KR20200145125A - 해저 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 통신을 위한 데이터의 전송 경로를 제공하는 통신부; 및 전력 공급을 위해 전류가 흐르도록 형성되는 전원부를 포함하고, 상기 전원부는, 공급되는 전력의 전류가 흐르는 복수의 급전선을 구비하는 급전선부; 및 공급된 전력의 전류가 되돌아 나가는 복수의 귀로선을 구비하는 귀로선부를 포함하고, 상기 급전선과 상기 귀로선은, 각각 절연되고, 상호 조합되어 하나의 쌍을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해저 케이블을 개시한다.

Description

해저 케이블{SUBMARINE CABLE}

본 발명은 수중에 설치되는 해저 케이블에 관한 것이다.

도 1은 종래의 동튜브 방식을 적용한 해저 케이블(10)의 일 예를 보인 단면도이고, 도 2는 해저 케이블(10) 라인의 전압 강하를 설명하기 위한 개념도이다.

수중에 사용되는 케이블은 전력 전송이 주 목적인 해저 전력케이블과 장거리 대용량 통신을 위한 해저 광케이블이 대표적이다. 그 외에 다양한 용도를 위해 내부에 전력 전송선과 통신선으로 구성되는 복합 케이블 등도 있다.

사례로 군사적으로 사용하는 수중감시체계나 자연재해를 사전에 인지 및 대비하기 위한 해양감시 목적으로 광범위한 해저영역에 설치된 다양한 자기/음향 센서들에 전원을 공급하고, 이들로부터 생성된 원시자료를 전송하기 위한 통신 기능을 포함하는 복합 해저 케이블을 주로 사용한다.

이러한 해저 케이블들은 설치되는 방식에 따라 고정식과 이동식으로 구분되고, 그에 따른 내부 구성품의 보호방식 특히 외장의 구조와 제조 방법 등이 차별화되어 설계된다. 또한, 깊은 수심에 장기간 고정 설치되어 사용되므로 고수압에 잘 견뎌내야 하고, 불의의 사고로 인한 절단 시의 길이방향 수분 침투 등을 최소화하는 억제 기술 등도 필요하다.

해저 케이블 조립체는 사용 목적에 따른 제작사양 변수는 많지만 원거리(최대 50km) 전송이 가능해야 하고, 또한 해저 케이블 제작 비용이 과다하게 소요되므로 가능하면 1개의 해저 케이블 내에 다중 센서그룹을 분기형 지원이 가능하면 경제적이고 효과적이다.

한편, 도 1을 참조하면, 기존 해저 케이블(10)은, 킹와이어(11), 광케이블(12), 1차 및 2차 동튜브(13, 14), 내부 외장(15), 외부 외장(17), 외부시스(18)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 종래의 해저 케이블(10)은 전원선으로 1차 및 2차 동튜브(13, 14) 구조를 적용하였다. 이는 제조의 용이성과 구조의 단순함이 특징이다. 하지만, 분기가 필요한 경우는 별도의 분기함체를 사용해야 한다.

또한, 기존 동 튜브 방식은 조관형식으로 제조되며, 전송용량은 동판의 두께 또는 튜브의 지름에 비례한다. 튜브의 지름을 동일하게 하고, 동판의 두께를 늘리기 위해서는 적합한 조관과 용접기술이 필요하다. 동판 두께의 증가는 조관성능을 저하하는 요소이며, 용접기의 용량에도 제한이 발생하여 비효율적이다. 동판 두께 증가의 대안은 튜브의 완성경을 크게 하는 방법인데, 이는 완성품의 전체 외경 증가가 필요하고, 조관시 원형 유지를 위한 고도의 기술 적용에 따른 제작비용이 증가한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 육상 전원공급실에서 최대 750VDC(현행 전기사업법상 직류저압 중 최고치)로 전원을 공급하고 수중센서 입력단에서 입력 요구전압이 300VDC, 10A 일 경우 해저 케이블에서 전압강하는 해저 케이블의 단위길이 당 도체저항은 최대 0.9Ω/km 이하를 만족해야 한다.

하지만, 기존 한국 등록특허공보 제10-1768004호(2017.08.16.)는 1/2차 동튜브 방식으로 도체저항(급전선: 0.8Ω/km 이하, 귀로선: 0.5Ω/km 이하) 및 내전압 특성(1kVDC, 5분) 전기적 특징을 보유하고 있다. 이 경우 50Km 케이블 전압강하는 650VDC가 되어 센서 입력전압 300VDC를 만족할 수 없다.

또한, 전기 안정성 확보 관점에서 케이블 내전압 시험기준의 강화가 필요한데 저압 케이블에 대한 DC내전압 시험규격은 별도로 없으나 보통 미국 공업협회 등에서 제시하는 기준(사용전압×2 + 1kV)에 근거하여 육상에서 750VDC 전력을 공급하게 될 경우 최소 2.5kVDC의 전압 시험이 필요하고, 압출 피복인 경우 케이블에 대한 내전압시험 규격인 IEC 60502-1(0.6/1.0 kV 케이블)에 따르면 최소 3.5kVAC의 내전압 시험을 하도록 규정되어 있어 내전압 특성도 강화할 필요가 있다.

마지막으로, 해저 케이블은 고 수심에서 장기간 설치 운용되는 관계로 충분한 내구성이 확보되어야 하고, 특히 심해부 설치지역과 달리 천해지역은 선박의 투묘나 어로행위가 빈번하여 절단의 위험성을 최소화되도록 제작되어야 한다. 해저 케이블은 설치상 길이 연장이나 절단된 해저 케이블을 연결할 때 연결 강도 구조 설계상 가장 취약할 수 있는 접속합체를 염두에 둔 설계가 되어야 한다. 따라서 해저 케이블은 국제적으로 성능평가 방법으로 표준화된 UJ QTS 200(접속함체) 평가기준에 따라 검증된 제품 개발이 요구된다.

본 발명의 첫 번째 목적은, 해저 케이블의 분기가 필요한 조건에서 별도의 분기함체를 구비하지 않고도 다중 분기가 가능한 해저 케이블을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 두 번째 목적은, 고온 고압의 몰딩 조건에서도 기계적 특성을 유지할 수 있는 해저 케이블을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 세 번째 목적은, 인장강도를 향상시키면서도 권취시 또는 포설시 발생하는 뒤틀림을 방지할 수 있는 해저 케이블의 구조를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 해저 케이블은, 통신을 위한 데이터의 전송 경로를 제공하는 통신부; 및 전력 공급을 위해 전류가 흐르도록 형성되는 전원부를 포함하고, 상기 전원부는, 공급되는 전력의 전류가 흐르는 복수의 급전선을 구비하는 급전선부; 및 공급된 전력의 전류가 되돌아 나가는 복수의 귀로선을 구비하는 귀로선부를 포함하고, 상기 급전선과 상기 귀로선은, 각각 절연되고, 상호 조합되어 하나의 쌍을 이루도록 구성된다.

상기 전원부는, 상기 통신부를 중심으로 상기 통신부를 감싸도록 배치될 수 있다.

상기 해저 케이블은, 상기 통신부와 상기 전원부 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 상기 통신부를 수밀시키는 내측 수밀부를 더 포함할 수 있다.

상기 통신부 및 전원부를 감싸도록 형성되는 보호부를 더 포함하고, 상기 보호부는, 열가소성 수지로 이루어지며, 상기 전원부를 감싸도록 상기 전원부의 외측에 형성되는 내부 베딩부; 및 상기 내부 베딩부와 상기 전원부 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 상기 통신부 및 상기 전원부를 수밀시키는 가교층부를 포함할 수 있다.

상기 가교층부는, 고무(rubber) 물질을 포함할 수 있다.

상기 통신부 및 전원부를 감싸도록 형성되는 보호부를 더 포함하고, 상기 보호부는, 제1 방향을 따라 꼬인 형태로 상기 통신부 및 전원부의 외측에 형성되는 제1 외장강선; 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 꼬인 형태로 상기 제1 외장강선의 외측에 배치되어 상기 제1 외장강선을 감싸도록 형성되는 제2 외장강선를 구비할 수 있다.

상기 제1 외장강선은 S꼬임(S twist) 또는 Z꼬임(Z twist) 중 어느 하나의 형태를 갖도록 형성되며, 상기 제2 외장강선은, 상기 S꼬임 및 상기 Z꼬임 중 상기 제1 외장강선과 다른 형태를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 보호부는, 일면 및 타면 중 어느 한면이 접착성을 갖도록 이루어지고, 상기 제1 외장강선 및 상기 제2 외장강선 사이에 배치되어 상기 제1 외장강선을 감싸도록 형성되는 테이프층을 더 구비할 수 있다.

상기 통신부는, 광신호의 전달이 가능한 물질로 이루어지는 광케이블; 및 상기 광케이블의 주위에 인접 배치되며, 상기 광케이블 함께 꼬인 형태를 갖도록 이루어져, 상기 광케이블에 강성을 부여하는 킹와이어를 포함할 수 있다.

상기 통신부는, 상기 광케이블 및 상기 킹와이어 중 적어도 하나의 외면을 덮도록 형성되어, 상기 광케이블 및 상기 킹와이어를 수밀시키는 수밀층을 더 포함할 수 있다.

상기 광케이블과 상기 킹와이어는 동일한 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫째, 해저 케이블의 전원부를 구성하는 급전선부와 귀로선부가 각각 복수의 급전선과 복수의 귀로선으로 이루어지고, 급전선과 귀로선이 각각 절연되어 개별 구성되며, 상호 조합되어 하나의 쌍을 이루도록 형성됨으로써, 분기함체를 구비하지 않고도 다중 분기가 가능하며, 전원부가 개별 절연되게 구성되어, 상대적으로 도체의 허용전류를 늘리고, 장거리 전송이 가능하도록 도체 사이즈를 조정하는 것이 용이하며, 그에 따른 해저 케이블의 전체 외경의 증가도 상대적으로 적은 범위에서 가능하다.

아울러, 급전선 또는 귀로선 중 일부가 손상되더라도 나머지 전원선은 정상적으로 전원 공급이 가능하여, 초기에 허용 전류의 마진을 고려하여 설계에 반영함으로써, 전체가 아닌 2/3 또는 1/3의 전원부로도 부분적으로는 전원공급 기능을 유지할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 고무 물질을 포함하도록 이루어질 수 있으며, 내부 베딩부와 전원부 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 통신부와 전원부를 수밀시키는 가교층부를 구비하여, 전원부 외측의 공간을 메워 해저 케이블의 길이방향의 수밀성능을 확보하고, 내부 베딩부가 열과 압력에 의해서 몰딩되는 과정에서 통신부와 전원부로 이루어지는 해저 케이블의 내부 구성들의 구조와 성능을 안정적으로 유지할 수 있다.

셋째, 제1 외장강선과 제2 외장강선이 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 각각 꼬인 형태를 갖도록 이루어지고, 제1 및 제2 외장강선 사이에 섬유 물질을 포함하는 테이프층이 배치되어, 해저 케이블의 전체적인 외경 크기를 보다 최소화할 수 있으며, 해저 케이블의 인장강도를 향상시키면서도 권취시 또는 포설시 발생하는 뒤틀림을 방지할 수 있는 한편, 해저 케이블의 외피 탈피시의 작업 편의성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 동튜브 방식을 적용한 해저 케이블의 일 예를 보인 단면도.
도 2는 해저 케이블 라인의 전압 강하를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 해저 케이블의 일 예를 보인 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 해저 케이블의 제작 과정의 일 예를 보인 흐름도.

이하, 본 발명에 관련된 해저 케이블에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 해저 케이블(100)의 일 예를 보인 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 해저 케이블(100)의 제작 과정의 일 예를 보인 흐름도이다.

먼저 도 3을 참조하면, 해저 케이블(100)은 통신부(110) 및 전원부(120)를 포함한다.

통신부(110)는, 통신을 위한 데이터 신호의 전송 경로를 제공한다. 통신부(110)는, 광케이블(111) 및 킹와이어(112)를 포함할 수 있다.

광케이블(111)은 광신호의 전달이 가능한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광케이블(111)은 복수개의 광섬유로 이루어질 수 있다. 광케이블(111)은 일 방향으로 연장 형성되는 원통 형상을 갖도록 이루어질 수 있다. 광케이블(111)의 내부는 복수개의 광섬유를 포함하고 수밀을 위한 충진재를 포함할 수 있다. 또한, 광케이블(111)은 후술하는 킹와이어(112)와 함께 연사되어 꼬인 형태를 갖도록 이루어질 수 있다.

킹와이어(112)는, 상기 광케이블(111)의 주위에 인접 배치되고, 상기 광케이블(111)과 함께 꼬인 형태를 갖도록 이루어져, 상기 통신부(110)에 강성을 부여하도록 형성될 수 있다. 상기 킹와이어(112)는 해저 케이블(100)의 설치시, 톤 신호(tone signal)의 전송을 담당할 수 있으며, 광케이블(111)의 인장 굽힘 강도를 보완하는 역할을 할 수 있다. 상기 톤 신호는 음성 주파수대의 가청 주파수 신호이다.

또한, 상기 광케이블(111)의 직경(d1)과 상기 킹와이어(112)의 직경(d2)은 동일하게 형성되어, 상호 간 형성되는 빈 공간을 줄여 수밀 성능을 향상시킬 수 있다.

통신부(110)는 수밀층(113)을 더 포함할 수 있다.

수밀층(113)은 광케이블(111) 및 상기 킹와이어(112) 중 적어도 하나의 외면을 덮도록 형성되어, 광케이블(111) 및 킹와이어(112)를 수밀시키도록 형성될 수 있다. 이와 같은 통신부(110)의 구조에 의하면, 광케이블(111)의 안전하게 보호하는 한편, 안정적인 수밀 상태를 유지할 수 있다. 예를 들어, 통신부(110)는 SSLT( Stainless Steel Loose Tube), Aluminum cladded Wire of Steel 구조를 적용할 수 있다.

전원부(120)는, 전력 공급을 위해 전류가 흐르도록 형성되고, 급전선부(121)와 귀로선부(122)를 포함한다.

급전선부(121)는 공급되는 외부 전력의 전류가 흐르는 복수의 급전선을 구비한다. 예를 들어, 상기 급전선은 제1 급전선(121a), 제2 급전선(121b), 제3 급전선(121c)의 3조로 구성될 수 있다. 다만, 상기 급전선은 3조가 아닌 다른 복수의 조로 구성될 수 있다.

귀로선부(122)는 공급된 전력의 전류가 되돌아 나가는 복수의 귀로선(return circuit)을 구비한다. 예를 들어, 상기 귀로선은 상기 급전선과 대응되도록 제1 귀로선(122a), 제2 귀로선(122b), 제3 귀로선(122c)의 3조로 구성될 수 있다. 다만, 상기 귀로선은 3조가 아닌 다른 복수의 조로 구성될 수도 있다. 이때, 상기 급전선과 귀로선의 개수는 상호 대응될 수 있도록 하게 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 급전선과 귀로선은, 각각 절연되며, 상호 조합되어 하나의 쌍을 이루도록 구성된다.

이와 같은 전원부(120)의 구성에 의하면, 해저 케이블(100)의 설치 시, 분기함체를 구비하지 않고도 다중 분기가 가능하며, 전원부(120)가 개별 절연되게 구성되어, 상대적으로 도체의 허용전류를 늘리고, 종래의 동튜브 방식의 해저 케이블 구조에 비하여, 장거리 전송이 가능하도록 도체 사이즈를 조정하는 것이 용이하며, 그에 따른 해저 케이블의 전체 외경의 증가도 상대적으로 적은 범위에서 가능하다는 장점을 갖는다. 또한, 상기 복수의 급전선 또는 상기 복수의 귀로선 중 일부가 손상되더라도 나머지 상기 급전선 또는 상기 귀로선은 정상적으로 전원 공급이 가능하여, 초기에 허용 전류의 마진을 고려하여 설계에 반영함으로써, 전체가 아닌 2/3 또는 1/3의 전원부로도 부분적으로는 전원공급 기능을 유지할 수 있다.

한편, 상기 전원부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 통신부(110)를 중심으로 상기 통신부(110)를 감싸도록 배치될 수 있다.

또한, 해저 케이블(100)은 내측 수밀부(130)를 더 포함할 수 있다.

내측 수밀부(130)는 통신부(110)와 전원부(120) 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 상기 통신부(110)를 수밀시키도록 이루어질 수 있다.

한편, 해저 케이블(100)은 보호부(140)를 더 포함할 수 있다.

보호부(140)는 내측으로 배치되는 상기 통신부(110)와 전원부(120)를 감싸도록 형성된다. 여기서, 보호부(140)는 내부 베딩부(141)와 가교층부(142)를 포함할 수 있다.

내부 베딩부(141)는, 열가소성 수지로 이루어지고, 상기 전원부(120)를 감싸도록 전원부(120)의 외측에 형성될 수 있다. 상기 열가소성 수지는, 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태가 변형되는 수지이다.

가교층부(142)는 내부 베딩부(141)와 전원부(120) 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 통신부(110) 및 전원부(120)를 수밀시키도록 형성된다. 상기 가교층부(142)는 예를 들어, 고무(rubber) 물질을 포함할 수 있다.

이상에 설명한, 내부 베딩부(141)와 가교층부(142)의 구성에 의하면, 전원부(120) 외측의 공간을 메워 해저 케이블(100)의 길이방향의 수밀성능을 확보하고, 내부 베딩부(141)가 열과 압력에 의해서 몰딩되는 과정에서 통신부(110)와 전원부(120)로 이루어지는 해저 케이블(100)의 내부 구성들의 구조와 성능을 안정적으로 유지할 수 있다는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명의 해저 케이블(100)은 도 1에 도시된 금속 재질인 1차 및 2차 동튜브(13, 14)를 제거함으로써 제품의 유연성을 향상시켰다. 굽힘이나 비틀림 등에 의해 발생할 수 있는 금속재질과 폴리머층간의 갭이 발생되는 것에 비해 고무의 탄성으로 어떠한 변형에도 공간이 발생하지 않는 우수한 성능을 보유할 수 있다. 이러한 가교층부(142)의 고무 재질은 화학가교로 제조되는 것을 특징을 하며, 200도 까지의 온도에서도 녹음이나 변형이 없고 그리고 몰딩 완료후에도 상온에 비해 90% 수준의 기계적 특성을 유지 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 내부 구조는 수압 100바에서도 견딜 수 있는 대칭 구조로 몰딩 공정 중에 발생하는 50bar의 최대 압력에도 내부 구조의 안정성이 확보된다. 또한, 외경의 증가를 최소화하는 동시에 몰딩 공정중의 구조적 열적 안정성을 확보하기 위하여 필요한 본 내열 고내구 가교층부(142)의 두께는 1mm~3mm 수준으로 형성하는 것이 바람직하다. 두께가 1mm이하일 경우는 제조 공정중에 외력에 의한 손상과 내열성능이 부족하여 내부로 열전달이 되는 단점이 있고, 3mm 이상의 두께는 외경을 필요 이상으로 증가시키는 요소로 작용할 수 있다.

한편, 상기 보호부(140)는 제1 외장강선(144) 및 제2 외장강선(145)을 구비할 수 있다.

제1 외장강선(144)은 제1 방향을 따라 꼬인 형태로 통신부(110) 및 전원부(120)의 외측에 형성된다. 상기 제1 외강강선(144)은 예를 들어 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 나선형의 구조를 갖도록 형성될 수 있다.

제2 외장강선(145)은 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 꼬인 형태로 제1 외장강선(144)의 외측에 배치되어 상기 제1 외장강선(144)을 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 외장강선(145)은 상기 제1 외장강선(144)와 유사하게 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 나선형의 형태로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 제1 외장강선(144)이 시계 방향으로 회전하는 형태의 구조로 형성될 경우, 제2 외장강선(145)은 반시계 방향으로 회전하는 형태의 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제1 외장강선(144)이 반시계 방향으로 회전하는 형태의 구조인 경우, 제2 외장강선(145)은 시계 방향으로 회전하는 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 외장강선(144,145)은 동일 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1 외장강선(144)은 S꼬임(S twist) 또는 Z꼬임(Z twist) 중 어느 하나의 형태를 갖도록 형성되며, 상기 제2 외장강선(145)은, 상기 S꼬임 및 상기 Z꼬임 중 상기 제1 외장강선(144)과 다른 형태를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 보호부(140)는 테이프층(146)를 더 구비할 수 있다.

테이프층(146)은 일면 및 타면 중 어느 한면이 접착성을 갖도록 이루어지고, 제1 외장강선(144)과 제2 외장강선(145) 외측에 배치되어 상기 제1,2 외장강선(144,145)을 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 테이프층(146)은 섬유 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 테이프층(146)은 테이프 형태의 필라멘트(filament)로 이루어질 수 있다. 상기 필라멘트는 셀룰로오스계의 섬유와 합성섬유에서 얻어지는 단섬유를 의미한다.

이상에서 설명한, 제1 및 제2 외장강선(144,145)의 구조에 의하면, 해저 케이블(100)의 전체적인 외경 크기를 보다 최소화할 수 있고, 해저 케이블(100)의 인장강도를 향상시키면서도 권취시 또는 포설시 발생하는 뒤틀림을 방지할 수 있는 한편, 해저 케이블(100)의 외피 탈피시의 작업 편의성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 굽힘 등의 변형시 마찰 없이 미끄러지면서 유연함을 확보할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 해저 케이블(100)의 제작 과정은, 통신부(110)를 제작하는 제1 단계(S100), 전원부(120)를 제작하는 제2 단계(S200), 통신부(110)와 전원부(120)를 연합하는 제3 단계(S300), 가교층부(142)와 내부 베딩부(141)를 형성하는 제4 단계(S400), 보호부(140)의 제1 및 제2 외장강선(144,145)를 형성하는 제5 단계(S500), 외피 시스(sheath)를 압출 형성하는 제6 단계(S600)를 포함한다.

제1 단계(S100)는, 광전송을 담당하는 광케이블(111)과 킹와이어(112)를 연선(304) 하는 공정을 마친 후, 폴리머를 피복하여 통신부 피복(114)을 형성한다. 상기 연선은, 한 줄의 소선을 중심으로 그 주위에 다른 소선을 여러 층 꼬아 만든 전선을 의미한다.

제2 단계(S200)는, 전원부(120)의 도체(120')의 피복 압출을 통해 전원부 피복(120")을 형성한다. 이때, 전원부(120)는, 도체(120')의 길이방향 수밀성능을 확보하기 위하여, 수밀성분이 도체(120') 사이에 도포된 상태에서, 도체(120') 사이와 도체(120')와 전원부 피복(120") 사이의 빈 공간에 모두 메워져서 완성된다.

제3 단계(S300)는, 통신부(110)와 전원부(120)를 연합하는 공정을 수행한다.

제4 단계(S400)는, 내부 베딩부(141)와 상기 가교층부(142)를 충실 압출로 형성한다. 이때, 상기 제3 단계(S300)와 제4 단계(S400)의 공정은 동시에 수행될 수 있다. 상기 충실은 빈 공간을 메우는 것을 의미한다.

제5 단계(S500)는, 통신부(110) 및 전원부(120)의 외측으로 제1 외장강선(144)과 제2 외장강선(145)를 형성하여, 해저 케이블(100)의 내부 구성품을 외력으로부터 보호하고 포설 및 취급시에 필요한 인장력을 해저 케이블(100)에 부여한다.

마지막으로 제6 단계(S600)는, 상기 제1 및 제2 외장강선(144,145)을 보호하는 폴리머 층을 형성하는 시스(sheath)를 압출 형성하여, 해저 케이블(100)의 완제품을 구성한다.

한편, 본 발명품은 종래 발명의 기술과 제한사항을 확장하고자 아래와 같은 기본 요구사양을 설정할 수 있다.

1. 센서 입력단 허용 전원 : 300VDC, 10A (각 5A, 2조 전원 분기 지원 가능구조)

2. 최장 지원 길이 : 최대 50Km

3. 외경 : 48mm 이하

4. 파단 인장력 : 50톤 이상

5. 내전압 특성 : 3.5kVAC 5분 인가시 이상 없을 것

6. 해저 케이블 조립체(해저 케이블(100)+접속함체) 성능평가 시 영국 Cable & Wireless Marine(1998) UJ QTS 200(Universal Joint Qualification Test Specification 200) 시험방법 및 절차 적용

참고로, 국제적 성능평가 방법으로 표준화된 UJ QTS 200(접속함체) 평가기준에 따른 총 51개의 시험항목은 다음과 같다.

1. 길이, 2. 외경, 3. 무게, 4. 파단 강도, 5. 압축 강도, 6, 반복 역굽힘, 7. 내수압, 8. 해수 유입, 9. 비틀림, 10. 충진젤리 낙하 특성, 11. 몰딩부 초음파 검사, 12. 인장 반복 피로, 13. 케이블 엔진, 14. 시브 포설 및 인양, 15. 동작 하중, 16. 순간 하중, 17. 염수 분무, 18. 온도 환경, 19. 플라워 통과, 20. 권취, 21. 충격 강도, 22. 보호슬리브, 버퍼, 강선조립체 분해, 23. 접속함체 분해, 24. 외장강선 고정 시험, 25. 도체 저항, 26. 절연 저항, 27. 정전 용량, 28. 내전압 특성, 29. 킹와이어 전기적 연속성, 30. 킹와이어 전기적 절연, 31. 도체 연속성, 32. 인장 특성, 33. 내 가열성, 34. 외부시스 내한성, 35. 광섬유, 36. 손실 계수, 37. 구부림 계수, 38. 손실 균일성, 39. 파장별 손실차, 40. 색분산 계수, 41. 영분산 파장, 42. 색분산 기울기, 43. 차단 파장, 44. 모드필드 직경, 45. 모드필드 동심오차, 46. 클래딩 직경, 47. 클래딩 비원율, 48. 편광모드 분산, 49. 코팅 외경, 50. Proof Test, 51. 온도손실 변화.

본 발명의 해저 케이블(100)의 효과는 국제적으로 성능평가 방법으로 표준화된 UJ QTS 200(접속함체) 평가기준에 따라 총 51개 시험항목을 만족하여 종래의 기술수준 대비 제한사항들을 대폭 우수한 성능으로 확장하였고, 유효하게 나타난 기술적인 효과는 다음과 같다.

1. 해저 케이블(100)의 외경은 설계 요구사양 48mm 이하로 만족함

2. 파단강도는 50톤 이상으로 만족함

3. 내수압은 100kgf/cm2, 30분 유지 이상으로 만족함

4. 길이방향 해수유입은 50Bar, 14일, 200m 이하 침투 만족함

5. 내전압 특성은 3.5kVAC, 5분 인가에서 만족함

6. 센서 입력단 요구전원이 300VDC, 10A일 경우(공급전원: 750VDC) 해저 케이블(100) 최대 전송길이는 약 90Km로 만족함 (2조 전원 분기시[5A] 약 45Km 가능)

7. 접속함체 조립,몰딩 시 고온,고압에 의한 내부 구성품 보호는 폴리에틸렌 가교 수밀층 충진으로 만족함

또한, 본 발명의 접속함체(100)는 기본 요구사양을 만족하기 위해 다음과 같은 설계 주안점을 고려할 수 있다.

1. 해저 케이블(100)을 안정적인 구조로 설계하기 위하여 전원부(120)는 동심선 6조를 적용하여 급전선과 귀로선을 대칭구조로 배치한다.

2. 전원부(120) 도체(120') 단면적의 경우 1, 2차 도체 저항값의 합이 0.9Ω/km 이하를 충족하도록 설계한다. 급전선(3조)과 귀로선(3조)의 복합 구조로 각각 0.45 Ω/km 수준으로 설계하기 위해 동심선 1조의 개별 도체저항은 약 1.35 Ω/km 이하로 설계한다. 이는 ASTM 도체 기준으로 6AWG(약 13㎟)에 해당한다.

3. IEC 60502-1(0.6/1.0 kV 케이블) 표준에 따라 3.5kVAC의 내전압 기준과 절연저항 기준 충족을 위해 0.7~1.0mm 절연두께가 필요하며, 기계적인 요구사항인 압축강도 및 내수압 성능을 고려한 안전설계가 필요하므로 약 1.4~1.8mm의 이상의 절연 두께를 적용한다.

4. 도체 저항값을 충족하는 6AWG 도체와 내전압 및 절연저항을 충족하면서 기계적인 안전율을 고려한 절연두께, 외장의 안착과 내수압 성능을 고려한 내측피복 그리고 50톤의 파단 인장력을 충족하기 위한 외장강선의 적용, 그리고 외부피복 설계시 44~46㎜의 완성품 외경이 되어야 한다.

5. 동심선 적용 해저 케이블(100)은 센서모듈 2조를 분리형(급전선: 동심선 1조, 귀로선: 동심선 2조 병렬)으로 전원을 육상에서 750VDC를 공급하면 센서모듈 입력단 요구사항을 300V, 5A를 가정하면 해저 케이블(100) 길이를 약 44.44km 까지 포설할 수 있도록 설계한다.

6. 해저 케이블(100)은 외경 약 48mm 이내, 파단하중 50톤이상, 사용수심은 1000m 까지, 500m 수심에 대한 길이방향의 수밀성능은 약 50m이내의 침투로 제한하도록 설계한다. 또한 포설 및 보관의 경우 3m이상의 직경을 갖는 코일링 보관이 가능하도록 설계한다.

100 : 해저 케이블 110 : 통신부
111 : 광케이블 112 : 킹와이어
113 : 수밀층 114 : 통신부 피복
120 : 전원부 120' : 도체
120" : 전원부 피복 121 : 급전선부
121a : 제1 급전선 121b : 제2 급전선
121c : 제3 급전선 122 : 귀로선부
122a : 제1 귀로선 122b : 제2 귀로선
122c : 제3 귀로선 130 : 내측 수밀부
140 : 보호부 141 : 내부 베딩부
142 : 가교층부 144 : 제1 외장강선
145 : 제2 외장강선 146 : 테이프층
148 : 시스

Claims (11)

1. 통신을 위한 데이터의 전송 경로를 제공하는 통신부; 및
   전력 공급을 위해 전류가 흐르도록 형성되는 전원부를 포함하고,
   상기 전원부는,
   공급되는 전력의 전류가 흐르는 복수의 급전선을 구비하는 급전선부; 및
   공급된 전력의 전류가 되돌아 나가는 복수의 귀로선을 구비하는 귀로선부를 포함하고,
   상기 급전선과 상기 귀로선은, 각각 절연되고, 상호 조합되어 하나의 쌍을 이루도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전원부는, 상기 통신부를 중심으로 상기 통신부를 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
3. 제2항에 있어서,
   상기 통신부와 상기 전원부 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 상기 통신부를 수밀시키는 내측 수밀부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
4. 제2항에 있어서,
   상기 통신부 및 전원부를 감싸도록 형성되는 보호부를 더 포함하고,
   상기 보호부는,
   열가소성 수지로 이루어지며, 상기 전원부를 감싸도록 상기 전원부의 외측에 형성되는 내부 베딩부; 및
   상기 내부 베딩부와 상기 전원부 사이에 형성된 빈 공간을 메우도록 형성되어, 상기 통신부 및 상기 전원부를 수밀시키는 가교층부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가교층부는, 고무(rubber) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
6. 제1항에 있어서,
   상기 통신부 및 전원부를 감싸도록 형성되는 보호부를 더 포함하고,
   상기 보호부는,
   제1 방향을 따라 꼬인 형태로 상기 통신부 및 전원부의 외측에 형성되는 제1 외장강선; 및
   상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 꼬인 형태로 상기 제1 외장강선의 외측에 배치되어 상기 제1 외장강선을 감싸도록 형성되는 제2 외장강선를 구비하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 외장강선은 S꼬임(S twist) 또는 Z꼬임(Z twist) 중 어느 하나의 형태를 갖도록 형성되며, 상기 제2 외장강선은, 상기 S꼬임 및 상기 Z꼬임 중 상기 제1 외장강선과 다른 형태를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
8. 제6항에 있어서,
   상기 보호부는,
   일면 및 타면 중 어느 한면이 접착성을 갖도록 이루어지고, 상기 제1 외장강선 및 상기 제2 외장강선 사이에 배치되어 상기 제1 외장강선을 감싸도록 형성되는 테이프층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
9. 제1항에 있어서,
   상기 통신부는,
   광신호의 전달이 가능한 물질로 이루어지는 광케이블; 및
   상기 광케이블의 주위에 인접 배치되며, 상기 광케이블 함께 꼬인 형태를 갖도록 이루어져, 상기 광케이블에 강성을 부여하는 킹와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
10. 제9항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 광케이블 및 상기 킹와이어 중 적어도 하나의 외면을 덮도록 형성되어, 상기 광케이블 및 상기 킹와이어를 수밀시키는 수밀층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
11. 제9항에 있어서,
    상기 광케이블과 상기 킹와이어는 동일한 직경을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.

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