KR20190037591A - 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 - Google Patents

가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 Download PDF

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KR20190037591A
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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 권취시 파손을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체의 부식을 억제할 수 있고, 가공송전선의 전체 저항을 저감시켜 송전량을 향상시킬 수 있으며, 가공송전선의 사용환경에 따른 지속적인 진동에 의한 피로균열을 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 권취시 파손을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체의 부식을 억제할 수 있고, 가공송전선의 전체 저항을 저감시켜 송전량을 향상시킬 수 있으며, 가공송전선의 사용환경에 따른 지속적인 진동에 의한 피로균열을 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) 가공송전선이 일반적으로 사용된다.
그러나, 상기 강심 알루미늄 연선(ACSR) 가공송전선은 중심인장선으로 사용되는 강심 자체의 하중이 커서 이도(sag)가 크며, 가공송전선의 송전량을 늘리기 위해 알루미늄 도체 중량을 늘리는데도 한계가 있고, 가공송전선의 이도를 줄이거나 동일한 이도 대비 송전량을 증가시키기 위해 중심인장선에 섬유강화복합재를 사용하여 가공송전선을 경량화하려는 시도가 있었다.
도 1은 섬유강화복합재를 포함하는 중심인장선을 구비한 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, 상기 섬유강화복합재를 포함하는 중심인장선을 구비한 종래 가공송전선의 일실시예로 한국공개특허 제2007-0014109호, 한국공개특허 제2014-0053398호 내지 한국등록특허 제1046215호에 개시된 ACCC(Aluminum Conductor Composite Core) 가공송전선이 있다.
상기 ACCC 가공송전선은 탄소섬유 보강재를 에폭시 수지에 함침하여 이루어진 내부코어와, 상기 내부코어의 외주면에 유리섬유 보강재를 에폭시 수지에 함침하여 형성되는 외부코어로 구성된 중심인장선을 구비하여 상기 외부합성코어부가 방식층(20)의 작용을 한다.
여기서, 상기 중심인장선은 상기 내부코어를 형성하는 복수의 탄소섬유와 상기 외부코어를 형성하는 복수의 유리섬유를 동시에 에폭시 수지에 함침하여 인발(pultrusion)함으로써 중심인장선의 내부코어와 외부코어를 일체로 형성한다.
한편, 일본 공개특허공보 제1998-321047호 및 제1994-103831호에는 상기 코어부(11)로서 섬유강화플라스틱 소재를 적용하고 상기 방식층(12)으로서 금속 소재를 적용함으로써 상기 도체선(20)의 부식을 억제하는 동시에 가공송전선의 전체 저항을 저감시키는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 한국 및 일본의 선행기술문헌에 개시된 중심인장선 내지 이를 포함하는 가공송전선은 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 굽힘력 중 일부가 상대적으로 강성이 낮은 상기 방식층(12)에 인가되고, 이로써 상기 방식층(12)이 파손될 수 있다.
또한, 철탑에 가설되는 가공송전선은 바람 등의 영향으로 항상 진동에 노출되어 있으므로 지속적인 진동에 의한 피로균열 발생의 우려가 있고, 이렇게 발생한 균열로 전해질이 침투하여 갈바닉 부식이 진행될 수 있으며, 결국 가공송전선 파단의 우려가 있다.
따라서, 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 파손을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체의 부식을 억제할 수 있고, 가공송전선의 전체 저항을 저감시켜 송전량을 향상시킬 수 있으며, 가공송전선의 사용환경에 따른 지속적인 진동에 의한 피로균열을 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 권취시 파손을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가공송전선의 중심인장선 둘레에 배치되는 도체의 부식을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 가공송전선의 전체 저항을 저감시켜 송전량을 향상시킬 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 가공송전선의 사용환경에 따른 지속적인 진동에 의한 피로균열을 억제할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은,
가공송전선용 중심인장선으로서, 수지 매트릭스 및 상기 수지 매트릭스에 적어도 부분적으로 함침된 복수개의 보강섬유를 포함하며, 상기 중심인장선의 길이방향으로 연속적으로 연장되어 형성된 코어부, 상기 코어부를 감싸며, 전기 전도성이 있는 소재로 형성된 방식층, 및 상기 코어부와 상기 방식층 사이에 형성된 미세간극을 포함하고, 상기 방식층을 구성하는 상기 금속 소재는 ① 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 1개 이하 이거나, ② 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 2개 이상 15개 이하이고 상기 면적이 2.0 ㎛2 이상 석출물 중 임의의 석출물과 상기 임의의 석출물을 기준으로 100 ㎛ 이내의 거리에 있으며 면적이 2.0 ㎛2 이상인 다른 석출물과의 거리의 평균인 석출물간 평균거리가 20 내지 60 ㎛인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 중심인장선은 임의의 단면에서 아래 수학식 1로 정의되는 파라미터 X가 0.1 내지 0.8인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
[수학식 1]
X=(Dcore/1.23)α×(Agap/Acore)β
상기 수학식 1에서,
α는 0.9이고, β는 0.86이며,
Dcore는 상기 중심인장선의 임의의 단면에서 코어부의 평균직경이고,
Agap은 상기 단면에서 미세간극의 총 단면적이고,
Acore는 상기 단면에서 코어부의 단면적이며,
상기 파라미터 X는 소수 둘째자리에서 반올림한 값이다.
또한, 상기 중심인장선의 임의의 단면에서 코어부의 직경은 5 내지 11 mm, 상기 방식층 중공부의 단면적은 15 내지 103 ㎟, 상기 미세간극의 총 단면적은 0.15 내지 7.1 ㎟인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 방식층은 전기전도도가 55 내지 64 %IACS인 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
그리고, 상기 금속 소재는 알루미늄 소재인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
나아가, 상기 방식층의 두께는 0.3 내지 2.5 mm인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 코어부는 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.
또한, 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.
그리고, 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.
나아가, 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.
또한, 상기 보강섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유로서 140 kgf/㎟ 이상의 인장강도 및 0에 가깝거나 0 이하인 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.
그리고, 상기 보강섬유는 커플링제로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 방식층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 알루미늄 합금은 철(Fe) 0.01 내지 1.0 중량%, 규소(Si) 0.01 내지 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.01 내지 2 중량% 및 아연(Zn) 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하고, 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 합금원소 0.01 내지 0.5 중량%를 추가로 포함하며, 나머지 잔량부가 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 중심인장선; 및 상기 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선을 제공한다.
여기서, 상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재는 표면에 표면경도 보강층이 형성된 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 코어부와 방식층 사이에 미세간극을 형성하여 서로 강성 및 연성이 상이한 코어부와 방식층이 별도로 거동하도록 함으로써 가공송전선의 저이도 특성을 구현할 수 있고 충분한 내굴곡성으로 인해 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 상기 방식층의 파손을 억제할 수 있는 우수한 효과를 나타냅니다.
또한, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 코어부를 감싸는 방식층에 의해 상기 코어부와 도체 사이의 접촉에 의한 상기 도체의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식을 억제할 수 있는 우수한 효과를 나타냅니다.
그리고, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 코어부를 감싸는 방식층을 전기전도성이 우수한 금속 등의 소재로 형성함으로써 가공송전선 전체의 저항을 저감시켜 송전량을 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 나타냅니다.
나아가, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 방식층을 형성하는 알루미늄 튜브 내의 석출물의 분포를 정밀하게 조절함으로써 가공송전선의 사용환경에 따른 지속적인 진동에 의한 피로균열을 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.
도 4는 도 2에 도시된 중심인장선의 방식층인 알루미늄 튜브의 석출물 분포를 나타내는 전자현미경 사진이다.
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), 상기 코어부(110)를 감싸는 방식층(120) 및 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 사이에 형성된 미세간극(130)을 포함할 수 있다.
상기 코어부(110)는 상기 중심인장선(100)의 길이방향으로 연속적으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기 중심인장선(100) 및 상기 중심인장선(100)의 둘레에 배치되는 도체를 포함하는 가공송전선이 철탑 사이에 가설되는 경우, 상기 중심인장선(100)의 길이방향으로 인장력이 작용하게 되므로 상기 코어부(110)를 상기 중심인장선(100)의 길이방향으로 연속적으로 연장되도록 형성하여 충분한 항장력을 확보할 수 있다. 또한, 상기 코어부(110)는 평균 표면조도값이 0 내지 2.33 ㎛인 것이 바람직하다.
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 0 이하인 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.
앞서 기술한 바와 같이 열경화성 수지 매트릭스에 보강 섬유가 함침됨으로써 제조된 섬유강화플라스틱 선재를 포함하는 코어부(110)는 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.
특히, 상기 섬유강화플라스틱 선재는 유리전이온도(Tg) 이상에서는 상기 코어부(110)에서 요구되는 인장강도, 선팽창계수 등의 기계적 특성을 구현할 수 없기 때문에 상기 유리전이온도(Tg)는 상기 섬유강화플라스틱 선재가 사용가능한 최대온도를 의미할 수 있다.
본 발명의 가공송전선용 중심인장선에 있어서, 상기 방식층(120)은 상기 코어부(110)와 상기 중심인장선 둘레에 배치될 도체의 접촉에 의한 상기 도체의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 억제하는 기능을 수행하는 구성이다.
구체적으로, 상기 방식층(120)은 상기 코어부(110)를 감싸도록 형성되며, 바람직하게는 상기 방식층(120)은 상기 중심인장선의 길이 방향으로 연속적으로 연장되어 형성되는 상기 코어부(110)의 외면을 완전히 둘러싸도록 형성됨으로써 상기 코어부(110)와 상기 도체 사이에 전해질이 침입하여 상기 코어부(110)와 상기 도체 간에 전위차가 발생하여 상기 도체가 부식되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 방식층(120)은 전기전도도가 우수한, 바람직하게는 전기전도도가 55 내지 64 %IACS인 금속 소재, 더욱 바람직하게는 상기 중심인장선 둘레에 배치되는 도체와 동일한 알루미늄 소재로 이루어질 수 있다. 상기 방식층(120)은 전기전도도가 우수한 금속 소재로 이루어짐으로써 상기 중심인장선의 둘레에 배치되는 도체와 통전함으로써 가공송전선의 전체 저항을 저감시키고 결과적으로 송전량을 향상시키는 기능을 추가로 수행할 수 있다.
여기서, 상기 방식층(120)의 두께는 0.3 내지 2.5 mm일 수 있고, 상기 방식층(120)의 두께가 0.3 mm 미만인 경우 상기 중심인장선의 굴곡특성, 내열특성, 내식특성 등이 저하될 수 있고, 외력에 의해 열화될 수 있으며, 가공송전선의 전체 저항 저감효과가 미미한 반면, 2.5 mm 초과인 경우 중심인장선의 제조에 어려움이 있고, 동일 외경의 중심인장선을 기준으로 상기 코어부(110)의 직경이 작아지므로 상기 중심인장선의 인장강도가 저하되고 저이도 특성이 구현될 수 없는 문제가 있다.
상기 방식층(120)은 알루미늄 같은 금속 로드(rod)를 컨펌 압출(conform extrusion)하거나 알루미늄 같은 금속 테이프를 용접하는 등의 방법으로 형성될 수 있고, 특히 알루미늄 로드의 컨펌 압출을 통해 상기 방식층(120)을 형성할 수 있어 장조장으로 상기 방식층(120)을 형성할 있어 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 상기 미세간극(130)의 형성 및 조절이 용이할 수 있다. 또한, 컨펌 압출을 하는 경우, 용접부 등의 이음매가 없이 연속 형성된 면을 가지는 방식층을 형성할 수 있으므로, 상기 중심인장선 또는 이를 구비한 가공송전선의 제조, 가설 내지 가설 후에 상기 중심인장선에 작용하는 굽힘 응력(bending stress)에 의해 이음매 부분이 파손되어 갈바닉 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중심인장선(100)은 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 사이에 미세간극(130)이 형성될 수 있다. 상기 방식층(120) 및 상기 미세간극(130)은 금속 소재 등을 튜브 형태로 압출하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 코어부(110)를 둘러싸며 상기 코어부의 외경보다 큰 내경을 가지는 상기 금속 소재를 튜브형태로 압출하여 형성한 후, 단계적으로 축경하여 방식층(120)을 형성할 수 있고, 상기 미세간극(130)의 크기를 조절할 수 있다.
따라서, 상기 방식층(120)의 형성을 위한 알루미늄 로드의 컨펌 압출시의 열이 상기 코어부(110)로 전달되는 것을 억제하여 상기 코어부(110)의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 가공송전선용 중심인장선(100)에 굽힙응력(bending stress)이 인가되는 경우 상기 미세간극(130)으로 인해 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120)이 별도로 거동하도록 함으로써, 상기 굽힘응력 중 대부분이 상대적으로 인장강도가 크고 연신율이 2% 미만인 섬유강화플라스틱 선재를 포함하는 상기 코어층(110)에 인가되도록 하여 가공송전선의 저이도 특성을 구현하는 동시에, 상대적으로 인장강도가 낮고 연신율이 15% 이상인 알루미늄 소재로 이루어진 상기 방식층(120)에 인가되는 응력을 최소화하여 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 상기 중심인장선(100)이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명자들은 상기 미세간극(130)에 의해 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120)이 별도로 거동함으로써 구현되는 효과는 상기 미세간극(130)의 전체 단면적에 따라 크게 상이할 수 있음을 실험적으로 확인하였으며, 상기 효과를 구현하기 위해 요구되는 상기 미세간극(130)의 전체 단면적은 상기 코어부(110)의 직경에 따라 상이할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
특히, 상기 코어부(110)의 직경과 상기 미세간극(130)의 전체 단면적 및 이에 따른 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120)의 거동상태 간의 상관관계를 분석하여, 상기 중심인장선 내지 가공송전선의 제조, 가설 등의 과정에서 상기 중심인장선에 작용하는 힘에 의하여 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120)이 거동하는 상태를 예측할 수 있도록 아래 수학식 1과 같이 정의되는 파라미터 X를 도출하였으며, 상기 파라미터 X를 0.1 내지 0.8로 한정함으로써, 본 발명을 완성하였다.
구체적으로, 상기 파라미터 X는 상기 코어부(110)에 의해 상기 방식층(120)의 내면에 작용하는 수직 하중(normal load)과 밀접한 관련이 있는 상기 코어부(110)의 평균직경 및 상기 코어부(110)의 단면적을 주요 변수로 포함한다. 또한, 상기 중심인장선(100)의 길이방향으로 발생하는 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 간의 접촉에 큰 영향을 미치는 상기 미세간극(130)의 총 단면적을 주요 변수로 포함한다. 뿐만 아니라, 상기 코어부(110)의 외면 내지 상기 방식층(120)의 내면에서의 진원도(circularity), 원통도(cylindricity) 내지 표면거칠기(surface roughness) 등을 고려한 보정계수 α 및 β를 포함한다.
[수학식 1]
X=(Dcore/1.23)α×(Agap/Acore)β
상기 수학식 1에서,
α는 0.9이고, β는 0.86이며,
Dcore는 중심인장선(100)의 임의의 단면에서 코어부(110)의 평균직경이고,
Agap은 상기 단면에서 미세간극(130)의 총 단면적이고,
Acore는 상기 단면에서 코어부(110)의 단면적이다.
또한, 상기 파라미터 X는 소수 둘째자리에서 반올림한 값이며, 상기 Agap, Acore는 면적을 측정할 수 있는 장치를 사용하여 측정하거나, Dcore 및 상기 방식층(120)의 내경을 이용하여 계산할 수 있으며, 소수 넷째 자리에서 반올림하고, 상기 방식층(120) 내경을 이용하여 계산시 π는 3.14로 한다.
구체적으로, 상기 Agap은 상기 방식층(120) 중공부의 단면적과 상기 코어부(110)의 단면적의 차이일 수 있고, 상기 방식층(120) 중공부의 단면적은 중공부를 가지는 튜브 형태로 형성된 상기 방식층(120)에 있어서 상기 중공부의 단면적일 수 있으며, 상기 코어부(110)는 상기 방식층(120) 중공부의 일측에 편중될 수 있고, 상기 코어부(110)의 표면 및/또는 상기 방식층(120) 내면에는 미세하게 돌출되거나 함몰된 구조가 존재할 수 있기 때문에, 상기 Agap은 미세간극(130)의 두께에 비해 상기 미세간극(130)의 정도를 더욱 정확히 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 파라미터 X가 0.1 미만인 경우 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 사이의 미세간극(130)의 총 단면적이 불충분하기 때문에, 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120)이 별도로 거동하지 않고 일체로 거동하게 되어 가공송전선의 저이도 특성이 구현되지 않으며, 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 상기 방식층(120)이 파손될 수 있는 반면, 0.8 초과인 경우 상기 중심인장선(100)의 외경이 불충분하게 증가할 수 있고, 구조적으로 불안정할 수 있다.
예를 들어, 상기 중심인장선(100)의 임의의 단면에서 코어부(110)의 직경은 약 5 내지 11 mm일 수 있고, 상기 방식층(120) 중공부의 단면적은 약 15 내지 103 ㎟일 수 있으며, 상기 미세간극(130)의 총 단면적은 약 0.15 내지 7.1 ㎟일 수 있다.
상기 방식층(120)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 철(Fe) 0.01 내지 1.0 중량%, 규소(Si) 0.01 내지 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.01 내지 2 중량% 및 아연(Zn) 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하고, 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 바나듐(V) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 합금원소 0.01 내지 0.5 중량%를 추가로 포함하며, 나머지 잔량부가 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
특히, 상기 방식층(120)을 구성하는 상기 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 금속 소재는 ① 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 1개 이하 이거나, ② 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 2개 이상 15개 이하이고 상기 면적이 2.0 ㎛2 이상 석출물 중 임의의 석출물과 상기 임의의 석출물을 기준으로 100 ㎛ 이내의 거리에 있으며(직경 200 ㎛인 원 안에 있으며) 면적이 2.0 ㎛2 이상인 다른 석출물과의 거리의 평균인 석출물간 평균거리가 20 내지 60 ㎛로 조절됨으로써, 가공송전선의 사용 환경에 따른 지속적인 진동에 의해 발생하고 상기 방식층(120)과 상기 코어부(110) 사이의 미세간극에 의해 더욱 촉진될 수 있는 상기 방식층의 피로균열을 억제할 수 있다. 상기 방식층(120)에 발생하는 피로균열을 통해 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 사이의 상기 미세간극으로 전해질이 침투하는 경우, 상기 방식층(120)에서 갈바닉 부식이 진행될 수 있고, 더 나아가 상기 도체부(200)에서 갈바닉 부식이 진행될 수 있고, 가공송전선이 파단될 우려도 있다.
여기서, 상기 석출물의 개수 및 상기 석출물간 평균거리는 임의의 단면을 기준으로 일정한 간격으로 이격된 10개의 단면에서 측정한 값의 평균값일 수 있으며, 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 1개 이하인 경우, 즉 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물이 없거나 충분히 이격되어 직경이 100 ㎛인 임의의 원의 단위면적당 1개만 존재하는 경우에는 상기 석출물로부터 진행되는 균열과 인접한 다른 석출물로부터 진행되는 균열이 서로 연결되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 15개를 초과하거나, 상기 석출물간 평균 거리가 20 ㎛ 미만으로 상기 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물이 인접하게 분포하는 경우, 각각의 석출물로부터 진행되는 균열과 인접한 다른 석출물로부터 진행되는 균열이 서로 연결되어 전체적인 피로균열이 급격히 증가할 수 있다. 그리고, 상기 석출물간 평균 거리가 60 ㎛를 초과하는 경우에는 상기 방식층의 항복강도가 저하되어, 상기 가공송전선 또는 상기 중심인장선에 작은 굽힘력이 작용하는 경우에도 상기 방식층에 과도한 소성변형이 발생하여 상기 파라미터 X값이 크게 변경될 우려가 있으며, 이에 따라 상기 미세간극에 의한 굴곡특성 내지 유연성 향상 효과를 구현하지 못할 수 있다.
상기 방식층(120)과 상기 코어부(110) 사이에는 약 50 ㎛ 이하의 두께로 중간 방식층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 중간 방식층은 상기 코어부(110)와 상기 방식층(120) 사이의 접촉에 의한 상기 방식층(120)의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식을 억제할 수 있고, 예를 들어, 상기 방식층(120)을 형성하는 금속 소재에 비해 이온화경향이 크기 때문에 희생 양극으로 작용할 수 있는 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 등의 금속 소재 또는 이러한 금속 소재를 포함하는 고분자 복합소재 등으로부터 형성될 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 선재가 연합된 도체(200)가 상기 중심인장선(100) 둘레에 배치됨으로써 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 선재는 1050, 1070, 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 선재는 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 선재는 사다리꼴형 다이스를 이용하는 컨펌 압출 또는 신선가공에 의해 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 상기 알루미늄 선재는 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 선재는 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 선재의 전기전도도가 향상되고, 결과적으로 상기 가공송전선의 송전량 및 송전효율이 향상될 수 있다.
상기 알루미늄 선재의 단면적 및 갯수는 상기 가공송전선의 규격에 따라 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 상기 알루미늄 선재의 단면적은 3.14 내지 50.24 ㎟일 수 있고, 단면이 사다리꼴인 알루미늄 선재를 동일한 단면적을 갖고 단면이 원형인 알루미늄 선재로 환산한 경우 상기 환산된 알루미늄 선재의 단면 직경은 2 내지 8 mm일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 선재는 이의 갯수는 예를 들어 12 내지 40개일 수 있고, 바람직하게는 내층에 8개, 외층에 12개가 포함되는 복층 구조를 가질 수 있다.
상기 알루미늄 선재는 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 선재의 표면에 다수의 스크래치가 생성될 수 있으며, 이로써 상기 가공송전선의 운용시 코로나 방전이 발생해 고주파 소음이 유발될 수 있다.
따라서, 상기 알루미늄 선재는 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 선재의 표면경도가 충분히 향상될 수 없기 때문에 상기 가공송전선의 제조, 이송, 가설 등의 과정에서 외부의 압력이나 충격 등에 의해 상기 알루미늄 선재의 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 선재는 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 전체의 표면에 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 복수개의 알루미늄 선재 중 최외층에 존재하는 알루미늄 선재들 각각의 전체 표면에 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 최외층에 존재하는 알루미늄 선재들 각각의 표면 중 상기 가공송전선의 외주를 형성하는 외측 표면에 형성될 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 상기 알루미늄 선재 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 표면의 아노다이징 처리방법은 상기 알루미늄 선재 표면에 존재하는 유지 등 유기오염물을 제거하는 탈지(cleaning), 상기 알루미늄 선재 표면을 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 상기 알루미늄 선재 표면에 존재하는 산화알루미늄을 수산화나트륨 등으로 제거하는 에칭(etching), 에칭 후 알루미늄 선재 표면에 잔존하는 합금성분을 용해 및 제거하는 디스멋(desmutting), 알루미늄 선재 표면을 다시 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 알루미늄 선재 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 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 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.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 구성으로 중심인장선 시편(길이 : 60 ㎜)을 제조했다.
Dcore(㎜) Acore(㎟) Agap(㎟) 파라미터 X
비교예 1

5

19.625		 0.000 0.0
실시예 1 0.157 0.1
실시예 2 0.793 0.2
실시예 3 1.601 0.4
실시예 4 2.426 0.6
실시예 5 3.266 0.8
비교예 2 4.121 0.9
비교예 3 6.782 1.4
비교예 4

8

50.240		 0.000 0.0
실시예 6 0.252 0.1
실시예 7 1.264 0.2
실시예 8 2.543 0.4
실시예 9 3.839 0.6
실시예 10 5.150 0.8
비교예 5 6.476 0.9
비교예 6 10.550 1.4
비교예 7

11

94.985		 0.000 0.0
실시예 11 0.346 0.1
실시예 12 1.735 0.2
실시예 13 3.485 0.4
실시예 14 5.252 0.6
실시예 15 7.034 0.8
비교예 8 8.831 0.9
비교예 9 14.318 1.4
2. 물성 평가
(1) 코어부와 방식층의 거동성 평가
실시예 및 비교예 각각의 중심인장선 시편의 말단에서 방식층을 10 mm 길이만큼 제거하고, 인장시험기 지그에 방식층만 거치되도록 설치하며, 코어부 직경보다 작은 원형 물체로 상부에서 하부로 힘을 가하면서 코어부가 알루미늄 튜브로부터 10 mm 이동하는 동안 인가된 최대 하중을 측정함으로써, 코어부와 방식층 사이의 거동성, 즉 코어부와 방식층 사이의 미세간극의 정도에 따라 코어부와 방식층이 별도로 거동하는지 여부를 평가했다.
(2) 유연성 평가
충분한 길이를 가지는 실시예 및 비교예 각각의 중심인장선 시편 10개를 코어부 직경의 85배에 해당하는 굴곡반경으로 벤딩시 파단된 갯수를 기록했다.
상기 물성 평과의 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
파라미터 X 코어부와 방식층의 거동성 평가(N) 유연성 평가(개)
비교예 1 0.0 3130 8
실시예 1 0.1 1317 0
실시예 2 0.2 728 0
실시예 3 0.4 418 0
실시예 4 0.6 218 0
실시예 5 0.8 155 0
비교예 2 0.9 29 0
비교예 3 1.4 20 0
비교예 4 0.0 3050 10
실시예 6 0.1 1489 0
실시예 7 0.2 658 0
실시예 8 0.4 317 0
실시예 9 0.6 209 0
실시예 10 0.8 108 0
비교예 5 0.9 32 0
비교예 6 1.4 16 0
비교예 7 0.0 3227 10
실시예 11 0.1 903 0
실시예 12 0.2 657 0
실시예 13 0.4 193 0
실시예 14 0.6 151 0
실시예 15 0.8 144 0
비교예 8 0.9 28 0
비교예 9 1.4 20 0
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 15의 중심인장선은 수학식 1로 정의되는 파라미터 X가 0.1 내지 0.8 이내이므로, 상기 중심인장선 또는 이를 구비한 가공송전선의 제조, 가설 내지 가설 후에 상기 중심인장선에 작용하는 굽힘응력(bending stress) 수준의 힘에 의해 코어부와 방식층이 별도로 거동하는 것으로 확인되었으며, 이에 따라 중심인장선의 유연성도 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1, 4 및 7의 중심인장선은 각각 파라미터 X가 0.1 미만으로 코어부와 방식층이 일체로 거동하는 것으로 확인되고, 이에 따라 벤딩시 방식층이 파손되는 것으로 확인되었고, 비교예 2, 3, 5, 6, 7 및 8의 중심인장선은 각각 파라미터 X가 0.8 초과로 코어부와 방식층이 별도로 거동하나 이들 사이의 미세간극의 정도가 과도하여 상기 중심인장선 또는 이를 구비한 가공송전선의 제조, 가설 등의 과정에서 코어부와 방식층의 분리가 쉽게 발생하는 문제가 있고, 전체 외경이 불필요하게 증가한 것으로 확인되었다.
(3) 내크랙성 평가
상기 파라미터 X가 0.1 내지 0.8 이내이며, 도 4 및 아래 표 3에 나타난 바와 같이 석출물 개수(직경이 100 ㎛인 임의의 원 안의 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수) 및 분포(석출물간 평균거리)를 조절한 알루미늄 합금으로 이루어진 방식층을 포함하는 중심인장선 둘레에 알루미늄 도체를 배치하여 실시예와 비교예 각각의 가공송전선 시편을 제조하고, 각각의 가공송전선 시편의 양단을 고정한 상태로 길이방향의 중심부에는 현수 클램프를 설치한 후 정격인장강도(Rated Tensile Strength; RTS) 25%의 하중을 인가함으로써 가공송전선에 굴곡이 없도록 하고, 진동 주파수 약 29.5 Hz 및 진폭 약 9.38 mm의 조건에서 1억회 진동을 가한 후 도체를 제거하고 중심인장선에 크랙이 발생했는지 여부를 평가했다.
(4) 항복강도 평가
상기 내크랙성 평가를 위하여 제조한 중심인장선의 방식층과 동일한 수준으로 석출물의 개수와 분포가 조절된 시편을 사용하여 ASTM E8에 따라 항복강도를 평가했다.
상기 내크랙성 및 항복강도 평가 결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.
석출물 개수(개) 석출물간 평균거리(㎛) 진동 TEST 결과 항복강도(MPa)
실시예 16 2 59.58 크랙 미발생 62
실시예 17 4 55.59 크랙 미발생 63
실시예 18 8 36.88 크랙 미발생 79
실시예 19 15 20.61 크랙 미발생 82
비교예 10 16 20.29 크랙 발생 81
비교예 11 15 19.07 크랙 발생 83
비교예 12 2 60.82 크랙 미발생 31
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 방식층의 단위면적당 포함된 석출물간 평균거리가 20 ㎛ 이상이나 석출물의 개수가 15개를 초과하는 비교예 10 및 석출물의 개수는 15개 이하이나 석출물간 평균거리가 20 ㎛ 미만으로 석출물들이 너무 인접하게 배치된 비교예 11은 진동 TEST 결과 방식층에 균열이 발생한 것으로 확인되었으며, 석출물의 개수는 15개 이하이나 석출물간 평균거리가 60 ㎛를 초과한 비교예 12는 크랙은 발생하지 않았으나 항복강도가 저하된 반면, 석출물의 개수와 분포가 적절하게 조절된 실시예 16 내지 19는 진동 TEST 결과 방식층에 균열이 발생하지 않았을 뿐만 아니라, 항복강도도 우수한 것으로 확인되었다.
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 : 도체

Claims (18)

  1. 가공송전선용 중심인장선으로서,
    수지 매트릭스 및 상기 수지 매트릭스에 적어도 부분적으로 함침된 복수개의 보강섬유를 포함하며, 상기 중심인장선의 길이방향으로 연속적으로 연장되어 형성된 코어부,
    상기 코어부를 감싸며, 전기 전도성이 있는 금속 소재로 형성된 방식층, 및
    상기 코어부와 상기 방식층 사이에 형성된 미세간극을 포함하고,
    상기 방식층을 구성하는 상기 금속 소재는 ① 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 1개 이하 이거나, ② 직경이 100 ㎛인 임의의 원안에 존재하는 석출물 중 면적이 2.0 ㎛2 이상인 석출물의 개수가 2개 이상 15개 이하이고 상기 면적이 2.0 ㎛2 이상 석출물 중 임의의 석출물과 상기 임의의 석출물을 기준으로 100 ㎛ 이내의 거리에 있으며 면적이 2.0 ㎛2 이상인 다른 석출물과의 거리의 평균인 석출물간 평균거리가 20 내지 60 ㎛인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심인장선은 임의의 단면에서 아래 수학식 1로 정의되는 파라미터 X가 0.1 내지 0.8인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
    [수학식 1]
    X=(Dcore/1.23)α×(Agap/Acore)β
    상기 수학식 1에서,
    α는 0.9이고, β는 0.86이며,
    Dcore는 상기 중심인장선의 임의의 단면에서 코어부의 평균직경이고,
    Agap은 상기 단면에서 미세간극의 총 단면적이고,
    Acore는 상기 단면에서 코어부의 단면적이며,
    상기 파라미터 X는 소수 둘째자리에서 반올림한 값이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중심인장선의 임의의 단면에서 코어부의 직경은 5 내지 11 mm, 상기 방식층 중공부의 단면적은 15 내지 103 ㎟, 상기 미세간극의 총 단면적은 0.15 내지 7.1 ㎟인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방식층은 전기전도도가 55 내지 64 %IACS인 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속 소재는 알루미늄 소재인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 방식층의 두께는 0.3 내지 2.5 mm인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코어부는 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 0 이하인 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 또는 제2항에 있어서,
    상기 방식층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 철(Fe) 0.01 내지 1.0 중량%, 규소(Si) 0.01 내지 1.0 중량%, 망간(Mn) 0.01 내지 2 중량% 및 아연(Zn) 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하고, 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 합금원소 0.01 내지 0.5 중량%를 추가로 포함하며, 나머지 잔량부가 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 이루어진 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  17. 제1항 또는 제2항의 중심인장선; 및
    상기 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재는 표면에 표면경도 보강층이 형성된 것을 특징으로 하는, 가공송전선.

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