, 특히 원유를 시추하는 해양 설비나 선박 등에 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 도선(105)은 전기 전도성을 갖는 와이어를 포함하는 것으로, 도선(105)은 여러 가닥의 와이어가 꼬인 연선이거나 하나의 도체로 형성될 수도 있다. 도선(105)은 전도성 금속으로 구성되며, 통상 구리로 제조된다.
상기 도선(105) 둘레에 배치되는 절연체(110)는 비도전성 물질로서 외부와 도선(105)의 전기적 절연을 제공한다. 절연체(110) 둘레에 배치되는 반도전 필러(115)는 전계를 균일하게 정렬하기 위한 것으로, 전기력선의 분포를 고르게 하여 절연 파괴를 방지하며, 반도전 컴파운드를 압출하여 형성될 수 있다. 반도전 필러(115) 둘레에 배치되는 차폐 실드(120)는 외부로부터 전자기적 노이즈 전파가 유입되는 것을 차폐하기 위한 것으로 동선 여러 가닥이 꼬인 망으로 형성된 구리 편조로 형성되거나 동선을 가로감기한 스파이럴 실드 또는 알루미늄 테이프를 감은 알루미늄 랩 실드로 형성될 수 있다. 상기한 절연체(110), 반도전 필러(115), 차폐 실드(120) 등은 종래의 전기 케이블에서와 동일하게 구성될 수 있으며 필요에 따라 생략되거나 또는 복수의 층이 다양한 조합으로 배치될 수 있다.
상기한 베딩 필러(125)는 화재시 경화되면서 내화 장벽을 형성하는 것으로, 고분자 수지 컴파운드를 압출하여 제조될 수 있다. 고분자 수지는 실리콘 수지일 수 있으며, 이러한 실리콘 수지에 실리카, 마이카 파우더 및 유리사 등과 같은 내화성 첨가물을 추가하여 형성될 수 있다.
특히, 베딩 필러(125)는 무할로겐 난연 컴파운드를 압출하여 제조될 수 있으며, 고온에서 세라믹으로 변성되어 내화 장벽을 제공하는 세라믹화 컴파운드로 제조될 수 있다. 또한, 세라믹화 컴파운드는 실리콘 엘라스토머와 함께 탄산칼슘(CaCO3)을 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘-탄산칼슘의 혼합물은 고온의 연소 과정에서 규회석(CaSiO3), 산화칼슘(CaO), 라아나이트(Ca2SiO4)), 방해석(CaCO3), 규산칼슘(Ca2SiO4), 포틀랜다이트(Ca(OH)2), 육방결정 실리카 및 마름모결정 실리카를 형성할 수 있다. 이러한 생성물들은 1000℃ 이상의 온도에서도 잔여물로 남아 우수한 절연 및 내열 특성을 제공한다.
상기 베딩 필러(125)의 내측에는 터널 필러(130)가 배열되는데, 이 터널 필러(130)는 베딩 필러(125)의 연소 온도보다 낮은 온도에서 용융되는 물질로 형성된다. 상기 터널 필러(130)는 케이블 길이방향으로 연장된 복수의 스트링(string) 형태로 형성될 수 있다. 이러한 스트링 형태의 터널 필러(130)는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 압출 성형하여 형성될 수 있으며, 그 수나 형태, 배열을 필요에 따라 선택될 수 있고 특정 예에 제한되지 않는다.
상기한 바와 같이, 터널 필러(130)는 베딩 필러(125)가 연소되는 온도보다 낮은 온도에서 용융된다. 다시 말해, 터널 필러(130)의 용융점은 베딩 필러(125)의 연소점보다 낮다. 따라서, 화재 발생시 케이블(100)에 가해지는 온도가 상승함에 따라, 베딩 필러(125)가 연소되기 전에 터널 필러(130)는 먼저 용융점에 도달하여 녹아버리게 되며, 베딩 필러(125)에는 터널 필러(130)가 차지했던 공간을 따라 길이방향으로 연통된 터널이 생기게 된다. 이와 같이 터널 필러(130)가 용융되어 형성된 길이방향의 공간, 즉 공기 터널은 화재에 의해 국부적으로 케이블에 가해지는 고온의 열기와 연기를 분산시킬 수 있는 통로를 제공하여 케이블(100)의 내화 특성을 향상시킨다. 또한, 베딩 필러(125)는 화재 발생시 온도가 상승하면서 세라믹으로 변성되거나 경화되면서 팽창하게 되어 심선을 가압하거나 케이블 외부에 크랙을 유발할 수 있는데, 본 발명의 케이블에서는 고온에서 터널 필러(130)가 용융되어 빈 공간을 형성하여 베딩 필러(125)의 팽창을 수용하게 되므로 심선을 가압하거나 케이블 외부에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
공기 터널은 화재시에 케이블의 내화 특성을 향상시킬 수 있지만, 케이블의 제조시부터 미리 공기 터널이 제공되는 경우에는 위험한 사용 환경에서 이러한 공기 터널을 통하여 독성 가스나 물질이 스며들어 다른 곳으로 전파될 위험(gas migration)이 존재한다. 그러나, 본 발명의 내화 케이블에서는 터널 필러(130)가 정상 사용시에는 케이블(100)의 조밀한 외장의 기능을 수행하다가 화재발생시에만 용융되어 공기 터널을 형성하므로 정상 사용시 독성 가스의 이송 위험을 배제할 수 있다.
베딩 필러(125) 둘레에는 케이블을 외부의 충격과 오염으로 부터 방지하고 절연하는 외장(135)이 배치되는데, 이는 가교 폴리올레핀 또는 무할로겐 폴리올레핀(HFPO) 등으로 형성될 수 있다.
도 2은 본 발명의 변형 실시예를 도시한 것으로 터널 필러(130)가 베딩 필러(125)에 매립되어 있는 점을 제외하고는 도 1의 실시예와 동일하다. 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 도 2의 실시예에서도, 터널 필러(130)는 화재 발생시에 용융되어 고온의 열기와 연기를 분산하는 공기 터널을 형성한다.
도면에 도시된 구성은 본 발명에 따른 케이블(100)을 예시적으로 도시한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 도선(105)과 외장(135) 사이에 베딩 필러(125)와 터널 필러(130)가 배치된다면, 그 외 절연체(110), 반도전 필러(115), 차폐 실드(120) 등은 필요에 따라 생략되거나 복수의 층이 다양한 조합으로 배치될 수 있으며, 그 외 종래의 전기 케이블에 사용되는 구성요소들이 추가 적용될 수도 있다.
또한, 도시된 실시예들에서 케이블(100)은 도선(105)이 하나인 싱글 코어 케이블이나, 달리 전기적으로 고립된 복수의 도선을 가지는 멀티 코어 케이블로 형성될 수도 있으며, 이 경우 복수의 도선은 각각 별도의 절연체, 반도전 필러, 또는 차폐 실드 등을 가지도록 구성될 수도 있다.
표 1은 본 발명에 따라 구현된 케이블들에서 화재시 절연 파괴 또는 단락 없이 케이블의 기능이 유지되는 시간을 테스트한 결과이다. 케이블 2 내지 4에서 베딩 필러는 실리콘 엘라스토머가 사용되었으며, 케이블 3에서 터널 필러는 폴리프로필렌(PP) 터널 필러가 사용되었고, 케이블 4에서 터널 필러는 폴리에틸렌(PE) 터널 필러가 사용되었다. 종래의 케이블(케이블 1)과 비교하여 표시하였다.
케이블 1
(종래 케이블)		 케이블 2
(베딩 필러)		 케이블 3
(베딩 필러+
PP 터널 필러)		 케이블 4
(베딩 필러+
PE 터널 필러)
케이블 기능이 유지되는 시간
(min:sec)
18
22:06
28:45
37:55
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 구현된 케이블에서 PP 터널 필러가 사용된 경우 화재시 절연 파괴 또는 단락 없이 케이블의 기능이 유지되는 시간이 58% 연장되었고, PE 터널 필러가 사용된 경우에는 110%나 연장된 것을 알 수 있다.
이러한 결과는 본 발명에 따른 내화 케이블에서 온도가 상승하면서 베딩 필러가 세라믹으로 변성되어 내화 장벽을 형성함은 물론 터널 필러가 용융되면서 공기 터널을 형성하여 고온의 열기와 연기를 분산하여 내화 기능을 크게 향상시키는 효과를 제공하는 것을 명확히 보여준다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형 실시들은 청구범위의 기재 범위 내에 있게 된다.
100: 케이블
105: 도선
110: 절연체
115: 반도전 필러
120: 차폐 실드
125: 베딩 필러
130: 터널 필러

Claims (11)

  1. 도선 및 상기 도선을 감싸는 외장을 포함하는 케이블로서,
    상기 도선 및 외장 사이에 배치되고 내화성을 제공하는 물질로 형성되는 베딩 필러; 및
    상기 도선 및 외장 사이에 배치되고 상기 베딩 필러의 연소점보다 낮은 용융점을 가지는 터널 필러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터널 필러는 상기 베딩 필러의 일측에 배열되거나 상기 베딩 필러에 매립되어 상기 케이블의 길이방향으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도선 둘레에는 전기적 절연을 위한 절연체가 배치되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터널 필러는 상기 도선의 절연체와 외장 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터널 필러는 복수의 스트링 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터널 필러는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 압출 성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베딩 필러는 고분자 수지와 내화성 첨가물이 조합된 조성물로 형성되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 내화성 첨가물은 실리카, 마이카 파우더 및 유리사 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베딩 필러는 고온에서 세라믹으로 변성되어 내화 장벽을 제공하는 세라믹화 컴파운드로 형성되는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도선은 각각 전기적으로 고립된 복수의 도선으로 형성되며, 상기 복수의 도선은 공통의 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
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