KR20190014486A

KR20190014486A - 동적 전력 케이블

Info

Publication number: KR20190014486A
Application number: KR1020180090071A
Authority: KR
Inventors: 아우든 요한손
Original assignee: 넥쌍
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2019-02-12
Also published as: EP3438993B1; US20190066871A1; DK3438993T3; EP3438993A1

Abstract

본 발명은 동적 전력 케이블(1)의 제조 방법에 관한 것으로:
- 전도체(3) 및 상기 전도체(3)의 방사상 외측에 배치된 전기 절연층(4)을 포함하는 케이블 코어(2)를 제공하는 단계,
- 구리-니켈 합금을 포함하는 금속 시트(7)로 상기 케이블 코어(2)의 방사상 둘레를 둘러싸는 단계,
- 상기 케이블 코어(2)의 둘레에 연속적인 수분 배리어층(5)을 형성하도록 금속 시트(7)의 대향하는 모서리들을 서로 용접하는 단계(8)를 포함하고,
- 상기 용접하는 단계(8)는 자열 용접(autogenous welding)으로 실행된다.
또한, 본 발명은 상기한 방법에 따라 제조된 동적 전력 케이블, 및 동적 전력 케이블(1)에 수분 배리어층(5)을 형성하기 위한 자열 용접의 용도에 관한 것이다.

Description

동적 전력 케이블{A DYNAMIC POWER CABLE}

본 발명은 해저 동적 전력 케이블들에 관한 것으로서, 특히 내피로성 차수벽 층(fatigue resistant water barrier layer)을 갖는 동적 전력 케이블 및 그러한 케이블을 제조하는 방법에 관한 것이다.

세계의 해상 인프라가 발달함에 따라 해저 케이블들을 사용하여 수역의 아래, 위, 내부 또는 전체에 전력을 공급하는 것이 급속히 증가하고 있다. 이러한 해저 전력 케이블들은 가느다란 구조들로, 케이블들은 일반적으로 해저면 상의 장비로 전력이 전달되는 수역 표면에 위치된 부유 유닛(floating unit) 사이에 일반적으로 매달려 있다. 해저 전력 케이블들의 적용 범위들은 광범위하며, 해상 풍력 발전소들(offshore wind farms)과 같은 재생가능 에너지 생산 현장들에 오일 및 가스 생산 설비들과 같은 전기를 송수신하는 데 필요한 해상 기지 설비를 포함한다. 따라서 해저 전력 케이블들은 일반적으로 파동들과 해류들(underwater currents)로부터 케이블의 동적인 이동들 중에 부과되는 기계적 하중들(mechanical loads)에 노출된다. 해저 전력 케이블의 기대 수명은 10년 내지 50년이며, 그러므로 케이블 내의 모든 구성요소들은 장시간동안 기계적 하중들에 노출되는 것을 견뎌야 한다.

해저 전력 케이블들에는 케이블 코어를 건조하게 유지시키는 차수벽 층이 있어야 한다. 수분 침투는 궁극적으로 케이블의 고장으로 이어질 수 있으므로, 차수벽 층은 물의 대류 또는 확산을 완전히 차단해야 한다. 통상적인 차수벽 층은 일반적으로 심리스(seamless) 튜브의 연속 또는 불연속 압출에 의해 제조되며, 종종 압출성(extrudability) 및 고 연성(high ductility)으로 인하여 납 또는 납 합금을 포함한다.

납 차수벽 층은 유연하고 쉽게 제조될 수 있지만, 낮은 피로 저항성을 가지므로, 파동들 및 해류들의 순환 운동에 의해 해저 동적 전력 케이블에 부과된 기계적 하중들에는 적합하지 않다. 이러한 하중들은 상대적으로 짧은 시간 내에 납 합금 차수벽 층이 피로하고 균열되게 하여 수분이 케이블 코어 내로 침투하게 한다.

이러한 문제점에 대한 하나의 공지된 해결책은 더 높은 피로 저항성을 제공하는 주름진(corrugated) 구리 합금으로 차수벽 층을 만드는 것이다. 구리 합금을 포함하는 차수벽 층은 압출에 의해 제조될 수 없고, 대신에 케이블 코어 둘레에 연속적인 차수벽 층을 형성하도록 합금을 포함하는 금속성 시트로부터 용접되어야 한다. 그러나 주름 형성 공정(corrugation process)은 느리며, 차수벽 층의 완전성에 위험을 초래하며, 주름 형성 중에 차수벽 층의 직경이 급격히 증가되기 때문에 해저 케이블의 전체 설계에 매우 해롭다. 따라서 주름진 차수벽 층은 해저 전력 케이블의 제조 및 배치 비용을 크게 증가시킨다.

이러한 문제에 대한 하나의 공지된 해결책은 구리 니켈(CuNi) 합금을 사용하는 것이다. CuNi 합금을 포함하는 차수벽 층은 파동들 및 해류들에 의해 야기되는 주기적인 기계적 하중들로부터 보다 높은 내피로성을 나타내므로 보다 적은 주름을 필요로 할 수 있다. 유럽 특허 출원 EP 2706539 A1은 CuNi 합금들을 포함하는 다양한 합금들의 사용 및 케이블 코어 둘레에 연속적인 차수벽 층을 형성하기 위해 금속성 시트를 용접함으로써 케이블을 제조하는 방법을 개시한다.

선행 기술로부터의 일부 CuNi 합금들은 피로에 대한 높은 수준들의 내성을 나타내며 용접의 비교적 용이함을 나타낸다. 그러나, 본 발명자는 용접된 차수벽 층의 피로 특성들이 용접 공정에 의존하고, 종래의 CuNi 합금 금속성 시트를 차수벽 층에 용접하는 데 몇 가지 중요한 결점들이 있다는 것을 발견했다. 중요한 단점은 금속성 시트가 열 팽창 및 기하학적 왜곡을 일으켜 용접 중에 미세구조의 변화들 및 조성의 국부적인 변화들을 일으킬 수 있다는 것이다. 이러한 변화들은 차수벽 층 피로 특성들에 해로울 수 있다.

따라서, 용접 시에 차수벽 층의 미세구조에 대한 변화들을 최소화하여 개선된 피로 특성들을 제공하는 동적 전력 케이블을 제조하는 방법을 개발하는 것이 목적이며, 차수벽 층을 포함하는 상기 방법에 의해 제조된 동적 전력 케이블에 있어서, 상기 차수벽 층은 내피로적이며 용접에 보다 적합하다.

이러한 목적들은 독립 청구항들에 기술되고 특징지워지는 본 발명에 의해 달성되며, 종속항들은 본 발명의 추가 세부사항들 및 실시예들을 기술한다.

본 발명에 따른 방법은 차수벽 층 내의 CuNi 합금과 현대의 용접 기술들을 결합하여 빠르고 일관된 정밀 용접을 제공하여, 피로에 덜 민감한 고 품질의 용접된 차수벽 층을 제공한다.

동적 전력 케이블은 CuNi 합금을 포함하는 차수벽 층으로 제조되어, 피로에 대한 높은 내성을 달성하는 동시에 차수벽 층의 두께를 감소시킨다. 보다 얇은 차수벽 층을 위해 절약될 재료 비용들 외에도, 용접 기술들은 보다 빠르고 더 정확하게 수행될 수 있어 시간과 비용들을 절약할 수 있다.

따라서, 본 발명은 CuNi 합금을 포함하는 금속성 시트가 제살 용접(autogenous welding)에 의해 차수벽 층으로 이루어진 동적 전력 케이블의 제조 방법을 제공한다. 제살 용접은 CuNi 합금에 의해 촉진되며, 이 합금의 열적 특성들로 인해 제살 용접에서 특히 유익하다. 이러한 열적 특성들은 낮은 열 팽창성 및 낮은 열 전도도를 포함하여, 열 입력이 집중되어 더 적은 기하학적 왜곡 및 용접의 미세구조의 최소한의 변화들을 야기해 우수한 피로 특성들을 갖는 용접된 차수벽 층을 제공한다. 또한, 이러한 특성들은 용접 장비의 전력 요구량들을 감소시켜 중장비에 대한 투자들을 최소화시킬 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "자열(autogenous)"은 용접이 여분의 재료의 첨가없이 수행되도록 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 측면들에서, 비-자열 레이저 용접은 또한 케이블의 부분들 상에 수행될 수 있으며, 여기서 여분의 "필러(filler)" 재료는 금속성 시트 내에서 상기 합금과 동일한 니켈 함량을 최소로 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 동적 전력 케이블은 중심 도체를 포함하는 적어도 하나의 케이블 코어와, 상기 도체 외부에 동심원 상으로 배치된 전기 절연 층을 제공함으로써 제조된다. 그 다음, CuNi 합금을 포함하는 금속성 시트가 케이블 코어 둘레에 감겨지고, 시트의 반대편의 에지들이 함께 용접되어 연속적인 차수벽 층을 형성한다. 용접은 제살 용접으로 수행된다.

본 발명의 일 측면에서, 용접은 제살 레이저 빔 용접으로 수행되며, 이러한 방법은 높은 공정 연속성, 용접 품질 및 용접 무결성을 제공한다. 유리하게는, 낮은 반사율, 열 전도성 및 열 팽창에 대한 민감성을 갖는 CuNi 합금을 포함하는 금속성 시트는 제살 레이저 빔 용접과 함께 사용될 수 있는데, 이러한 특성들은 덜 강력한 레이저들로 더 빠른 용접을 가능하게 하여 시간과 비용을 절약할 수 있기 때문이다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 용접 공정은 제살 전기 저항 용접에 의해 수행되며, 이는 또한 레이저 빔 용접과 같은 CuNi 합금의 특성들로부터 유사한 이점들을 가져온다.

일 측면에 따르면, 차수벽 층은 10wt% 내지 50wt%의 니켈, 및 50wt% 내지 90wt%의 구리 사이의 질량 분율(wt%)을 갖는 구리 합금을 포함한다. 40wt% 또는 50wt%와 같은 더 높은 wt%의 니켈의 경우, CuNi 합금은 감소된 열 전도성, 감소된 반사율 및 감소된 열 팽창과 같은 유리한 용접 특성들을 나타낸다. 그러나, 니켈은 상대적으로 고가이며, 니켈의 wt%가 높으면 바람직한 용접 특성들 및 내피로성을 달성하는 데 필요한 것보다 케이블의 비용을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 측면에서, 구리 합금은 20wt% 내지 30wt%의 니켈 및 70wt% 내지 80wt%의 구리를 포함할 수 있으며, 이러한 간격은 첨가된 니켈 함유량이 기여하는 CuNi 합금의 개선된 용접 특성들에 대한 니켈 비용 사이의 유리한 균형을 제공한다. 본 발명의 또 다른 측면들에서, 구리 합금은 22wt% 내지 28wt%의 니켈 및 72wt% 내지 78wt%의 구리를 포함할 수 있으며, 그러한 합금 내의 구리 및 니켈의 조성은 니켈 비용을 낮게 유지하면서 원하는 용접 특성들을 나타내기 위해 더욱 최적화된다. 본 발명의 또 다른 측면들에서, 구리 합금은 23wt% 내지 27wt%의 니켈 및 73wt% 내지 77wt%의 구리를 포함할 수 있는데, 이는 니켈의 가격을 낮게 유지하면서 이러한 조성이 용접 및 피로 저항에 대해 가장 바람직한 특성들을 제공하기 때문이다.

본 발명의 일 측면에서, 차수벽 층은 0.1mm 내지 2mm의 두께를 가질 수 있다. 유리하게, 향상된 용접 특성 및 피로 특성을 위해 최적화된 CuNi 합금은 차수벽 층의 두께를 0.1mm로 감소시켜, 케이블의 유연성을 증가시키면서 케이블의 비용을 감소시킨다. 특정 케이블들의 경우 차수벽 층의 두께는 최대 2mm 두께가 요구될 수 있다. 본 발명의 일 측면에서, 차수벽 층은 0.3mm 내지 1.5mm의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면들에서, 용접, 피로 강도 및 비용에 대한 최적의 균형을 달성하기 위해, 차수벽 층은 0.4mm 내지 0.7mm의 두께를 가질 수 있다.

금속성 시트가 용접되어 케이블 코어 둘레에 연속적인 차수벽 층을 생성한 후, 케이블 코어 둘레에 단단히 끼워지도록 차수벽 층의 직경을 줄이기 위한 성형 공정을 거친다. 성형 공정을 수행하는 다양한 방법들이 이하에서 더 설명된다. 유리하게는, 본 명세서에 나타낸 CuNi 합금, 용접 기술 및 두께의 측면들은 성형 공정을 매우 용이하게 하며, 이는 시간, 비용을 줄이고 더욱 강력하고 내 피로성이 강한 전력 케이블을 제공하는 데 기여한다.

본 발명의 일 측면에서, 성형 공정은 적어도 하나의 다이를 통해 케이블 코어의 종 방향으로 차수벽 층 및 케이블 코어를 압연(rolling)하는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 측면에서, 성형 공정은 적어도 하나의 롤러 휠을 가로질러 케이블 코어의 종 방향으로 차수벽 층 및 케이블 코어를 압연하는 단계를 포함한다. 성형 공정이 완료된 후, 적어도 하나의 중합체 층이 차수벽 층 외부로 반경 방향으로 압출될 수 있다.

본 발명은 또한 전기 절연 층 및 케이블 코어의 외부에 동심으로 배치된 차수벽 층을 갖는 중심 도체를 포함하는 적어도 하나의 케이블 코어를 포함하는 동적 전력 케이블에 관한 것이다. 동적 전력 케이블은 전술된 측면들 중 임의의 것에 따른 방법으로 제조된다. 유리하게도, 이는 생산 비용과 시간을 대폭 줄이면서 우수한 내피로성을 가진 동적 전력 케이블을 제공한다.

본 발명은 또한 동적 전력 케이블의 케이블 코어 둘레에 연속적인 차수벽 층을 형성하기 위해 금속성 시트를 접합하기 위한 제살 용접의 사용에 관한 것으로, 상기 금속성 시트는 구리-니켈 합금을 포함한다. 본 발명의 상이한 측면들에서, 제살 레이저 빔 용접 또는 저항 빔 용접이 사용될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 동적 전력 케이블 단면의 예가 도시된 본 발명의 양상을 개략적으로 도시한다.
도 2는 3개의 케이블 코어들을 포함하는 동적 전력 케이블 단면의 예가 도시된 본 발명의 양상을 개략적으로 도시한다.
도 3은 제조 방법의 용접 단계가 도시된 본 발명의 양상을 개략적으로 도시한다.
도 4는 용접된 차수벽 층을 형성하는 단계가 도시된 본 발명의 양상을 개략적으로 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 개념이 보다 완전히 설명될 것이다.

도 1은 케이블(1)이 하나의 케이블 코어(2)와 함께 도시된 동적 전력 케이블(1)의 단면의 예를 개략적으로 도시한다. 그러나, 본 발명은 단일-코어 케이블에 한정되지 않으며, 케이블(1)은 케이블(1)의 목적들에 적합한 것으로 간주되는 바와 같이 2개 또는 그 이상의 다수의 코어들(2)을 포함할 수 있다. 따라서, 도 2는 3개의 케이블 코어들(2)을 포함하는 동적 전력 케이블(1)의 단면의 예를 도시한다.

각각의 코어(2)는 코어(2)의 중심에 배치된 전기 도체(3), 및 각각의 도체(3)의 외부에서 반경 방향으로 배치된 전기 절연 층(4)을 포함한다. 도면들에 도시되지는 않았지만, 제 1 전기 절연 층(4)의 외부에는 전기 절연 층(4)과 차수벽 층(water barrier layer)(5) 사이에 배치된 밀봉 재료 층(sealing material layer)이 배치될 수 있다. 이러한 밀봉 재료는 물과 접촉하면 팽창하여, 차수벽 층(5)에서의 균열 또는 다른 파손 시에 수분 침입을 방지하기 위한 추가 여분 수단으로서 작용한다.

케이블(1) 및 이의 변형예들은 도 2에 예시된 바와 같은 추가 층들 또는 충진재(10)를 포함할 수 있으며, 이는 본 명세서에서 더 이상 기술되지 않는 각각의 도체(3) 또는 적어도 하나의 케이블 코어(2)의 외부에서 반경 방향으로 배치된다. 이러한 층들 및 재료들은 본 명세서에서 이미 언급된 층들의 내부, 중간 또는 외부에 배치될 수 있으며, 예를 들어 당 업계에 공지된 바와 같은 부가적인 절연 층, 반도체 층, 도전 층, 차폐 층 및 외장 층(armouring layer)을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 합금 내의 임의의 백분율 량의 금속 성분은 질량 분율, 질량 백분율, 중량 백분율 및 약식 wt%로도 공지된, 백분율로서 합금의 총 질량에 대한 금속의 중량 분율로 제공된다.

구리 중 니켈의 wt%는 이러한 wt%가 구리 합금의 피로 저항에 미치는 영향, 및 특히 용접 공정에서 중요한 합금의 특성들에 미치는 영향에 의해 결정된다. 표 1은 기존의 ETP(Electrolytic Tough Pitch Copper) 및 차수벽 층에 사용될 수 있는 여러 상이한 CuNi 합금의 일부 관련 특성들을 보여준다. 구리 ETP 및 다양한 합금들의 특성들은 구리 ETP 및 합금들의 구리 및 니켈의 wt%에 따라 열에 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 니켈의 wt%가 증가함에 따라 용접과 관련하여 요구되는 많은 특성들이 증가한다. 특히 주목할 만한 점은 레이저 용접 속도가 급격히 증가한다는 사실이다. 또한, CuNi 합금을 이용한 제살 용접 방법의 사용은 높은 레벨의 용접 품질을 유지하여 차수벽 층(5)의 피로 강도를 증가시킨다.

	구리 ETP		CuNi 합금들
wt% Cu	~99.9%	~90%	~85%	~80%	~75%	~70%	~60%
wt% Ni	~0%	~10%	~15%	~20%	~25%	~30%	~40%
20°C에서 열 전도율[W/(m*K)]	~390	~50	~40	~30	~25	~24	~22
반사율	High	Minor	Minor	Minor	Minor	Minor	Minor
20°C 내지 300°C 사이의 평균 선형 열 팽창 [10-6/K]	~17	~16	~15.9	~15.8	~15.6	~15.4	~14.7
0.5mm 외장에 대한 예상 레이저 용접 속도 [m/s]	2	4	6	7	9	10	10

합금 내의 금속의 백분율 양의 범위가 주어지면, 총량, 즉 합금 내의 모든 금속들의 총 wt%가 총 100wt%가 되면 합금 내의 상기 금속의 양은 상기 범위 내에서 변할 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다. 일부 금속들 및 합금들은 필연적으로 그들 내부에 소량의 불순물들을 가질 수 있음이 또한 이해될 것이다. 그러한 불순물들은 납, 망간, 철, 아연 및 다른 금속들을 포함할 수 있다. 이러한 불순물들은 금속 또는 합금이 생성될 때 일반적으로 제거하기에 너무 어려우며/어렵거나 비용이 많이 들기 때문에 존재할 수 있다. 불순물들의 양은 일반적으로 0.0001wt% 내지 1wt%의 범위로 존재한다.

소량의 철, 망간, 탄소 및 티타늄도 합금 원소들로서 의도적으로 첨가될 수 있음에 유의해야 한다. 임의의 추가적인 합금 원소들은 일반적으로 0.01wt% 내지 10wt%의 범위로 존재할 수 있다. 표 2는 의도적으로 첨가된 합금 원소들과 함께 차수벽 층에 사용될 수 있는 상이한 CuNi 합금들의 일부 예들을 제공한다.

그들의 구체적인 구성들은 다양한 규격들에 의해 주어진다.

합금	규격	재질 - 번호 DIN/UNS
CuNi8	-	2.0807
CuNi10	DIN 17471	2.0811 C70700
CuNi20	BS 2870	2.0822 C71000
CuNi30	ASTM B122	-
CuNi30Mn1FeTi	-	2.0882
CuNi10Fe1Mn	EN 1652	2.0872 C70600
CuNi30Mn1Fe	EN 1652	2.0882 C71500
CuNi30Fe2Mn2	DIN 17664	2.0883
CuNi44Mn1	DIN 17664	02.842 4401

도 3은 케이블(1)의 제조 공정의 일부를 개략적으로 도시한다.

금속성 시트(7)는 케이블 코어(2) 둘레에 감겨져 도시되어 있으며, 용접 공정(8)은 도 3의 화살표(8)에 의해 나타나며, 여기서 용접 공정(8)은 시트(7)의 반대편 에지들의 용접이 연속적인 차수벽 층(5)을 형성하기 위해 발생한다. 따라서,이러한 예의 차수벽 층(5)은 케이블 코어(2) 둘레에 감겨질 때 금속성 시트(7)의 반대편 종 방향 에지들을 따라 함께 용접된 금속성 시트(7)로 구성되는 것이 명백할 것이다. 예비-용접 금속성 시트(7)가 도 3의 좌측에 도시되어 있고, 용접 후 차수벽 층(5)이 도 3의 우측에 있다.

도 3의 예가 금속성 시트의 반대편 종 방향 에지들 사이의 갭을 도시하지만, 이는 단지 예시적인 목적들을 위한 것이며, 에지들은 당업자에게 명백할 임의의 적절한 방식으로 접촉(abutting), 중첩(overlapping) 또는 배열(arranged)될 수 있다.

명료성을 위해, 도 3 및 도 4에서, 금속성 시트(7)는 케이블 코어(2)의 외측 직경보다 더 큰 내측 직경을 갖는 것으로 도시되어 있음이 언급되어야 한다. 금속성 시트(7)와 케이블 코어(2) 사이의 갭은 설명의 목적들로 도 3 및 도 4에서 과장되어 있다. 완성된 케이블(1)에서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 차수벽 층(5)은 케이블 코어(2) 또는 케이블 코어(2) 상에 배열된 하나 이상의 층들에 단단히 고정될 것이다.

용접 공정(8)은 바람직하게는 제살 용접에 의해 수행되는데, 이는 이러한 용접 기술이 높은 공정 연속성, 용접 품질 및 용접 무결성을 제공하기 때문이다. CuNi 합금을 포함하는 차수벽 층(5)은, 첨가된 니켈이 열 전도도를 감소시켜 열을 농축함으로써 레이저 용접 특성들을 개선하여 처리량을 증가시키거나 용접 장비의 전력 요구량들을 감소시키므로 특히 유리하다. 열 전도도가 감소하면 열 영향부(heat affected zone)가 제한되어 기하학적 왜곡 및 미세구조의 변화 및 조성 변화를 제한한다. 기하학적 왜곡, 미세구조의 변화 및 조성의 국소 변화는 차수벽 층(5)의 피로 특성들에 해로운 영향을 미친다. 또한, 니켈의 증가된 wt%는 기하학적 왜곡을 제한하기 위해 열팽창을 감소시킨다. 그러나, 차수벽 층의 두께, 니켈의 비용 및 원하는 차수벽 층의 피로 저항과 같은 다른 고려사항들도 고려된다.

본 발명의 일 측면에서, 용접 공정(8)은 제살 레이저 빔 용접에 의해 수행된다. 제살 레이저 빔 용접 공정은 부가적인 니켈이 열 흡수를 증가시키고 증가된 처리량 및/또는 감소된 레이저 전력 요건을 할당하기 위해 레이저 반사율을 감소시킴에 따라 CuNi 합금과 함께 사용되는 이점들도 갖는다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 용접 공정(8)은 전기 저항 용접에 의해 수행되며, 이는 또한 레이저 빔 용접과 같은 CuNi 합금들의 특성들로부터 유사한 이점들을 가져온다. 또한, 전기 저항 용접은 바람직하게는 자열적으로 수행되며, 이러한 방법은 또한 낮은 반사율, 열 전도성 및 열 팽창에 대한 민감성을 갖는 CuNi 합금들로부터 이익들을 얻는다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 여러 상이한 종류들의 제살 용접 기술들이 하나의 케이블 상에 사용되는 것이 고려될 수 있다. 다른 제살 용접 기술들은 제살 텅스텐 불활성 기체 용접(TIG)(tungsten ineert gas welding) 또는 마찰 교반 용접(FSW)(friction stir welding)을 포함할 수 있다. 또한, 비-자열 용접은 케이블(1)의 부분들 상에 대해 수행될 수 있는데, 여기서 충진재는 텅스텐 불활성 기체 용접(TIG), 금속 불활성 기체 용접(MIG)(metal inert gas welding) 또는 수동 금속 아크 용접(MMA)(manual metal arc welding)과 같은 금속 내의 합금과 동일한 최소 니켈 함량을 포함한다. 또한, 당업자가 잘 알고 있는 것으로 공지된 다른 용접 기술들이 사용될 수 있다. 케이블의 두께, CuNi 합금의 조성은 이에 따라 달라질 것이다.

비한정적인 예에서, 금속성 시트(7)는 차수벽 층에 제살 레이저 빔 용접에 의해 용접되는 0.5mm 두께의 25wt% 니켈을 포함하는 구리 합금을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 본 발명은 비교적 적은 양의 니켈과 얇은 차수벽 층 사이의 최적의 균형을 제공하며, 따라서 케이블에 필요한 재료를 절약하는 동시에 용접 및 성형 공정에 특히 유용하고 피로에 대한 높은 저항을 유지하는 특성들을 제공한다. 그러나, 특정 케이블 용도들에 있어서, 이러한 파라미터들은 다양할 수 있으며, 따라서 두께, 용접 기술 및 차수벽 층(5)에 사용되는 합금의 조성의 다른 동등하게 유익한 조합들이 있을 수 있음을 유의해야 하며, 이는 본 명세서의 본 발명의 개시내용에 기초하여 당업자에게 자명하다.

도 4는 금속성 시트(7)가 연속적인 차수벽 층(5)을 형성하도록 용접된 후에 발생하는 성형 공정(9)을 개략적으로 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 차수벽 층(5)은 케이블 코어(2)의 외부 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 차수벽 층(5) 상에 작용하는 화살표(9)로 도시된 차수벽 층(5)의 외부에 압력을 가함으로써 차수벽 층(5)이 케이블 코어(2)에 단단히 고정되도록 성형 공정(9)가 수행된다.

본 발명의 일 측면에서, 성형 공정(9)는 케이블 코어(2)의 길이 방향으로 적어도 하나의 다이를 통해 차수벽 층(5) 및 케이블 코어(2)를 이동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 차수벽 층(5) 및 케이블 코어(2)가 이동되는 감소하는 단면 직경을 갖는 복수의 다이들이 존재할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 성형 공정(9)은 적어도 하나의 롤러 휠을 가로질러 케이블 코어(2)의 길이 방향으로 차수벽 층(5) 및 케이블 코어(2)를 압연(rolling)하는 단계를 포함한다. 추가의 측면들에서, 다양한 형태들 및 크기들을 갖거나, 차수벽 층(5) 및 케이블 코어(2)가 압연되는 증가하는 양의 압력을 인가하는 다수의 롤러 휠들이 있을 수 있다. 성형 공정(9)의 이러한 측면들은 당업자에게 명백할 것이므로 도면들에서 상세히 설명되지 않는다.

성형 공정(9)이 완료되면, 중합체 층(6)은 차수벽 층(5) 외부로 반경 방향으로 압출될 수 있다. 이러한 공정은 당 업계에서 공지된 공정이므로 당업자에게 명백할 것이므로 본 명세서에서는 더 이상 상세히 설명되지 않는다. 본 발명의 다른 측면들에서, 하나의 케이블 코어(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 다른 케이블 코어들과 함께 놓일 수 있다.

청구 범위의 범위 내에서,상기 개시된 것들보다 더 많은 CuNi 합금들의 변형예들 및 조합들이 특정 용접 기술 및 차수벽 층 두께로 설계될 수 있으며, 본 명세서의 본 발명의 개시내용에 기초하여 당업자에게 명백할 것임을 이해하여야 한다.

Claims

동적 전력 케이블(1)의 제조 방법으로서,
- 전기 도전체(3) 및 상기 전기 도전체(3)의 외부에 반경방향으로 배치되는 전기 절연 층(4)을 포함하는 케이블 코어(2)를 제공하는 단계;
- 상기 케이블 코어(2) 둘레에 구리-니켈 합금을 포함하는 금속성 시트(7)를 반경방향으로 감싸는 단계;
- 상기 케이블 코어(2) 둘레에 연속적인 차수벽 층(water barrier layer)(5)이 형성되도록 상기 금속성 시트(7)의 반대편 에지들을 함께 용접하는 단계(8);를 포함하며,
- 상기 용접하는 단계(8)는 제살 용접(autogenous welding)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 용접하는 단계(8)는 제살 레이저 빔 용접(autogenous laser beam welding)에 의해 수행되는, 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 용접하는 단계(8)는 제살 전기 저항 용접(autogenous electrical resistance welding)에 의해 수행되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는,
- 10wt% 내지 50wt%의 니켈, 및
- 50wt% 내지 90wt%의 구리를 포함하는 구리-니켈 합금을 포함하는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는,
- 20wt% 내지 30wt%의 니켈 및
- 70wt% 내지 80wt%의 구리를 포함하는 구리-니켈 합금을 포함하는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는,
- 22wt% 내지 28wt%의 니켈, 및
- 72wt% 내지 78wt%의 구리를 포함하는 구리-니켈 합금을 포함하는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는,
- 23wt% 내지 27wt%의 니켈, 및
- 73wt% 내지 77wt%의 구리를 포함하는 구리-니켈 합금을 포함하는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는 0.1mm 내지 2mm의 두께(T)를 갖는, 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는 0.3mm 내지 1.5mm의 두께(T)를 갖는, 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 금속성 시트(7)는 0.4mm 내지 0.7 mm의 두께(T)를 갖는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
용접된 차수벽 층(5)에 대해 성형 공정(9)이 수행되어, 상기 차수벽 층(5)이 케이블 코어(2) 상에 단단히 끼워지도록 상기 차수벽 층(5)의 직경이 감소되는, 제조 방법.
동적 전력 케이블(1)로서,
- 전기 도전체(3) 및 상기 전기 도전체(3)의 외부에 반경방향으로 배치되는 전기 절연 층(4)을 포함하는 적어도 하나의 케이블 코어(2), 및
- 상기 케이블 코어(2)의 외부에 반경방향으로 배치되는 차수벽 층(5)을 포함하며,
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 동적 전력 케이블(1).
동적 전력 케이블(1) 내의 케이블 코어(2) 둘레에 연속적인 차수벽 층(5)을 형성하기 위해 구리-니켈 합금을 포함하는 금속성 시트(7)를 접합하기 위해 제살 용접을 사용하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 제살 용접은 제살 레이저 빔 용접인, 사용 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 제살 용접은 제살 전기 저항 용접인, 사용 방법.