KR20220162070A - 파손 검출 기능을 갖는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파손 검출 기능을 갖는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가공송전선을 철탑에 설치 직전 또는 가공송전선의 설치를 위한 클램프 작업 직전뿐만 아니라 가공송전선을 철탑에 설치한 이후에도 용이하고 정확하게 중심인장선의 파손 여부를 검출할 수 있고, 또한 중심인장선의 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 동시에, 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있으며, 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다.
Description
본 발명은 파손 검출 기능을 갖는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가공송전선을 철탑에 설치 직전 또는 가공송전선의 설치를 위한 클램프 작업 직전뿐만 아니라 가공송전선을 철탑에 설치한 이후에도 용이하고 정확하게 중심인장선의 파손 여부를 검출할 수 있고, 또한 중심인장선의 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 동시에, 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있으며, 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 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 탄소섬유강화복합재로 이루어진 코어층(11) 및 상기 코어층(11)과 상기 도체선(20) 사이의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)에 의한 상기 도체선(20)의 부식을 억제하기 위한 것으로 유리섬유강화복합재로 이루어진 커버층(12)을 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 종래 가공송전선은 상기 중심인장선(10)의 커버층(12)을 구성하는 유리섬유강화복합재의 높은 비중, 예를 들어, 2.0 g/㎤ 정도의 비중에 의해 가공송전선의 경량화에 한계가 있고 이에 따라 이도 특성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유리섬유강화복합재의 높은 경도에 의해 상기 중심인장선의 둘레에 배치되어 상기 커버층(12)과 접촉 및 마찰하는 도체선(20)이 손상되어, 결과적으로 상기 도체선(20)의 단면적 감소에 의한 저항증가 및 송전량 저감의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상대적으로 고가인 유리섬유강화복합재의 적용에 의해 가공송전선의 제조비용이 증가하는 문제도 있다.
또한, 종래 가공송전선은 상기 중심인장선(10)의 둘레에 상기 도체선(20)이 배치되기 때문에 가공송전선의 설치 직전에 이의 내부에 배치된 중심인장선(10)의 파손 여부를 확인할 수 없는 문제가 있고, 한편 상기 중심인장선(10)의 내부에 광섬유를 삽입하고 상기 중심인장선(10)의 한 쪽 단부에 광전송장치를 전송하여 특정 파장의 광을 전송하고, 상기 중심인장선(10)의 다른 쪽 단부에 광검출장치를 장착하여 상기 전송된 광이 검출되는지 여부를 확인하여 광섬유의 파손 여부를 확인하고 이에 따라 중심인장선(10)의 파손 여부를 확인하는 기술이 적용된 바 있다.
그러나, 상기 중심인장선(10) 내부에 광섬유를 삽입하는 경우 상기 중심인장선(10)의 파손에도 불구하고 광섬유는 파손되지 않거나, 반대로 상기 중심인장선(10)은 파손되지 않았으나 광섬유만 파손되는 등, 중심인장선의 파손 여부를 정확히 검출하기 어려운 문제가 있다.
또한, 중심인장선(10)의 양단에 각각 광전송장치 및 광검출장치를 장착하여 파손 여부를 확인하는 방식이므로, 가공송전선의 클램프 작업 전에만 파손 여부 확인이 가능하고, 가공송전선의 설치 이후에는 파손 여부를 검출할 수 없다는 문제가 있다.
나아가, 상기 중심인장선(10) 내부에 삽입된 광섬유의 일단으로부터 타단까지 전달되는 광신호를 육안으로 관찰하는 경우 광섬유가 완전히 끊어진 것인지 여부만이 검출 가능하고 광섬유 및 중심인장선의 파손이 발생한 부분이 어디인지에 대한 검출이 불가능하다.
따라서, 가공송전선을 철탑에 설치 직전 또는 가공송전선의 설치를 위한 클램프 작업 직전뿐만 아니라 가공송전선의 설치 이후에도 용이하고 정확하게 중심인장선의 파손 여부, 파손 위치를 검출할 수 있고, 또한 중심인장선의 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 동시에, 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있으며, 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 가공송전선을 철탑에 설치 직전 또는 가공송전선의 설치를 위한 클램프 작업 직전뿐만 아니라 가공송전선의 설치 이후에도 용이하고 정확하게 중심인장선의 파손 여부, 파손 위치를 검출할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
가공송전선용 중심인장선으로서, 열경화성 수지 매트릭스에 보강 섬유가 포함된 섬유강화플라스틱을 포함하는 코어층; 및 상기 코어층 내부에 삽입되되, 하나 이상의 광섬유 및 이를 둘러싸는 보호튜브를 포함하는 검출부를 포함하고, 상기 보호튜브는 상기 코어층에 포함된 보강 섬유가 침투한 계면층 및 상기 보강 섬유가 침투하지 않은 내부층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 계면층은 상기 보호튜브를 이루고 있는 고분자 수지와 상기 보강 섬유가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 보호튜브의 임의의 횡단면에서, 상기 보호튜브 외곽 원주 기준으로 상기 계면층이 차지하는 길이가 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 보호튜브의 임의의 횡단면에서, 상기 계면층은 두께가 5 ㎛ 이상인 영역을 포함하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 보호튜브의 임의의 횡단면에서, 상기 계면층은 평균 두께가 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 중심인장선의 임의의 횡단면에서 상기 코어층의 단면적을 기준으로 상기 검출부의 단면적의 비율인 단면적율이 1 내지 12%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 검출부를 포함한 상기 중심인장선의 인장강도는 2,800 MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 아래 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
[수학식 1]
0 ≤ (b-a) ≤ (코어층 외경의 50%)
상기 수학식 1에서,
b는 상기 검출부 표면과 상기 코어층 표면 사이의 거리 중 가장 긴 거리인 최대 거리를 의미하고,
a는 상기 검출부 표면과 상기 코어층 표면 사이의 거리 중 가장 짧은 거리인 최소 거리를 의미한다.
한편, 상기 보호튜브는 인장강도가 60 MPa 이상, 신율이 5% 이상, 인장탄성률이 2000 MPa 이상, 굴곡강도가 90 MPa 이상, 굴곡탄성률이 2500 MPa 이상, 융점이 100 내지 260℃이고 유리전이온도가 80 내지 82℃인 고분자 수지로 이루어진 절연 튜브인 것을 특징으로 하는 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 고분자 수지는 폴리염화비닐(PVC) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 보강섬유는 탄소섬유를 포함하고, 상기 탄소섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유를 포함하고, 인장강도가 3.5 내지 5.0 GPa, 탄성률이 140 내지 600 GPa, 열팽창계수가 0 ㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 탄소 섬유의 총 체적율은 상기 코어층에서 상기 검출부를 제외한 체적을 기준으로 50 내지 85%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 탄소 섬유의 총 체적율은 아래와 같이 정의할 수 있다.
탄소섬유의 총 체적율(%) = (탄소섬유의 총 체적/코어층에서 검출부를 제외한 체적)×100
또한, 상기 열경화성 수지 매트릭스는 유리전이온도(Tg)가 205℃ 이상인 베이스 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 검출부는 상기 보호튜브와 상기 광섬유 사이에 형성된 간극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
나아가, 상기 코어층을 감싸고 전기전도성이 55 내지 64%IACS인 금속 소재로 이루어진 커버층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 금속 소재는 알루미늄 소재를 포함하고, 상기 커버층의 두께는 0.3 내지 2.5 mm인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 코어층과 상기 커버층 사이에 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 가공송전선용 중심인장선; 및 상기 가공송전선용 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선을 제공한다.
본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 내부에 보호튜브로 보호된 광섬유를 포함하는 검출부를 포함하고 이러한 검출부를 통해 OTDR(Optical Time Domain Deflectometers) 방식으로 중심인장선의 손상 여부를 검출하기 때문에 용이하고 정확하게 중심인장선의 파손 여부, 파손 위치를 검출할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 고분자 수지에 탄소섬유 등의 보강섬유가 포함된 섬유강화플라스틱 소재로 이루어지는 동시에 내부에 포함된 검출부의 단면적 비율을 정밀하게 조절함으로써 충분한 인장강도를 확보하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 우수한 효과를 나타낸다.
그리고, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 커버층의 알루미늄 튜브를 통해 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 비중 및 제조비용이 낮은 소재의 적용을 통해 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 가공송전선의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 하나의 실시예에 관한 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에서 보호튜브의 계면층이 형성된 경우와 계면층이 형성되지 않은 경우의 전자 현미경 사진이다.
도 4는 도 2에서 보호튜브의 계면층의 두께를 측정하는 방법에 관한 참고도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 2에 도시된 가공송전선용 중심인장선 중 코어층의 말단에서 검출부가 노출된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 가공송전선용 중심인장선 일 말단이 클램프에 체결된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 OTDR(Optical Time Domain Deflectometers) 방식으로 중심인장선의 손상 여부를 검출하는 예시를 보여주는 개요도이다.
도 8은 도 2에 도시된 가공송전선용 중심인장선 중 코어층에서 검출부의 위치에 관한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 실시예에서 중심인장선의 벤딩 테스트 방법 및 보호튜브에 계면층이 형성된 경우의 OTDR 검출 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예에서 보호튜브에 계면층이 형성되지 않은 경우의 파단 시험 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 하나의 실시예에 관한 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에서 보호튜브의 계면층이 형성된 경우와 계면층이 형성되지 않은 경우의 전자 현미경 사진이다.
도 4는 도 2에서 보호튜브의 계면층의 두께를 측정하는 방법에 관한 참고도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 2에 도시된 가공송전선용 중심인장선 중 코어층의 말단에서 검출부가 노출된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 가공송전선용 중심인장선 일 말단이 클램프에 체결된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 OTDR(Optical Time Domain Deflectometers) 방식으로 중심인장선의 손상 여부를 검출하는 예시를 보여주는 개요도이다.
도 8은 도 2에 도시된 가공송전선용 중심인장선 중 코어층에서 검출부의 위치에 관한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 실시예에서 중심인장선의 벤딩 테스트 방법 및 보호튜브에 계면층이 형성된 경우의 OTDR 검출 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예에서 보호튜브에 계면층이 형성되지 않은 경우의 파단 시험 결과를 나타내는 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 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 도 2에서 보호튜브의 계면층이 형성된 경우와 계면층이 형성되지 않은 경우의 전자 현미경 사진이며, 도 4는 도 2에 도시된 가공송전선용 중심인장선 중 코어층의 말단에서 검출부가 노출된 모습을 개략적으로 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시된 가공송전선용 중심인장선 일 말단이 클램프에 체결된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선(100)은 섬유강화플라스틱으로 이루어진 코어층(110), 상기 코어층(110)의 내부에 구비되고 보호튜브(121) 내부의 중공에 삽입된 광섬유(122)를 포함하는 검출부(120) 등을 포함할 수 있고, 선택적으로 상기 코어층(110)을 감싸는 커버층(130) 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 중심인장선(100)은 이의 둘레에 배치되는 도체선을 포함하는 가공송전선이 철탑 사이에 가설되는 경우 상기 중심인장선(100)의 길이방향으로 인장력이 작용하게 되므로 상기 가공송전선의 길이방향으로 연속적으로 연장되도록 형성하여 충분한 항장력을 확보할 수 있다.
상기 코어층(110)은 열경화성 수지 매트릭스에 보강 섬유가 포함된 섬유강화플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 열경화성 수지 매트릭스는 유리전이온도(Tg)가 205℃ 이상인 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. 상기 베이스 수지의 유리전이온도(Tg)가 200℃ 미만인 경우 상기 중심인장선(100)의 내열성이 불충분하여 운용 온도가 약 180℃인 가공송전선에 적용할 수 없다.
한편, 상기 베이스 수지의 유리전이온도(Tg)는 DMA(Dynamic Maechanical Analyzer)를 이용하여 평가할 수 있으며, 평가 설비는 TA Instrument사의 DMA 설비를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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.
상기 보강 섬유는 탄소 섬유, 합성 섬유 등을 포함할 수 있고, 특히 상기 탄소 섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유로서 3.5 내지 5.0 GPa의 인장강도, 140 내지 600 GPa의 탄성률, 0에 가깝거나 0 ㎛/m℃ 이하인 열팽창계수를 보유할 수 있다. 상기 탄소 섬유의 직경이 3 ㎛ 미만인 경우 제조가 어려워 비경제적인 반면, 35 ㎛ 초과인 경우 인장강도가 크게 저하될 수 있다.
상기 탄소 섬유는 상기 열경화성 수지 매트릭스의 베이스 수지와의 상용성 향상을 위해 표면처리될 수 있다. 상기 탄소 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 탄소 섬유의 표면에는 다수의 반응기가 도입되게 되는데, 이러한 반응기들은 고분자 수지와 반응함으로써 섬유간의 뭉침현상을 막아주어 최종제품의 물성에 영향을 주는 기포나 결점을 제거하게 되고, 이로써 고강도 탄소 섬유와 열경화성 수지와의 계면 결합성 및 고강도 탄소 섬유의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 탄소 섬유의 총 체적율은 상기 코어층에서 검출부를 제외한 체적을 기준으로 50 내지 85%, 바람직하게는 75 내지 83%일 수 있다. 여기서, 상기 탄소 섬유의 총 체적율은 아래와 같이 정의할 수 있다.
탄소섬유의 총 체적율(%) = (탄소섬유의 총 체적/코어층에서 검출부를 제외한 체적)×100
여기서, 상기 탄소 섬유의 체적율이 50% 미만인 경우 상기 중심인장선의 인장강도가 불충분하여 가공송선전의 이도 특성이 저하될 수 있는 반면, 85% 초과인 경우 상기 중심인장선의 유연성이 불충분하여 가공송전선의 가선 작업성이 저하될 수 있고, 탄소 섬유간의 뭉침현상이 증가되어 상기 코어층 내부에 기포나 갈라짐 현상이 일어나 물성과 작업성이 크게 저하될 수 있다.
한편, 상기 검출부(120)는 보호튜브(121) 및 상기 보호튜브(121) 내부의 중공에 삽입된 하나 이상의 광섬유(122)를 포함할 수 있다. 상기 보호튜브(121)는 내부에 광섬유(122)를 삽입할 수 있는 중공을 갖는다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 인장강도가 60 MPa 이상, 신율이 5% 이상, 인장탄성률이 2000 MPa 이상, 굴곡강도가 90 MPa 이상, 굴곡탄성률이 2500 MPa 이상인 고분자 수지, 바람직하게는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리염화비닐(PVC), 바람직하게는 융점이 100 내지 260℃이고 유리전이온도가 80 내지 82℃인 폴리염화비닐(PVC)로 이루어진 절연 튜브 등을 적용할 수 있으며, 상기 보호튜브(121) 내부에는 상기 광섬유(122)를 보호하기 위한 젤리 컴파운드 등이 선택적으로 충진될 수 있다.
한편, 상기 검출부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 보호튜브(121)와 상기 광섬유(122) 사이에 형성된 간극을 포함할 수 있다. 상기 중심인장선(100)의 일 말단에서 부분적으로 코어층(110)을 제거하여 상기 광섬유(122)를 노출시켜야 OTDR 장비를 연결할 수 있는데, 상기 광섬유(122)를 용이하게 노출하기 위해서는 상기 광섬유(122)와 보호튜브(121)가 별도로 거동할 수 있을 정도의 접합력이 요구되므로, 상기 광섬유(122)와 보호튜브(121) 사이에 간극을 형성하는 것이 상기 광섬유(122)의 탈피에 유리할 수 있다.
또한, 상기 보호튜브(121)와 상기 광섬유(122)의 사이에 형성된 간극의 면적은 일정 수준을 만족해야 하는데, 간극이 너무 크면 상기 코어층(110)의 파단시에도 검출이 잘 되지 않을 수 있으며, 간극이 너무 작으면 가공송전선에 이도(sag)가 발생하는 경우 광섬유(122)가 파단될 수 있다. 바람직하게는, 상기 보호튜브(121) 내의 공간 안에서 상기 광섬유(122)가 차지하는 점적률은 50 내지 90%를 유지할 정도의 간극을 형성할 수 있다.
특히, 상기 보호튜브(121)는 상기 중심인장선(100)의 압출 공정에서 공정 조건을 조절함으로써 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 표면의 일부 영역에 상기 코어층(110)에 포함된 보강 섬유가 침투한 계면층(121a)과 보강 섬유가 침투하지 않은 내부층(121b)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 계면층(121a)은 상기 보호튜브(121)를 이루고 있는 고분자 수지와 상기 보강 섬유가 혼합되어 있는 층을 의미할 수 있다. 이와 같이, 상기 계면층(121a)을 형성함으로써, 상기 코어층(110)과 상기 보호튜브(121)의 결합력이 강화될 수 있다. 결과적으로, 상기 코어층(110)과 상기 검출부(120)는 매우 긴밀하게 서로 결합됨으로써 일체로 거동하여 상기 코어층(110)의 파단시에도 상기 코어층(110)과 상기 보호튜브(121)가 결합을 유지함으로써 충격이 상기 검출부(120) 내의 광섬유(122)에 최대한 그대로 전달되어 상기 코어층(110)의 파단 여부를 더욱 정밀하게 검출할 수 있다.
여기서, 상기 계면층(121a)은 상기 보호튜브(121)를 형성하는 고분자 수지에 상기 보강섬유가 침투함으로써 형성되고, 상기 보호튜브(121)의 임의의 단면에서 상기 보호튜브(121) 외곽 원주 기준으로 차지하는 상기 계면층이 차지하는 길이가 60% 이상일 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 보호튜브(121)의 임의의 횡단면에서, 상기 계면층(121a)은 두께가 5 ㎛ 이상인 영역을 포함할 수 있고, 더 바람직하게는, 상기 계면층(121a)의 두께는 평균 두께 5 ㎛ 이상, 예를 들어 5 ㎛ 내지 상기 보호튜브(121)의 전체 두께 미만일 수 있다.
여기서, 상기 계면층(121a)의 평균 두께는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 검출부(120)의 중심을 지나는 수평선, 수직선, 상기 수평선과 45°각도를 이루는 대각선 및 상기 수평선과 135°각도를 이루는 대각선이 상기 계면층(121a)과 만나는 8개의 지점에서의 두께를 측정하여 평균한 값을 의미할 수 있다.
여기서, 상기 계면층(121a)이 상기 보호튜브(121) 외곽 원주 전체를 기준으로 차지하는 길이가 60% 미만이거나 두께가 5 ㎛ 이상인 영역을 포함하지 않거나 평균 두께가 5 ㎛ 미만인 경우 상기 보호튜브(121)와 상기 코어층(110) 사이의 긴밀한 결합이 불충분해 상기 코어층(110)과 상기 검출부(120)가 별도로 거동함으로써 상기 코어층(110)의 파단 여부를 정밀하게 검출하기 어려울 수 있다. 즉, 상기 코어층(110)에 충격이 가해져서 상기 코어층(110)의 파단이 발생하였음에도 불구하고 상기 검출부(120) 내의 상기 광섬유(122)에 충격이 전달되지 않아 상기 코어층(110)의 파단 여부를 검출하지 못할 수 있다.
이러한 계면층(121a)을 형성하기 위해 상기 보호튜브(121) 외측에 압출되는 코어층(110)의 특정 경화 조건, 예를 들어 50 내지 250℃, 바람직하게는 150 내지 200℃의 경화온도에서 0.5 내지 2.0 mpm, 바람직하게는 0.6 내지 1.2 mpm의 경화 속도로 경화시켜 상기 코어층(110) 내부의 보강섬유가 상기 보호튜브(121)에 적어도 부분적으로 침투하도록 할 수 있다.
철탑에 가공송전선을 설치하기 직전 또는 철탑에서 가공송전선 말단의 클램프 작업 직전 또는 가공송전선을 철탑에 설치한 후에 작업자는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 중심인장선 일 말단에서 노출된 광섬유(122)를 OTDR 장비와 연결할 수 있다.
여기서, 가공송전선을 철탑에 설치한 후에 상기 중심인장선(100)의 파손 여부를 검출하기 위해서, 가공송전선의 말단에 연결되는 클램프(300)에는 상기 광섬유(122)가 외부로 노출될 수 있는 홀(310) 등의 구성이 포함될 수 있고, 이 경우, 광섬유(122)를 상기 홀(310)에 넣어 외부로 노출시킨 후에 상기 클램프(300)에 포함된 또 다른 구멍(320)을 통해 그리스 등의 실링재를 투입하여 수분 등의 침투를 방지할 수 있다. 따라서, 상기 홀(310)을 통해 외부로 노출된 상기 광섬유(122)와 OTDR 장비를 연결하여 상기 중심인장선(100)의 파손 여부를 검출할 수 있다. 도 7은 OTDR(Optical Time Domain Deflectometers) 방식으로 중심인장선의 손상 여부를 검출하는 예시를 보여주는 개요도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, OTDR 측정기를 통해 케이블 일 말단에서 노출된 광섬유를 광섬유 커넥터 케이블과 접속한 상태로 광신호를 입력하고 상기 광섬유 타단에서 반사되어 되돌아오는 광신호를 다시 회수함으로써 광섬유의 파단 등에 의한 광손실을 측정함으로써, 광섬유의 파단 등의 발생 여부 및 위치를 측정 가능하며, 이러한 광섬유의 파단 등은 중심인장선의 파손 등에 의해 발생하기 때문에, 광섬유에 대한 측정값을 기초로 중심인장선의 파손 여부뿐만 아니라 파손 위치까지 검출이 가능하다.
즉, 정상적인 중심인장선의 경우에는 클램핑이 이루어진 중심인장선의 끝단에서 신호의 크기 변화가 발생하지만, 중심인장선의 중간에 파단이 발생한 경우 파단이 발생한 위치에서 신호의 크기 변화가 발생한다. 즉, 파단 발생 위치가 상기 중심인장선의 끝단이라고 인식할 수 있다. 따라서, 상기 신호의 크기 변화 및 변화가 발생한 위치를 인식함으로써 중심인장선의 파손 여부 및 파손 위치의 검출이 가능하다.
한편, 중심인장선 내부에 광섬유가 별도의 보호튜브 없이 그대로 매립된 종래 기술의 경우 중심인장선 일 말단에서 광섬유를 노출시킬 방법이 없으므로 OTDR 장비의 적용이 불가능하므로, 단순히 광섬유의 파손 여부만을 검출할 수 있을 뿐, 파손의 위치는 검출할 수 없다.
여기서, 상기 중심인장선의 임의의 횡단면에서 상기 검출부(120)의 전체 단면적은 상기 코어층(110)의 총 단면적을 기준으로 1 내지 12%일 수 있다. 예를 들어, 상기 중심인장선의 임의의 횡단면에서 상기 검출부(120)의 전체 직경은 0.9 내지 3.0 mm일 수 있다. 상기 검출부(120)의 단면적율이 1% 미만인 경우 상기 코어층(110)이 파손되는 경우에도 상기 검출부(120)는 영향을 받지 않을 수 있어 중심인장선의 파손을 검출하기 어렵고, 상기 검출부(120)의 단면적율이 12% 초과인 경우 상기 코어층(110)의 인장강도가 크게 저하될 수 있다.
여기서, 검출부를 포함한 중심인장선의 인장강도는 2,800 MPa 이상이어야 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성을 확보할 수 있다
도 8은 도 2에 도시된 가공송전선용 중심인장선 중 코어층에서 검출부의 위치에 관한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 중심인장선(100)의 코어층(110) 내부에서 상기 검출부(120)로부터 상기 코어층(110) 표면까지의 거리 중 최대 거리(b)와 최소 거리(a)의 관계는 아래 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
0 ≤ (b-a) ≤ (코어층 외경의 50%)
여기서, 상기 최대 거리(b) 및 상기 최소 거리(a)는, 상기 검출부(120) 표면과 상기 코어층(110) 표면 사이의 거리 중 가장 긴 것이 최대 거리(b)이고 가장 짧은 것이 최소 거리(a)이다.
구체적으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 최대 거리(b)와 상기 최소 거리(a)의 차이가 코어층(110) 외경의 50% 이하인 경우, 즉, 상기 코어층(110) 내에서 검출부(120)의 편심이 일정 수준 이하인 경우, 상기 검출부(120)에 의한 상기 중심인장선(100)의 파손 검출이 안정적으로 수행될 수 있는 동시에 상기 중심인장선(100)의 인장강도 저하가 최소화될 수 있으며, 상기 코어층(110)에서 상기 광섬유(122)를 노출시키는 것이 더 용이할 수 있다. 더 바람직한 실시예는, 상기 최대 거리(b)와 상기 최소 거리(a)의 차이가 없는 경우이며, 이 때는 코어층(110) 내에서 검출부(120)의 편심이 발생하지 않은 경우이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 최장 거리(b)와 상기 최단 거리(a)의 차이가 코어층(110) 외경의 50% 초과인 경우, 즉 상기 코어층(110) 내에서 상기 검출부(120)가 일정 수준을 초과하여 일측으로 편심된 경우, 상기 검출부(120)에 의한 상기 중심인장선(100)의 파손 검출이 안정적으로 수행되기 어렵고 상기 중심인장선(100)의 인장강도가 크게 저하될 수 있으며, 상기 코어층(110)에서 상기 광섬유(122)를 노출시키는 것이 어려울 수 있다.
한편, 상기 커버층(130)은 상기 중심인장선(100)에 포함되는 구성일 수 있지만, 후술하는 알루미늄 선재(200)와 함께 도체에 포함되는 구성일 수도 있다.
상기 커버층(130)은 상기 코어층(110)과 상기 도체선 사이의 접촉 및 마찰에 의해 상기 도체선이 손상되는 것을 추가로 억제할 수 있고, 전기전도성이 우수한, 예를 들어 전기전도성이 55 내지 64%IACS인 금속 소재, 바람직하게는 도체선과 동일한 알루미늄 소재로 이루어지는 경우 상기 중심인장선(100)의 둘레에 배치되는 도체선과 통전함으로써 가공송전선의 전체 저항을 저감시키고 결과적으로 송전량을 향상시키는 기능을 추가로 수행할 수 있다.
여기서, 상기 커버층(130)의 두께는 0.3 내지 2.5 mm일 수 있고, 상기 커버층(130)의 두께가 0.3 mm 미만인 경우 가공송전선의 전체 저항 저감효과가 미미한 반면, 2.5 mm 초과인 경우 중심인장선(100)의 제조에 어려움이 있고, 동일 외경의 중심인장선(100)을 기준으로 상기 코어층(110)의 외경이 작아지므로 상기 중심인장선(100)의 인장강도가 저하되고 저이도 특성이 구현될 수 없는 문제가 있다.
상기 중심인장선(100)이 상기 커버층(130)을 추가로 포함하는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 코어층(110)과 상기 커버층(130) 사이에 간극(140)이 형성될 수 있다. 상기 커버층(130)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 커버층(130)을 형성할 수 있기 때문에 장조장으로 상기 커버층(130)을 형성할 수 있어 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 상기 간극(140)의 형성 및 조절이 용이할 수 있다.
또한, 컨펌 압출을 하는 경우, 용접부 등의 이음매가 없이 연속 형성된 면을 가지는 커버층(130)을 형성할 수 있으므로, 상기 중심인장선(100) 또는 이를 구비한 가공송전선의 제조, 가설 내지 가설 후에 상기 중심인장선(100)에 작용하는 굽힘 응력(bending stress)에 의해 이음매 부분이 파손되어 갈바닉 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 커버층(130) 및 상기 간극(140)은 금속 소재 등을 튜브 형태로 압출하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 커버층(130)을 둘러싸며 상기 커버층(130)의 외경보다 큰 내경을 가지는 상기 금속 소재를 튜브형태로 압출하여 형성한 후, 단계적으로 축경하여 커버층(130)을 형성할 수 있고, 상기 간극(140)의 크기를 조절할 수 있고, 예를 들어, 상기 간극(140)의 총 단면적은 약 0.15 내지 7.1 ㎟일 수 있다.
따라서, 상기 커버층(130)의 형성을 위한 알루미늄 로드의 컨펌 압출시의 열이 상기 코어층(110)으로 전달되는 것을 억제하여 상기 코어층(110)의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 가공송전선용 중심인장선(100)에 굽힙응력(bending stress)이 인가되는 경우 상기 간극(140)으로 인해 상기 코어층(110)과 상기 커버층(120)이 별도로 거동하도록 함으로써, 상기 굽힘응력 중 대부분이 상대적으로 인장강도가 큰 섬유강화플라스틱 선재를 포함하는 상기 코어층(110)에 인가되도록 하여 가공송전선의 저이도 특성을 구현하는 동시에, 상대적으로 인장강도가 낮은 알루미늄 소재 등으로 이루어진 상기 커버층(130)에 인가되는 응력을 최소화하여 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 상기 중심인장선(100)이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
도 10은 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공송전선은 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재(200)가 연합된 도체가 상기 중심인장선(100) 둘레에 배치됨으로써 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 1050, 1100, 1200 등 1000계 알루미늄 또는 알루미늄-아연계 합금으로 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 선재(200)는 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 선재(200)는 사다리꼴형 다이스를 이용하는 컨펌 압출 또는 신선가공에 의해 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 상기 알루미늄 선재(200)는 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 선재(200)는 컨펌 압출 과정에서 열처리 되거나 신선 후 후속적으로 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 선재(200)의 전기전도도가 향상되고, 결과적으로 상기 가공송전선의 송전량 및 송전효율이 향상될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)의 단면적 및 갯수는 상기 가공송전선의 규격에 따라 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 상기 알루미늄 선재(200)의 단면적은 3.14 내지 50.24 ㎟일 수 있고, 단면이 사다리꼴인 알루미늄 선재(200)를 동일한 단면적을 갖고 단면이 원형인 알루미늄 선재로 환산한 경우 상기 환산된 알루미늄 선재의 단면 직경은 2 내지 8 mm일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 선재(200)는 이의 갯수는 예를 들어 12 내지 40개일 수 있고, 바람직하게는 코어층에 8개, 커버층에 12개가 포함되는 복층 구조를 가질 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 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 선재(200)의 표면에 다수의 스크래치가 생성될 수 있으며, 이로써 상기 가공송전선의 운용시 코로나 방전이 발생해 고주파 소음이 유발될 수 있다.
따라서, 상기 알루미늄 선재(200)는 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 선재(200)의 표면경도가 충분히 향상될 수 없기 때문에 상기 가공송전선의 제조, 이송, 가설 등의 과정에서 외부의 압력이나 충격 등에 의해 상기 알루미늄 선재(200)의 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 선재(200)는 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(200) 전체의 표면에 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 복수개의 알루미늄 선재(200) 중 최커버층에 존재하는 알루미늄 선재(200)들 각각의 전체 표면에 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 최커버층에 존재하는 알루미늄 선재(200)들 각각의 표면 중 상기 가공송전선의 외주를 형성하는 외측 표면에 형성될 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 상기 알루미늄 선재(200) 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(200) 표면의 아노다이징 처리방법은 상기 알루미늄 선재(200) 표면에 존재하는 유지 등 유기오염물을 제거하는 탈지(cleaning), 상기 알루미늄 선재(200) 표면을 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 상기 알루미늄 선재(200) 표면에 존재하는 산화알루미늄을 수산화나트륨 등으로 제거하는 에칭(etching), 에칭 후 알루미늄 선재(200) 표면에 잔존하는 합금성분을 용해 및 제거하는 디스멋(desmutting), 알루미늄 선재(200) 표면을 다시 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 알루미늄 선재(200) 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(200) 사이의 절연효과로 인하여 전력손실이 감소될 수 있고, 상기 산화알루미늄 피막의 높은 복사 특성에 의해 송전 중 발생하는 줄(Joule)열을 신속하게 대기로 방출함으로써 전류용량을 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 피막의 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(200) 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. 계면층 형성에 따른 파단 시험
코어층의 경화 조건을 상이하게 조절함으로써 보호튜브에 적어도 부분적으로 탄소섬유가 침투한 계면층이 형성되는 경우와 계면층이 형성되지 않은 경우의 각각의 중심인장선 시편에 대해 굴곡 시험을 수행하여 파단 시험을 수행했다.
여기서, 도 11에 도시된 바와 같이 길이가 90m인 중심인장선을 사용하였으며, 벤딩 테스트 치구에 코어층을 연결하고 벤딩 높이를 700 mm에서 300 mm까지 낮추면서 벤딩을 인가하였다.
계면층이 형성된 본 발명에 따른 중심인장선 시편의 일 말단에서 부분적으로 코어층을 제거하여 광섬유를 노출시켜 OTDR 장비를 연결한 상태로 굴곡 시험을 수행하여 파단 시험을 수행했고, OTDR 검출 데이터는 도 11에 도시된 바와 같다. 도 11에 도시된 바와 같이, 파단이 발생하지 않은 중심인장선의 경우에는 도 11의 상단 그래프와 같이 클램핑이 이루어진 중심인장선의 끝단에서 신호의 크기 변화가 발생하지만, 벤딩 높이가 380 mm 정도의 굽힘으로 중심인장선의 중간에 파단이 발생한 경우 파단이 발생한 위치에서 신호의 크기 변화가 발생한다. 즉, 중심인장선의 파단시 광섬유도 함께 파단되어 중심인장선의 파단 여부의 검출이 가능한 것으로 확인되었다.
한편, 계면층이 형성되지 않은 중심인장선 시편에 대해 굴곡 시험을 수행하여 파단 시험을 수행하면서 일 말단의 광섬유에 빛을 조사하고 타 말단에서 광학 현미경을 통해 광섬유 파단 여부를 관찰했고, 수행 결과는 도 12에 도시된 바와 같다. 도 12에 도시된 바와 같이, 중심인장선의 코어층이 파단됨에도 불구하고 광섬유는 파단되지 않아 중심인장선의 파단 여부의 검출이 불가한 것으로 확인되었다.
2. 검출부의 단면적율에 따른 중심인장선 인장강도 평가
아래 표 1에 나타난 사양으로 중심인장선 샘플을 제작한 후 인장강도를 측정했다. 여기서, 검출부를 포함한 중심인장선의 인장강도는 2,800 MPa 이상이어야 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성을 확보할 수 있다.
| 코어층외경 (mm) |
코어층단면적 (㎟) |
코어층 (검출부제외) 인장강도(MPa) |
검출부외경 (mm) |
검출부 단면적율 (%) |
중심인장선 인장강도 (MPa) |
|
| 실시예1 | 5.5 | 23.8 | 3,200 | 1.5 | 7 | 2,962 |
| 실시예2 | 5.5 | 23.8 | 3,200 | 0.9 | 3 | 3,114 |
| 실시예3 | 6.0 | 28.3 | 3,200 | 1.5 | 6 | 3,000 |
| 실시예4 | 6.0 | 28.3 | 3,200 | 0.9 | 2 | 3,128 |
| 실시예5 | 6.5 | 33.2 | 3,200 | 1.5 | 5 | 3,030 |
| 실시예6 | 6.5 | 33.2 | 3,200 | 0.9 | 2 | 3,139 |
| 실시예7 | 7.0 | 38.5 | 3,200 | 2.4 | 12 | 2,824 |
| 실시예8 | 7.0 | 38.5 | 3,200 | 1.5 | 5 | 3,053 |
| 실시예9 | 7.0 | 38.5 | 3,200 | 0.9 | 2 | 3,147 |
| 실시예10 | 7.5 | 44.2 | 3,200 | 2.4 | 10 | 2,872 |
| 실시예11 | 7.5 | 44.2 | 3,200 | 1.5 | 4 | 3,072 |
| 실시예12 | 7.5 | 44.2 | 3,200 | 0.9 | 1 | 3,154 |
| 실시예13 | 8.0 | 50.3 | 3,200 | 2.4 | 9 | 2,912 |
| 실시예14 | 8.0 | 50.3 | 3,200 | 1.5 | 4 | 3,088 |
| 실시예15 | 8.0 | 50.3 | 3,200 | 0.9 | 1 | 3,160 |
| 실시예16 | 8.5 | 56.7 | 3,200 | 2.4 | 8 | 2,945 |
| 실시예17 | 8.5 | 56.7 | 3,200 | 1.5 | 3 | 3,100 |
| 실시예18 | 8.5 | 56.7 | 3,200 | 0.9 | 1 | 3,164 |
| 실시예19 | 8.5 | 56.7 | 3,200 | 3.0 | 12 | 2,801 |
| 비교예1 | 5.5 | 23.8 | 3,200 | 2.4 | 19 | 2,591 |
| 비교예2 | 6.0 | 28.3 | 3,200 | 2.4 | 16 | 2,688 |
| 비교예3 | 6.5 | 33.2 | 3,200 | 2.4 | 14 | 2,764 |
| 비교예4 | 7.0 | 38.5 | 3,200 | 3.0 | 18 | 2,612 |
| 비교예5 | 7.5 | 44.2 | 3,200 | 3.0 | 16 | 2,688 |
| 비교예6 | 8.0 | 50.3 | 3,200 | 3.0 | 14 | 2,750 |
| 비교예7 | 8.5 | 56.7 | 3,200 | 3.2 | 14 | 2,746 |
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 중심인장선은 코어층 단면적 대비 검출부 단면적이 1 내지 12%로 조절됨으로써 2,800 MPa 이상의 충분한 인장강도가 확보되는 것으로 확인되었다.
그러나, 코어층의 단면적 대비 검출부의 단면적이 12%를 초과하는 비교예 1 내지 비교예 7의 경우, 2,800 MPa에 못 미치는 인장강도를 갖기 때문에 충분한 이도 특성을 갖는 중심인장선으로서의 기능을 하지 못하는 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 : 도체선
Claims (19)
- 가공송전선용 중심인장선으로서,
열경화성 수지 매트릭스에 보강 섬유가 포함된 섬유강화플라스틱을 포함하는 코어층; 및
상기 코어층 내부에 삽입되되, 하나 이상의 광섬유 및 이를 둘러싸는 보호튜브를 포함하는 검출부를 포함하고,
상기 보호튜브는 상기 코어층에 포함된 보강 섬유가 침투한 계면층 및 상기 보강 섬유가 침투하지 않은 내부층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제1항에 있어서,
상기 계면층은 상기 보호튜브를 이루고 있는 고분자 수지와 상기 보강 섬유가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제2항에 있어서,
상기 보호튜브의 임의의 횡단면에서, 상기 보호튜브 외곽 원주 기준으로 상기 계면층이 차지하는 길이가 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제2항에 있어서,
상기 보호튜브의 임의의 횡단면에서, 상기 계면층은 두께가 5 ㎛ 이상인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제2항에 있어서,
상기 보호튜브의 임의의 횡단면에서, 상기 계면층은 평균 두께가 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중심인장선의 임의의 횡단면에서 상기 코어층의 단면적을 기준으로 상기 검출부의 단면적의 비율인 단면적율이 1 내지 12%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제6항에 있어서,
상기 검출부를 포함한 상기 중심인장선의 인장강도는 2,800 MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제7항에 있어서,
아래 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
[수학식 1]
0 ≤ (b-a) ≤ (코어층 외경의 50%)
상기 수학식 1에서,
b는 상기 검출부 표면과 상기 코어층 표면 사이의 거리 중 가장 긴 거리인 최대 거리를 의미하고,
a는 상기 검출부 표면과 상기 코어층 표면 사이의 거리 중 가장 짧은 거리인 최소 거리를 의미한다. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호튜브는 인장강도가 60 MPa 이상, 신율이 5% 이상, 인장탄성률이 2000 MPa 이상, 굴곡강도가 90 MPa 이상, 굴곡탄성률이 2500 MPa 이상, 융점이 100 내지 260℃이고 유리전이온도가 80 내지 82℃인 고분자 수지로 이루어진 절연 튜브인 것을 특징으로 하는 가공송전선용 중심인장선. - 제9항에 있어서,
상기 고분자 수지는 폴리염화비닐(PVC) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강섬유는 탄소섬유를 포함하고,
상기 탄소섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유를 포함하고, 인장강도가 3.5 내지 5.0 GPa, 탄성률이 140 내지 600 GPa, 열팽창계수가 0 ㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제11항에 있어서,
상기 탄소 섬유의 총 체적율은 상기 코어층에서 상기 검출부를 제외한 체적을 기준으로 50 내지 85%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
여기서, 상기 탄소 섬유의 총 체적율은 아래와 같이 정의할 수 있다.
탄소섬유의 총 체적율(%) = (탄소섬유의 총 체적/코어층에서 검출부를 제외한 체적)×100 - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열경화성 수지 매트릭스는 유리전이온도(Tg)가 205℃ 이상인 베이스 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제13항에 있어서,
상기 베이스 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출부는 상기 보호튜브와 상기 광섬유 사이에 형성된 간극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코어층을 감싸고 전기전도성이 55 내지 64%IACS인 금속 소재로 이루어진 커버층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제16항에 있어서,
상기 금속 소재는 알루미늄 소재를 포함하고,
상기 커버층의 두께는 0.3 내지 2.5 mm인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제17항에 있어서,
상기 코어층과 상기 커버층 사이에 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 가공송전선용 중심인장선; 및
상기 가공송전선용 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202280038817.0A CN117461096A (zh) | 2021-05-31 | 2022-05-27 | 具有破损检测功能的架空输电线用中心张力线和包括它的架空输电线 |
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Family Applications (1)
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| KR1020220064430A KR20220162070A (ko) | 2021-05-31 | 2022-05-26 | 파손 검출 기능을 갖는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 |
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-
2022
- 2022-05-26 KR KR1020220064430A patent/KR20220162070A/ko unknown
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