KR20220145397A - 스트랜드 차단 케이블의 주입 방법 - Google Patents

스트랜드 차단 케이블의 주입 방법 Download PDF

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KR20220145397A
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웨인 제이. 채터튼
제임스 스틸
노먼 이. 킷지스
데이비드 씨. 버스비
케빈 록스
웨스튼 필립스 채핀 포드
내터내일 로리
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노비니움, 인크.
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Abstract

PIB 기반 매스틱에 의해 차단된 그 사이의 틈새 체적을 갖는 복수의 전도체 스트랜드들로 구성된 전도체를 갖는 스트랜드 차단 케이블을 재생하는 방법으로서, 전도체는 고분자 케이블 절연체로 둘러싸인다. 방법은 케이블의 케이블 단부들을 밀봉하고 케이블의 전도체 스트랜드들 사이의 틈새 체적에 유체를 주입하는 데 이용가능한 주입 어댑터들을 설치하는 단계; 케이블의 전도체 스트랜드들 사이의 틈새 체적에 압력을 가함으로써 고분자 케이블 절연체를 탄성적으로 팽창시키는 단계; 및 케이블의 전도체 스트랜드들 사이의 틈새 체적 내로 PIB 기반 매스틱이 적어도 부분적으로 용해되는 적어도 하나의 주입 유체를 주입하는 단계를 포함한다. 고분자 케이블 절연체의 탄성 변형을 용이하게 하기 위해, 케이블은 주입 동안 가열되고 주위 온도보다 높은 T1의 온도로 유지될 수 있다.

Description

스트랜드 차단 케이블의 주입 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 3월 5일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/985,637호, 2020년 9월 17일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/079,913호 및 2021년 2월 3일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/145,412호의 이익을 주장하며, 그 개시 내용은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 전도체 스트랜드들 사이에 주로 폴리이소부틸렌(PIB) 기반 길이방향 스트랜드 차단(strand-blocked) 매스틱(mastic)으로 제조된 고체 유전체 매체 중간 전압 전력 케이블의 실란 주입(silane injection)에 관한 것입니다.
전력 케이블:
전력 케이블은 일반적으로 고분자 절연체(polymeric insulation)로 둘러싸인 금속 전도체로 구성된다. 예시의 목적으로, 중간 전압 전력 케이블(100)이 도 1에 도시되어 있다. 중간 전압 전력 케이블(100)의 전형적인 구성은 알루미늄 또는 구리로 만들어진 전도체(102)를 포함한다. 종종 전도체(102)는 동심 층들로 배열된 다수의 개별 전도체 스트랜드들(104)으로 구성될 것이다. 개별 전도체 스트랜드들 사이의 공간은 틈새 체적(interstitial volume)(106)으로 알려져 있다. 전도체를 둘러싸는 전도체 실드(conductor shield)(108)는 절연체의 전기적 스트레스를 줄이기 위해 중간 및 고전압 전력 케이블의 설계에 종종 포함되는 반도체 층이다. 전도체 또는 전도체 실드를 둘러싸는 절연체(insulation)(110)는 상당한 유전체 강도를 가지며 일반적으로 폴리에틸렌(PE), 가교 폴리에틸렌(XLPE) 또는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR)로 만들어진다. 절연체(110)를 둘러싸는 절연체 실드(112)는 절연체의 전기적 스트레스를 줄이기 위해 중간 및 고전압 전력 케이블에 종종 포함되는 제2 반도체 층이다. 절연체 실드(112)를 둘러싸는 접지(ground)(114)는 표유 전류(stray current)를 운반하고 케이블로부터 용량성 전하를 배출하는 데 사용된다. 접지(114)는 동심 중성선(concentric neutral)(116)이라고 하는 케이블 주위에 원주방향으로 배열된 다중 전도체로 구성될 수 있다. 케이블의 최외각 층은 케이블에 대한 기계적 보호를 제공하는 선택적인 재킷(jacket)(118)이다. 정격이 5kV 내지 46kV인 중간 전압 케이블의 구성은 ICEA S-94-649-2000에 자세히 설명되어 있다. 재킷이 있는 동심 중성선 구조의 고압 전원 케이블이 도시되었지만, 베어 동심 케이블, 테이프 실드 케이블, 저전압 케이블, 외장 케이블, 해저 케이블 및 고전압 케이블과 같은 다른 형태의 전력 케이블이 존재함을 이해해야 한다. 이러한 케이블들은 아머와 같은 요소를 추가하거나 반도체 실드 또는 중성선과 같은 요소를 빼는 것을 볼 수 있다.
MV 전력 케이블의 에이징 메커니즘(aging Mechanism):
중간 전압 케이블 절연체를 "에이징"시킬 수 있는 여러 현상이 있다. 이들 중 가장 피해를 주는 것은 지면에서 재킷과 절열체 실드를 통해 절연체로 물이 확산되는 것이다. 절연체에 물이 들어가면 PE, XLPE 또는 EPR이 산화되어 수트리 특성(water treeing)이 발생할 수 있다. [Steenis, E.F., (1989) 압출 케이블 절연체에서 수트리의 거동에 대한 수트리 특성, 201페이지]. 이 수트리들은 절연체에서 미세한 트리들처럼 보이며 이들은 두 개의 반도체 실드들 중 하나에서 성장할 수 있거나 절연체 내에서 시작하여 나비 넥타(bowtie)이 형상으로 반도체 실드를 향해 반경방향으로 성장할 수 있다. 이러한 "수트리"를 처리하지 않고 방치하면 절연체에서 성장하여 케이블이 조기에 고장날 수 있다.
그라운드의 케이블의 수명은 절연체 층의 상태와 직접적인 관련이 있다.
전력 케이블 재생:
전도체 스트랜드들 사이의 공간은 틈새 영역으로 알려져 있다. 1980년대에 처음 시행된 케이블 재생(cable rejuvenation)은 전도체의 틈새 영역에 물 반응성 알콕시실란을 주입하여 케이블 절연체의 절연 강도를 증가시킨다[미국 특허 번호 제7,615,247호 및 제7,611,748호]. 유체는 케이블의 가까운 단부에서 케이블의 먼 단부까지 횡단한다. 그런 다음 유체는 틈새 영역에서 절연체로 반경방향으로 확산된다. 유체는 절연체의 유전체 강도를 높이고 물과 반응하여 수트리를 효과적으로 처리한다. 그것이 반응함에 따라, 유체는 올리고머가 되어 확산 속도를 수십 배 감소시켜, 유체가 장기간 케이블에 머무를 수 있도록 한다. 이러한 수트리를 처리하면 케이블의 남은 수명이 수년 연장된다.
일반적인 주입 프로세스는 다음과 같다. 케이블의 에너지 공급이 차단되고 새로운 종단(termination)들이 각 단부에 배치된다. 케이블이 중립 상태인지 확인하고 케이블의 한쪽 단부에서 다른 쪽 단부로의 흐름을 보장하기 위해 약간의 양의 공기 흐름이 케이블에 배치된다. 그런 다음 케이블에 가까운 쪽 단부에서 처리 유체(treatment fluid)가 주입되고 유체가 먼 쪽 단부에 도달하여 틈새 영역을 채우면 케이블이 주입된 것으로 간주되어 다시 작동된다.
케이블 재생 방법:
오늘날 상업 관행에서 케이블 재생의 두 가지 주요 방법이 있으며, 둘 모두 문헌에 잘 기록되어 있다[Banerjee 등, "케이블 재생 방법," CEATI 보고서 번호 T154700-50/129, 2017년 11월].
개선된 비지속 압력 재생(iUPR)으로 알려진 첫 번째 방법은 전도체에 존재하는 연속 흐름 경로에 의존하고 이를 절연체의 처리를 위한 주입 처리제를 수용하기 위한 저장소로 사용한다. 이 방법은 미국 특허 제4,766,011호 및 미국 특허 제5,372,841호를 비롯한 문헌에 잘 설명되어 있다.
지속 압력 재생(SPR)으로 알려진 두 번째 방법은 탄성 팽창을 통해 추가 틈새 체적을 생성하고 적당한 압력을 사용하여 유속을 증가시킨다[미국특허 제7,615,247호 및 제7,611,748호].
미국 특허 번호 제8,572,842호에 개시된 추가 개선 사항에는 상승된 온도에서의 열팽창과 적당한 압력으로 인한 탄성 팽창의 조합을 통해 틈새 체적을 생성하기 위한 열 강화 재생(TER)의 적용이 포함된다.
스트랜드 차단 케이블:
1980년대에 케이블 제조업체는 틈새 공간을 채우고 케이블 길이를 따라 이동하는 물을 제한하는 중간 전압 케이블의 전도체에 스트랜드 충전 화합물을 통합하기 시작하였다. 스트랜드 차단 재료는 각 제조업체의 독점 혼합물이지만, 일반적인 제형은 전기장을 부드럽게 하는 데 도움이 되는 폴리이소부틸렌(PIB)과 약 40-50% 카본 블랙 충전제로 구성된다. 오늘날 산업 조사에 따르면 제조된 고압 케이블의 거의 90%가 스트랜드로 채워져 있다. 그러나 현장 경험에 따르면 스트랜드 차단 케이블은 AC 고장 성능 측면에서 유사한 구조 및 빈티지의 비 스트랜드 충전 케이블과 유사하게 작동하며 여전히 수트리 노후화 및 고장에 취약하다.
전도체의 스트랜드 차단의 불행한 부작용 중 하나는 기존 방법으로 케이블을 주입할 수 없게 만든다는 것이다. 스트랜드 차단 화합물은 케이블 전도체의 틈새 공간을 효과적으로 채우고 재생 유체의 주입을 차단한다. 결과적으로, 회로 소유자는 수트리로 인해 스트랜드 차단 케이블이 노후화되고 케이블의 AC 고장 강도가 허용할 수 없는 수준으로 떨어지면 케이블 교체로 전환해야 한다. 오늘날 거의 40년 동안의 스트랜드 차단 케이블 설치 후 수십억 피트의 스트랜드 차단 케이블이 작동 중이며 그 중 가장 오래된 케이블의 수명이 다했거나 거의 다 되었다. 스트랜드 차단 케이블의 수트리를 처리하기 위한 새로운 주입 프로세스가 필요하다.
최초의 Bahder 특허(미국 특허 번호 제3,943,271호)에서 현대적인 개념(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,095,039호, 제4,703,132호, 제4,963,695호 및 제6,331,353호)에 이르기까지, 케이블을 건조한 상태로 유지하는 것이 긴 케이블 수명을 보장하는 유일한 방법으로 알려져 있다. Bahder는 위에서 설명한 바와 같이 물이 수트리의 성장을 통해 수명을 단축시키는 원인이 되며, 제조 중 또는 케이블이 매설된 후에 물의 침입이 케이블의 수명을 단축시킨다는 결론을 내렸다. 이로 인해 절연체에서 물을 배제하기 위해 케이블에 재킷 및 전도체를 따라 흐르는 물을 방해하기 위해 전도체에서 스트랜드 차단 매스틱을 채택하였다. 물을 방해하려는 많은 초기 시도와 케이블의 틈새 영역 아래로 유체의 흐름을 방지하기 위해 사용된 많은 매스틱 공식(formula)이 있었다. 오늘날 몇 가지 예외를 제외하고 모든 스트랜드 차단 매스틱은 Chase Corporation에서 제조된다. 이 재료는 안정적이고 전기장에서 잘 작동하며 케이블 제조에 사용된다. 이는 ICEA T31-610과 같은 산업 표준 테스트를 쉽게 통과했으며 25년 이상 성공적으로 사용되었다. 일반적인 업계 믿음은 전도체에서 물의 이동을 차단하면 물 없이는 수트리가 형성될 수 없기 때문에 케이블 수명이 연장된다는 것이다.
Chase A162A 스트랜드 차단 매스틱은 1990년 MV 전력 케이블 산업에 도입되었으며 그 이후로 효과적으로 사용되었습니다(표 1 참조). 이 재료는 A162A BIH2Ock이라는 이름으로 판매된다. 제조업체가 사용하는 1990년 이전의 재료는(Pirelli 케이블 제외) 재료 화학자가 사내에서 공식화한 재료였다. 태양광 산업의 화학자들은 유사한 공식을 사용하여 태양 전지판을 보드 및 전자 제품에 대해 밀봉한다. Pirelli는 미주리주 세인트루이스 소재 United Technologies에서 공급하는 자체 개발한 폴리이소부틸렌(PIB) 기반 재료를 사용하였다. 그러나 업계 전문가들은 모든 매스틱 제형들이 매우 유사하고 매우 유사한 물리적 속성을 가지고 있음을 확인하였다.
제형 및 비율: 폴리이소부틸렌(PIB) 기반; Exxon Chemicals Americas.
성분 무게% 비중 비체적 공차 (+/-), %
비스타넥스 LM-MS 59.41 0.914 109.409 1.00
이르가녹스 1010 0.99 1.15 1.449 10.00
그라파이트 39.6 2.26 29.499 1.00
총 100.00 1.199 140.357
기존의 주입 방법은 적합하지 않다:
업계에서는 ANSI/ICEA T31-610 "차단된 전도체에 대한 길이방향 물 침투 저항 테스트를 수행하기 위한 테스트 방법" 및 IEEE 1142-2009 "반경방향 물 장벽 및/또는 길이방향 물 차단 기능이 있는 케이블의 선택, 테스트, 적용 및 설치를 위한 IEEE 가이드"를 생성하여 케이블이 적절하게 차단된 전도체를 갖는지 확인하는 테스트로 승인하였다.
스트랜드 차단 케이블에 자유 틈새 체적, 스트랜드 차단 재료의 연속적인 흐름 경로 및 물리적 속성 부족으로 인해, 미국 특허 제7,615,247호, "지속적인 고압에서 전기 케이블을 처리하는 방법", 미국 특허 제8,205,326호, "지속적인 고압에서 전기 케이블을 처리하는 방법", 미국 특허 제8,656,586호, "지속적인 고압에서 전기 케이블을 처리하는 방법", 및 미국 특허 제8,572,842호, "전력 케이블 열 강화 주입 방법"에 기술된 바와 같은 종래의 주입 방법은 스트랜드 차단 케이블에 대해 현재 실행되는 바와 같이 적합하지 않다.
PIB 기반의 스트랜드 차단 재료로 제조된 이러한 전력 케이블을 주입하는 새로운 방법이 필요하다. 비 스트랜드 차단 케이블의 처리와 유사한 기간 동안 절연체를 보호할 수 있도록 충분한 양의 유체를 케이블의 전도체에 주입하는 것이 바람직하다. 스트랜드 차단 재료에 의해 부과되는 흐름 저항을 줄임으로써 주어진 케이블을 주입하는 데 소요되는 시간을 최소화하는 것이 더 바람직하다.
도 1은 전형적인 종래 기술의 중간 전압 케이블 구조를 도시한다.
도 2는 다양한 스트랜드 차단 매스틱들에 대한 점도 곡선을 예시한다.
도 3은 전류를 구동하기 위해 AC 변압기를 사용한 테스트 설정이다.
도 4는 DC 전류 공급을 사용한 테스트 설정이다.
도 5는 케이블 단면(#2 AWG)에 대한 열 팽창(thermal expansion)의 영향을 예시한다.
도 6은 케이블 전류, 주입 압력, 도체 온도 및 유체 유량을 포함하는 샘플 주입 데이터이며, 전류와 관련하여 톱니 모양으로 흐름이 관찰된다.
도 7은 케이블 단부들을 밀봉하고 유체 액세스를 제공하며 케이블에 대한 전기 연결을 형성하는 데 사용되는 주입 어댑터(injection adapter)의 단면도이다.
도 7a는 케이블 단부들을 밀봉하고, 유체 액세스를 제공하고, 케이블에 대한 전기 연결을 형성하는 데 사용되는, 케이블의 절연체 상에 압축된 주입 어댑터의 측면도이다.
도 8은 케이블 전류, 주입 압력, 전도체 온도 및 유체 흐름 속도를 포함하는 샘플 주입 데이터이며, 흐름이 지연된 시작을 갖는 것으로 관찰된다.
도 9는 케이블 전류, 주입 압력, 전도체 온도 및 유체 유량을 포함하는 샘플 주입 데이터이며, 유체가 수용 종단에서 제한을 통과하면 흐름이 급격히 증가하는 것이 관찰된다.
도 10은 유량의 이득을 평가하기 위한 테스트 설정이다.
도 11은 DMDB의 다양한 PIB 농도들에 대한 점도 대 온도 그래프이다.
도 12는 다양한 온도들에서 DMDB의 점도 대 PIB 농도 그래프이다.
도 13은 처리된 케이블의 절연체에 대한 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)의 예를 예시한다.
도 14는 500시간에서 처리된 케이블의 농도 프로파일을 예시한다.
주로 PIB 기반 길이방향 스트랜드 차단 재료로 제조된 케이블들의 집단을 처리하는 새로운 주입 프로토콜이 본 명세서에 개시된다. 개시된 방법은 다음을 포함할 수 있다:
a. PIB 기반 스트랜드 차단 매스틱이 적어도 부분적으로 용해 가능한 재생 유체의 케이블 전도체로의 주입,
b. 절연체를 탄력적으로 팽창시키고 케이블을 통한 흐름 경로를 형성하기 위해 케이블에 압력 및/또는 온도 적용, 및
c. 케이블 단부들을 밀봉하고 케이블의 반경방향 열 팽창을 과도하게 제한하지 않는 케이블 전도체에 대해 유체 액세스를 제공하기 위한 주입 어댑터 설치.
탄성 팽창을 통한 흐름 경로 생성:
절연 재킷의 탄성 팽창을 통한 고체 유전체 케이블의 주입은 미국 특허 번호 제7,615,247호, 제7,611,748호 및 제8,572,842호에 잘 문서화되어 있다. 그러나 스트랜드 차단 케이블은 케이블 설계에 새로운 요소를 도입하여 기존 기술에서 예상하지 못했던 주입에 대한 새로운 문제를 야기한다.
PIB 기반 길이방향 스트랜드 차단 매스틱의 조성은 이전에 문헌에 공개되었지만 PIB 기반 스트랜드 차단 재료의 물리적 속성에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 물리적속성을 이해하면 주입 기술자가 스트랜드 차단 케이블에 주입을 수행할 온도와 압력 조합을 더 잘 선택할 수 있다. 이러한 물리적 속성은 다양한 스트랜드 차단 매스틱 재료들의 점도 및 유리 전이 온도를 포함한다.
유리 전이 온도(Tg):
시차주사 열량측정법(DSC)이 Southwire 2017, Pirelli 1987, Hendrix 2012, Prysmian 2009 및 Okonite 2018을 포함한 5개 케이블 제조업체에서 수집한 스트랜드 차단(SB) 매스틱 샘플에서 수행되었다. EPR 절연된 Okonite 샘플을 제외하고 모든 케이블들은 XLPE 절연되었다.
Mettler Toledo 모델 DSC 3+를 사용하여 샘플이 테스트되었다. 테스트를 위한 매개변수는 -90°C에서 시작되었다. 샘플이 열적으로 균일화되었는지 확인하기 위해 해당 온도가 2분 동안 유지되었다. 분당 10°C의 속도로 챔버를 90°C로 가열하고 1분 동안 유지한 다음 동일한 속도로 다시 -90°C로 냉각시켰다. 이 온도 사이클은 각 샘플에 대해 두 번 수행되었다. 고분자 샘플의 첫 번째 온도 사이클은 종종 재료의 열적 이력(thermal history)을 포함하며, 이는 후속 사이클에서 소거된다.
4개의 매스틱 샘플들은 특히 열적 이력이 소거된 두 번째 주기에서 유사한 특성을 보여준다. 모든 매스틱 샘플들은 -70°C 근처에서 특징적인 흡열 피크(endothermic peak)를 나타낸다. 이 피크는 폴리이소부틸렌 고무(PIB)의 유리 전이 온도(Tg)에 대응한다. 개시 온도 및 피크 온도를 기록하였고 표 2에서 확인할 수 있다.
다양한 스트랜드 차단 매스틱들에 대한 유리 전이 온도
유리 전이 온도(Tg)- °C
샘플 Tg 시작 - 제1 사이클 Tg 시작 - 제2 사이클 Tg 피크 - 제1 사이클 Tg 피크 - 제2 사이클
Pirelli-1987 -69.16 -68.97 -66.81 -66.34
Southwire-2017 -72.26 -73.05 -70.85 -71.56
Hendrix-2012 -72.75 -73.28 -71.21 -71.47
Prysmian-2009 -70.01 -70.23 -68.49 -68.35
점도:
Anton Paar MCR302 레오미터(rheometer)를 사용하여 새 케이블과 현장에서 에이징된 케이블에서 수집한 다양한 스트랜드 차단 샘플들의 흐름 특성을 측정하였다. 레오미터는 0.01Nm의 일정한 토크에서 평행 플레이트 방법을 사용하고 매스틱의 흐름 저항 또는 점도를 측정하였다. 측정은 100°C에서 40°C까지 5°C씩 감소하는 방식을 취하였다.
데이터는 X 축에 레오미터 플래턴 온도(platen temperature) 및 Y 축에 점도의 로그와 함께 도 2에 도시되어 있다. R-제곱 값과 방정식이 있는 지수 적합 라인(exponential fitted line)들이 각 샘플에 대해 도시된다. 적합 라인들은 실온 근처의 점도를 나타내기 위해 25°C로 외삽되었다. 40°C 내지 70°C에서 모든 샘플들은 온도가 증가함에 따라 점도가 지수적으로 동일하게 감소한다. 고온에서 약간의 불안정성을 보이는 Prysmian 2019를 제외한 모든 샘플들에 대해 최대 100°C에서도 마찬가지이다.
수집 프로세스 동안 스트랜드 차단 재료의 접착력이 다양하다는 사실이 확인되었으며, 특히 Nexans 2019 매스틱이 가장 끈적거렸다. 데이터는 주어진 온도에서 샘플들 간의 점도 차이가 10배 이상 변할 수 있음을 보여준다. 이러한 변화는 PIB의 분자량과 카본 블랙의 특정 농도의 차이에 기인한다. 데이터는 또한 매스틱이 온도가 40°C 변할 때마다 약 10배 정도의 점도 변화를 경험하는 경향이 있음을 보여준다.
카본 블랙 내용물:
카본 블랙은 PIB의 분자량 외에도 매스틱의 물리적 속성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 톨루엔 중량의 약 3배에 해당하는 중량의 매스틱(16.3579g)을 첨가하고 55°C 오븐에서 진탕 및 가열하여 혼합물을 용해시켰다. 황색 액체 중의 블랙 현탁액을 칭량된 중간 프릿 필터 깔때기를 통해 여과하여 카본 블랙을 포집하였다. 카본 블랙을 필터 프릿에서 추가 톨루엔으로 세척하여 남아 있는 PIB를 제거하였다. 그 다음, 카본 블랙을 아세톤으로 세척하고 1시간 동안 프릿을 통해 공기를 끌어 건조시켰다. 그런 다음 프릿을 55°C 오븐에 넣어 남아 있는 용매를 제거한 다음, 프릿과 카본 블랙을 칭량하였다. 회수된 카본 블랙의 중량은 7.9444g 또는 매스틱 초기 중량의 48.6wt%였다. 이 값은 업계에서 문서화된 39.6wt%보다 훨씬 높다. 이러한 변화는 다양한 케이블 제조업체와 빈티지의 스트랜드 차단 재료 사이에서 관찰된 몇 가지 차이점을 설명할 수 있다.
PIB 기반 스트랜드 차단 매스틱의 물리적 속성에 대한 이해는 스트랜드 차단 케이블에 맞는 주입 프로토콜을 만드는 데 적용할 수 있다. 미국 특허 제8,572,842호에 개시된 열적 향상 재생(TER) 프로세스는 흐름을 촉진하기 위해 스트랜드 차단 매스틱의 점도를 적어도 10배 이상 감소시키기에 충분한 전도체 온도의 증가를 확인함으로써 스트랜드 차단 케이블에 최적화될 수 있다. 아래 예는 스트랜드 차단 케이블을 삽입하는 방법을 보여준다.
예시 1:
다양한 스트랜드 차단 케이블 샘플들이 표 3에 설명된 대로 테스트를 위해 선택되었다. 스트랜드들 사이에 스트랜드 차단 재료의 존재와 유형을 확인하기 위해 공예 작업(craftwork) 중 모든 샘플들에 대해 육안 검사를 수행하였다.
케이블 샘플들에 대한 설명
샘플 케이블 제조업체 케이블 빈티지 전도체 크기(AWG) 스트랜드 차단 유형 절연체 길이(ft)
1 Hendrix 2018년 1/0 PIB 15kV, 220milXPE 22
2 Okonite 2019년 1/0 PIB/EPR 25kV, 260milEPR 12
3 Prysmian 2019년 1/0 PIB 15kV 175milXLPE 100
4 Hendrix 2019년 1/0 PIB 15kV 175milXLPE 314
5 Pirelli 2005년 1/0 PIB 15kV 220milXLPE 8.5
6 CABLEC 2000년 초반 1/0 PIB 15kV 175milXLPE 16
7 Pirelli 1996년 1/0 PIB 25kV 295milXLPE 8.3
샘플은 테스트를 위해 준비되었으며 도 3의 AC 변압기 설정 또는 도 4의 DC 전류 공급 설정으로 설치되었다.
도 3을 참조하면, 테스트 설정(300)은 루프(306)를 형성하기 위해 함께 결합된 종단들을 갖는 케이블 샘플(302)로 구성된다. 케이블 루프는 전류 흐름을 유발하기 위해 변류기(current transformer)(320)의 코일을 통과한다. 변류기는 온도 제어기(322)에 연결되고, 이는 테스트 리드(324)를 통해 케이블 샘플(302)의 온도를 모니터링하고 변류기(320)의 온/오프 제어를 제공한다. 케이블 종단들은 모두 주입 어댑터들(308 및 310)에 의해 밀봉되고, 이는 주입 어댑터에 유체 접근을 제공하는 데 사용되는 주입 툴들(312 및 314)에 연결된다. 케이블의 공급 측은 볼 밸브(346)를 통해 공급 어셈블리(340)에 연결된다. 공급 어셈블리(340)는 유체 유량계(flow meter)(342) 및 유체 주입 탱크(344)를 더 포함한다. 케이블의 수용측은 볼 밸브(352)에 연결된다. 볼 밸브는 캐치 탱크(미도시)에 연결될 수 있다.
도 4에서, 테스트 설정(400)은 U자 형태로 배열된 케이블 샘플(402)로 구성된다. 케이블 샘플은 유체 밀봉을 만들기 위해 전기 커넥터들(408 및 410) 및 주입 어댑터들(404 및 406)로 양쪽 단부들에서 각각 종단된다. DC 전류원(421)은 회로를 완성하기 위해 상호연결 케이블들(426, 428)을 통해 케이블 샘플의 각 단부에 연결된다. DC 전류원은 전류의 온/오프 제어를 제공하기 위해 상호연결부(430)를 통해 온도 제어기(422)에 연결된다. 온도 제어기는 온도를 모니터링하기 위해 테스트 리드(424)를 통해 케이블 샘플에 연결된다. 주입 툴들(412 및 414)은 각각 케이블 샘플의 공급 측 및 수용 측에서 주입 어댑터에 대한 유체 액세스를 제공하는 데 사용된다. 케이블의 공급 측은 볼 밸브(446)를 통해 공급 어셈블리(440)에 연결된다. 공급 어셈블리는 유체 유량계(442), 유체 주입 탱크(444) 및 압축 가스 실린더(448)로 구성된다. 케이블의 수용 측은 볼 밸브(452)를 통해 캐치 탱크(450)에 연결된다.
케이블의 종단들은 케이블의 단부들을 밀봉하기 위해 2-구멍 러그들 위에 설치된 주입 어댑터로 준비되었다. 케이블 전도체에 유체를 주입할 수 있도록 주입 툴들이 주입 어댑터에 연결되었다. 종단된 케이블들이 테스트 설정에 설치되고 온도 센서를 사용하여 케이블 온도를 모니터링하고 판독치를 온도 제어 스위치로 다시 전달하였다. 이 예의 목적을 위해 50 내지 75°C의 전도체 온도를 찾고 200 내지 350 암페어의 유도 전류를 사용하여 설정 온도에 도달하였다. (일반적인 케이블 절연체는 90°C에서 작동하는 것으로 평가되며 특정 케이블의 경우 비상 작동은 최대 130°C이다.) 케이블에서 설정 온도에 도달하면, 온도 제어기는 케이블 온도가 더 낮은 설정점 아래로 다시 떨어질 때까지 전류를 차단한다. 테스트는 13 내지 22°C 범위의 주변 온도에서 수행되었다.
테스트 결과는 표 4에 요약되어 있다. 샘플들 1과 2의 경우, 50 내지 75psi의 적당한 압력을 선택하고 CO2를 먼저 케이블에 주입하여 흐름 경로를 설정하였다. 처음에는 흐름이 관찰되지 않았다. 변류기가 켜지고 전류가 저항 가열을 통해 전도체를 빠르게 가열하였다. 약 10분 동안 가열하고 지속적인 압력을 가한 후, 케이블을 통해 CO2의 흐름이 관찰되었다. CO2 공급원을 케이블 재생 유체의 공급원으로 교체하고 주입 압력으로 가압하였다. 이 테스트를 위해, 주로 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM), 시아노부틸메틸디메톡시실란(CBM) 및 가수분해 축합 촉매로 구성된 상용 유체 Cablecure 732를 선택하였다. 결과는 주입 시작 후 1분 이내에 케이블의 먼 단부에서 수집된 재생 유체와 함께 스트랜드들로 채워진 전도체를 통한 흐름을 다시 보여주었다. 마지막으로 전류원을 차단하고 케이블을 냉각시켰다. 냉각 프로세스 동안 케이블을 빠져나가는 유체 흐름이 감소했고 결국 스트랜드 충전물이 스트랜드를 통한 차단 흐름으로 되돌아갔다.
샘플들 3 내지 7의 경우 CO2 사전 주입이 생략되었다. 설정 온도 범위는 50 내지 70°C이며 100psi의 주입 압력이 사용되었다. 케이블은 유체 흐름을 시작하기 전에 먼저 온도에 도달하였다. 주입 시간은 30분에서 3시간 사이였다. 전체적으로 케이블에 주입된 유체의 양은 하나의 EPR 샘플을 제외하고 0.5 내지 2.6cc/ft 범위였다. 유사한 전도체 크기를 가진 비-스트랜드 차단 케이블의 일반적인 주입의 경우 유체 체적은 일반적으로 약 2.5 내지 3.9cc/ft 범위이다.
예시 1에 대한 테스트 결과
번호 케이블 제조업체 케이블
빈티지		 전도체 온도(°C) 주입 압력(psi) 주입 유체 주입 시간(시) 주입된 체적(cc/ft) 300피트에 대한 주입 시간(시)
1 Hendrix 2018년 55 75 CO2, 732/40 0.2 2.6 2.7
2 Okonite 2019년 50 50 CO2, 732/40 0.2 3.6 5.0
3 Prysmian 2019년 65 100 732/80 2.5 0.8 7.5
4 Hendrix 2019년 50 100 732/80 3.0 2.3 2.9
5 Pirelli 2005년 70 100 732/80 0.5 0.5 17.6
6 Cablec 2000년대 초반 60 100 732/80 0.5 1.2 9.4
7 Pirelli 1996년 65 100 732/80 0.5 n/a 16.6
서로 다른 제조업체와 빈티지들의 케이블 샘플들 사이의 주입 체적의 차이를 줄이기 위해, 짧은 시간 동안 보충 유체를 케이블에 담글 수 있다. 이러한 관행은 일반적으로 주변 온도 및 30psi 미만의 압력에서 사용되었다. 그러나 케이블 온도와 유체 압력을 사용하여 절연체로 유체의 확산을 가속화할 수 있다. 도 4와 같이 유체가 캐치 탱크에 도달하면, 밸브가 닫히고 담금 기간이 시작될 수 있다. 공급 탱크는 처리 바닥 또는 치료 타겟에 도달할 때까지 스트랜드 차단 케이블에 유체를 계속 공급한다. 예시 1에서 주입된 1/0 AWG 15kV 케이블의 예에서, 이러한 바닥은 2.4cc/ft 또는 유사한 구조의 비-스트랜드 충전 케이블에 대한 처리 타겟의 75%일 수 있다. 또한 바닥은 3.2cc/ft 또는 유사한 구조의 비-스트랜드 충전 케이블에 대한 처리 타겟의 100%일 수 있다. 처리 바닥에 도달하면, 주입 어댑터에서 공급 탱크가 분리될 수 있다.
비교를 위해, 각 케이블 샘플에 대해 기록된 주입 시간을 사용하여 평균 케이블 길이 300피트에 대한 주입 시간을 추정하였다. 결과는 3시간 미만에서 17시간 이상까지 다양하였다.
스트랜드 차단 케이블의 주입 프로토콜은 PIB 기반 스트랜드 차단 재료의 점도를 약 10배 줄이기 위해 주변 온도보다 약 40°C의 케이블 온도 증가를 포함해야 한다. 그러나, 일부 경우에 매스틱의 물리적 속성에 따라 5배 감소로 충분할 수 있다. 압력은 케이블의 탄성 한계 미만, 바람직하게는 탄성 한계의 25%에서 50% 사이가 되도록 선택된다.
일 실시예에서, 케이블 온도는 주입을 위해 주변 T0에 비해 약 20°C만큼 T1으로 증가된다. 구체적으로, T1은 주위가 약 20°C라고 가정할 때 약 40°C이다. 압력은 케이블의 탄성 한계 미만, 바람직하게는 탄성 한계의 25%에서 50% 사이가 되도록 선택된다.
다른 실시예에서, 케이블 온도는 주입을 위해 주변 T0에 비해 약 40°C만큼 T1까지 증가된다. 구체적으로, T1은 주위가 약 15°C라고 가정할 때 약 55°C이다. 압력은 케이블의 탄성 한계 미만, 바람직하게는 탄성 한계의 25%에서 50% 사이가 되도록 선택된다.
또 다른 실시예에서, 케이블 온도는 주입을 위한 주변 T0보다 약 20°C만큼 T1으로 증가된다. 전도체가 채워지면, 출구는 케이블 단부(2)에서 닫히고 주입 유체가 케이블 단부(1)에서 케이블로 확산되는 동안 온도는 연장된 담금 기간 동안 T2로 증가한다. 이 실시예에서, T2 >= T1이다. 구체적으로, T1은 약 35°C이고, T2는 주변 온도가 약 15°C라고 가정할 때 >= T1이다. 예를 들어, T2는 약 55°C이다. 압력은 케이블의 탄성 한계 미만, 바람직하게는 탄성 한계의 25%에서 50% 사이가 되도록 선택된다.
종단들에서 열 팽창에 대한 설명:
케이블 주입을 위해 설치된 주입 어댑터들 및 커넥터들은 미국 특허 제4,946,393호, 제7,195,504호 및 제7,344,396호를 비롯한 선행 기술에 잘 설명되어 있다. 종래 기술은 케이블이 스트랜드로 채워지지 않고, 전도체가 재생 유체를 수용할 수 있고 케이블의 전체 길이를 통해 먼 종단까지 유체의 흐름을 촉진할 수 있다고 가정한다.
그러나 PIB 기반 길이방향 스트랜드 차단 케이블의 경우 기존 유체 경로가 존재하지 않는다. 오히려 고유한 주입 프로토콜을 통해 흐름 경로가 생성되어야 한다.
미국 특허 번호 제8,572,842호의 실행에 의해 유발된 열 팽창은 전도체 스트랜드 번들의 틈새 공간을 증가시켜 흐름 제한을 줄이고 주입 성능을 개선하는 데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 폴리에틸렌은 알루미늄 전도체보다 5 내지 10배 더 팽창한다. 또한 폴리에틸렌은 절연체의 외부 표면을 밀봉하는 데 자주 사용되는 스테인리스 스틸 주입 어댑터보다 7 내지 13배 더 팽창한다.
표 5에 제공된 열팽창 계수를 사용하여 온도가 40°C 상승하여 생성된 추가 유체 흐름 경로를 설명하기 위해 열 팽창 모델이 생성되었다. 도 5를 참조하면, 케이블(500)은 전도체(502), 전도체 실드(504) 및 절연체(506)로 구성된다. 전도체(502)는 7개의 전도체 스트랜드들로 구성되고 냉각된 상태에서 둘레(perimeter)(508)에 의해 정의된다. 40°C의 온도 상승을 모델링하면, 알루미늄에 대한 표 5에 있는 열팽창 계수에 따라 전도체가 팽창한다. 가열된 상태에서, 전도체(502)는 둘레(510)에 의해 정의되고 틈새 체적(512)은 증가된다. 전도체 실드(504)는 전도체의 표면을 따른 둘레(514) 및 절연체에 인접한 둘레(520)에 의해 정의된다. 40°C의 온도 상승을 모델링할 때, 전도체 실드는 폴리에틸렌에 대한 표 5에 있는 열팽창 계수에 따라 팽창된다. 가열된 상태에서 전도체 실드(504)는 둘레들(516 및 522)에 의해 정의된다. 이 상태에서, 스트랜드 차단 케이블의 주입을 위해 사용될 수 있는 전도체와 전도체 실드 사이에 추가 체적(518)이 생성된다. 절연체의 외부 표면은 초기 상태의 둘레(524)와 가열된 상태의 둘레(526)에 의해 정의된다.
주입 어댑터에 일반적으로 사용되는 폴리에틸렌, 알루미늄 및 스틸의 열팽창 계수.
재료 열팽창 계수(10-6/°C)
알루미늄 24
303 스테인리스 스틸 15
폴리에틸렌 108-200
예시 1에서 논의된 것과 같은 테스트는 스트랜드 차단 케이블에 의해 야기되는 흐름 제한에 대한 놀라운 통찰력을 보여준다. 많은 경우에 유량은 도 6과 같이 진동하는 것으로 나타났다. 놀랍게도, 피크 유량은 실제로 케이블 온도가 하단 임계치 근처에 있을 때 열팽창이 다른 방식으로 흐름에 영향을 미칠 수 있음을 나타내는 기간과 일치하는 경향이 있다.
스트랜드 차단 케이블의 흐름 저항은 유체 시스템의 모든 부분들의 합계이며 구성요소 레벨로 나눌 수 있다. 이는 스트랜드 차단 케이블의 종단들에 설치된 주입 어댑터들을 포함하고 전기 커넥터들 및 유체 밀봉부를 포함한다. 이 시스템은 또한 스트랜드 차단 케이블 자체의 단위 길이당 흐름 저항과 재생에 사용되는 주입 유체의 물리적 속성, 가장 중요한 점도를 포함한다.
종단에서, 케이블 절연체는 주입 어댑터에 의해 반경방향으로 팽창되는 것이 제한된다. 도 7을 참조하면, 케이블 종단(700)은 먼저 형상이 상당히 원통형인 주입 어댑터(720)로 구성된다. 주입 어댑터(720)는 2개의 단부들(722, 724)로 구성된다. 단부(722)는 케이블(702)을 수용하도록 되어 있다. 절연체(704)와 전도체(706)로 구성된 케이블(702)은 절연체가 단부(722)에 의해 부분적으로 덮이도록 주입 어댑터(720)를 부분적으로 통과한다. 케이블 커넥터(708)는 단부(724)에 삽입되고 전도체(706)와 전기적으로 접촉한다. 이제 도 7a를 참조하면, 주입 어댑터(720)의 단부들(722 및 724)은 케이블(702) 및 커넥터(708) 상에서 가압된다. 주입 어댑터 재료(일반적으로 303 스테인리스 스틸 또는 알루미늄)는 폴리에틸렌보다 덜 팽창하고 주변 공기에서 방열판(heat sink) 역할을 할 수 있는 케이블 상호연결부에 대한 열적 근접성으로 인해 더 차갑다. 이 상황에서, 팽창하는 폴리에틸렌은 내측으로 강제되어 틈새 공간을 줄이고 흐름 경로를 제한한다. 이 효과는 케이블 가열이 계속되고 폴리에틸렌의 평균 온도가 증가함에 따라 더욱 강화될 것으로 예상된다.
이 효과의 직접적인 증거는 70°C/100psi 시험을 가압할 때 나타나는 순환 유량과 70°C/100psi 시험에서 출구 유량의 감소에서 볼 수 있다. 도 6은 가압 시 나타나는 주기적인 유량 증가를 보여준다. 전류가 차단되는 냉각 사이클 동안 유량이 증가하고 거의 두 배가 되는 것으로 관찰된다.
테스트에서 일부 샘플들은 가압 유체가 연결된 후에도 주입 시작이 지연됨을 보여주었다(도 8). 동일한 샘플은 또한 유체가 케이블의 수용 단부에 도달하는 것이 관찰된 후 유속의 급격한 증가를 나타내는 경향이 있었다(도 9). 케이블 단부에서의 흐름 제한은 흐름을 방해하는 것으로 보이며, 가압된 유체가 두꺼운 스트랜드 차단(PIB)을 이동키시고 연속적인 흐름 경로를 생성하는 데 시간이 필요하다. 이 현상은 스트랜드 차단이 조밀하게 패킹되고 자유 간극 체적이 적은 케이블에 해당하는 경향이 있다.
예시 2:
주입 어댑터들과 두 케이블 단부에 연결하는 수단이 주입 지속 시간과 유량에 미치는 영향을 입증하기 위해 일련의 테스트가 실행되었다.
15개의 케이블 샘플들이 표 6에 따라 준비되었고 도 10에 도시된 설정에서 테스트되었다. 스트랜드 충전 및 비-스트랜드 충전 1/0 AWG 15kV 175mil XLPE 케이블을 사용하여 샘플들이 준비되었다. 설치하기 전에, 노출된 전도체 스트랜드들을 서로 벌리고 스트랜드 차단 재료를 와이어 브러시로 제거하였다. 와이어를 다시 접기 전에, 와이어 랩을 내부 번들에 적용하여 스트랜드들을 약간 버드케이지(birdcage)하여 전도체 번들의 외부에서 내부로의 흐름 경로를 개방한다. 그런 다음 표준 전기 공예 관행에 따라 커넥터와 주입 어댑터가 설치되었다.
스트랜드 차단 및 비-스트랜드 차단 1/0 케이블의 주입 어댑터 크기 A, B 및 C에 대한 테스트 매트릭스.
주입 어댑터(IA)
크기 A 크기 B 크기 C
1/0 AWG 스트랜드 차단 케이블 3 x 6" 샘플 3 x 6" 샘플없음 3 x 6" 샘플
1/0 AWG 비-스트랜드 차단 3 x 6" 샘플 없음 3 x 6" 샘플
이 테스트의 목적을 위해, 케이블 단부 주위에 주입 어댑터를 밀봉하기 위해 원주 스웨이지(circumferential swage)를 사용하는 미국 특허 번호 제7,195,504호에 설명된 것과 같은 주입 어댑터가 설치되었다. 그러나, 단열재 또는 접착제의 표면에 개스킷 스타일 밀봉을 사용하는 미국 특허 제7,544,105호, 제7,344,396호, 제7,621,767호 또는 제7,658,629호에 개시된 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 주입 어댑터가 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
각 샘플을 테스트 설정에 연결하고 압축된 CO2를 100psi에서 샘플에 주입하였다. 5분 후에도 흐름이 관찰되지 않으면 5분 동안 유지하면서 25psi 증분으로 압력을 증가시켰다. 결과는 표 7에 요약되어 있다. 3중으로 실행된 스트랜드 차단 케이블 샘플들의 평균 유속을 살펴보면, 주입 어댑터가 케이블 시스템의 전체 유속에 미칠 수 있는 영향을 알 수 있다. 케이블에 가장 느슨한 끼워맞춤을 제공하는 사이즈 C 주입 어댑터의 평균 유속은 가장 타이트하게 끼워진 사이즈 A 주입 어댑터의 3.7배였다. 중간 사이즈 B 사이즈 주입 5 어댑터가 중간 정도에 있었다. 흥미롭게도 크기 A 주입 어댑터를 사용하여 준비한 모든 스트랜드 차단 케이블 샘플들은 100psi 이상의 압력이 흐르도록 요구하였다.
그러나 일단 유량이 설정되면 압력을 100psi로 줄일 수 있고 유량을 직접 비교할 수 있다.
결과 요약
IA 스트랜드 유형 평균 유량(표준 리터/분) 표준 편차 샘플 ID 유량(표준 리터/분) >100psi인 경우 제1 흐름에서 압력
크기 C 스트랜드 차단된 1.72 0.92 1 0.69
2 1.55
3 2.93
비 스트랜드 차단된 60.6 0.00 4 60.6
5 60.6
6 60.6
크기 B 스트랜드 차단된 1.00 .16 13 0.83
14 1.21
15 0.97
크기 A 스트랜드 차단된 0.46 0.12 7 0.62 125
8 0.34 275
9 0.41 300
비 스트랜드 차단된 43.1 10.86 10 34.8
11 58.4
12 35.9
스트랜드 차단 케이블에 대한 주입 프로토콜은 케이블 절연체의 열 팽창을 허용하는 주입 어댑터 설치를 포함할 수 있다. PIB 기반 매스틱의 점도를 약 10배 감소시키기 위해 주변 온도보다 약 40°C 증가하면 케이블의 절연 직경이 약 0.8% 반경방향으로 팽창한다. 이것은 방정식 D1 = D0(dT x 알파 + 1)에 따르며, 여기서 D1은 최종 직경, DO는 시작 직경, dT는 섭씨 온도 변화, 알파는 열팽창 계수이다.
주입 유체:
비-스트랜드 충전 케이블을 처리하기 위한 케이블 주입 유체는 미국 특허 제4,766,011호, 제5,372,841호, 제7,658,808호 및 제7,777,131호와 같은 선행 기술에 잘 문서화되어 있다. 이러한 교시 중 일부는 30년 이상 동안 상업적으로 실행되었다. 그러나, 선행기술은 스트랜드 차단 전도체를 갖는 케이블의 주입을 예상하지 못하고 주입하는 제형 및 방법은 대부분의 스트랜드 차단 케이블을 주입하는 데 적합하지 않다. 스트랜드 차단 케이블을 위한 새로운 주입 유체 제형이 본 명세서에 개시되어 있다.
전도체 충전 %:
스트랜드 충전 케이블에서, 자유 체적은 스트랜드 충전 매스틱이 차지하지 않는 전도체 스트랜드들 사이의 체적이다. 전도체에 포함된 스트랜드 차단 재료의 양은 충전 %로 정량화될 수 있다. 그러면 자유 체적은 아래에 요약된 대로 계산될 수 있다.
다양한 스트랜드 차단 케이블 제조사들 및 빈티지들의 경우, 각 케이블에 대해 상세한 케이블 지오메트리를 수행하여 틈새 체적을 계산하였다. 단위 길이당 스트랜드 차단 재료의 양은 톨루엔으로 스트랜드 차단을 제거하기 전과 후에 칭량하여 결정하였다. 질량의 차이는 단위 길이당 스트랜드 차단 재료의 양다. 본 연구에서는, 12인치 단위 길이의 케이블을 사용하였다. PIB를 기반으로 한 스트랜드 차단 재료의 밀도는 문헌에서 찾을 수 있으며 일반적으로 1.17 내지 1.20g/cm3 범위의 테스트를 통해 확인되었다.
이 계산의 목적을 위해 1.20g/cm3의 밀도가 가정되고 채워진 체적을 계산하는 데 사용되었다. 분석 결과가 표 8에 나타나 있다.
다양한 스트랜드 차단 케이블 샘플들에 대한 충전 %
케이블 제조업체 케이블 빈티지 전도체 크기(AWG) 틈새 체적(cc/ft.) 스트랜드 차단 PIB(g/ft.) 충전 %
BICC-Brand MT 2003년 #2 1.0 0.418 34%
BICC-Brand MT 2008년 1/0 3.2 2.283 59%
Cable MT 2000년대 초반 1/0 3.2 2.226 58%
Hendrix 2019년 1/0 3.2 1.557 41%
Nexins 2019년 1/0 3.2 2.451 64%
Aconite 2018년 1/0 3.2 0.770 24%
Pirelli 1996년 1/0 3.2 1.477 38%
Pirelli 1996년 1/0 3.2 1.671 43%
Pirelli 2005년 1/0 3.2 2.313 60%
Prysmian 2019년 1/0 3.2 1.682 44%
Prysmian 2019년 1/0 3.2 2.250 59%
Prysmian 2019년 1/0 3.2 1.769 46%
Prysmian 2020년 1/0 3.2 1.802 47%
Prysmian 2020년 1/0 3.2 1.780 46%
SOUTHWIRE 2014년 4/0 6.8 1.279 16%
SOUTHWIRE 2004년 1/0 3.2 1.801 47%
SOUTHWIRE 2017년 1/0 3.2 0.731 19%
충전 퍼센트는 20% 미만에서 60% 초과까지이다. 모든 케이블 제조사들과 빈티지들이 정량화되지 않았기 때문에 실제 범위는 훨씬 더 많을 수 있다. 제조업체들, 빈티지들 및 동일한 명백한 제조 실행의 스풀들 간에 차이가 있다.
측정 결과 평균적으로 전도체 간극 체적의 약 44%가 스트랜드 차단 재료로 채워져 있음이 밝혀졌다. 유체를 주입하고 나머지 56%의 공극 공간을 채우면 대부분의 고압 케이블이 제대로 처리되지 않는다. 예를 들어, 가벼운 압축을 사용하는 평균 비-스트랜드 충전 평균 1/0 AWG 케이블은 3.2cc/ft의 틈새 체적을 갖는다. 비-스트랜드 충전 케이블의 경우, 유체 타겟은 틈새 체적을 완전히 채우는 것이다. 그러나 스트랜드 차단 케이블에서, 처리를 수용하기 위한 최대 자유 체적은 일반적으로 3.2cc/ft 또는 1.8cc/ft의 최대 56%이며 케이블을 유체 타겟 아래에 둔다. 그러나 예시 1에서 알 수 있듯이 56%가 상한선이 된다. 스트랜드 차단 매스틱은 균일하게 분포되지 않고 자유 체적은 실제로 작은 공극들의 분포이므로 자유 체적을 완전히 채우는 것은 불가능하다.
PIB 기반 스트랜드 차단 전도체가 있는 케이블의 경우, PIB가 적어도 부분적으로 용해되는 주입 유체가 특히 유리하다. 케이블 절연체의 유전체 강도를 복원하는 것 외에도 올바른 유체는 PIB로 용액을 형성하고 전도체의 틈새 체적을 더 잘 채울 수 있다. 용액은 유동적일 수 있으며 PIB는 케이블에서 플러싱되어 유체가 절연체를 더 잘 처리할 수 있는 추가 여유 공간을 만들 수 있다.
PIB 기반 스트랜드 차단 재료로 용액을 형성하는 다양한 유체들의 능력은 아래에 요약된 스크리닝 테스트를 통해 입증된다. 많은 주입 용액들이 평가되었지만, 이 테스트는 결코 완전하지 않으며 유사한 스크리닝 방법이 다른 주입 유체 후보에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
카본 블랙 충전 PIB 스트랜드 차단 매스틱의 용해도 특성은 스트랜드 차단 주입에 가장 효과적인 재료를 결정하기 위해 다양한 용매에서 테스트되었다. 매스틱은 케이블을 열고 도체에서 끈적끈적한 검은색 재료를 긁어서 Southwire 2019 스트랜드 차단 케이블에서 얻었다. 스트랜드 차단 재료의 구체들을 유리 바이알(glass vial)들에 넣고 시험액을 첨가하고 바이알들을 실온에서 흔들어 용해도를 정성적으로 결정하였다. 대부분의 경우, 바이알들을 다양한 시간 동안 55°C 오븐에 넣었다. 바이알들은 짧은 진탕을 위해 주기적으로 제거되었다. 결과는 표 9에서 볼 수 있다.
재생 유체 및 용매의 용해도 테스트 결과.
샘플 온도 시간 결과
ID 조성 °C 시
DCB3-50A PIB만 40-100 3 50°C 이상에서 약간 연화됨
DCB3-50B1 PIB:732/30
1:1		 55 144 명백한 용해 없음
DCB3-50B2 PIB:732/30
1:2		 55 144 명백한 용해 없음
DCB3-50B2 PIB:732/30
1:4		 55 144 명백한 용해 없음
DCB3-50C PIB:자일렌 1:2 25-55 6 실온에서 용해 시작, 55°C에서 완전히 용해되어 카본 블랙 현탁액 남음
DCB3-50D PIB:TEM1:5 55 168 55°C에서 에이징되므로 실온에서 명백한 용해가 없음. 1시간 후에 작은 입자가 형성되었음. 약간의 흔들림과 함께 168시간 후, 모든 매스틱은 작은 입자로 감소했지만 자일렌에서 형성된 입자만큼 푹신하지 않았음.
DCB3-50E PIB:PhMDM1:5.3 55 72 세게 흔들어도 매스틱이 거의 녹지 않았음.
DCB3-50F PIB:TEM1:2.5 55 30 간헐적으로 흔들면서 8시간 후에 약 1/3의 매스틱이 용해되었고, 30시간 후에는 모든 매스틱이 용해되었음.
DCB3-50G PIB:DMDB1:5.3 55 1 실온에서 5분 동안 흔든 후 매스틱의 절반이 용해되었지만 더 흔들어도 나머지는 용해되지 않았음. 55°C에서 30분 동안 간헐적으로 흔들어주면 나머지 매스틱이 용해되었음.
DCB3-50H PIB:DMDB1:3.3 55 12 대부분의 매스틱은 2시간 후에 용해되었고 밤새 완전히 용해되었음. 현탁액을 여과하여 황색 용액을 단리하였음.
DCB3-50I PIB:DMDB1:3.3 55 12 디쿠밀 퍼옥사이드(매스틱 기준으로 6.6wt%)를 DMDB에 용해시킨 다음, 매스틱을 첨가하고 샘플을 55°C에서 에이징시켰음. 모든 매스틱이 밤새 용해되었음. 현탁액을 여과하여 황색 용액을 단리하였음.
DCB3-50P PIB:TEMDB1:3.2 55 47 55°C에서 47시간 후에 모든 매스틱이 용해되지는 않았음.
DCB3-50S PIB:TEMDB1:3.2 55 47 주기적으로 흔드는 47시간 후, 모든 매스틱이 용해되었음. 현탁액을 여과지를 통해 여과하여 황색 액체를 단리하였음.
DCB3-50AC PIB:DMDM
1:3.3		 55 48 실온에서 흔들면 약간의 용해가 발생했지만 55°C에서 48시간 동안만 해도 큰 조각이 더 작은 과립으로 부서졌음. DMDB에서 보인 푹신한 카본 블랙은 분명하지 않았음.
DCB3-50AD PIB:DMDE 55 48 실온에서 흔드는 것은 적당한 양의 용해를 생성했지만, 55°C에서 48시간도 큰 조각을 더 작은 과립으로 분해하였음. DMDB에서 보인 푹신한 카본 블랙은 분명하지 않았음. DMDE가 DMDM보다 나았음
DCB3-50AF PIB:i-Pr2
1:3.3		 25 1.3 대부분의 매스틱은 실온에서 간헐적으로 흔들면서 용해되었음. DMDB만큼 효과적이지 않은 것으로 나타났음
DCB3-50AG PIB:Bu2
1:3.3		 25 2 흔들어주면서 실온에서 부분적으로 용해시켰음. 이는 DMDB만큼 효과적이지 않았음.
PIB 재료는 "용융" 거동을 평가하기 위해 먼저 승온에서 용매 없이 테스트되었다. PIB의 구체를 유리 바이알에 넣고 바이알을 오븐에 넣었다. 온도는 3시간에 걸쳐 40°C에서 100°C로 증가하였다. 50°C 이상에서는 약간 연화되는 것으로 나타났으나 100°C에서도 재료가 흐르지 않았다.
PIB의 구체를 자일렌과 1:2 중량비로 혼합하고 실온에서 교반하면 PIB가 즉시 용해되기 시작하였다. 액체 부분은 흑색으로 변하고 미세한 카본 블랙 입자가 뚜렷하였다. 대부분의 PIB는 상온에서 용해되었고 나머지는 55°C에서 6시간 이내에 용해되었다. 이것은 매우 미세한 흑색 분말이 현탁된 황색 용액을 생성하였다.
그런 다음 PIB는 Novinium CableCure® 732/30 재생 유체로 144시간 동안 간할적으로 교반하면서 55°C에서 1:1, 1:2 및 1:4 중량비로 테스트되었다. Cablecure 732/30은 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM)과 시아노부틸메틸디메톡시실란(CBM)으로 주로 구성된 유체 혼합물이다. 어떤 샘플에서도 PIB의 용해가 관찰되지 않았다.
1:5 비율의 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM)을 포함하는 PIB는 실온에서 눈에 띄게 용해되지 않아, 이는 55°C에서 에이징되었다. 이따금씩 흔들면서 약 1시간 후, PIB의 큰 구체는 작은 입자로 부서지기 시작했고, 결국 큰 구체는 모두 작은 입자로 감소되었지만, 크실렌의 경우에 발생하는 푹신한 카본 블랙 입자는 보이지 않았다. 1:2.5의 PIB:TEM 비율로 실험을 반복하여 동일한 결과를 얻었다.
페닐메틸디메톡시실란(PhMDM)이 1:5.3 중량비로 포함된 PIB는 72시간 후에도 55°C에서 용해되지 않았다.
1:3.3 비율의 디메틸디메톡시실란(DMDM) 중 PIB는 실온에서 용해를 생성하지 않았고, 55°C에서 48시간 후, PIB의 구체는 유리 카본 블랙이 없는 작은 과립으로 감소되었다. 디메틸디에톡시실란(DMDE)을 사용한 유사한 실험은 동일한 결과를 제공했지만 형성된 과립은 디메틸디메톡시실란의 경우보다 미세하였다.
대조적으로, PIB를 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB)과 1:5.3의 비율로 상온에서 혼합했을 때, PIB의 약 절반이 5분 내에 용해되었다. 나머지는 간헐적으로 흔들면서 30분 이내에 55°C 오븐에서 용해된다. 형성된 입자는 자일렌에서 볼 수 있는 것과 같이 작고 푹신했다.
그런 다음 1:3.3의 비율로 PIB와 DMDB의 두 가지 혼합물을 준비하였다. 디쿠밀 퍼옥사이드(Di-Cup)를 PIB의 6.6wt%로 샘플 중 하나에 첨가하고, 샘플을 간헐적으로 흔들면서 55°C에서 12시간 동안 에이징시켰다. 두 샘플들 모두 그 시간 동안 완전히 용해되어 액체 중 카본 블랙 현탁액을 제공했다. 샘플을 여과지로 여과하여 균질한 황색 액체를 제공하는 카본 블랙을 제거하고 실온에서 점도를 측정하였다. 디쿠밀 퍼옥사이드가 없는 용액은 9.23 cSt의 점도를 갖는 반면, 디쿠밀 퍼옥사이드가 있는 용액은 8.43 cSt의 점도를 가졌다. 비교를 위해 순수한 DMDB는 실온 점도가 1.19cSt이므로 용해된 PIB는 두 샘플 모두에서 점도가 크게 증가했다. 디쿠밀 퍼옥사이드가 없는 샘플과 비교하여 디쿠밀 퍼옥사이드가 있는 샘플의 점도 감소는 디쿠밀 퍼옥사이드가 PIB의 분자량을 감소시킨다는 것을 나타낸다.
1:3.2 중량비의 PIB 및 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB)의 혼합물을 간헐적으로 교반하면서 55°C 오븐에서 가열하였다. 47시간 후, PIB를 완전히 용해시키고, 혼합물을 여과하여 카본 블랙을 제거하였다. 생성된 황색 액체는 실온에서 43 cSt의 점도를 갖는 반면 순수한 TEMDB는 4.74 cSt의 점도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이것은 TEMDB가 PIB를 용해하는 데 상당히 효과적이기는 하지만 DMDB가 하는 정도만큼 희석하지 않는다는 것을 나타낸다.
DMDB와 유사한 구조를 가진 두 가지 다른 재료들도 3.3의 중량비로 테스트되었다. 디-i-프로필디메톡시실란은 실온에서 대부분의 PIB를 용해시켰지만, 육안으로는 DMDB만큼 효과적인 것으로 보이지 않았다. DMDB와 동일한 분자량을 갖는 디-n-부틸디메톡시실란은 실온에서 PIB의 일부를 용해하지만 DMDB만큼 효과적이지는 않았다.
평가된 유체들 중, 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB), 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB), 디-i-프로필디메톡시실란(DPrDM) 및 디-n-부틸디메톡시실란(DBDM)은 PIB에 효과적인 용매인 것으로 밝혀져 스트랜드 차단 재료에 맞춤화된 주입 유체의 좋은 후보가 되었다. PIB는 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM) 및 디메틸디메톡시실란을 비롯한 다른 유체에 적당히 용해되었으며 시아노부틸메틸디메톡시실란 및 페닐메틸디메톡시실란과 같은 유체에는 불용성이거나 약간만 용해되었다. 이 목록은 순전히 예시이며 테스트되지 않은 다른 유체도 유사한 거동을 나타낼 수 있다.
디쿠밀 퍼옥사이드(Di-Cup)와 같은 퍼옥사이드 첨가제는 유체/PIB 혼합물의 점도를 낮추는 것으로 보이기 때문에 적절한 첨가제를 만들 수 있다[Oxley, 1969]. Di-Cup이 케이블 제조 프로세스에서 가교제로 사용되어 부틸 고무와 PIB의 사슬 절단을 일으키는 능력이 알려져 테스트를 거쳤으나, 다른 유기 퍼옥사이드 또는 아릴 퍼옥사이드가 또한 첨가제로서 포함될 수 있음을 이해해야 한다.
처리 체적을 증가시키기 위한 PIB의 플러싱
유체 용매를 주입하여 케이블에서 스트랜드 차단 재료를 플러싱하고 절연체를 처리할 추가 틈새 체적을 생성하는 능력을 입증하기 위해 테스트가 수행되었다.
테스트의 목적을 위해 PIB가 잘 용해되는 유체로 DMDB가 선택되었다. 이를 <1.0 wt% 가수분해 축합 촉매 DDBSA(도데실벤젠 설폰산)와 혼합하였다.
도 4에 표시된 것과 같은 테스트 장치를 사용하여 모든 주입은 250psi 및 50°C에서 수행되었다. 전도체에 뚫린 구멍에 서모커플(thermocouple)이 장착된 10-피트 더미 케이블을 사용하여 온도를 제어했다. 열적 강화 재생(TER) 시스템은 250A의 전류로 설정되었다. 주변 온도는 바닥 근처에서 16.5°C였다. 충분한 샘플이 수집되자마자 케이블의 양쪽 단부들이 폐쇄되었다. 테스트 케이블이 온도에서 안정화되었는지 확인하기 위해 50피트 및 100피트 샘플에 대한 가열 시작과 주입 시작 사이에 최소 1시간이 있었다.
결과
파라미터 20 피트 샘플 50 피트 샘플 100 피트 샘플
주입 시간(분:초) 2:10 8:34 114:56
병 1 충전 기간(초) 25 204 514
병 2 충전 기간(초) - 130 505
병 1 수집된 양(g) 15.82 19.86 18.25
병 2 수집된 양(g) 12.47 19.32 24.07
탱크 게이지에 의해 주입되는 유체(cc) 66.64 99.96 199.92
이전 무게(g) 4575 11195 22090
이후 무게(g) 4597 11249 22221
무게 증가(g) 22 54 131
플러시 샘플은 알려진 교정 곡선을 사용하여 PIB 농도를 결정하기 위해 FTIR에 의해 분석되었다. 3개의 케이블들에 대한 결과는 표 11에 나와 있다. 첫 번째 플러시 샘플에서 PIB의 중량 퍼센트는 케이블 길이에 따라 상당히 선형적으로 증가하는 것으로 관찰되었으며 DMDB와 같은 가용성 유체가 전도체에서 PIB를 제거하고 틈새 체적을 생성하는 효과적인 수단임을 확인한다. 특히 100-피트 샘플을 살펴보면 전도체에서 흘러나온 약 10cc의 유체에 대해 절연 처리를 위해 더 많은 재생 유체를 보유하기 위해 전도체에 4cc의 추가 전도체 체적이 생성되었다는 점에 주목하는 것이 흥미로웠다. 결과적으로 케이블을 통해 주입된 체적의 약 25%를 플러싱하고 캐치 탱크에 수집하여 10%의 추가 틈새 체적을 생성할 수 있다. 또는, 케이블을 통해 주입된 체적의 약 50%를 플러싱하고 캐치 탱크에 수집하여 20%의 추가 틈새 체적을 생성할 수 있다.
점도는 또한 증가하는 것으로 나타났으며 더 지수적 맞춤을 따른다. 점도의 증가는 또한 표 9에 기록된 주입 지속 시간에 대응하며, 이는 20-피트 샘플의 경우 2분 이상부터 100-피트 샘플의 경우 114분 이상까지 다양했다. 처리 레벨들은 또한 주사 기간에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 100-피트 샘플에 대한 처리 용액의 거의 20% 증가는 주입하는 데 10분 미만이 소요되었던 20-피트 및 50-피트 샘플과 비교하여 거의 115분의 주입 시간에 해당한다. 이는 앞서 논의한 주입 후 담금질 기간의 가치를 보여준다.
플러시 샘플의 PIB 중량 퍼센트 및 점도
병 #1에 수집된 플러시 처리(g/ft)
샘플 무게 % PIB 예상 점도 (cSt)
20ft 10.6 4.7 1.1
50ft 22.9 33.3 1.1
100ft 43.5 894.1 1.3
위의 결과에서 강조된 바와 같이 스트랜드 차단 케이블에 주입하기 전과 후에 유체의 점도는 중요한 고려 사항이다. 참고로 몇 가지 일반적인 순수 주입 유체들의 점도는 표 11에 나와 있다. PIB wt%가 점도에 미치는 영향을 더 잘 정량화하기 위해 다음 테스트를 수행했다.
일반적인 주입 유체들의 점도
주입 유체 점도(cSt)
디메틸디메톡시실란 0.44
디메틸디부톡시실란 1.19
페닐메틸디메톡시실란 1.71
시아노부틸메틸디메톡시실란 2.81
톨릴에틸메틸디메톡시실란 2.92
톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란 4.74
점도 고려사항:
PIB는 이 예에서 설명한 대로 매스틱에서 분리되었다. 16.3579g의 매스틱(공급 케이블에서 수확한 DCB3-63F) 및 65.7g의 톨루엔을 250mL 병에 넣고, 내용물을 잠시 흔드는 동안 대부분의 매스틱이 용해되었다. 병을 55°C 오븐에 밤새 두었다. 나머지 매스틱은 그 시간 동안 용해되었다. 병을 실온으로 냉각하고 황색 액체 중 흑색 고체 현탁액을 중간 프릿을 통해 여과하여 흑색 고체(DCB3-63AA; 7.9444g; 매스틱의 48.6wt%.)를 흑색 여과액(DCB3-63AB)으로부터 단리하였다. 흑색 고체를 15mL 추가의 톨루엔으로 세척하고, 여액을 63AB와 합하였다. 흑색 고체를 15mL 톨루엔 및 15mL 아세톤으로 추가로 세척하였다. 이 여과액을 버렸다. 1시간 동안 프릿을 통해 공기를 빼낸 다음, 프릿을 55°C 오븐에 넣어 건조시켰다. 프릿 + 카본 블랙의 중량은 74.5859g이었다.
63AB를 250mL 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 그런 다음 플라스크를 60°C의 수조 온도(bath temperature)에서 170mmHg의 회전식 증발기(rotovap)에서 스트립핑하여 톨루엔의 절반보다 약간 더 많이 증류시켰다. 그런 다음 어두운 용액을 100mL 둥근 바닥 플라스크로 옮겼다. 톨루엔은 80°C 수조 온도 및 105mmHg에서 제거되어 어둡고 점성이 있는 오일을 남겼다. 가능한 한 많은 톨루엔을 제거하기 위해 80°C의 수조 온도와 최상의 시스템 진공에서 2시간 동안 3번의 다른 시간 동안 스트립되었다. 톨루엔을 제거한 후 갈색의 흐르지 않는 매우 끈적한 고체가 남아 있었다.
2.3071g의 PIB 및 6.9214g의 DMDB를 15mL 유리 바이알에 첨가하고, 잠시 흔든 다음 55°C 오븐에 밤새 두었다. 모든 재료가 용해되어 DMDB 중 25.00% PIB의 다소 점성이 있는 황색 용액이 생성되었다. 6.8009g의 25% 용액 및 1.6997g DMDB를 15mL 유리 바이알에서 혼합하여 DMDB 중 20.00% PIB의 약간 점성이 있는 황색 용액을 얻었다. 6.5047g의 20% 용액 및 2.1697g의 DMDB를 15mL 유리 바이알에서 조합하여 DMDB 중 15.00% PIB의 황색 용액을 얻었다. 5.5085g의 15% 용액 및 2.7529g의 DMDB를 15mL 유리 바이알에서 조합하여 DMDB 중 10.00% PIB의 황색 용액을 얻었다.
네 개(4)의 용액들 각각의 점도는 실온, 30, 40, 50 및 60°C에서 측정되었다. 그 결과를 하기 표 13에 나타내었다. 결과는 4가지 농도들에 대한 점도 대 온도 그래프(도 11) 및 5가지 온도에서 점도 대 농도 그래프(도 12)에 추가로 설명되어 있다.
4가지 PIB 농도 레벨들에서 DMDB의 점도
용액 온도(°C) 유출(초) 점도 (cSt)
DMDB의 10% PIB 21.7 385 5.96
30 360 5.57
40 308 4.76
50 275 4.25
60 233 3.60
DMDB의 15% PIB 21.7 489 16.24
30 415 13.78
40 348 11.54
50 283 9.38
60 253 8.38
DMDB의 20% PIB 21.7 367 35.35
30 324 31.19
40 269 25.88
50 223 21.44
60 183 17.58
DMDB의 .25% PIB 21.7 910 87.65
30 768 73.93
40 592 56.95
50 480 46.14
60 396 38.04
결과는 PIB의 높은 중량 퍼센트 용액을 생성할 수 있는 주입 유체가 케이블 주입을 느리게 하는 점도를 초래할 수 있음을 보여준다.
용매로서의 DMDB의 경우, 50wt% PIB도 결국 용해되며, 확산에 충분한 시간이 주어지면 PIB는 아마도 DMDB에서 혼화될 수 있다. 25wt%, 35wt% 및 50wt% PIB를 포함하는 DMDB의 혼합물에 대한 시각적 평가는 점도 곡선이 25wt% PIB를 초과하여 급격히 상승함을 나타내며, 따라서 25wt% 이상의 PIB를 용해하는 스트랜드 차단 케이블 주입용 유체는 허용되는 흐름에 비해 너무 점성이 있을 수 있다. 케이블 주입을 위한 작업 가능한 점도를 유지하려면 약 20wt% PIB의 최대 용해도가 바람직하다. 또한, 약 15 wt% PIB의 최대 용해도가 케이블 주입을 위한 작업 가능한 점도를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. PIB의 용해도를 15wt%로 제한하기 위한 다양한 주입 유체가 아래에 설명되어 있다.
스트랜드 차단 매스틱으로부터 분리된 PIB를 사용하여 3개의 샘플들을 제조하였다. 각각의 샘플은 25wt% PIB 및 75wt% 용매로 구성되었다. 샘플 65A의 경우, 용매는 50wt% 732/30 및 50wt% DMDB이고; 샘플 65B의 경우, 용매는 25wt% 732/30 및 75wt% DMDB이고; 및 샘플 65C의 경우, 용매는 50wt% 732/50 및 50wt% DMDB였다. 샘플을 55°C 오븐에 넣고 제거하고 주기적으로 흔들었다. 밤새 오븐에 방치한 후, 추가로 진탕하여 샘플 65A 및 65C에 남아 있는 PIB를 분산시켰다. 균질한 용액인 샘플 65B에서 명백한 고체 PIB는 없었다. 다른 2개의 샘플들은 황갈색, 덜 점성인 상 및 더 점성이 있는 백색 상이라는 2개의 상들을 함유하였다. 샘플 65A 및 65C의 진탕은 2개의 상의 현탁액을 생성하였다. 이는 PIB가 DMDB와 혼합될 수 있지만 다른 용매를 추가하면 PIB의 용해도를 크게 수정할 수 있음을 나타낸다.
하기 표 14는 23개의 실험들에 대한 세부사항을 포함한다. 이전 작업은 PIB가 732/30, 732/50, 732/80에서 기껏해야 약간의 용해도를 갖는 것으로 나타났다. 표의 처음 세 가지 실험들인 샘플 65A-C는 위에서 논의되었다. PIB는 CBM 또는 PhMDM(페닐메틸디메톡시실란)에 거의 용해되지 않는 것으로 보인다.
TEM에서 PIB의 일부 용해도가 표시되므로 TEM에서 5, 10 및 15wt% PIB를 사용하여 세 가지 실험을 수행하였다. 5% PIB조차도 55°C에서 TEM에 완전히 용해되지 않았다.
PhMDM 자체는 PIB를 거의 용해하지 않으므로 PhMDM과 DMDB를 2:1, 3:2 및 1:1로 혼합하였다. 15% 또는 10% PIB가 포함된 2:1 PhMDM:DMDB에서 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 작은 입자로 분산될 수 있다. 3:2 및 1:1 PhMDM:DMDB에서 균질한 용액은 55°C에서 달성되었지만 용액이 냉각되면 두 번째 상이 형성되었다.
DMDB와 CBM의 다양한 혼합물에서 PIB 용해도가 결정되었다. 15wt% 또는 10wt% PIB에서 불완전 용해도는 75:25, 80:20, 81.8:18.2 및 82.5:17.5의 DMDB 대 CBM 비율에서 관찰되었다. 이 모든 경우에 대부분의 PIB가 용해되고 나머지 PIB는 흔들어서 매우 작은 입자로 분산될 수 있다.
84:16 DMDB:CBM의 비율이 사용된 경우 13.8, 15.0, 20.0 및 25.0wt%의 PIB 농도는 55°C에서 균질한 용액을 제공하였다. 흥미롭게도, 25wt% 용액은 실온으로 냉각한 후에도 균질하게 유지되었지만 더 낮은 농도의 PIB는 냉각 시 두 개의 층들을 형성하였다.
55°C에서 다양한 용매들 및 용매 혼합물에서의 PIB의 용해도
용매 혼합 결과
샘플 ID % PIB 용매 비율
DCB3-65A 25 DMDB:732/30 50:50 얇은 갈색의 상부 층과 두꺼운 흰색/투명한 하부 층으로 구분됨.
DCB3-65B 25 DMDB:732/30 75:25 55°C 및 r.t.에서 균일한 갈색 액체
DCB3-65C 25 DMDB:732/50 50:50 얇은 갈색의 상부 층과 두꺼운 흰색/투명한 하부 층으로 구분됨.
DCB3-65E 15 TEM 일부 PIB가 용해됨. 나머지는 흔들림에 분산됨
DCB3-65I 10 TEM 재료의 약 절반이 용해되고 나머지는 흔들면서 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65K 5 TEM 재료의 3/4 이상이 용해되고 나머지는 흔들면서 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65D 15 PhMDM 24시간 후, PIB는 연화되었지만 용해된 것으로는 거의 보이지 않음.
DCB3-65J 15 DMDB:PhMDM 33:67 많은 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65M 10 DMDB:PhMDM 33:67 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65P 15 DMDB:PhMDM 40:60 균일한 용액이 달성됨.
DCB3-65H 15 DMDB:PhMDM 50:50 균질한 용액이 달성됨. 실온으로 냉각하면 두 번째 상이 형성됨.
DCB3-65F 15 CBM 약간의 PIB가 용해됨
DCB3-65G 15 DMDB:CBM 75:25 재료의 일부는 용해되고 나머지는 흔들면서 작은 조각으로 흩어짐.
DCB3-65O 10 DMDB:CBM 75:25 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65N 15 DMDB:CBM 80:20 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65Q 10 DMDB:CBM 80:20 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65R 15 DMDB:CBM 81.8:18.2 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65S 10 DMDB:CBM 81.8:18.2 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65T-1 14.89 DMDB:CBM 82.5:17.5 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65U-1 9.98 DMDB:CBM 82.7:17.3 대부분의 재료가 용해되고 나머지는 흔들면서 매우 작은 입자로 분산됨.
DCB3-65L 15 DMDB:CBM 83.3:16.7 균질한 용액. 상당한 양의 재료가 실온에서 침전됨.
DCB3-65U-2 9.45 DMDB:CBM 83.7:16.3 매우 작은 분산 입자의 헤이즈로 거의 균질함
DCB3-65Z 25.0 DMDB:CBM 84.0:16.0 55°C에서 형성된 균질한 용액
DCB3-65AA 20.0 DMDB:CBM 84.0:16.0 55°C에서 형성된 균질한 용액
DCB3-65AB 15.0 DMDB:CBM 84.0:16.0 55°C에서 형성된 균질한 용액
DCB3-65T-2 13.8 DMDB:CBM 84.0:16.0 55°C에서 형성된 균질한 용액
다른 세트의 실험에서, 전체 유체 혼합물에서 DMDB의 농도가 25, 20, 15, 10 및 5wt%를 포함하는 TEM 및 DMDB의 유체 혼합물이 만들어졌다. 이들 유체 혼합물 각각을 충분한 PIB와 조합하여 전체 PIB 농도가 15중량%인 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물을 흔들고 55°C 오븐에서 24시간 동안 가열하였다. 25, 20 및 15wt% DMDB가 있는 유체 혼합물의 경우 55°C에서 PIB가 완전히 용해되었다. 10 및 5wt% DMDB를 포함하는 유체 혼합물의 경우 대부분의 PIB가 동일한 조건에서 용해되지만 전부는 아니다. 이러한 결과는 15wt% 미만의 DMDB를 함유하는 TEM과 DMDB의 혼합물이 PIB의 용해도를 15wt%로 제한한다는 것을 나타낸다. 바람직하게는, 유체 혼합물은 10wt% 이하의 DMDB를 함유해야 한다.
일 실시예에서, 유체 제형은 주로 PIB가 가용성인 실란과 가수분해 축합 촉매의 혼합물이다. 바람직한 실시예에서, 유체는 약 <1.0 중량% DDBSA 및 >90.0 wt% 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB), 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB), 디-i-프로필디메톡시실란(DPrDM), 디-n-부틸디메톡시실란(DBDM), 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM)으로 이루어진 제형으로부터 선택된다. 그러나, PIB와 유사한 용해도 결과를 나타내는 다른 실란이 대체될 수 있음을 이해해야 한다.
제2 실시예에서, 유체 제형은 PIB가 가용성인 실란, PIB가 난용성 또는 불용성인 실란 및 가수분해 축합 촉매의 혼합물이다. 하나의 바람직한 실시예에서, 유체 제형은 약 <1.0wt% DDBSA, >10wt% 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB), 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB), 디-i-프로필디메톡시실란(DPrDM), 디-n-부틸디메톡시실란(DBDM) 또는 디메틸디메톡시실란(DMDM) 및 >40 wt% 시아노부틸메틸디메톡시실란(CBM), 페닐메틸디메톡시실란(PhMDM), 또는 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM)으로 이루어진다. 그러나, PIB와 유사한 용해도 결과를 나타내는 다른 실란이 대체될 수 있음을 이해해야 한다. PIB가 가용성인 실란, PIB가 난용성 또는 불용성인 실란 및 가수분해 축합 촉매를 포함하는 다른 바람직한 실시예에서, PIB가 가용성인 실란의 상대적 양 및 PIB가 난용성 또는 불용성인 실란의 양은 실란 혼합물에서 PIB의 용해도를 55°C에서 15wt% 이하로 제한하도록 조정된다. 예를 들어, 1 파트 DMDB 대 9 파트들 TEM으로 구성된 실란 혼합물과 <1wt% DDBSA로 구성된 유체는 55°C에서 PIB의 용해도를 <15wt%로 제한하는 그러한 유체를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 유체 제형은 PIB가 가용성인 실란, 유기 퍼옥사이드 및 가수분해 축합 촉매의 혼합물이다. 하나의 바람직한 실시예에서, 유체 제형은 약 1.0wt% 미만의 DDBSA, 10wt% 미만의 디쿠밀 퍼옥사이드 또는 기타 유기 또는 아릴 퍼옥사이드 및 >25wt%의 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB), 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB), 디-i-프로필디메톡시실란(DPrDM), 디-n-부틸디메톡시실란(DBDM), 또는 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM)으로 이루어진다. 그러나, PIB와 유사한 용해도 결과를 나타내는 다른 실란이 대체될 수 있음을 이해해야 한다.
예시 3:
주입 유체, 주입 어댑터를 절연체에 부착하는 방법, 온도 및 압력 선택이 주입 시간과 주입되는 유체 체적에 미치는 영향을 입증하기 위해 일련의 테스트가 수행되었다.
이 연구에서는 두 가지 유체 제형들이 평가되었다. 첫 번째는 주로 TEM, CBM 및 상업적으로 732-50으로 알려진 가수분해 축합 촉매(DDBSA)의 유체 블렌드이다. 두 번째 제형은 가수분해 축합 촉매 DDBSA가 포함된 DMDB이다.
도 4에 도시된 것과 같은 테스트 장치를 사용하여, 표 15에 따라 17개의 샘플들을 제조하였다. 모든 샘플들은 20피트로 측정되었으며 다양한 제조사들과 빈티지들의 스트랜드 차단 케이블로 제작되었다.
예시 3에 대한 테스트 매트릭스.
시험 케이블 케이블 제조업체 케이블 빈티지 충전% 압력(psi) 온도(°C) 유체 IA 크기
1 A Prysmian 2020 46% 350 30 732-50 B
2 A Prysmian 2020 46% 100 70 732-50 C
3 A Prysmian 2020 46% 350 30 732-50 C
4 A Prysmian 2020 46% 100 70 732-50 B
5 A Prysmian 2020 46% 350 30 DMDB B
6 A Prysmian 2020 46% 100 70 DMDB B
7 A Prysmian 2020 46% 350 30 DMDB C
8 A Prysmian 2020 46% 100 70 DMDB C
9 A Prysmian 2020 46% 200 50 DMDB C
10 B Prysmian 2019 47% 200 50 DMDB C
11 B Prysmian 2019 47% 350 30 DMDB B
12 C BICC 2008 59% 200 50 DMDB D
13 C BICC 2008 59% 350 30 DMDB E
14 D Southwire 2004 47% 200 50 DMDB D
15 D Southwire 2004 47% 350 30 DMDB C
16 E Nexans 2019 64% 350 30 DMDB C
17 E Nexans 2019 64% 100 70 DMDB C
각 시험도에 대한 결과는 표 16에 나와 있다.
예시 3에 대한 결과.
시도 케이블 전도체 온도(°C) 주입 압력(psi) 유체 IA 주입 시간(분) 주입 체적(cc/ft) 300 피트에 대한 주입 시간(시)
1 A 30 350 732-50 4-2 4.3 1.4 1.1
2 A 70 100 732-50 4-2 2.5 1.6 0.6
3 A 30 350 732-50 3-2 4.0 1.0 1.0
4 A 70 100 732-50 3-2 3.0 1.2 0.8
5 A 30 350 DMDB 4-2 2.8 1.1 0.7
6 A 70 100 DMDB 4-2 2.3 1.9 0.6
7 A 30 350 DMDB 3-2 2.2 1.4 0.5
8 A 70 100 DMDB 3-2 2.7 1.5 0.7
9 A 50 200 DMDB 4-2 1.0 1.3 0.3
10 B 50 200 DMDB 4-2 4.5 1.6 1.1
11 B 30 350 DMDB 3-2 7.5 1.6 1.9
12 C 50 200 DMDB 5-2 7.8 1.8 2.0
13 C 30 350 DMDB 6-2 15.0 1.4 3.8
14 D 50 200 DMDB 5-2 13.8 1.3 3.5
15 D 30 350 DMDB 4-2 31.3 1.5 7.8
16 E 30 350 DMDB 4-2 22.8 0.7 5.7
17 E 70 100 DMDB 4-2 - 1.5 -
그런 다음 처리된 케이블을 500시간 동안 55°C 수조에 두어 절연 처리를 가속화하였다. 케이블 절연 처리 수준을 정량화하기 위해 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)이 사용되었다. 도 13은 처리된 절연체의 단면 웨이퍼와 유사하지만 처리되지 않은 절연체 웨이퍼에 대한 FTIR 분광기의 예시적인 예를 제공한다. 그래프는 화학 결합의 IR 흡광도를 측정한다. 실리콘 케이블 주입의 경우 1260 cm-1에서의 흡광도는 실리콘-탄소 결합의 존재를 나타내므로 특히 중요하다. 1260cm-1에서 처리된 샘플과 처리되지 않은 샘플을 비교하면 실리콘 주입 유체가 있음을 알 수 있다. 1260cm-1 및 1308cm-1의 피크를 비교하는 정량적 루틴을 수행하여 폴리에틸렌 절연체에서 실리콘 주입 유체의 중량 퍼센트를 정량화할 수 있다. 이 정량화의 결과는 도 14에 나와 있다. 이 예시적인 예에서, 내부 전도체 실드와 외부 절연 실드 사이의 농도 프로파일은 5개의 개별 포인트들에서 측정된다. 이 프로파일은 전도체 실드의 높은 실리콘 농도 영역에서 바깥쪽 에지의 싱크까지 일반적인 하향 경사 농도 프로파일을 나타낸다. 500시간에서 측정된 프로파일의 경우 외부 에지에서 거의 0으로 떨어지는 전도체 실드 인터페이스 근처에서 0.90wt%의 피크 값이 측정되었다.
전술한 실시예는 상이한 다른 구성요소들 내에 포함되거나 이와 연결된 상이한 구성요소들을 도시한다. 그러한 도시된 아키텍처는 단지 예시일 뿐이며 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처가 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 개념적 의미에서 동일한 기능을 달성하기 위한 구성요소들의 배열은 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서 본 명세서에서 특정 기능을 달성하기 위해 결합된 두 구성요소들은 아키텍처 또는 중간 구성요소에 관계없이 원하는 기능이 달성되도록 서로 "관련된" 것으로 볼 수 있다. 유사하게, 그렇게 연관된 임의의 2개의 구성요소들은 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "동작가능하게 연결"되거나 "동작가능하게 결합"된 것으로 볼 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 명세서의 교시에 기초하여, 변경 및 수정은 본 발명 및 이의 더 넓은 양태에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있으며, 따라서 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 모든 변경 및 수정을 그 범위 내에 포함해야 한다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해해야 한다. 일반적으로 본 명세서에서, 특히 첨부된 청구범위(예를 들어, 첨부된 청구범위의 본문)에서 사용되는 용어는 일반적으로 "개방된" 용어로 의도된다는 것이 관련 기술분야의 기술자에 의해 이해될 것이다(예를 들어, "포함하는"이라는 용어는 "포함하지만 이에 제한되지 않는"으로 해석되어야 하고, "가지는"이라는 용어는 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하고, 용어 "포함하다"는 "포함하지만 제한되지 않는다"로 해석되어야 한다). 특정 수의 도입된 청구범위 인용이 의도된 경우, 그러한 의도는 청구범위에 명시적으로 인용될 것이며, 그러한 인용이 없을 경우 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해 다음의 첨부된 청구범위에는 청구 내역을 소개하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 소개 문구의 사용이 포함될 수 있다. 그러나 그러한 문구의 사용이 부정관사("a" 또는 "an")에 의한 청구범위 인용의 도입이 동일한 주장에 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"의 도입구와 용어("a" 또는 "an")와 같은 부정관사가 포함된 경우에도 그러한 도입된 청구범위 인용을 포함하는 특정 청구범위를 단 하나의 그러한 인용만을 포함하는 발명으로 제한한다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 되며(예를 들어, 단수 표현("a" 및/또는 "an")은 일반적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 함); 이는 클레임 인용을 도입하기 위해 사용되는 정관사를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 또한, 도입된 청구항 문헌의 특정 번호가 명시적으로 인용되더라도, 당업자는 그러한 인용이 일반적으로 적어도 인용된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 함을 인식할 것이다(예를 들어, 다른 수식어가 없는 "2개의 인용"의 단순한 인용은 일반적으로 적어도 2개의 인용 또는 2개 이상의 인용을 의미함).
따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의한 경우를 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (39)

  1. PIB 기반 매스틱(mastic)에 의해 차단된 그 사이에 틈새 체적(interstitial volume)을 갖는 복수의 전도체 스트랜드(strand)들로 구성된 전도체를 갖는 스트랜드 차단 케이블(strand-blocked cable)을 재생(rejuvenating)하는 방법으로서, 상기 전도체는 고분자 케이블 절연체(insulation)로 둘러싸이고, 상기 방법은:
    상기 케이블의 케이블 단부들을 밀봉하고 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 유체를 주입하는 데 사용가능한 주입 어댑터(injection adapter)들을 설치하는 단계;
    상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 압력의 적용을 통해 상기 고분자 케이블 절연체를 탄성적으로 팽창시키는 단계; 및
    상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적 내로 상기 PIB 기반 매스틱이 적어도 부분적으로 용해가능한 적어도 하나의 주입 유체를 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 주위 T0보다 높은 T1의 케이블 온도로 상기 케이블을 가열하는 단계 및 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적으로 상기 적어도 하나의 주입 유체를 주입하는 동안 상기 케이블을 적어도 케이블 온도 T1으로 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 고분자 케이블 절연체의 탄성 변형이 촉진되는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 케이블 온도 T1은 주변 T0보다 적어도 20°C 높고, 압력 P1은 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 적용되며, 압력 P1은 케이블 온도 T1에서 상기 고분자 케이블 절연체의 탄성 한계(elastic limit)보다 작지만 케이블 온도 T1에서 상기 케이블의 상기 탄성 한계의 25%보다 큰, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체가 상기 전도체의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적을 채우면 상기 케이블 온도는 케이블 온도 T2로 증가되고 상기 압력은 압력 P2로 감소되고, 케이블 온도 T2는 케이블 온도 T1보다 크거나 같고 압력 P2는 케이블 온도 T2에서 상기 케이블의 상기 탄성 한계보다 작은, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체의 적어도 하나의 컴포넌트는 부톡시-실란, 프로폭시-실란, 에톡시-실란, 및 메톡시-실란의 패밀리 중 하나로부터 선택되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체의 적어도 하나의 컴포넌트는 디오가노디부톡시실란, 디오가노디프로폭시실란, 디오가노디에톡시실란, 또는 디오가니디메톡시실란의 계열 중 하나로부터 선택되는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 PIB가 적어도 부분적으로 용해가능한 적어도 하나의 수응축성 실란(water condensable silane) 및 가수분해 축합 촉매(hydrolysis condensation catalyst)로 구성되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수응축성 실란은 디메틸디메톡시실란(DMDM), 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB), 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB), 디-i-프로필디메톡시실란(DPrDM), 디-n-부틸디메톡시실란(DBDM), 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM) 중 하나인, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체에서 상기 PIB 기반 매스틱의 상기 PIB 부분의 용해도가 55°C에서 1 내지 50 wt%인, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체에서 상기 PIB 기반 매스틱의 상기 PIB 부분의 용해도가 55°C에서 5 내지 20 wt%인, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 0wt%의 상기 PIB 기반 매스틱이 용해된 상태에서 20°C에서 3cSt 미만의 점도를 갖는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 15wt%의 상기 PIB 기반 매스틱이 용해된 상태에서 20°C에서 20cSt 미만의 점도를 갖는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 주입 어댑터들은 상기 고분자 케이블 절연체의 적어도 0.8%의 방사상 열 팽창을 수용하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 유기 퍼옥사이드를 함유하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 아릴 퍼옥사이드를 함유하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 0과 10wt% 사이의 디-쿠밀 퍼옥사이드를 함유하는, 방법.
  17. 제1항에 있어서, PIB 기반 매스틱을 제거함으로써 적어도 10% 더 많은 틈새 체적을 생성하기 위해 상기 전도체 스트랜드들의 상기 틈새 체적을 통해 상기 적어도 하나의 주입 유체를 플러싱(flushing)하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. PIB 기반 매스틱에 의해 차단된 그 사이의 틈새 체적을 갖는 복수의 전도체 스트랜드들로 구성된 전도체를 갖는 스트랜드 차단 케이블을 재생하는 방법으로서, 상기 전도체는 고분자 케이블 절연체로 둘러싸이고, 상기 방법은:
    상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적 내로 상기 PIB 기반 매스틱이 적어도 부분적으로 용해되는 적어도 하나의 주입 유체를 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 주위 T0보다 높은 T1의 케이블 온도로 상기 케이블을 가열하는 단계 및 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적으로 상기 적어도 하나의 주입 유체를 주입하는 동안 상기 케이블을 적어도 케이블 온도 T1으로 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 고분자 케이블 절연체의 탄성 변형이 촉진되는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 케이블 온도 T1은 주변 T0보다 적어도 20°C 높고, 압력 P1은 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 적용되며, 압력 P1은 상기 케이블 온도 T1에서 상기 고분자 케이블 절연체의 탄성 한계보다 작지만 케이블 온도 T1에서 상기 케이블의 상기 탄성 한계의 25%보다 큰, 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체가 상기 전도체의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적을 채우면 상기 케이블 온도는 케이블 온도 T2로 증가되고 상기 압력은 압력 P2로 감소되고, 케이블 온도 T2는케이블 온도 T1보다 크거나 같고 압력 P2는 케이블 온도 T2에서 상기 케이블의 상기 탄성 한계보다 작은, 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체의 적어도 하나의 컴포넌트는 부톡시-실란, 프로폭시-실란, 에톡시-실란, 및 메톡시-실란의 패밀리 중 하나로부터 선택되는, 방법.
  23. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체의 적어도 하나의 컴포넌트는 디오가노디부톡시실란, 디오가노디프로폭시실란, 디오가노디에톡시실란, 또는 디오가니디메톡시실란의 계열 중 하나로부터 선택되는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 PIB가 적어도 부분적으로 용해가능한 적어도 하나의 수응축성 실란 및 가수분해 축합 촉매로 구성되는, 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수응축성 실란은 디메틸디메톡시실란(DMDM), 디메틸디-n-부톡시실란(DMDB), 톨릴에틸메틸디-n-부톡시실란(TEMDB), 디-i-프로필디메톡시실란(DPrDM), 디-n-부틸디메톡시실란(DBDM), 톨릴에틸메틸디메톡시실란(TEM) 중 하나인, 방법.
  26. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체에서 상기 PIB 기반 매스틱의 상기 PIB 부분의 용해도가 55°C에서 1 내지 50 wt%인, 방법.
  27. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체에서 상기 PIB 기반 매스틱의 상기 PIB 부분의 용해도가 55°C에서 5 내지 20 wt%인, 방법.
  28. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 0wt%의 상기 PIB 기반 매스틱이 용해된 상태에서 20°C에서 3cSt 미만의 점도를 갖는, 방법.
  29. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 15wt%의 상기 PIB 기반 매스틱이 용해된 상태에서 20°C에서 20cSt 미만의 점도를 갖는, 방법.
  30. 제18항에 있어서, 상기 케이블의 케이블 단부들을 밀봉하고 상기 적어도 하나의 주입 유체를 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적으로 주입하는 데 이용가능한 주입 어댑터들을 설치하는 단계를 더 포함하고, 상기 주입 어댑터들은 상기 고분자 케이블 절연체의 적어도 0.8%의 방사상 열 팽창을 수용하도록 구성되는, 방법.
  31. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 유기 퍼옥사이드를 함유하는, 방법.
  32. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 아릴 퍼옥사이드를 함유하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체는 0과 10wt% 사이의 디-쿠밀 퍼옥사이드를 함유하는, 방법.
  34. 제18항에 있어서, PIB 기반 매스틱을 제거함으로써 적어도 10% 더 많은 틈새 체적을 생성하기 위해 상기 전도체 스트랜드들의 상기 틈새 체적을 통해 상기 적어도 하나의 주입 유체를 플러싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  35. PIB 기반 매스틱에 의해 차단된 그 사이의 틈새 체적을 갖는 복수의 전도체 스트랜드들로 구성된 전도체를 갖는 스트랜드 차단 케이블을 재생하는 방법으로서, 상기 전도체 스트랜드들은 고분자 케이블 절연체로 둘러싸이고, 상기 방법은:
    상기 케이블의 케이블 단부들을 밀봉하고 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 유체를 주입하는 데 사용할 수 있고 상기 고분자 케이블 절연체의 약 0.8% 방사형 열 팽창을 수용하는 주입 어댑터들을 설치하는 단계;
    상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 압력의 적용을 통해 상기 고분자 케이블 절연체를 탄성적으로 팽창시키는 단계; 및
    적어도 하나의 주입 유체를 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제35항에 있어서, 주위 T0보다 높은 T1의 케이블 온도로 상기 케이블을 가열하는 단계 및 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적으로 상기 적어도 하나의 주입 유체를 주입하는 동안 상기 케이블을 적어도 케이블 온도 T1으로 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 고분자 케이블 절연체의 탄성 변형이 촉진되는, 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 케이블 온도 T1은 주변 T0보다 적어도 20°C 높고, 압력 P1은 상기 케이블의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적에 적용되며, 압력 P1은 케이블 온도 T1에서 상기 고분자 케이블 절연체의 탄성 한계보다 작지만 케이블 온도 T1에서 상기 케이블의 상기 탄성 한계의 25%보다 큰, 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주입 유체가 상기 전도체의 상기 전도체 스트랜드들 사이의 상기 틈새 체적을 채우면 상기 케이블 온도는 케이블 온도 T2로 증가되고 상기 압력은 압력 P2로 감소되고, 케이블 온도 T2는 케이블 온도 T1보다 크거나 같고 압력 P2는 케이블 온도 T2에서 상기 케이블의 상기 탄성 한계보다 작은, 방법.
  39. 제35항에 있어서, 상기 주입 어댑터들은 상기 고분자 케이블 절연체의 적어도 0.8% 방사상 열 팽창을 수용하는, 방법.
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