KR20230001538A - 전력 케이블의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치 및 방법 - Google Patents

전력 케이블의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치 및 방법 Download PDF

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크리스티안 구스타프손
외른 안토니시키
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엔케이티 에이치브이 케이블스 에이비
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Abstract

본 발명은 전력 케이블 (11) 의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치 (1) 에 관한 것으로, 상기 가압 및 가열 장치 (1) 는, 상기 전력 케이블 (11) 의 일부를 수용하도록 구성된 제 1 채널 (3a) 을 포함하는 제 1 부분 (3), 상기 전력 케이블 (11) 의 일부를 수용하도록 구성된 제 2 채널 (5a) 을 포함하는 제 2 부분 (5) 을 포함하고, 상기 가압 및 가열 장치 (1) 는, 상기 제 1 채널 (3a) 이 상기 제 2 채널 (5a) 을 향하는 폐쇄 상태로 설정되고 그럼으로써 상기 가압 및 가열 장치 (1) 의 제 1 단부 (4a) 로부터 상기 제 1 단부 (4a) 반대편에 있는 제 2 단부 (4b) 로 연장되는 가열 챔버 (13) 를 형성하도록 구성되고, 상기 가압 및 가열 장치 (1) 는, 상기 전력 케이블 (11) 이 상기 가열 챔버 (13) 내에 밀봉되어 배치될 때, 가압되어 상기 가열 챔버 (13) 내부의 대기압보다 더 높은 압력을 얻도록 구성되고, 상기 가압 및 가열 장치 (1) 는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 주로 제조되는 적어도 20cm 길이의 축방향 연장 섹션 (9) 을 갖는다.

Description

전력 케이블의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치 및 방법{PRESSURISATION AND HEATING DEVICE AND METHOD FOR INSULATION SYSTEM RESTORATION OF A POWER CABLE}
본 발명은 일반적으로 전력 케이블 이음 및 그를 위한 장비에 관한 것이다.
전력 케이블 제조 동안, 두 케이블 가닥을 잇는 것이 필요할 수 있다. 이는 예를 들어 공장에서 생산될 수 있는 최대 연속 케이블 길이에 대한 제한의 결과이거나 의도하지 않은 케이블 컷 때문일 수 있다.
두 케이블 가닥이 공장에서 이어지는 때, 모든 케이블 층이 케이블 단부에서 전도체까지 제거된다. 그 후, 전도체 단부들은 예를 들어 용접에 의해 이어져서 전도체 조인트를 형성한다. 그 후, 전도체 조인트 주위의 절연 시스템이 층별로 재구축된다. 이는 보통 테이프를 층별로 감아서 수행된다. 두 케이블 단부의 절연 시스템은 조인트 절연 시스템에 연결된다. 재구축 프로세스가 시작되기 전에, 케이블 단부의 절연 시스템은 펜슬링될 수 있고, 즉 전도체 조인트를 향해 원추형으로 테이퍼링 형상화될 수 있다. 절연 시스템은 케이블이 취급 중 손상되어 수리되어야 하는 경우에 동일한 방식으로 복원된다.
손상된 케이블의 복원된 절연 시스템, 또는 조인트 절연 시스템의 테이프 층들을 교차 결합시키는 데 디바이스가 사용될 수 있다. 조인트 절연 시스템은 이 경우에 디바이스 내부에 위치되는데, 이는 압력 하에 가열되어서, 테이프 층들의 재료가 함께 용융되고 보이드의 생성 없이 가교 결합된다.
가압 및 가열 장치에 의해 제공되는 외부 가열과 함께 경화 중에 복원되는 절연 시스템의 내부 가열에 고주파 가열 코일이 사용되는 경우, 가압 및 가열 장치로부터 축방향으로 이격되어 배열된 고주파 가열 코일은 고주파 가열 코일의 방사상 안쪽으로 전도체에 전류를 유도하기 때문에 가압 및 가열 장치 외부의 절연 시스템도 가열된다. 따라서 절연 시스템의 훨씬 더 많은 부분이 복원되는 절연 시스템을 경화하는 데 필요한 것 이상으로 가열된다. 이는 절연 시스템 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하거나 적어도 완화하는 가압 및 가열 장치, 및 전력 케이블의 절연 시스템 복원 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 개시내용의 제 1 양태에 따르면, 전력 케이블의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치가 제공되고, 상기 가압 및 가열 장치는, 상기 전력 케이블의 일부를 수용하도록 구성된 제 1 채널을 포함하는 제 1 부분, 상기 전력 케이블의 일부를 수용하도록 구성된 제 2 채널을 포함하는 제 2 부분을 포함하고, 상기 가압 및 가열 장치는, 상기 제 1 채널이 상기 제 2 채널을 향하는 폐쇄 상태로 설정되고 그럼으로써 상기 가압 및 가열 장치의 제 1 단부로부터 상기 제 1 단부 반대편에 있는 제 2 단부로 연장되는 가열 챔버를 형성하도록 구성되고, 상기 가압 및 가열 장치는, 상기 전력 케이블이 상기 가열 챔버 내에 밀봉되어 배치될 때, 가압되어 상기 가열 챔버 내부의 대기압보다 더 높은 압력을 얻도록 구성되고, 상기 가압 및 가열 장치는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 주로 제조되는 적어도 20cm 길이의 축방향 연장 섹션을 갖는다.
내압 몰드의 축방향 연장 섹션이 만들어지는 재료의 낮은 전도도로 인해, 복원되는 절연 시스템 층을 가열하기 위해 고주파 가열 코일이 전력 케이블의 전도체를 가열하기 위한 축방향 연장 섹션의 가열 챔버 주위에 배열되는 경우에 축방향 연장 섹션에 기껏해야 작은 전류만이 유도된다. 따라서 절연 시스템의 가열은 가압 및 가열 장치 내부에서 복원되는 절연 시스템에 집중될 수 있다. 따라서 축방향을 따른 온도 프로파일이 최적화되어, 경화 과정에서 웨이스트가 생성되는 문제가 줄어든다.
또한, 가압 및 가열 장치 내부의 축방향 단부들에 가까운 절연 시스템은, 가압 및 가열 장치 내부의 압력과 주위 압력간의 압력 차이로 인해 용융을 유발하거나 가압 및 가열 장치로부터 축방향 외측으로 밀려나는 낮은 점도에 도달하게 하는 온도까지 가열되지 않을 수 있다. 따라서 절연 시스템의 변형 위험이 줄어든다.
"주로" 라는 용어는 50% 초과를 의미한다. 따라서, 가압 및 가열 장치의 축방향 연장 섹션의 50% 초과는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 만들어진다.
축방향 연장 섹션의 전체 재료에 대한 재료의 백분율은 부피 또는 중량 기준일 수 있다.
용어 "가교 결합" 및 "경화" 는 본 명세서에서 상호교환 가능하게 사용된다. 용어 "가교 결합된" 및 "경화된" 은 또한 상호교환 가능하다.
가압 및 가열 장치는 일 예에 따르면 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 주로 만들어지는 적어도 20 cm 길이의 축방향 연장 섹션을 하나 이상, 예를 들어 2개 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 재료는 최대 20℃ 에서 대략 100 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10 S/m, 예컨대 20℃ 에서 1 S/m, 예컨대 20℃ 에서 0.1 S/m, 예컨대 20℃ 에서 0.01 S/m, 예컨대 20℃ 에서 0.001 S/m, 예컨대 20℃ 에서 0.0001 S/m 의 전도도를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 재료는 최대 20℃ 에서 대략 10^-4 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10^-5 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10^-6 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10^-7 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10^-8 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10^-9 S/m, 예컨대 20℃ 에서 10^-10 S/m 의 전도도를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 축방향 연장 섹션은 적어도 30cm 길이, 예컨대 적어도 40cm 길이, 예컨대 적어도 50cm 길이, 예컨대 적어도 60cm 길이, 예컨대 적어도 70cm 길이, 예컨대 적어도 80cm 길이이다.
일 예에 따르면, 축방향 연장 섹션은 가압 및 가열 장치 상에서 축방향 중심에 있을 수 있다.
일 예에 따르면, 가압 및 가열 장치는 가압 및 가열 장치의 중심에 대해 대칭적으로 배열되는 2 개의 축방향 오프셋 축방향 연장 섹션을 포함한다.
일 예에 따르면, 축방향 연장 섹션은 가압 및 가열 장치의 전체 축방향 길이일 수 있다. 이 경우, 가압 및 가열 장치는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 주로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 축방향 연장 섹션의 적어도 70%, 예컨대 적어도 80% 는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 상기 재료는 섬유 강화 중합체를 포함한다.
재료는 일부 예에 따르면 에폭시 또는 폴리아미드, 유리 섬유 및/또는 탄소 섬유와 같은 중합체, 또는 유리 섬유와 같은 섬유 강화 중합체 또는 탄소 섬유 강화 중합체, 예를 들어 유리 섬유 또는 탄소 섬유 강화 에폭시 또는 폴리아미드를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가압 및 가열 장치는 복수의 bar, 예를 들어 적어도 4 bar 또는 400 kPa 로 가압되도록 구성된다. 가압 및 가열 장치는 예를 들어 최대 15 bar 또는 1500 kPa, 예컨대 최대 10 bar 또는 1000 kPa 로 가압되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 축방향 연장 섹션은 벽 또는 벽들을 가지며, 벽 또는 벽들의 적어도 80% 는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 만들어진다.
일 실시예는 가열 챔버를 가열하도록 구성된 가열 장치를 포함한다.
일 실시예는 가압 및 가열 장치가 폐쇄 상태에 있을 때에 축방향 연장 섹션에서 가열 챔버 주위로 연장되는 고주파 HF 가열 코일을 포함한다.
HF 가열 코일은 가압 및 가열 장치와 통합되거나 그 내부에 제거가능하게 배치될 수 있다.
2 개의 축방향 연장 섹션의 경우, 가압 및 가열 장치는 각각의 축방향 연장 섹션에 각각 배열된 2 개의 HF 가열 코일을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, HF 가열 코일은 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향해 측정된 가압 및 가열 장치의 중심으로부터 ±30% 범위에 있는 위치에서 가열 챔버 주위로 연장된다.
일 실시예에 따르면, 상기 범위는 ±10% 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 범위는 ±20% 또는 ±40 이다.
본 개시내용의 제 2 양태에 따르면, 제 1 양태의 가압 및 가열 장치, 및 축방향 연장 섹션에서 가압 및 가열 장치 주위에 배열되도록 구성된 적어도 하나의 외부 HF 가열 코일을 포함하는 가열 조립체가 제공된다.
가열 조립체는 예를 들어 2 개의 외부 HF 가열 코일을 포함할 수 있다.
2 개의 축방향 연장 섹션의 경우, 각각의 외부 HF 가열 코일은 각각의 축방향 연장 섹션에 배열될 수 있다.
본 개시내용의 제 3 양태에 따르면, 제 1 양태에 따른 가압 및 가열 장치 또는 제 2 양태에 따른 가열 조립체를 사용하여 전력 케이블의 전도체 주위의 절연 시스템을 복원하는 방법이 제공되고, 이 방법은 a) 전도체 주위에 배치된 복원 절연 시스템 층을 갖는 전력 케이블을 제 1 채널 및 제 2 채널 중 하나에 배치하는 단계, b) 상기 가압 및 가열 장치를 폐쇄 상태로 설정하는 단계, c) 상기 가열 챔버를 가압하는 단계, 및 d) 상기 축방향 연장 섹션에서 상기 가열 챔버 주위에 배치된 고주파 HF 가열 코일에 전도체에 전류를 유도하도록 전류를 공급함으로써 상기 가압 및 가열 장치 내부의 외부 가열에 의해 그리고 상기 복원 절연 시스템 층의 내부 가열에 의해, 상기 가열 챔버가 가압되는 동안 상기 복원 절연 시스템 층을 가열하는 단계를 포함한다.
가열은 복원 절연 시스템 층을 경화시키기 위한 것일 수 있다. 특히 복원 절연 시스템 층이 열경화성 중합체를 포함하는 경우에 그러할 수 있다.
가열은 전력 케이블의 절연 시스템의 해당 층과 함께 복원 절연 시스템 층을 용융시키기 위한 것일 수 있다. 물론 복원 절연 시스템 층이 열경화성 중합체를 포함하는 때에 그러하지만, 복원 절연 시스템 층이 폴리프로필렌과 같은 열가소성 물질을 포함하는 경우에도 그러하다.
일 실시형태에 따르면, 전도체는 전도체 조인트를 가지며, 단계 a) 에서 복원 절연 시스템 층은 제 1 채널과 제 2 채널 중 하나에서 전도체 조인트 주위에 배치된다.
HF 코일은 전도체 조인트로부터 최대 2-2.5m, 예를 들어 전도체 조인트로부터 1-2m, 예를 들어 전도체 조인트로부터 0-1m, 예를 들어 전도체 조인트로부터 0-0.5m 에 배열될 수 있다. 일 예에 따르면 HF 가열 코일은 전도체 조인트와 축방향으로 정렬되도록 배열될 수 있다.
일 실시예는 복수의 복원 절연 시스템 층들 각각에 대해 단계 a) -d) 를 수행하는 것을 포함한다.
대안적으로, 모든 복원 절연 시스템 층들은 전도체 주위에 제공될 수 있고, 단계 a) -d) 는 모든 복원 절연 시스템 층들을 동시에 가열하는 것을 포함하는 단계 d) 와 함께 한 번 수행된다.
일 실시예에 따르면 단계 d) 에서 외부 가열 및 내부 가열이 동시에 수행된다. 가열/경화는 따라서 반경 방향에서 보다 균질하게 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 외부 가열 및 내부 가열은 가열 챔버 내부의 희가스 분위기에서 수행된다. 따라서 희가스가 가열 챔버 내로 흐를 수 있고, 가열은 희가스 분위기에서 수행된다. 희가스는 가압 및 가열 장치 내부에서 2 bar 내지 15 bar, 예를 들어 4 bar-12 bar, 예를 들어 4-8 bar 범위의 압력을 갖는다. 그럼으로써 가압 및 가열 장치에서 가열된 복원 중인 절연 시스템 층들의 산화가 제거되거나 적어도 감소될 수 있다.
전형적으로, 손상된 케이블의 절연 시스템의 복원의 경우에 전형적으로 전도체 조인트가 없는 전도체의 섹션에 걸쳐, 또는 전도체 조인트에 걸쳐 전도체에 적용되는 제 1 복원 절연 시스템 층은 내부 반도체 층이다. 손상된 케이블의 절연 시스템의 복원의 경우에, 절연 시스템은 절연 시스템의 복원이 시작되기 전에 이음 동안과 유사하게 전도체까지 벗겨진다. 내부 반도체 층은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 중합체, 및 카본 블랙과 같은 전도성 입자를 포함한다. 내부 반도체 층은 손상된 전력 케이블을 복원하는 경우에 벗겨진 절연 시스템의 양 측부에서의 내부 반도체 층, 또는 이어지고 있는 두 케이블 가닥 각각의 내부 반도체 층과 중첩되도록 전도체 위에 감겨지는 테이프로 제조될 수 있다. 테이프는 가교제를 포함할 수 있다. 그리고 나서, 단계 a) 내지 d) 가 수행된다.
다음으로, 제 1 절연 시스템 층이 가열되고 냉각된 후, 가압 및 가열 디바이스가 개방된 후에 제 2 복원 절연 시스템 층이 내부 반도체 층 위에 적용된다. 제 2 복원 절연 시스템 층은 손상된 전력 케이블을 복원하는 경우에 벗겨진 절연 시스템의 양 측부에서의 절연 층, 또는 이어진 두 케이블 가닥 각각의 절연 층과 중첩되도록 적용되는 절연 층이다. 절연 층은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 중합체를 포함한다. 절연 층은 전형적으로 테이핑에 의해 적용된다. 테이프는 가교제를 포함할 수 있다. 그리고 나서, 단계 a) 내지 d) 가 수행된다.
마지막으로, 제 2 절연 시스템 층이 가열되고 냉각된 후, 가압 및 가열 디바이스가 개방된 후에 제 3 복원 절연 시스템 층이 절연 층 위에 적용된다. 제 3 복원 절연 시스템 층은 외부 반도체 층이다. 외부 반도체 층은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 중합체, 및 카본 블랙과 같은 전도성 입자를 포함한다. 외부 반도체 층은 손상된 전력 케이블을 복원하는 경우에 벗겨진 절연 시스템의 양 측부에서의 외부 반도체 층, 또는 이어지고 있는 두 케이블 가닥 각각의 외부 반도체 층과 중첩되도록 절연 층 위에 감겨지는 테이프로 제조될 수 있다. 그리고 나서, 단계 a) 내지 d) 가 수행된다. 따라서, 전력 케이블의 절연 시스템이 재구축되었다.
테이핑 대신에, 복원 절연 시스템 층들은 예를 들어 사출 성형에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, HF 가열 코일에는 1-500 kHz 또는 5-300 kHz 와 같은 킬로헤르츠 범위의 주파수를 갖는 교류가 공급된다.
일 실시예에 따르면 단계 d) 이전에 복원 절연 시스템 층은 경화되지 않은 절연 시스템 층이고, 단계 d) 에서 외부 가열 및 내부 가열은 복원 절연 시스템 층을 경화시키기 위한 것이다.
일반적으로, 청구항에서 사용된 모든 용어는, 여기에서 명시적으로 달리 규정되지 않는 한, 기술 분야에서의 그 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단 등" 에 대한 모든 언급은, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단 등의 적어도 하나의 실례를 지칭하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다.
이제 본 발명의 구체적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 개방 상태의 가압 및 가열 장치의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 전력 케이블의 복원 절연 시스템 층을 가열하는 동안 도 1 의 가압 및 가열 장치를 포함하는 가열 조립체의 예의 종단면을 도시한다.
도 3 은 전력 케이블의 복원 절연 시스템 층을 가열하는 동안 가압 및 가열 장치의 다른 예의 종단면을 도시한다.
도 4 는 전력 케이블의 절연 시스템 복원 방법의 흐름도이다.
이제, 이하에서 예시적인 실시형태들이 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본 발명 개념을 더 충분히 설명한다. 하지만, 본 발명 개념은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고, 본 명세서에서 제시된 실시형태들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며; 오히려 이 실시형태들은 이 개시가 완전하도록 예로써 제공되며, 본 발명 개념의 범위를 당업자에게 충분히 전달할 것이다. 유사한 도면 부호들은 설명 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 가리킨다.
도 1 은 개방 상태의 가압 및 가열 장치 (1) 의 평면도를 개략적으로 도시한다. 가압 및 가열 장치 (1) 는 전도체 조인트 위의 전력 케이블의 절연 시스템을 복원할 때 또는 전력 케이블이 손상된 경우에 전력 케이블의 절연 시스템 층을 가열하도록 구성된다. 가열은 일부 예에서 복원 절연 시스템 층의 경화를 포함할 수 있다. 가압 및 가열 장치 (1) 는 중전압 또는 고전압 AC 또는 DC 전력 케이블의 복원 절연 시스템 층들을 가열하는 데 적합할 수 있다.
가압 및 가열 장치 (1) 는 제 1 부분 (3) 및 제 2 부분 (5) 을 포함한다.
제 1 부분 (3) 은 제 1 부분 (3) 의 일 단부로부터 제 1 부분 (3) 의 반대 단부까지 연장되는 제 1 채널 (3a) 을 갖는다. 제 1 채널 (3a) 은 직선형이다. 제 1 채널 (3a) 은 전력 케이블 조인트를 포함하는 전력 케이블을 수용하도록 구성된다.
제 2 부분 (5) 은 제 2 부분 (5) 의 일 단부로부터 제 2 부분 (5) 의 반대 단부까지 연장되는 제 2 채널 (5a) 을 갖는다. 제 2 채널 (5a) 은 직선형이다. 제 2 채널 (5) 은 전력 케이블 조인트를 포함하는 전력 케이블을 수용하도록 구성된다.
제 1 부분 (3) 과 제 2 부분 (5) 은 서로 조립되어 가압 및 가열 장치 (1) 를 폐쇄 상태로 설정하도록 구성된다. 따라서 가압 및 가열 장치 (1) 는 개폐 가능하다.
제 1 부분 (3) 과 제 2 부분 (5) 은 예를 들어 힌지 방식으로 연결되거나 서로 완전히 분리될 수 있다.
가압 및 가열 장치 (1) 의 폐쇄 상태에서, 제 1 채널 (3a) 은 제 2 채널 (5a) 에 대면한다. 제 1 채널 (3a) 은 제 2 채널 (5a) 과 축방향으로 정렬된다. 따라서, 제 1 채널 (3a) 및 제 2 채널 (5a) 은 가압 및 가열 장치 (1) 의 제 1 단부 (4a) 로부터 가압 및 가열 장치 (1) 의 제 1 단부 (4a) 에 대향하는 제 2 단부 (4b) 로 연장되는 가열 챔버를 형성한다. 따라서 가열 챔버는 가압 및 가열 장치 (1) 의 길이를 따라 전력 케이블 조인트를 포함하는 전력 케이블을 원주방향으로 둘러싸도록 구성된다.
가압 및 가열 장치 (1) 는 일부 예에 따르면 가열 챔버를 미리 정해진 온도로 가열하도록 구성된 가열 장치 (7) 를 포함할 수 있다. 미리 정해진 온도는 일부 예에 따르면 폴리에틸렌과 같은 열경화성 중합체를 경화시키기 위한 경화 온도이다. 일부 예에 따르면, 미리 정해진 온도는 폴리에틸렌과 같은 열가소성 중합체가 용융될 때까지 가열하기 위한 용융 온도이다. 가열 장치 (7) 는 예를 들어 제 1 채널 (3a) 및 제 2 채널 (5a) 주위에 배열된 가열 코일 또는 유사한 수단에 의해 가열 챔버를 직접 가열하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 가열 장치는 가압 및 가열 장치 (1) 의 외부에 있을 수 있다. 이 경우 가열 장치는 가열 챔버 내로 도입된 희가스와 같은 가스를 외부에서 가열하도록 구성될 수 있다.
가압 및 가열 장치 (1) 는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 주로 만들어지는 축방향 연장 섹션 (9) 을 갖는다. 축방향 연장 섹션 (9) 은 적어도 20cm 길이, 예컨대 적어도 30cm 길이, 예컨대 적어도 40cm 길이이다.
축방향 연장 섹션 (9) 은 일 예에 따르면 가압 및 가열 장치 (1) 의 전체 길이, 즉 제 1 단부 (4a) 로부터 제 2 단부 (4b) 까지일 수 있다.
재료는 예에 따르면 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 100 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10 S/m, 20℃ 에서1 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 0.1 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 0.01 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 0.001 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 0.0001 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-4 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-5 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-6 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-7 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-8 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-9 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10^-10 S/m 의 전도도를 갖는다.
재료는 예를 들어 유리 섬유 또는 탄소 섬유 강화 에폭시 또는 폴리아미드와 같은 유리 섬유 또는 탄소 섬유 강화 중합체이거나 이를 포함할 수 있다.
가압 및 가열 장치 (1) 의 축방향 연장 섹션 (9) 에서, 제 1 부분 (3) 및 제 2 부분 (5) 각각은 벽 또는 벽들 (3b) 을 가지며, 그 중 적어도 70% 또는 적어도 80% 는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료이다.
도 2 는 내부에 배치된 전력 케이블 조인트를 포함하는 전력 케이블 (11) 을 갖는 가압 및 가열 장치 (1) 를 포함하는 가열 조립체 (10) 의 종단면을 개략적으로 도시한다.
전력 케이블 (11) 은 가압 및 가열 장치 (1) 내부에서 접합되는 과정에 있는 2 개의 케이블 길이 (11a 및 11b) 를 포함한다. 가압 및 가열 장치 (1) 는 폐쇄 상태에 있고, 전력 케이블 (11) 은 가열 챔버 (13) 내부에서 가압 및 가열 장치 (1) 를 통해 연장된다.
도 2 에 도시된 상태에서, 2 개의 케이블 길이 (11a 및 11b) 의 전도체 (15a 및 15b) 가 접합되어, 전도체 조인트 (15c) 가 생성된다. 2 개의 전도체 (15a, 15b) 는 단일 전도체를 형성한다.
전도체들 (15a, 15b) 의 접합은 예를 들어 용접, 납땜에 의해 또는 기계적 커넥터를 사용하여 수행될 수 있다.
각각의 케이블 길이 (11a, 11b) 는 전도체 조인트 (15c) 에 원추형으로 인접하게 형성된 절연 시스템 (17a, 17b) 을 갖는다. 원추형 절연 시스템 (17a, 17b) 및 전도체 조인트 (15c) 를 포함하는 영역은 전력 케이블 조인트이다.
가열 조립체 (10) 는 유도 가열 장치를 포함한다. 유도 가열 장치는 적어도 하나의 HF 가열 코일 (19a, 19b) 을 포함한다. 적어도 하나의 가열 코일 (19a, 19b) 은 가압 및 가열 장치 (1) 의 축방향 연장 섹션 (9) 주위에 배열된다. 따라서 적어도 하나의 가열 코일 (19a) 은 축방향 연장 섹션 (9) 외부에 방사상으로 배열된다.
본 예에서 가열 조립체 (10) 는 2 개의 HF 가열 코일 (19a, 19b) 을 포함한다. HF 가열 코일 (19a, 19b) 둘 모두는 가압 및 가열 장치 (1) 의 축방향 연장 섹션 (9) 주위에 축방향으로 이격되어 배열된다. 대안적으로, 가압 및 가열 장치가 2 개의 축방향 연장 섹션을 포함하는 경우, 각각의 HF 가열 코일은 각각의 축방향 연장 섹션 주위에 배열될 수 있다.
HF 가열 코일 (19a, 19b) 은 전도체 조인트 (15c) 의 두 측면들에 대칭적으로 배치될 수 있다. 따라서, HF 가열 코일 (19a, 19b) 은 전도체 조인트 (15c) 로부터 각각의 축방향으로 동일한 축방향 거리에 배열될 수 있다. 이 거리는 전도체 조인트 (11c) 로부터 최대 2-2.5m, 예를 들어 전도체 조인트 (11c) 로부터 1-2m, 예를 들어 전도체 조인트 (11c) 로부터 0.8-1m, 예를 들어 전도체 조인트 (11c) 로부터 0.1-0.5m 일 수 있다.
단 하나의 HF 가열 코일 (19a) 이 사용된다면, 이는 전도체 조인트 (15c) 위에 중심을 둘 수 있다.
유도 가열 장치는 파워 서플라이를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 HF 가열 코일 (19a, 19b) 은 파워 서플라이에 의해 전력을 공급받는다. 파워 서플라이는 킬로헤르츠 범위의 교류를 생성하도록 구성된다.
유도 가열 장치는 적어도 하나의 HF 가열 코일을 냉각시키도록 구성된 수냉식 시스템을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 HF 가열 코일 (19a, 19b) 은 도 2 에 도시된 바와 같이 하나 이상의 외부 HF 가열 코일일 수 있다. 이 경우 적어도 하나의 HF 가열 코일 (19a, 19b) 은 가압 및 가열 장치 (1) 주위에 제공되고 그로부터 제거될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 HF 가열 코일은 가압 및 가열 장치 (1) 와 통합될 수 있다. 이 경우, 가압 및 가열 장치 (1) 는 도 3 에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 HF 가열 코일을 포함한다. 가압 및 가열 장치 (1) 가 1 개 또는 2 개의 통합된 HF 가열 코일을 포함하는 경우에 위에서 언급한 바와 같이 배치와 관련하여 동일한 고려 사항이 적용될 수 있다.
도 2 및 도 4 를 참조하여, 전력 케이블의 전도체 주위에 절연 시스템을 복원하는 방법이 이제 설명된다. 본 예에서, 절연 시스템의 복원은 가압 및 가열 장치 (1) 또는 가열 조립체 (10) 를 사용하여, 전력 케이블 조인트의 경화되지 않은 절연 시스템 층을 경화하는 것과 관련이 있다. 이 방법은 또한 손상된 전력 케이블의 절연 시스템을 접합없이 복원하는 데 사용될 수 있다.
조인트 절연 시스템, 즉 절연 시스템 (17a, 17b) 의 원뿔형 단부들 사이 그리고 전도체 조인트 (15c) 주위의 절연 시스템은 층별로 재건된다.
제 1 복원 절연 시스템 층 (21) 은 전도체 조인트 (15c) 주위에 제공되고, 원추형 단부들에서 절연 시스템 (17a, 17b) 의 대응하는 절연 층과 중첩하여 배열된다.
복원 미경화 절연 시스템 층 (21) 은 예를 들어 노출된 전도체 주위에 감긴 테이프에 의해 형성될 수 있다.
복원 절연 시스템 층 (21) 을 가열하는 과정에서, 단계 a) 에서 전도체 조인트 (15c) 및 전도체 조인트 (15c) 주위에 배열된 복원 절연 시스템 층 (21) 을 갖는 전도체를 포함하는 전력 케이블 조인트가 제 1 채널 (3) 과 제 2 채널 (5) 중 하나에 배치된다.
전력 케이블의 절연 시스템을 보수로 복원하는 경우, 전도체 주위에 복원 절연 시스템 층이 제공된다.
단계 b) 에서 가압 및 가열 장치 (1) 는 폐쇄 상태로 설정된다. 따라서 가열 챔버 (10) 는 전력 케이블 조인트 주위에 형성된다.
가압 및 가열 장치 (1) 는 전력 케이블 (11) 에 대해 가열 챔버 (10) 를 밀봉하기 위한 개스킷과 같은 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 제 1 부분 (3) 및 제 2 부분 (5) 은 또한 서로에 대해 밀봉된다.
단계 c) 에서 가열 챔버 (13) 가 가압된다. 가열 챔버 (13) 는 대기압보다 높은 압력으로 가압된다. 압력은 복수의 bar, 예를 들어 4-15 bar, 예를 들어 4-10 bar 의 범위이다.
가열 챔버 (13) 는 전도체 조인트 (15c) 에 걸쳐 절연 시스템을 재건하는 동안 산화를 방지하기 위해, 단계 c) 와 함께 경화 동안 희가스로 채워질 수 있다. 희가스는 가열 챔버 (13) 내부에 존재하는 압력을 얻는다.
단계 d) 에서 복원 절연 시스템 층 (21) 이 가열된다. 가열은 전형적으로 복원 절연 시스템 층 (21) 을 경화시키는 것을 포함하지만, 복원 절연 시스템 층 (21) 이 열가소성 물질로 제조되는 경우에 경화 없이 용융하는 것을 포함할 수 있다.
가열은, 축방향 연장 섹션 (9) 에서 가열 챔버 (13) 주위에 배치된 적어도 하나의 HF 가열 코일 (19a, 19b, 19c) 에 전도체에 전류를 유도하도록 전류를 공급함으로써 복원 절연 시스템 층 (21) 의 내부 가열에 의해 그리고 가압 및 가열 장치 (1) 내부에서의 복원 절연 시스템 층 (21) 의 외부 가열에 의해 수행된다.
적어도 하나의 HF 코일 (19a, 19b) 은 예를 들어 단계 d) 전에 전력 케이블 (11) 주위에 배치를 용이하게 하기 위해 개방가능하거나 여러 부분들로 분할될 수 있다.
가압 및 가열 장치 (1) 가 축방향 연장 섹션 (9) 보다 더 높은 전기 전도도를 갖는 재료로 제조된 하나 이상의 섹션들을 포함하는 경우, 적어도 하나의 HF 가열 코일 (19a, 19b, 19c) 은 두 재료 사이의 경계면으로부터 적절한 거리에서 축방향 연장 섹션 주위에 배치된다.
단계 d) 에서 외부 가열 및 내부 가열은 일반적으로 동시에 수행된다.
단계 a) - d) 는 일반적으로 전력 케이블 조인트의 복수의 복원 절연 시스템 층들 각각에 대해 수행된다. 각 반복 후에, 가열된 절연 시스템 층(들)은 60℃ 이하와 같은 미리 정의된 온도로 냉각된다.
이상에서 여러 예를 참조하여 본 발명 개념을 주로 설명하였다. 그러나, 본 기술분야의 당업자가 용이하게 인식하는 바와 같이, 위에서 개시된 실시형태 이외의 다른 실시형태들이 첨부된 청구항들에 의해 규정된 바와 같이 본 발명 개념의 범위 내에서 동등하게 가능하다.

Claims (14)

  1. 전력 케이블 (11) 의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치 (1) 로서, 상기 가압 및 가열 장치 (1) 는
    상기 전력 케이블 (11) 의 일부를 수용하도록 구성된 제 1 채널 (3a) 을 포함하는 제 1 부분 (3),
    상기 전력 케이블 (11) 의 일부를 수용하도록 구성된 제 2 채널 (5a) 을 포함하는 제 2 부분 (5) 을 포함하고,
    상기 가압 및 가열 장치 (1) 는, 상기 제 1 채널 (3a) 이 상기 제 2 채널 (5a) 을 향하는 폐쇄 상태로 설정되어 상기 가압 및 가열 장치 (1) 의 제 1 단부 (4a) 로부터 상기 제 1 단부 (4a) 반대편에 있는 제 2 단부 (4b) 로 연장되는 가열 챔버 (13) 를 형성하도록 구성되고,
    상기 가압 및 가열 장치 (1) 는, 상기 전력 케이블 (11) 이 상기 가열 챔버 (13) 내에 밀봉되어 배치될 때, 가압되어 상기 가열 챔버 (13) 내부에 대기압보다 더 높은 압력을 얻도록 구성되고,
    상기 가압 및 가열 장치 (1) 는 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 주로 제조되는 적어도 20cm 길이의 축방향 연장 섹션 (9) 을 갖는, 가압 및 가열 장치 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료는 최대 20℃ 에서 대략 100 S/m, 예를 들어 20℃ 에서 10 S/m, 20℃ 에서 1 S/m, 20℃ 에서 0.1 S/m, 20℃ 에서 0.01 S/m, 20℃ 에서 0.001 S/m, 20℃ 에서 0.0001 S/m 의 전도도를 갖는, 가압 및 가열 장치 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축방향 연장 섹션 (9) 은 길이가 적어도 30 cm, 예를 들어 길이가 적어도 40 cm 인, 가압 및 가열 장치 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 연장 섹션 (9) 의 적어도 70%, 예를 들어 적어도 80% 가 최대 20℃ 에서 대략 1000 S/m 의 전도도를 갖는 재료로 제조되는, 가압 및 가열 장치 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 섬유 강화 중합체를 포함하는, 가압 및 가열 장치 (1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압 및 가열 장치 (1) 가 폐쇄 상태일 때에 상기 축방향 연장 섹션 (9) 에서 상기 가열 챔버 (13) 주위로 연장되는 고주파 HF 가열 코일 (19a, 19b, 19c) 을 포함하는, 가압 및 가열 장치 (1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 HF 가열 코일 (19c) 은 상기 제 1 단부 (4a) 로부터 상기 제 2 단부 (4b) 를 향해 측정된 상기 가압 및 가열 장치의 중심으로부터 ±30% 범위에 있는 위치에서 상기 가열 챔버 (13) 주위로 연장되는, 가압 및 가열 장치 (1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 범위가 ±10% 인, 가압 및 가열 장치 (1).
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 가압 및 가열 장치 (1), 및 축방향 연장 섹션 (9) 에서 상기 가압 및 가열 장치 (1) 주위에 배치되도록 구성된 적어도 하나의 외부 HF 가열 코일 (19a, 19b) 을 포함하는, 가열 조립체 (10).
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 가압 및 가열 장치 (1) 또는 제 9 항에 따른 가열 조립체 (10) 를 사용하여 전력 케이블의 전도체 주위의 절연 시스템을 복원하는 방법으로서,
    a) 전도체 주위에 배치된 복원 절연 시스템 층 (21) 을 갖는 전력 케이블을 제 1 채널 (3a) 및 제 2 채널 (5a) 중 하나에 배치하는 단계,
    b) 상기 가압 및 가열 장치 (1) 를 폐쇄 상태로 설정하는 단계,
    c) 상기 가열 챔버 (13) 를 가압하는 단계, 및
    d) 상기 축방향 연장 섹션 (9) 에서 상기 가열 챔버 (13) 주위에 배치된 고주파 HF 가열 코일 (19a, 19b, 19c) 에 전도체에 전류를 유도하도록 전류를 공급함으로써 상기 복원 절연 시스템 층 (21) 의 내부 가열에 의해 그리고 상기 가압 및 가열 장치 (1) 내부의 외부 가열에 의해, 상기 가열 챔버가 가압되는 동안 상기 복원 절연 시스템 층 (21) 을 가열하는 단계
    를 포함하는, 절연 시스템의 복원 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 복원 절연 시스템 층들 (21) 각각에 대해 단계 a) - d) 를 수행하는 것을 포함하는, 절연 시스템의 복원 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 단계 d) 에서 상기 외부 가열과 상기 내부 가열이 동시에 수행되는, 절연 시스템의 복원 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 가열 및 상기 내부 가열은 상기 가열 챔버 (13) 내부의 희가스 분위기에서 수행되는, 절연 시스템의 복원 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 d) 이전에 상기 복원 절연 시스템 층 (21) 은 미경화 절연 시스템 층 (21) 이고, 상기 단계 d) 에서 상기 외부 가열 및 상기 내부 가열은 상기 복원 절연 시스템 층 (21) 을 경화시키기 위한 것인, 절연 시스템의 복원 방법.
KR1020220077690A 2021-06-28 2022-06-24 전력 케이블의 절연 시스템을 복원하기 위한 가압 및 가열 장치 및 방법 KR20230001538A (ko)

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