KR20200090379A - 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 설비가 간소화되고 크기가 소형화되며, 별도의 유지 관리가 필요하지 않고, 중간접속함의 절연층 손상 등을 방지할 수 있는 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 설비가 간소화되고 크기가 소형화되며, 별도의 유지 관리가 필요하지 않고, 중간접속함의 절연층 손상 등을 방지할 수 있는 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 관한 것이다.
전력 케이블은 통전 도체를 통해 전력을 공급하기 위한 케이블을 의미한다. 이러한 전력 케이블은 도체를 절연하는 것이 매우 중요하며, 도체를 절연시키기 위하여 XLPE(Cross-linked Polyethylene; 가교 폴리에틸렌) 재질의 절연층 또는 절연지 등을 감고 절연 내력 보강을 위하여 절연유를 함침한 절연층 등을 도체 측에 적용한다.
이 중 절연유 함침 방식의 지절연 케이블은 OF 전력 케이블과 MI 전력 케이블로 분류될 수 있다. 종래 많이 사용되던 OF 전력 케이블은 케이블과 중간 접속함 사이에서 지속적으로 절연유가 유동하는 구조를 가지나 절연유 사용량이 많고 화재시의 문제 또는 최근 환경 오염 등의 이유로 사용이 줄어드는 추세이다.
반면, MI 전력 케이블의 경우 고점도 절연유를 사용하되 절연유가 시스템 내에서 흐르지 않는 구조를 채용하여 오일 사용량 등이 감소될 수 있으므로 최근 연구와 보급이 확대되고 있다.
이러한 MI 전력 케이블 역시 시스템 구동 시 도체의 발열에 따라 접속함에 수용된 절연유의 부피 팽창 등으로 중간 접속함 내부 압력이 증가될 수 있다.
따라서, MI 전력 케이블도 중간 접속함 등의 내부압을 버퍼링하기 위한 절연유 완충장치 또는 압력보상장치 등이 구비될 수 있으며, 이러한 절연유 완충장치 또는 압력보상장치는 절연유 수용기 등을 포함하는 형태로 구성되고 접속함 등의 내부 압력에 따라 접속함으로부터 절연유를 흡수하거나 접속함으로 절연유를 공급하는 방식으로 구성될 수 있다. 또한, MI 전력 케이블을 연결하는 중간 접속함에 부가되는 절연유 완충장치는 OF 케이블의 절연유 완충장치 등에 비해 크기의 소형화가 가능하다.
그리고, 종래에 소개된 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치와 관련하여, 외부에서 절연유에 가스를 주입하는 가스 주입방식을 적용하여 절연유 수용기 등에 수용된 절연유의 내부압을 조절하는 기술이 소개되었으나, 절연유 수용기 내부 압력을 증가시키기 위하여 주입되는 가스가 절연유에 용해되어 중간접속함으로 유입될 경우 유입된 가스가 절연층 등을 손상, 변형 또는 파괴하여 절연 성능을 저해하는 문제가 있었다.
본 발명은 설비가 간소화되고 크기가 소형화되며, 별도의 유지 관리가 필요하지 않고, 중간접속함의 절연층 손상 등을 방지할 수 있는 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 절연유 함침 전력 케이블을 중간 접속하는 중간접속함과 연결되어 중간접속함 내부의 압력을 조절하는 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치에 있어서, 외부 압력에 따라 부피가 가변되는 적어도 하나의 부피가변챔버; 상기 부피가변챔버에 내부에 구비되는 적어도 하나의 탄성부재; 및, 상기 부피가변챔버를 수용하고 상기 부피가변챔버가 수용된 상태로 절연유가 충진되며, 상기 중간접속함 내부의 압력에 따라 절연유가 상기 중간접속함 사이에서 유동하도록 상기 중간접속함 둘레에 장착되는 하우징;을 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 부피가변챔버의 내측에서 부피가변챔버의 부피 변화에 반발하는 탄성력을 제공하여 상기 부피가변챔버의 부피를 증감시켜 상기 하우징 내부의 압력을 발생시키며, 상기 중간접속함과 내부 압력 편차에 따라 상기 중간접속함으로 절연유를 공급하거나 상기 중간접속함에서 절연유를 회수하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 부피가변챔버는 상기 하우징 내의 압력에 따라 팽창 또는 수축이 가능한 주름관 구조를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 하우징은 상기 중간접속함을 구성하는 보호동관 외주면을 링 형태로 감싸도록 장착될 수 있다.
그리고, 상기 하우징과 상기 보호동관이 관통되어 절연유 관로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 중간접속함을 구성하는 보호동관은 중간접속함의 길이방향으로 복수 개로 분할되며, 상기 하우징은 분할된 보호동관 사이에 링 형태로 장착될 수 있다.
또한, 상기 하우징 양 측면에 분할된 보호동관의 플랜지가 체결될 수 있다.
이 경우, 상기 하우징 내에 구비된 상기 부피가변챔버는 링 형태로 장착된 상기 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 부피가변챔버는 상기 하우징 내에 링형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 부피가변챔버 내에 구비되는 탄성부재는 상기 중간접속함의 원주방향으로 복수 개가 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 탄성부재는 코일 스프링이며, 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 상기 부피가변챔버에 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 중간접속함은 50 리터(l) 내지 90 리터(l)의 절연유가 초기 수용되고, 상기 압력 상한값은 15bar 내지 25bar 범위의 값일 수 있다.
그리고, 상기 하우징은 최대 절연유 수용량의 60퍼센트 이하의 절연유가 초기 수용될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 절연유 함침 전력 케이블을 중간 접속하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 있어서,
한 쌍의 전력 케이블이 중간 접속되며 절연유가 충진되는 중간접속함; 및,
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서의 압력 보상장치;를 포함하는 전력 케이블 중간접속 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 하우징 내에 구비된 상기 부피가변챔버는 링 형태로 장착된 상기 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 부피가변챔버는 상기 하우징 내에 링형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 부피가변챔버 내에 구비되는 탄성부재는 상기 중간접속함의 원주방향으로 복수 개가 이격되어 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 탄성부재는 코일 스프링이며, 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 상기 부피가변챔버에 장착될 수 있다.
그리고, 상기 중간접속함은 50 리터(l) 내지 90 리터(l)의 절연유가 초기 수용되고, 상기 압력 상한값은 15bar 내지 25bar 범위의 값일 수 있다.
또한, 상기 하우징은 최대 절연유 수용량의 60퍼센트 이하의 절연유가 초기 수용될 수 있다.
본 발명에 따른 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 의하면, 중간접속함 압력 보상장치의 설비가 간소화되고 크기가 소형화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 의하면, 절연유의 압력 형성을 위하여 절연유에 직접 기체를 주입하는 방식을 사용하지 않으므로 기체가 절연유에 용해되어 발생될 수 있는 중간접속함의 절연층 손상 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 의하면, 압력 보상장치 내부에 밀봉된 부피가변챔버를 구비하여 별도의 유지 및 관리 없이 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치를 운용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 의하면, 부피가변챔버의 부피 조절을 위하여 탄성부재를 장착하는 방법을 적용하여, 기체 충진 방식으로 부피가변챔버를 구성하는 경우보다, 기체의 온도에 따라 부피가변챔버 내부에 주입된 기체의 부피가 가변되어 중간접속함 및 하우징 압력 편차와 무관하게 절연유가 유동하는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 MI 절연유 함침 전력 케이블의 구성을 도시한 다단 탈피 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MI 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치의 확대도 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템의 하나의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MI 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치의 확대도 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MI 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치의 확대도 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템의 하나의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MI 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치의 확대도 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 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 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
일반적으로 절연유 함침 전력 케이블은 수백m 내지는 수km 간격으로 중간접속함(200)에 의해 접속이 이루어지며, 절연유 함침 전력 케이블의 말단은 종단접속함에 의해 가공선과 접속이 이루어지게 된다. 이하에서는 먼저 절연유 함침 전력 케이블의 구성에 대해서 살펴보고, 이어서 접속함의 연결과정을 살펴보기로 한다.
도 1은 MI 절연유 함침 전력 케이블의 구성을 도시한 다단 탈피 사시도이다.
도 1을 참조하면, MI 절연유 함침 전력 케이블(100)은 도체(11), 내부반도전층(12), 절연층(14), 외부반도전층(16)을 포함하며, 도체(11)를 따라 케이블 길이 방향으로 전력을 전송하고, 케이블 반경 방향으로는 전류가 누설되지 않도록 하는 케이블 코어부(10)를 구성한다.
상기 도체(11)는 전력을 전송하기 위해 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 전력 손실을 최소화할 수 있도록 도전율이 우수하고 케이블 제조 및 사용에 적절한 강도와 유연성을 가진 소재, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어질 수 있다.
상기 도체(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 원형의 중심소선(11A)과 상기 원형 중심소선(11A)을 감싸도록 연선된 평각소선(11B)으로 이루어진 평각소선층(11C)을 구비하며 전체적으로 원형의 단면을 가지는 평각도체일 수 있으며, 다른 예로서 복수개의 원형소선을 연선하여 원형으로 압축한 원형 압축도체일 수 있다. 상기 평각도체는 원형 압축도체에 비하여 점적율이 상대적으로 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.
상기 도체(11)는 복수개의 소선이 연선되어 형성되므로 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(11) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하될 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 도체(11) 외부에는 내부반도전층(12)이 형성될 수 있다. 상기 내부반도전층(12)은 절연성 물질에 카본블랙, 카본 나노튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가질 수 있다.
상기 내부반도전층(12)은 상기 도체(11)와 후술하는 절연층(14) 사이에서 급격한 전계변화가 발생하는 것을 방지하여 절연성능을 안정화하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 내부반도전층(12)은 도체면의 불균일한 전하분포를 억제함으로써 전계를 균일하게 하고, 도체(11)와 절연층(14) 사이에 간격이 형성되는 것을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제하는 역할도 하게 된다.
상기 절연층(14)은 상기 내부반도전층(12)의 바깥쪽에 구비되어 도체(11)를 따라 흐르는 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜 준다.
상기 절연층(14)은 MI 절연유에 함침된 절연지로 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연층(14)은 상기 내부반도전층(12)을 둘러싸도록 절연지가 다층으로 권취되고, 상기 케이블 코어부(10)가 형성된 후 MI 절연유에 함침시킴으로써 형성될 수 있다. 이와 같이 절연유가 절연지에 흡수되는바, 절연층(14)의 절연 특성이 향상될 수 있다.
상기 절연유는 상기 절연지 내부의 공극 및 상기 절연지를 권취하여 형성된 층간의 틈에 충진되어 절연특성을 향상시키며, 케이블의 굽힘시 상기 절연지간의 마찰력을 저감시켜 케이블의 굴곡 특성을 향상시킨다. 상기 절연유는 그 종류가 특별히 제한되지는 않지만, 상기 도체(11)를 구성하는 구리 또는 알루미늄과 접촉하여 열에 의해 산화되지 않아야 하며, 상기 절연지를 용이하게 함침할 수 있도록 함침온도, 예를 들어 100℃에서는 충분히 낮은 점도를 가지며, 60℃에서의 동점도가 10~500 센티스토크(centistoke)인 중점도 절연유 또는 60℃에서의 동점도가 500 센티스토크 이상인 고점도의 절연유를 사용하는 것이 바람직하다.
절연유 함침 전력 케이블 중 OF 전력 케이블의 경우, 도체와 절연층 등에서 절연유의 능동적인 유동을 허용하는 구조이지만 본 발명에 따른 MI 전력 케이블은 절연유에 절연지를 함침하여 절연 내력을 높이지만, 절연유의 유동을 전제하지 않은 구조이므로 절연유의 양은 상대적으로 적고 점도는 높다.
예를 들어, 상기 절연유는 나프텐계 절연유, 폴리스틸렌계 절연유, 광유, 알킬 벤젠이나 폴리부텐계 합성유, 중질 알켈레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연유를 사용할 수 있다.
상기 절연지는 크래프트 펄프(Kraft pulp)를 원료로 하여 펄프 중의 유기 전해질을 제거한 크래프트지(Kraft paper) 또는 플라스틱 필름의 일면 또는 양면에 크래프트지를 접착한 복합절연지일 수 있다. 상기 플라스틱 필름은 그 일면 또는 양면에 접착되는 크래프트지 보다 큰 저항률을 가져 함침공정 또는 케이블 작동시 절연유의 유동에 따라 크래프트지에 기포가 생성되더라도 그 기포에 분담되는 전압을 완화할 수 있으며, 폴리에틸렌(Polyethylen), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리부틸렌(Polybutylen) 등의 폴리올레핀계 수지나 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로폴리프로필렌(Tetrafluoroethylene-Hexafluoropropylene) 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(Ethylen-tetrafluoroethylene) 공중합체 등의 불소 수지로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 내열성이 우수한 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(14)은 크래프트지만을 권취하고, 절연유에 함침시켜 형성될 수 있다. 이 경우 상기 절연유가 케이블 하중방향으로 유동하여 공극이 발생할 수 있다. 반면, 복합 절연지를 권취하고, 절연유에 함침시켜 상기 절연층(14)을 형성하는 경우, 상기 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지는 절연유에 함침되지 않으며, 케이블 제조시의 함침 온도 또는 케이블 작동시의 작동 온도에 따라 열팽창을 하게 된다. 열가소성 수지가 열팽창을 하게 되면 이에 적층된 크래프트지에 면압을 가하게 되어 절연유의 이동 통로를 협소하게 하므로 중력에 따른 절연유 유동 또는 온도에 따른 절연유의 수축/팽창에 유동을 억제할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상기 복합 절연지는 크래프트지 보다 절연내력이 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다. 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(14)의 내측 단부가 층을 이루도록 다단으로 절연지가 권취될 수 있다.
상기 절연층(14)의 외부에는 외부반도전층(16)이 구비될 수 있다. 상기 외부반도전층(16)은 내부반도전층(12)과 같이 절연성 물질에 도전성 입자, 예를 들면 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등이 첨가되어 반도전성을 가지는 물질로 형성되어, 상기 절연층(14)과 후술하는 금속시스(22) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 절연 성능을 안정화한다. 또한, 상기 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지하며, 상기 절연층(14)을 물리적으로 보호하는 기능도 수행할 수 있다. 또한, 상기 외부반도전층(16)은 금속화지를 추가로 구비할 수 있다. 상기 금속화지는 크래프트지에 알루미늄 박막을 적층하여 형성할 수 있으며, 상기 절연층(14)의 절연유 함침이 용이하도록 복수개의 천공(미도시)이 존재할 수 있다.
상기 케이블 코어부(10)는 케이블에 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 수분 흡수층을 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 수분 흡수층은 상기 도체(11)의 연선된 소선 사이 및/또는 상기 도체(11)의 외부에 형성될 수 있으며, 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 수분 흡수층은 급격한 전계 변화를 방지하기 위하여 반도전성을 가질 수 있다.
상기 케이블 코어부(10)의 외부에는 케이블 보호부(20)가 구비되며, 해저에 포설되는 전력 케이블은 케이블 외장부(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 케이블 보호부(20) 및 케이블 외장부는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인으로부터 코어부를 보호한다.
상기 케이블 보호부(20)는 금속시스(22)와 고분자 시스(24)를 포함하여, 사고전류, 외력 내지 기타 외부환경 요인으로부터 케이블을 보호한다.
상기 금속시스(22)는 상기 케이블 코어부(10)를 둘러싸도록 형성할 수 있다. 특히, 상기 전력 케이블이 해저와 같은 환경에 포설되는 경우, 수분과 같은 이물질이 상기 케이블 코어부(10)에 침입하는 것을 방지하기 위해 상기 케이블 코어부(10)를 실링하도록 형성할 수 있으며, 상기 케이블 코어부(10) 외부에 용융된 금속을 압출하여 이음새가 없는 연속적인 외면을 가지도록 형성하여 차수성능이 우수하게 할 수 있다. 상기 금속으로는 납(Lead) 또는 알루미늄을 사용하며, 해저에 포설되는 전력 케이블의 경우에는 해수에 대한 내식성이 우수한 납을 사용하는 것이 바람직하고, 기계적 성질을 보완하기 위해 금속 원소를 첨가한 합금연(Lead alloy)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 금속시스(22)는 전력 케이블 단부에서의 접지되어 지락 또는 단락 등의 사고 발생시 사고 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 외부의 충격으로부터 케이블을 보호하고, 전계가 케이블 외부로 방전되지 못하도록 할 수 있다.
또한, 상기 금속시스(22)는 케이블의 내식성, 차수성 등을 추가로 향상시키고 상기 고분자 시스(24)와의 접착력을 향상시키기 위해 표면에 부식 방지 컴파운드, 예를 들어, 블로운 아스팔트 등이 도포될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 금속시스(22)와 상기 케이블 코어부(10) 사이에는 동선직입 테이프 내지 수분 흡수층(21)이 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 동선직입 테이프는 동선(Copper wire)과 부직포 테이프 등으로 구성되어 외부반도전층(16)과 금속시스(22)간의 전기적 접촉을 원활히 하는 작용을 하며, 상기 수분흡수층(21)은 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 동선직입 테이프와 수분 흡수층(21)은 급격한 전계 변화를 방지하기 위해 반도전성을 가지는 것이 바람직하며, 통전 및 수분흡수 작용을 모두 할 수 있도록, 수분 흡수층(21)에 동선을 포함시켜 구성할 수도 있다.
상기 고분자 시스(24)는 상기 금속시스(22)의 외부에 형성되어 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 고분자 시스(24)는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 등과 같은 수지로 형성될 수 있으며, 해저에 포설되는 전력 케이블의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 난연성이 요구되는 환경에서는 폴리염화비닐 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전력 케이블(100)은 상기 고분자 시스의 내측 또는 외측에 아연도금 처리된 강철 강대 등으로 구성되는 금속 보강층(26)을 구비하여, 상기 절연유의 팽창에 의해 상기 금속시스(22)가 팽창하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 금속 보강층(26) 외측에는 케이블 외장을 형성하는 케이블 자켓(28)이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 전력 케이블(100)이 해저 전력 케이블 등인 경우 상기 케이블 보호부의 외부에 케이블 외장부(미도시)를 추가로 구비할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MI 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치의 확대도 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템(100)의 하나의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 한 쌍의 MI 절연유 함침 전력 케이블(100A, 100B)에서 절연층(14) 및 도체(11A, 11B)가 노출된 상태에서 절연유 함침 전력 케이블(100A, 100B)의 도체(11A, 11B)의 각 단부를 압착슬리브(1P)로 압착하거나 용접하여 서로 전기적으로 연결한다.
상기 절연유 함침 전력 케이블(100A, 100B)의 각 도체를 접속한 다음, 상기 도체(11A, 11B)의 접속부위를 비롯한 절연층(14)의 적어도 일부를 감싸는 보강절연층(210)을 형성하게 된다. 상기 보강절연층(210)은 절연지 및/또는 복합절연지로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 케이블의 외부반도전층(16)과 통전되는 반도전층 및 상기 케이블의 금속시스(22)와 통전되는 금속층이 상기 보강절연층(210) 상에 복원되고, 보호동관(240)이 장착된다. 상기 보호동관(240)은 외부로부터 접속함 내부를 보호하고, 상기 케이블(100)의 금속시스(22)와 통전되어 사고 전류의 통로 역할을 할 수 있다.
상기 보호동관(240)의 단부는 금속시스(22) 상에 접속되며, 상기 보호동관(240)의 단부를 금속시스(22) 상에 용접하여 연공부(241)를 형성한다. 상기 보호동관(240)과 상기 보강 절연층(210)의 접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 스페이서(280)가 더 구비될 수 있다.
이러한 중간접속함(200)은 고점도 절연유가 충진되어 절연 내력을 강화한다.
MI 절연유 지절연 전력 케이블 및 그 중간접속함(200)의 경우, MI 절연유가 유동하는 구조는 아니지만, 전력 시스템 구동시 도체의 발열에 의하여 절연유 역시 열팽창으로 접속함 내부의 압력이 크게 증가할 수 있다.
MI 전력 케이블의 중간접속함(200)은 전력 시스템 비가동시에는 내부 온도가 상온 범위이지만 날씨 또는 전력 전송량에 따라 내부 온도가 수십도 범위에서 상승할 수 있다.
그리고, 중간접속함(200)의 경우 내부의 온도 상승 등에 의하여 미리 결정된 최대 허용압력을 초과하는 경우 전력 케이블(100a, 100b), 보호동관(240) 또는 연공부(241) 등의 파손을 방지할 수 있으므로, 시스템 구동시 중간접속함(200) 내부의 압력이 제어되어야 한다.
따라서, 본 발명에 따른 전력 케이블 중간접속 시스템(1000)은 MI 전력 케이블을 접속하는 중간접속함(200)과 함께 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치(1200)를 구비한다.
상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)는 중간접속함(200)과 절연유 관로(1300)로 연결되며, 상기 중간접속함(200) 둘레에 장착될 수 있다.
도 2에 도시된 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)는 상기 중간접속함(200)을 구성하는 보호동관(240) 외주면에 링 형상으로 구비되는 예를 도시한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 상기 하우징(1250)은 상기 중간접속함(200)을 구성하는 보호동관 외주면을 링 형태로 감싸도록 장착되어 외관상 크게 돌출되지 않는 구조를 가질 수 있다. 상기 하우징(1250) 내부에는 적어도 하나의 부피가변챔버(1230)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 부피가변챔버(1230)는 상기 하우징(1250) 내의 압력에 따라 팽창 또는 수축이 가능한 주름관 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)는 외부 압력에 따라 부피가 가변되는 적어도 하나의 부피가변챔버(1230); 상기 부피가변챔버(1230) 내부에 구비되는 적어도 하나의 탄성부재(1233); 및, 상기 부피가변챔버(1230)를 수용하고 상기 부피가변챔버(1230)가 수용된 상태로 절연유가 충진되며, 상기 중간접속함(200) 내부의 압력에 따라 절연유가 상기 중간접속함(200) 사이에서 유동하도록 상기 중간접속함(200) 둘레에 장착되는 하우징(1250);을 포함하고, 상기 탄성부재(1233)는 상기 부피가변챔버(1230)의 내측에서 부피가변챔버(1230)의 부피 변화에 반발하는 탄성력을 제공하여 상기 부피가변챔버(1230)의 부피를 증감시켜 상기 하우징(1250) 내부의 압력을 발생시키며, 상기 중간접속함(200)과 내부 압력 편차에 따라 상기 중간접속함(200)으로 절연유를 공급하거나 상기 중간접속함(200)에서 절연유를 회수하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)는 상기 중간접속함(200)의 보호동관(240) 내부와 절연유 관로(1300)로 연결되며 중간접속함(200) 내부 압력에 따라 상기 중간접속함(200)에서 절연유를 공급받거나 중간접속함(200)으로 절연유를 공급하는 방법으로 중간접속함(200) 내부 압력을 조절한다.
상기 하우징(1250)과 상기 보호동관(240)이 관통되어 절연유 관로(1300)를 형성하여 절연유 공급 또는 회수 경로로 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예의 절연유 관로(1300)는 상기 하우징(1250)이 상기 중간접속함(200)의 보호동관(240) 외주면을 감싸도록 장착된 상태에서 각각의 내부를 연통하는 관로로 구성되어 별도의 배관이 필요없는 것으로 도시되나, 절연유 유동을 위한 관통구의 위치가 다른 경우에는 별도의 배관으로 연결될 수도 있다. 상기 하우징(1250)은 상기 보호동관(240) 외주면에 링 형상으로 장착될 수 있다.
여기서, 상기 절연유 관로(1300)는 상기 중간접속함(200)의 보호동관(240)의 원주 방향으로 이격되어 복수 개가 구비될 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)를 구성하는 하우징(1250)은 내부의 압력에 따라 부피가 가역적으로 변화 가능한 부피가변챔버(1230)를 적어도 하나 구비할 수 있다.
상기 부피가변챔버(1230)는 주름관 구조 또는 벨로우즈 형태로 구성될 수 있으며, 상기 부피가변챔버(1230)를 구성하는 스테인리스 금속의 두께가 0.2 밀리미터(mm)보다 작으면 상기 부피가변챔버(1230)의 요구되는 최소 팽창 수축횟수, 예를 들면 30,000회 정도를 버틸 수 없고, 상기 부피가변챔버(1230)를 구성하는 스테인리스 금속의 두께가 0.4 밀리미터(mm)보다 크면 요구되는 최대 수축비율로 수축 또는 복원이 어려워 탄성적으로 압력 조절 기능을 제공하기 어렵다는 사실을 확인하였다. 여기서, 부피가변챔버(1230)의 최대수축비율은 40% 내지 60%일 수 있다.
상기 하우징(1250) 내에 구비된 상기 부피가변챔버(1230)는 링 형태로 장착된 하우징(1250) 내부에서 상기 중간접속함(200)의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 부피가변챔버(1230)는 상기 하우징(1250)의 폭 또는 두께 방향으로 부피가 가변되도록 장착될 수 있다.
상기 부피가변챔버(1230) 내에 구비된 탄성부재(1233)는 코일 스프링 형태로 구성될 수 있으며, 상기 탄성부재(1233) 내측에 가이드축(1235)이 장착되어 상기 부피가변챔버(1230)는 외부 압력 변화에 따라 상기 가이드축(1235)를 기준으로 상기 탄성부재(1233)가 수축 또는 팽창하여 상기 부피가변챔버(1230)의 부피를 가변시킬 수 있다.
상기 가이드축(1235)는 상기 하우징(1250)의 내부 측면에 볼팅 방식으로 체결될 수 있다.
그리고, 상기 부피가변챔버(1230)와 상기 탄성부재(1233)의 일단은 상기 하우징(1250)에 지지되며, 타단은 상기 하우징(1250) 내의 절연유 수용공간(1251)에서 변위되는 지지판(1252)에 설치될 수 있다.
따라서, 상기 중간접속함(200) 및 중간접속함 압력 보상장치(1200)의 압력 편차가 발생하는 경우, 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)의 하우징 내의 부피가변챔버(1230)의 부피가 변화되며 절연유가 유동하여 압력 편차를 보상할 수 있다.
이와 같은 방법으로 종래 절연유에 기체를 주입하여 용기 내부압을 조절하는 방법에 비해 본 발명은 부피가변챔버가 채용되어 절연유에 외부 공급 기체가 용해될 위험이 없으므로 중간접속함에서의 절연 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 시스템의 초기 세팅만으로 추가적인 유지 및 관리를 필요로 하지 않는다.
그리고, 상기 부피가변챔버(1230)의 하우징 내의 압력 조절 기능을 위하여 기체를 주입하는 방법보다 탄성부재를 장착하는 방법이 부피가변챔버의 압력 버퍼 기능의 신뢰성을 높일 수 있다.
즉, 기체를 부피가변챔버에 주입하는 경우, 기체의 온도에 따라 부피가변챔버 내부에 주입된 기체의 부피가 가변되어 중간접속함 및 하우징 압력 편차와 무관하게 절연유가 유동하는 문제가 발생되지 않을 수 있다.
상기 중간접속함(200)은 50 리터(l) 내지 90 리터(l)의 절연유가 초기 수용되고, 상기 압력 상한값은 15bar 내지 25bar 범위의 값으로 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)의 부피가변챔버(1230)가 수용된 하우징 내에 초기 절연유의 양은 부피가변챔버가 최대로 수축되었을 때의 수용가능한 절연유의 양, 즉 최대 절연유 수용량의 60퍼센트 정도로 세팅되는 것이 바람직하다.
상기 하우징(1250)는 중간접속함(200)으로부터 절연유를 버퍼링하고, 필요에 따라 압력 평형 기능을 제공하기 위하여, 부피가변챔버(1230)의 파손을 방지하며 하우징(1250)에서 수용 가능한 최대 절연유 수용량의 60퍼센트 이하의 절연유가 초기 수용되는 것이 바람직함을 실험적으로 확인하였다.
상기 부피가변챔버(1230)는 링 형태로 구성된 하우징 내에 마찬가지로 링 형태로 구성될 수 있으며, 하우징 내의 압력변화에 따라 중간접속함 길이방향으로 수축 또는 팽창되며 하우징 내의 압력을 조절할 수 있다.
이 경우, 부피가변챔버(1230) 내에 구비되는 탄성부재(1233)는 상기 중간접속함(200)의 원주방향으로 복수 개가 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.
물론, 상기 부피가변챔버(1230)가 하우징 내에서 복수개로 분할되어 구비될 수 있으며, 이 경우 각각의 부피가변챔버 내에 탄성부재가 각각 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MI 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치의 확대도 및 이를 구비하는 전력 케이블 중간접속 시스템의 다른 실시예를 도시한 개략도이다. 도 2를 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 상기 중간접속함 압력 보상장치는 중간접속함을 구성하는 보호동관 외주면에 장착되는 실시예를 도시하였으나, 도 3에 도시된 실시예는 중간접속함(200)의 보호동관(240a, 240b)이 분할되어 구성되고 중간접속함 압력보상장치는 분할된 중간접속함(200)의 보호동관(240a, 240b) 사이에 장착된다.
분할된 보호동관(240a, 240b)의 단부 영역에서는 각각 플랜지가 구비되고, 보호동관(240a, 240b)의 플랜지(241a, 241b)는 중간접속함 압력 보상장치(1200)를 구성하는 하우징(1250)의 측면에 체결될 수 있다.
이 경우, 상기 중간접속함 압력 보상장치(1200)를 구성하는 하우징(1250)의 내주면은 중간접속함 보호동관의 내부 공간과 연통될 수 있고, 중간접속함 압력 보상장치의 하우징에 형성된 관통홀이 절연유 관로로 기능할 수 있다.
이와 같이, 중간접속함(200)의 보호동관(240a, 240b)이 복수 개로 분할되어 구성되는 방법으로 중간접속함(200) 또는 압력 보상장치(1200)의 유지 및 보수 성능이 향상될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 중간접속함 압력 보상장치(1200)는 설비가 간소화되고 크기가 소형화되고, 절연유의 압력 형성을 위하여 기체를 주입하는 방식을 사용하지 않고 탄성부재가 내부에 구비된 부피가변챔버를 채용하여 압력 형성을 위한 기체가 절연유에 용해되어 발생될 수 있는 중간접속함의 절연층 손상 등을 방지할 수 있으며, 압력보상탱크 내부에 밀봉된 부피가변챔버를 구비하여 별도의 유지 및 관리없이 절연유 함침 지절연 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치를 운용할 수 있는 효과를 얻을 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 : 전력 케이블
200 : 중간접속함
1000 : 전력 케이블 중간접속 시스템
1200 : 중간접속함 압력 보상장치
200 : 중간접속함
1000 : 전력 케이블 중간접속 시스템
1200 : 중간접속함 압력 보상장치
Claims (19)
- 절연유 함침 전력 케이블을 중간 접속하는 중간접속함과 연결되어 중간접속함 내부의 압력을 조절하는 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치에 있어서,
외부 압력에 따라 부피가 가변되는 적어도 하나의 부피가변챔버
상기 부피가변챔버에 내부에 구비되는 적어도 하나의 탄성부재; 및,
상기 부피가변챔버를 수용하고 상기 부피가변챔버가 수용된 상태로 절연유가 충진되며, 상기 중간접속함 내부의 압력에 따라 절연유가 상기 중간접속함 사이에서 유동하도록 상기 중간접속함 둘레에 장착되는 하우징;을 포함하고,
상기 탄성부재는 상기 부피가변챔버의 내측에서 부피가변챔버의 부피 변화에 반발하는 탄성력을 제공하여 상기 부피가변챔버의 부피를 증감시켜 상기 하우징 내부의 압력을 발생시키며,
상기 중간접속함과 내부 압력 편차에 따라 상기 중간접속함으로 절연유를 공급하거나 상기 중간접속함에서 절연유를 회수하는 것을 특징으로 하는 전력 케이블의 중간접속함 압력 보상장치. - 제1항에 있어서,
상기 부피가변챔버는 상기 하우징 내의 압력에 따라 팽창 또는 수축이 가능한 주름관 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제2항에 있어서,
상기 하우징은 상기 중간접속함을 구성하는 보호동관 외주면을 링 형태로 감싸도록 장착되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제3항에 있어서,
상기 하우징과 상기 보호동관이 관통되어 절연유 관로를 형성하는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제2항에 있어서,
상기 중간접속함을 구성하는 보호동관은 중간접속함의 길이방향으로 복수 개로 분할되며, 상기 하우징은 분할된 보호동관 사이에 링 형태로 장착되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제5항에 있어서,
상기 하우징 양 측면에 분할된 보호동관의 플랜지가 체결되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 하우징 내에 구비된 상기 부피가변챔버는 링 형태로 장착된 상기 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제7항에 있어서,
상기 부피가변챔버는 상기 하우징 내에 링형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제8항에 있어서,
상기 부피가변챔버 내에 구비되는 탄성부재는 상기 중간접속함의 원주방향으로 복수 개가 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제9항에 있어서,
상기 탄성부재는 코일 스프링이며, 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 상기 부피가변챔버에 장착되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제1항에 있어서,
상기 중간접속함은 50 리터(l) 내지 90 리터(l)의 절연유가 초기 수용되고, 상기 압력 상한값은 15bar 내지 25bar 범위의 값인 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 제11항에 있어서,
상기 하우징은 최대 절연유 수용량의 60퍼센트 이하의 절연유가 초기 수용되는 것을 특징으로 하는 중간접속함 압력 보상장치. - 절연유 함침 전력 케이블을 중간 접속하는 전력 케이블 중간접속 시스템에 있어서,
한 쌍의 전력 케이블이 중간 접속되며 절연유가 충진되는 중간접속함; 및,
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서의 압력 보상장치;를 포함하는 전력 케이블 중간접속 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 하우징 내에 구비된 상기 부피가변챔버는 링 형태로 장착된 상기 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 중간접속 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 부피가변챔버는 상기 하우징 내에 링형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 중간접속 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 부피가변챔버 내에 구비되는 탄성부재는 상기 중간접속함의 원주방향으로 복수 개가 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 중간접속 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 탄성부재는 코일 스프링이며, 중간접속함의 길이방향으로 수축 또는 팽창되도록 상기 부피가변챔버에 장착되는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 중간접속 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 중간접속함은 50 리터(l) 내지 90 리터(l)의 절연유가 초기 수용되고, 상기 압력 상한값은 15bar 내지 25bar 범위의 값인 것을 특징으로 하는 전력 케이블 중간접속 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 하우징은 최대 절연유 수용량의 60퍼센트 이하의 절연유가 초기 수용되는 것을 특징으로 하는 전력 케이블 중간접속 시스템.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115118657A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-27 | 中海石油(中国)有限公司 | 一种用于海底油气作业的路由模块 |
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| KR20180022144A (ko) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 해조산업(주) | 고압송전선 접속장치 |
| KR20180089837A (ko) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 엘에스전선 주식회사 | 중간접속함 압력 보상 장치, 이를 이용한 중간접속함 압력 보상 시스템, 및 중간접속함 압력 보상 방법 |
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2019
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| CN115118657A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-27 | 中海石油(中国)有限公司 | 一种用于海底油气作业的路由模块 |
| CN115118657B (zh) * | 2022-06-17 | 2024-01-30 | 中海石油(中国)有限公司 | 一种用于海底油气作业的路由模块 |
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| KR102631222B1 (ko) | 2024-01-29 |
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