KR20230154920A

KR20230154920A - 광섬유를 포함하는 오버헤드 전기 케이블 장치 및 강도 부재 조립체

Info

Publication number: KR20230154920A
Application number: KR1020237033730A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 웹; 이안 엠. 필링; 크리스토퍼 왕
Original assignee: 씨티씨 글로벌 코포레이션
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-11-09
Also published as: WO2022186854A1; US20240103239A1; CN117242385A; CL2023002628A1; UY39660A; CO2023012100A2; US20240154399A1; JP2024513667A; AU2022231173A1; WO2022187750A1; CA3210396A1; IL305772A; KR20230154924A; EP4302147A1; MX2023010351A; EP4302317A1; TW202244948A; AR125503A1

Abstract

본 발명은 전기 전송 라인 및 배전선과 이러한 전선의 설치 및 조사 방법에 관한 것이다. 이러한 전선은 강도 부재와 강도 부재에 연결된 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 오버헤드 전기 케이블을 포함한다. 종단 장치가 전기 케이블을 지지 타워에 고정하여 광섬유를 손상시키지 않고도 종단 장치를 통해 광섬유의 통과를 가능하게 하도록 구성된다. 2개의 인접한 전기 케이블 세그먼트로부터의 광섬유는 단일 검사 장치로부터 2개의 케이블 세그먼트를 검사하기 위해 융합될 수도 있다.

Description

광섬유를 포함하는 오버헤드 전기 케이블 장치 및 강도 부재 조립체

본 특허출원은 2021년 4월 29일에 출원된 국제 PCT 출원번호 PCT/US2021/030016호를 기초로 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 통합된다. 또한, 본 특허출원은 2021년 3월 5일에 출원된 미국 가특허출원번호 63/157,603호를 기초로 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 통합된다.

본 개시는 오버헤드 전기 케이블 분야, 특히 광섬유를 오버헤드 전기 케이블에 통합하기 위한 구성 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 전기 전송 라인 및 배전선과 이러한 전선 및 전선의 구성요소, 가령, 케이블 및 종단 장치(termination arrangement)의 설치 및 조사 방법에 관한 것이다. 이러한 전선은 강도 부재와 강도 부재에 연결된 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 오버헤드 전기 케이블을 포함한다. 종단 장치는 전기 케이블을 지지 타워에 고정하여 광섬유를 손상시키지 않고도 종단 장치를 통해 광섬유의 통과를 가능하게 하도록 구성된다. 2개의 인접한 전기 케이블 세그먼트로부터의 광섬유는 단일 검사 장치로부터 2개의 케이블 세그먼트를 검사하기 위해 융합될 수도 있다.

일 양태에서, 오버헤드 전기 케이블의 설치 방법이 기술된다. 일 실시예에서, 전기 케이블은 전기 전도체를 지지하는 강도 부재 조립체와 상기 강도 부재 조립체의 길이를 따라 작동 가능하게 배치된 적어도 하나의 광섬유를 포함한다. 상기 방법은 복수의 지지 타워에 오버헤드 전기 케이블을 지지하는 단계, 강도 부재 조립체의 단부 세그먼트로부터 전기 전도체의 일부를 제거하는 단계, 및 강도 부재 조립체의 단부 세그먼트에 그리핑 조립체를 고정하는 단계를 포함하며, 단부 세그먼트의 일부가 그리핑 조립체를 지나 연장된다. 상기 방법은, 추가로, 그리핑 조립체를 지나 연장되는 강도 부재의 단부 세그먼트의 부분으로부터 광섬유의 단부 부분을 분리하는 단계, 광섬유의 분리된 단부 부분을 섬유 개구를 통해 커넥터의 원위 단부에 배치하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서, 커넥터는 패스너를 포함하고, 그리핑 조립체에 커넥터를 고정하는 단계, 커넥터 위와 전기 전도체 위에 전도성 슬리브를 크림핑 하는 단계, 및 검사 장치를 광섬유에 작동 가능하게 연결하는 단계를 포함한다.

또 다른 양태에서, 오버헤드 전선이 개시된다. 일 실시예에서, 오버헤드 전선이 기계적 인장 하에서 복수의 지지 타워 상에 지지되는 오버헤드 전기 케이블을 포함하며, 상기 오버헤드 전기 케이블은 강도 부재에 의해 지지되는 전기 전도체를 포함한다. 전선은 오버헤드 전기 케이블의 한 단부를 지지 타워에 고정하는 적어도 제1 종단 장치를 포함하며, 상기 종단 장치는 강도 부재의 단부 세그먼트에 고정된 그리핑 조립체를 갖는다. 광섬유가 전기 케이블의 길이를 따라 그리핑 조립체를 통해 연장되고, 강도 부재로부터 분리되는 그리핑 조립체를 지나는 단부 부분을 포함한다. 개구가 광섬유를 조사하기 위해 광섬유에 대한 접근을 허용하도록 구성된 종단 장치의 한 단부에 배치된다.

또 다른 실시예에서, 오버헤드 전선이 오버헤드 전기 케이블의 제1 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 세그먼트는 제1 데드-엔드 종단 장치를 사용하여 데드-엔드 타워에 고정되며, 오버헤드 전기 케이블은 강도 부재에 의해 지지되는 전기 전도체를 포함한다. 오버헤드 전기 케이블의 제2 세그먼트가 제2 데드-엔드 종단 장치를 사용하여 제1 세그먼트와 실질적으로 상이한 방향으로 데드-엔드 타워에 고정된다. 점퍼 케이블이 제1 세그먼트를 제2 세그먼트에 전기적으로 연결한다. 제1 광섬유 세그먼트가 제1 전기 케이블로부터 제1 데드-엔드 종단 장치를 통과하고 제1 스플라이스 박스에서 종단되는 가요성 보호 도관의 제1 세그먼트를 통해 연장된다. 제2 광섬유 세그먼트가 제2 전기 케이블로부터 제2 데드-엔드 종단 장치를 통과하고 제2 스플라이스 박스에서 종단되는 가요성 보호 도관의 제2 세그먼트를 통해 연장된다. 가요성 도관의 제3 세그먼트가 제1 및 제2 스플라이스 박스를 결합하며, 제1 스플라이스 박스로부터 가요성 도관의 제3 세그먼트를 통과하여 제2 스플라이스 박스 내로 연장된다. 제1 광섬유 세그먼트와 제3 광섬유 세그먼트는 제1 스플라이스 박스에서 작동 가능하게 스플라이싱 되고, 제2 광섬유 세그먼트와 제3 광섬유 세그먼트는 제2 스플라이스 박스에서 작동 가능하게 스플라이싱 된다. 　

상기 실시예 및 그 밖의 다른 실시예들은 하기 발명의 상세한 설명과 첨부도면들로부터 당업자에게 자명할 것이다.

도 1은 오버헤드 전선을 예시한다.
도 2a 및 2b는 종래 기술에 따른 복합 강도 부재를 갖는 오버헤드 전기 케이블의 2개의 예를 예시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 수용하기 위한 선형 홈을 포함하는 강도 부재를 예시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 수용하기 위한 나선형 홈을 포함하는 강도 부재를 예시한다.
도 5는 본 발명에 따른 강도 부재에 결합된 광섬유를 갖는 강도 부재 조립체를 예시한다.
도 6은 본 발명에 따른 강도 부재에 결합된 광섬유를 갖는 강도 부재 조립체를 예시한다.
도 7은 본 발명에 따른 강도 부재에 결합된 광섬유를 갖는 강도 부재 조립체를 예시한다.
도 8은 본 발명에 따른 강도 부재에 결합된 광섬유를 갖는 강도 부재 조립체를 예시한다.
도 9는 본 발명에 따른 강도 부재에 결합된 광섬유를 갖는 강도 부재 조립체를 예시한다.
도 10a-10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 부재 조립체의 횡단면도를 예시한다.
도 11a-11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 부재 조립체의 횡단면도를 예시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 부재 조립체의 제조 방법을 개략적으로 예시한다.
도 13은 종래 기술에 따른 종단 장치의 횡단면도를 예시한다.
도 14는 종래 기술에 따른 종단 장치의 사시도를 예시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 장치의 횡단면도를 예시한다.
도 16a-16b는 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 장치의 횡단면도를 예시한다.
도 17은 2개의 전기 케이블 세그먼트에 걸쳐 광섬유를 통해 조사를 가능하게 하는 전선의 일부를 개략적으로 예시한다.

오버헤드 전기 케이블(예를 들어, 전기의 전송 및/또는 분배를 위한)은 전통적으로 강철 강도 부재 주위에 나선형으로 감겨지고 구성이 "알루미늄 전도체 강철 강화"(ACSR)로 지칭되는 복수의 전도성 알루미늄 스트랜드로 둘러싸인 강철 강도 부재를 사용하여 구성되어 왔다. 최근에, 섬유-강화 복합 강도 부재를 갖는 오버헤드 전기 케이블이 제조되어 많은 전선에 배치되고 있다. 강철에 비해, 강도 부재에 사용되는 섬유-강화 복합 재료는 무게가 가볍고 열팽창이 적다.

도 1은 전기 전송을 위한 오버헤드 전기 전송 라인(100)의 일부를 예시한다. 지지 타워(예를 들어, 철탑), 가령, 지지 타워(102a/102b/102c)를 사용하여, 노출되거나 피복된 전기 케이블(예를 들어, 전기 케이블(104a))을 지형 위로 올림으로써, 오버헤드 전기 전송 및 배전 라인이 구성된다. 전송 및 배전 라인은 수 마일에 걸쳐 있을 수 있으므로, 매우 긴 길이의 전기 케이블과 다수의 지지 타워가 필요하다. 지지 타워 중 일부는 가령 타워(102a)와 같이 데드-엔드 타워 또는 앵커 타워라고 한다. 이러한 타워는 종단 지점, 예를 들어, 변전소 또는 전선이 지하로 연장되는 위치에 배치된다. 타워(102a)와 같은 데드-엔드 타워는 전선이 방향을 바꾸거나(예를 들어, 회전하거나) 또는 케이블이 고장난 경우 손상이나 부상의 위험이 높은 도로 또는 기타 구조물을 가로지를 때 긴 직선 경로에서 일정한 간격으로 필요할 수 있다. 이 경우, 오버헤드 전기 케이블은 종단 처리(예를 들어, 절단)되어야 하고, 높은 인장 하에서 데드-엔드 타워에 고정되어야 하며, 인접한 오버헤드 전기 케이블에 전기적으로 연결되어야 한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 전기 케이블 세그먼트(104a)는 데드-엔드 종단 장치(106a)(예를 들어, 인장 클램프)를 사용하여 타워(102a)에 고정(예를 들어, 안착)되고, 점퍼(105)를 통해 인접한 전기 케이블(104b)에 전기적으로 연결되며, 예를 들어, 인접한 전기 케이블(104b)은 제1 전기 케이블 세그먼트(104a)와 실질적으로 상이한 방향으로 연장된다.

또 다른 종단 구조는 케이블 스플라이스(cable splice)로 지칭된다. 오버헤드 케이블의 단일 세그먼트의 길이가 수천 피트를 커버할 수 있지만, 전력망은 수백 마일의 전기 케이블을 필요로 한다. 이러한 거리를 커버하기 위해, 라인맨은 종종 2개의 작은 케이블 세그먼트를 함께 연결해야 한다(예를 들어, 결합해야 한다). 따라서, 오버헤드 케이블 설치의 2개의 데드-엔드 사이에 하나 이상의 케이블 스플라이스가 배치될 수 있다. 케이블 스플라이스는 케이블의 두 단부를 함께 유지하는 기계적 접합부 및 전류가 케이블 스플라이스를 통해 흐를 수 있도록 하는 전기 접합부 둘 모두의 기능을 한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 케이블 스플라이스(108)가 전기 케이블 세그먼트(104c)을 전기 케이블 세그먼트(104d)에 작동 가능하게 연결하여 기계적 접합부 및 연속적인 전기 경로를 형성한다.

도 2a는, 하부 구성요소, 예를 들어, 강도 부재를 포함하는 강도 부재 조립체를 보여주기 위해 전기 전도체의 일부가 제거된 전기 케이블의 사시도를 예시한다. 도 2a에 도시된 구성에서, 섬유-강화 복합 강도 부재는 단일의 섬유-강화 복합 강도 요소(예를 들어, 단일 로드)를 포함한다. 이러한 구성의 예는 Hiel 등에 허여된 미국 특허번호 7,368,162에 기술되어 있는데, 상기 미국 특허는 전체 내용이 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다. 대안으로, 도 2b에 예시된 바와 같이, 복합 강도 부재는 강도 부재를 형성하기 위해 작동 가능하게 결합된(예를 들어, 함께 꼬이거나 감겨진) 복수의 개별 섬유-강화 복합 강도 요소(예를 들어, 개별 로드)로 구성될 수 있다. 이러한 다중-요소 복합 강도 부재의 예는, 이들에만 제한되지는 않지만, McCullough 등에 허여된 미국 특허번호 6,245,425에 예시된 다중-요소 알루미늄 매트릭스 복합 강도 부재; Tosaka 등에 허여된 미국 특허번호 6,015,953에 예시된 다중-요소 탄소 섬유 강도 부재; 및 Daniel 등에 허여된 미국 특허번호 9,685,257에 예시된 다중-요소 강도 부재를 포함한다. 이들 각각의 미국 특허들은 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다. 섬유-강화 복합 강도 부재에 대한 그 밖의 다른 구성은 당업자에게 공지된 바와 같이 구현될 수 있다.

도 2a에 예시된 오버헤드 전기 케이블을 참조하면, 전기 케이블(204A)은 제1 전도층(213a)과 제2 전도층(213b)을 포함하는 전기 전도체(212A)를 포함하며, 각각은 섬유-강화 복합 강도 부재(216A) 주위에 나선형으로 감겨진 복수의 개별 전도성 스트랜드(예를 들어, 스트랜드(214a 및 214b))를 포함한다. 이러한 오버헤드 전기 케이블은 오버헤드 전기 케이블의 원하는 용도에 따라 단일 전도층 또는 2개 이상의 전도층을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 전도성 스트랜드는 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 금속으로 제조될 수 있고, 노출된 오버헤드 전기 케이블에 사용하기 위해 전형적으로 알루미늄, 예를 들어, 경화 알루미늄, 어닐링된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 도 2a에 예시된 전도성 스트랜드는 실질적으로 사다리꼴 횡단면을 갖지만, 원형 단면과 같은 다른 구성도 사용될 수 있다. 사다리꼴 횡단면과 같은 다각형 횡단면의 사용은, 예를 들어 원형 횡단면을 갖는 스트랜드에 비해, 동일한 유효 케이블 직경에 대해 전도성 금속의 횡단면적을 유리하게 증가시킨다.

전도성 재료, 가령, 알루미늄은 전기의 전송 및/또는 배전을 위한 오버헤드 전선을 형성하기 위해 지지 타워 사이에서 묶여질 때 자체-지지하기에 충분한 기계적 특성(예를 들어, 충분한 인장 강도)을 갖지 않는다. 이에 관해, 강도 부재(216A)는 오버헤드 전기 케이블(204A)이 높은 기계적 인장 하에서 지지 타워들 사이에 묶여질 때(strung)) 전도층(213a/213b)을 지지한다. 도 2a에 예시된 실시예에서, 강도 부재(216A)는 단일의(예를 들어, 오직 하나의) 강도 요소(217A)를 포함한다. 강도 요소(217A)는 결합 매트릭스 내의 고강도 탄소 강화 섬유의 섬유-강화 복합 코어(120A), 및 탄소 섬유와 제1 전도층(213a) 사이의 접촉을 방지하기 위해, 예를 들어, 제1 전도층(213a)에서 알루미늄의 갈바닉 부식을 방지하기 위해, 섬유-강화 복합 코어(218A) 주위에 배치된 갈바닉 층(219A)을 포함한다.

도 2b는 도 2a에 예시된 전기 케이블과 유사한 오버헤드 전기 케이블(204B)의 일 실시예를 예시한 도면으로서, 전기 전도체(212B)를 지지하는 강도 부재(216B)는 강도 부재(216B)를 형성하기 위해 함께 꼬이거나 감겨진 복수의 개별 강도 요소(예를 들어, 강도 요소(217B))를 포함한다. 도 2b에는 7개의 개별 강도 요소를 포함하는 것으로 예시되었지만, 다중-요소 강도 부재는 특정 용도에 적합한 임의의 수의 강도 요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

전술한 바와 같이, 강도 요소, 예를 들어 고 인장 강도 코어가 구성되는 섬유-강화 복합 재료는 결합 매트릭스에 작동 가능하게 배치되는 강화 섬유를 포함할 수 있다. 강화 섬유는 섬유-강화 복합재의 길이를 따라 연장되는 실질적으로 연속적인 강화 섬유일 수 있거나 및/또는 결합 매트릭스를 통해 분산되는 짧은 강화 섬유(예를 들어, 섬유 휘스커 또는 절단 섬유)일 수 있다. 강화 섬유는 다양한 재료, 이들에만 제한되는 것은 아니지만, 탄소, 유리, 붕소, 금속 산화물, 금속 탄화물, 고-강도 폴리머, 가령, 아라미드 섬유 또는 플루오로폴리머 섬유, 현무암 섬유 등으로부터 선택될 수 있다. 탄소 섬유는 매우 높은 인장 강도 및/또는 상대적으로 낮은 열팽창 계수(CTE)로 인해 많은 응용 분야에서 특히 유리하다.

결합 매트릭스는, 예를 들어, 플라스틱(예컨대, 폴리머), 가령, 열가소성 폴리머 또는 열경화성 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 매트릭스는 반-결정질 열가소성 재료를 포함하는 열가소성 폴리머를 포함할 수 있다. 유용한 열가소성 재료의 특정 예에는, 이들에만 제한되지는 않지만, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리프로필렌(PP), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르이미드(PEI), 액정 폴리머(LCP), 폴리옥시메틸렌(POM 또는 아세탈), 폴리아미드(PA 또는 나일론), 폴리에틸렌(PE), 플로오로폴리머 및 열가소성 폴리에스테르가 포함된다.

결합 매트릭스는 또한 열경화성 폴리머를 포함할 수 있다. 유용한 열경화성 폴리머의 예에는, 이들에만 제한되는 것은 아니지만, 에폭시, 비스말레이미드, 폴리에테르아미드, 벤족사진, 열경화성 폴리이미드(PI), 폴리에테르 아미드 수지(PEAR), 페놀 수지, 에폭시계 비닐 에스테르 수지, 폴리시아네이트 수지 및 시아네이트 에스테르 수지가 포함된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 비닐 에스테르 수지가 결합 매트릭스에 사용된다. 또 다른 실시예는 에폭시 수지, 가령, 에피클로로히드린과 비스페놀 A, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르(DGEBA)의 반응 생성물인 에폭시 수지의 사용을 포함한다. 에폭시 수지용 경화제는 섬유-강화 복합 강도 부재의 원하는 특성 및 가공 방법에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 경화제는 지방족 폴리아민, 폴리아미드 및 이들 화합물의 개질된 버전으로부터 선택될 수 있다. 무수물 및 이소시아네이트도 경화제로 사용할 수 있다. 결합 매트릭스에 유용한 열경화성 폴리머 재료의 다른 예는 부가 경화된 페놀 수지, 폴리에테르아미드 및 다양한 무수물 또는 이미드를 포함할 수 있다.

결합 매트릭스는 또한 금속성 매트릭스, 가령, 알루미늄 매트릭스일 수 있다. 알루미늄 매트릭스 섬유-강화 복합재의 한 예는 위에서 언급한 바와 같이 McCullough 등의 미국 특허번호 6,245,425에 설명되어 있다.

강도 부재가 갈바닉 층을 포함할 때, 갈바닉 층은 또한 결합 매트릭스에서 강화 섬유, 예를 들어 유리 섬유로부터 형성될 수 있다. 대안으로, 갈바닉 층은 플라스틱, 예를 들어 알루미늄 층으로부터 밑에 있는 탄소 섬유를 절연시키기 위해 고온 저항 및 우수한 유전 특성을 갖는 열가소성 재료로 형성될 수 있다.

특히 유리한 오버헤드 전기 케이블용 합성 강도 부재의 한 구성은, 위에서 언급한 바와 같이 Hiel 등의 미국 특허 번호 7,368,162에 예시되고 미국 캘리포니아주 어바인 소재의 CTC Global Corporation사로부터 구매가능한 ACCC®복합 구성이다. ACCC®전기 케이블의 상업적 실시예에서, 강도 부재는 폴리머 매트릭스에 배치된 실질적으로 연속적인 강화 탄소 섬유의 코어를 포함하는 실질적으로 원형 횡단면의 단일 요소 강도 부재이다. 탄소 섬유의 코어는 폴리머 매트릭스에도 배치되고 주변의 전도성 알루미늄 스트랜드로부터 탄소 섬유를 절연하도록 선택되는 유리 섬유의 견고한 절연 층으로 둘러싸여 있다. 도 2a를 참조하라. 유리 섬유는 또한 탄소 섬유보다 높은 탄성 계수를 가지고 굽힘성을 제공하며, 강도 부재와 전기 케이블을 스풀에 감아 보관하고 운송할 수 있다.

설치 중에 및/또는 설치 후에 케이블 검사(예를 들어, 조사) 또는 원격 통신(예를 들어, 데이터 전송)을 위해 광섬유를 포함하는 오버헤드 전기 케이블에 대한 요구가 표현되었다. 위에서 설명한 것과 같은 섬유-강화 복합 강도 부재를 포함하는 오버헤드 전기 케이블의 경우, 케이블 길이를 따라 케이블의 무결성을 보장하기 위해 설치 후에 케이블을 조사할 필요가 있다. 이러한 케이블의 길이가 매우 길기 때문에, 광학 시간 영역 반사 측정법(Optical Time Domain Reflectometry: OTDR), Brillouin 광학 시간 영역 반사 측정법(BOTDR) 또는 이와 유사한 분석 기술을 사용하는 것과 같은 검사에 의해 식별되는 결함 또는 균열과 같은 이상지점 위치를 식별하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에서 통합되는, Wong 등의 PCT 공개번호 WO2020/181248을 참조하라.

본 발명은 오버헤드 전기 케이블의 구조 내에 하나 이상의 광섬유, 예를 들어 유리 광섬유의 배치를 포함하는 구성에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구성은 예를 들어 하나 이상의 강도 요소의 외부 표면에서 강도 부재에 작동 가능하게 결합되는 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 강도 부재 조립체를 포함한다. 예를 들어, 제조 및 사용 중에 광섬유에 대한 손상을 방지하거나 최소화하는 광섬유의 무결성을 유지하는 오버헤드 전기 케이블 및 강도 부재 조립체의 구성을 개시하는 것이 목적이다. 또한, 강도 부재 조립체 및 오버헤드 전기 케이블의 구성을, 광섬유가 오버헤드 전기 케이블의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 쉽게 위치할 수 있고, 한 단부에서 오버헤드 케이블로부터 적어도 부분적으로 분리될 수 있게 하여, 광 전송 장치(예를 들어, 레이저와 같은 간섭성 광 전송 장치) 및/또는 검출 장치가 작동 가능하게 광섬유에 부착될 수 있도록 개시하는 것이 목적이다.

후속 도면들에서, 광섬유는 설명을 위해 전기 케이블에 대해 실측으로 도시되지 않았다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 부재(316)의 일 실시예를 예시한다. 강도 부재(316)는 결합 매트릭스에 탄소 섬유를 포함하는 고 인장강도 섬유-강화 복합 코어(318) 및 결합 매트릭스 내에 유리 섬유로 구성된 갈바닉 층(319)을 포함한다. 강도 요소는 강도 부재(316)의 길이를 따라 형성되는 홈(320)을 포함한다. 홈(320)은 홈(320) 내에 하나 이상의 광섬유를 유지하도록 구성된다(예를 들어, 크기가 정해지고 형상화된다). 이러한 방식으로, 모든 광섬유 또는 실질적으로 모든 광섬유는 실질적으로 강도 부재(316)의 표면 위로 돌출하지 않고 홈(320)에 배치될 수 있다. 도 4는 도 3에 예시된 것과 유사한 홈(420)을 포함하는 강도 부재(416)를 예시하지만, 도 4에서 홈은 강도 부재(416) 주위에 나선형으로 배치된다.

어느 실시예에서든, 홈의 폭은 홈 내에 적어도 하나의 광섬유의 배치를 가능하게 하기에 충분해야 하고, 홈의 깊이는 광섬유가 실질적으로 강도 부재의 표면 아래에 배치될 수 있게 하기에 충분해야 한다. 일 특정예에서, 홈은 광섬유가 홈 내에서 마찰 끼워맞춤될 수 있도록 광섬유의 폭과 실질적으로 유사하거나 광섬유의 폭보다 약간 더 큰 폭을 갖는다. 달리 말하면, 광섬유와 홈은 광섬유가 홈 내에 배치될 때 광섬유의 외주가 홈의 측벽과 부드럽게 접촉할 수 있는 치수를 가질 수 있다. 전형적인 유리 광섬유는 약 150 μm 내지 약 500 μm의 외경을 가지며 일반적으로 섬유의 유리 코어를 둘러싸는 플라스틱 재킷을 포함한다. 따라서, 홈은 적어도 약 100 μm, 가령, 적어도 약 120 μm의 폭을 가질 수 있다. 그러나, 홈은 광섬유 또는 원하는 경우 몇몇 광섬유를 수용하기 위해 필요한 것보다 커서는 안 되며, 한 구성에서, 홈은 약 500 μm 이하, 가령, 약 400 μm 이하의 폭을 갖는다. 마찬가지로, 홈의 깊이는 일반적으로 폭과 비슷한 치수를 갖는다. 홈의 형상은 원형(예를 들어, 둥근 바닥 및 측벽을 가짐) 또는 다각형(예를 들어, 각진 측벽 및 바닥을 가짐)일 수 있다. 특정 구성에서, 아래에 설명되는 바와 같이, 광섬유는 큰 폭, 예를 들어 최대 약 1 mm의 폭을 가질 수 있으며, 이러한 구성에서, 홈의 폭은 큰 직경의 광섬유를 수용하기 위하여 최대 약 1 mm 또는 최대 약 900 μm일 수 있다.

도 3 및 도 4에 예시된 것과 같은 광섬유 홈은 도 2에 예시된 실시예를 포함하여 전술한 실시예 중 임의의 실시예로 구현될 수 있다. 예를 들면, 도 5는 도 3에 예시된 것과 같은 강도 부재를 이용하는 전기 케이블(504) 및 강도 부재 조립체(515)의 일 실시예를 예시한다. 전기 케이블(504)은 결합 매트릭스에 탄소 섬유를 포함하는 고 인장강도 섬유-강화 복합 코어(518) 및 결합 매트릭스에 유리 섬유의 갈바닉 층(519)을 포함하는 단일 강도 요소를 포함하는 강도 부재(516)를 포함한다. 전기 전도체(512)가 강도 부재(516)를 둘러싸고 제1 전도층(513a) 및 제2 전도층(513b)을 포함한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 광섬유(522)가 강도 부재(516)의 외부 표면을 따라 형성되는 홈(520)에 선형으로 배치되어 강도 부재 조립체(515)를 형성한다. 이런 방식으로, 광섬유(522)와 전도층(513a) 사이에 재료 층이 개재되지 않고 강도 부재(516)의 표면에 광섬유(522)가 배치되더라도, 예를 들어, 전도층(513a)이 강도 부재(516) 위에 감길 때 홈(520)은 광섬유가 크게 손상되는 것을 실질적으로 방지한다. 도 5에 예시된 구성과 유사한 강도 부재 조립체 구성이, 예를 들어, 도 4에 도시된 강도 부재를 사용하여 나선형으로 결합된 광섬유로 구현될 수 있다. 일 구현예에서, 광섬유는 접착제 또는 이와 유사한 재료, 특히 고온 접착제를 사용하여 홈 내에 접합된다. 예를 들어, 고온 에폭시가 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 열가소성 재료 또는 폴리아미드를 사용하여 홈 내에 광섬유를 고정할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 광섬유를 홈에 배치하여 광섬유에 대한 일부 보호를 제공할 수 있기는 하지만, 광섬유를 추가로 보호하기 위해 추가 재료 층을 제공하는 것이 바람직하거나 여전히 필요할 수 있다. 단지 예로서, 도 6은 홈(620)에 배치된 광섬유(622)와 강도 부재(616)를 포함하는 강도 부재 조립체(615)의 횡단면도 및 전기 케이블(604)의 사시도를 도시한다. 강도 부재(616)는 결합 매트릭스에 탄소 섬유를 포함하는 고 인장강도 섬유-강화 복합 코어(618)를 포함한다. 전기 전도체(612)가 강도 부재(616)를 둘러싸고 제1 전도층(613a) 및 제2 전도층(613b)을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서, 광섬유(622)가 강도 요소(617)의 외부 표면을 따라 형성된 홈(620)에 선형으로 배치된다. 플라스틱 층(619)이 강도 요소(617)와 광섬유(622) 위에 배치되고 이를 둘러싸서 강도 부재 조립체(615)를 형성한다. 플라스틱 층(619)은, 예를 들어, 적어도 약 150℃가령, 적어도 약 180℃적어도 약 200℃또는 심지어 적어도 약 220℃의 연속 작동 온도를 갖는 고성능 플라스틱을 포함할 수 있다(예를 들어, 이러한 고성능 플라스틱으로 형성될 수 있다). 일 특정예에서, 고성능 플라스틱 층은 열가소성 재료, 예를 들어 반-결정질 열가소성 재료이다. 또 다른 특정예에서, 고성능 플라스틱 층은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS)로부터 선택된 열가소성 재료로 형성된다. 그 밖의 다른 플라스틱 재료, 가령, 플루오로카본 폴리머, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌도 유용할 수 있으며, 뿐만 아니라, 고성능 무정형 플라스틱, 가령, 무정형 폴리에테르이미드(PEI)도 유용할 수 있다. 플라스틱 층은 또한 우수한 내열성을 갖는 엘라스토머, 가령, 엘라스토머 실리콘으로 제조될 수 있다. 플라스틱 층은 적어도 약 1mm, 가령, 적어도 약 2mm의 두께를 가질 수 있다. 통상, 플라스틱 층의 두께는 약 10mm 이하일 것이다.

또 다른 예로서, 도 7은 홈(720)에 배치된 광섬유(722)와 강도 부재(716)를 포함하는 강도 부재 조립체(715)의 횡단면도 및 전기 케이블(704)의 사시도를 예시한다. 강도 부재(716)는 결합 매트릭스에 탄소 섬유를 포함하는 고 인장강도 섬유-강화 복합 코어(718)를 포함한다. 전기 전도체(712)가 강도 부재(716)를 둘러싸고 제1 전도층(713a) 및 제2 전도층(713b)을 포함한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 광섬유(722)가 강도 부재(716)의 외부 표면을 따라 형성된 홈(720)에 선형으로 배치된다. 금속성 등각 층(724)이 강도 부재(716)와 광섬유(722) 위에 배치되고 이를 둘러싸서 강도 부재 조립체(715)를 형성한다.

도 8은 홈(820)에 배치된 광섬유(822)와 강도 부재(816)를 포함하는 강도 부재 조립체(815)의 횡단면도 및 전기 케이블(804)의 사시도를 예시한다. 강도 요소(817)는 결합 매트릭스에 탄소 섬유를 포함하는 고 인장강도 섬유-강화 복합 코어(818)를 포함한다. 전기 전도체(812)가 강도 부재(816)를 둘러싸고 제1 전도층(813a) 및 제2 전도층(813b)을 포함한다. 도 8에 도시된 실시예에서, 광섬유(822)가 강도 요소(817)의 외부 표면을 따라 형성된 홈(820)에 선형으로 배치된다. 플라스틱 층(819)이 강도 부재(816)와 광섬유(822) 위에 배치되고 이를 둘러싼다. 금속성 등각 층(824)이 플라스틱 층(819) 위에 배치되고 이를 둘러싸서 강도 부재 조립체(815)를 형성한다.

도 9는 홈(920)에 배치된 광섬유(922)와 강도 부재(916)를 포함하는 강도 부재 조립체(915)의 횡단면도 및 전기 케이블(904)의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다. 강도 요소는 탄소 섬유를 포함하는 고 인장강도 섬유-강화 복합 코어(918)와 복합 코어(918)를 둘러싸는 갈바닉 층(919)을 포함한다. 전기 전도체(912)가 강도 부재(916)를 둘러싸고 제1 전도층(913a) 및 제2 전도층(913b)을 포함한다. 도 9에 도시된 실시예에서, 광섬유(922)가 강도 부재(916)의 외부 표면을 따라 형성된 홈(920)에 선형으로 배치된다. 테이프 층(925)이 강도 부재(916)와 광섬유(922)를 둘러싸며 이들 주위를 나선형으로 감싸서 강도 부재 조립체(915)를 형성한다. 테이프 층(925)은 예를 들어 백킹 재료(backing material) 상에 감압성 접착제(PSA)를 포함할 수 있다(예를 들어, 이러한 감압성 접착제로 형성될 수 있다). 일 구성에서, 테이프 층은 NOMEX 테이프(미국, 델라웨어, 윌밍턴에 위치한 DuPont de Nemours, Inc.)와 같은 내열성 메타-아라미드 섬유, 예를 들어, 기판의 한 표면에 접착제를 갖는 아라미드 섬유의 기판으로 형성된다. 테이프 층은 광섬유를 실질적인 손상으로부터 보호하기에 충분한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 테이프 층은 적어도 약 0.05mm, 가령, 적어도 약 0.1mm, 및 약 3mm 이하, 가령, 약 2mm 이하의 두께를 가질 수 있다.

강도 부재에 홈을 통합하는 전술한 실시예 중 임의의 실시예에서, 광섬유는 광섬유의 직경에 대한 홈 폭을 신중하게 선택함으로써 홈 내에 단단히 끼워질 수 있는데, 예를 들어 마찰 끼워맞춤될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 광섬유는 접착제(예를 들어, 유동성 접착제 또는 접착 테이프)와 같은 수단을 사용하여 홈에 고정될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 강도 부재 조립체는 등각 금속성 층에, 예를 들어 등각 금속성 층의 외부 표면 위에 또는 그 아래에 접합됨으로써 강도 부재에 작동 가능하게 결합되는 광섬유를 포함한다. 도 10a 내지 10c는 이러한 실시예의 횡단면도를 도시한다. 강도 부재 조립체(1015)는 고 인장강도 코어(1018) 및 고 인장강도 코어(1018)를 둘러싸는 갈바닉 층(1019)을 갖는 강도 부재(1016)를 포함한다. 예를 들어, 알루미늄으로 형성된 금속성 등각 층(1024)이 강도 부재(1016)를 둘러싼다. 홈(1020)이 등각 금속성 층(1024)에 형성되며, 예를 들어 등각 층(1024)의 표면을 따라 형성된다. 광섬유(1022)는 강도 부재 조립체(1015)의 길이를 따라 홈 내에 작동 가능하게 배치된다.

광섬유(1022)는 광섬유(1022)의 직경에 대한 홈 폭을 신중하게 선택함으로써 홈(1020) 내에 단단히 끼워질 수 있으며, 예를 들어 마찰 끼워맞춤될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 광섬유(1022)는 접착제(예를 들어, 유동성 접착제 또는 접착 테이프)와 같은 수단을 사용하여 홈에 고정될 수 있다. 도 10b에 예시된 바와 같이, 일정 길이의 플라스틱 필라멘트(1026)(예를 들어, 와이어 또는 스레드), 가령, 열가소성 또는 엘라스토머 필라멘트가 홈 내부 및 광섬유(1022) 위에 단단히 배치될 수 있다. 도 10c에 도시된 실시예에서, 등각 금속성 층(1024)의 한 부분(1024a)이 홈 위로 접혀져서 광섬유(1022)가 홈에 고정되고 광섬유가 조립체(1024)에 결합된다. 도 10c에 도시된 실시예에 대한 대안예에서, 등각 금속성 층(2134)의 표면 상의 홈은 광섬유(1022)가 홈(1020)에 배치된 후에 홈 위로 접히는 홈의 일 측면 또는 양 측면 상에, 예를 들어, 융기 부분과 같은 너브(nub)와 함께 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 유리 광섬유용 구성에 관한 것으로서, 유리 광섬유는 광섬유의 유리 코어 및 유리 클래딩을 손상으로부터 보호하기 위해 비교적 두꺼운 플라스틱 코팅(예를 들어, 층 또는 재킷)을 포함한다. 도 11a에 예시된 바와 같이, 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128A)는 상대적으로 두꺼운 고성능 플라스틱 코팅(1129A)으로 코팅된(예를 들어, 둘러싸인) 유리 광섬유(1122A)를 포함한다. 일 특정예에서, 고성능 플라스틱 코팅(1129A)은 열가소성 재료, 예를 들어 반-결정질 열가소성 재료이다. 한 개선예에서, 고성능 플라스틱 코팅(1129A)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 코팅 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 코팅으로부터 선택된 열가소성 재료이다. 그 밖의 다른 플라스틱 코팅, 가령, 플루오로카본 폴리머, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌도 유용할 수 있으며, 뿐만 아니라, 고성능 무정형 플라스틱, 가령, 무정형 폴리에테르이미드(PEI)도 유용할 수 있다. 고성능 플라스틱 코팅(1129A)는 대부분의 상업적으로 이용 가능한 광섬유에 비해 비교적 큰 외경을 가질 수 있다. 예를 들어, 고성능 플라스틱 코팅(1129A)는 적어도 약 500 μm, 예컨대 적어도 약 700 μm 또는 심지어 적어도 약 900 μm의 외경을 가질 수 있다. 전형적으로, 외경은 강도 부재로부터 상당량의 재료(예를 들어, 강화 섬유)가 변위되는 것을 피하기 위해 약 2mm 이하, 예를 들어 약 1.5mm 이하일 것이다. 전술한 고성능 플라스틱 코팅은, 아래에 설명되는 바와 같이, 예를 들어, 유리 광섬유에 제공되는 일반적인 완충 코팅과 구별된다는 점에 유의해야 한다.

큰 직경의 코팅된 광섬유(1128A)는 위에서 개시된 임의의 방식으로 강도 부재에 결합될 수 있다. 예를 들어, 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128A)는 강도 부재에 직접 결합될 수 있으며, 예를 들어 갈바닉 층에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 11b에 도시된 바와 같이, 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128Ba)는 강도 부재(1116B)의 길이를 따라 연장될 수 있다. 구체적으로, 강도 부재(1116B)는 고강도 복합 코어(1118B) 및 유리 섬유 갈바닉 층(1119B)을 포함하고, 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128Ba)는 갈바닉 층 내에 배치된다. 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128Ba)가 미리 형성된 홈에 배치될 수 있지만, 상대적으로 두꺼운 플라스틱 코팅은, 예를 들어 강도 부재(1116B)를 형성하는 강화 섬유(예를 들어, 탄소 섬유 및/또는 유리 섬유)로 인발 성형됨으로써, 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128Ba)가 강도 부재(1116B)와 일체로 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 도 11b에 예시된 바와 같이, 강도 부재 조립체(1115B)는 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128a)와 구성이 유사한 제2의 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128Bb)를 포함한다.

도 11c는 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128c)가 예를 들어 도 10a에 도시된 실시예와 유사한 방식으로 등각 금속성 층(1124C) 내에 배치되는 대안의 구성을 도시한다. 도 11c에 예시된 실시예는 또한 큰 직경의 코팅된 광섬유(1128C)가 단일 외부 고성능 플라스틱 코팅 내에 2개 이상의 유리 섬유, 예를 들어 2개의 개별 유리 코어 및 유리 클래딩 부분을 포함할 수 있음을 도시한다.

도 11a 내지 도 11c에 대해 개시된 큰 직경의 코팅된 광섬유의 실시예는, 구성의 외경이 상대적으로 크기 때문에 광섬유 식별이 용이한 장점이 있다. 큰 직경의 광섬유는 강도 부재 조립체로부터 쉽게 식별되고 분리될 수 있다. 일단 분리되고 나면, 예를 들어 고성능 플라스틱의 외부 코팅이 섬유로부터 벗겨질 수 있다.

전술한 실시예는 구성요소에 대한 재료의 구성 및 선택에 관해 다양한 특징이 있으며, 그 중 일부는 위에서 언급하였다. 앞의 도면들에 개시된 광섬유는 여러 가지 방식으로 특징지어질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "광섬유"라는 용어는 섬유의 전체 길이 아래로 입사광을 전송하도록 구성된 기다란 연속 섬유를 의미한다. 전형적으로, 광섬유는 유리 전송 코어 및 코어를 둘러싸는 유리 클래딩 층을 포함할 것이며, 이는 예를 들어 전송 코어로부터 예를 들어, 광섬유의 외부를 통해 광 손실을 줄이기 위해 상이한 재료(예를 들어, 상이한 굴절률을 가짐)로 제조된다. 이는 예를 들어 균일한 조성을 갖고 일반적으로 섬유 토우, 즉 꼬이지 않은 개별 필라멘트 다발로서 복합 재료에 배치되는 구조 섬유(예를 들어, 구조 유리 섬유)와 대조적이다.

강도 요소에 사용되는 유리 광섬유는 예를 들어 단일 모드 광섬유 또는 다중모드 광섬유일 수 있다. 단일 모드 광섬유가 약 125 μm의 직경을 갖는 클래딩으로 둘러싸인 작은 직경의 전송 코어(예를 들어, 약 9 μm의 직경)를 갖는다. 단일 모드 섬유는 오직 하나의 모드의 빛만 전파할 수 있도록 구성된다. 다중모드 광섬유가 다중모드의 빛을 전파할 수 있게 하는 큰 전송 코어(예를 들어, 약 50 μm 이상의 직경)를 갖는다. 일반적인 유리 광섬유에는, 유리 클래딩을 둘러싸는 하나 이상의 코팅, 예를 들어 미세-굽힘으로 인한 손상에 대한 저항을 높이기 위해 버퍼로서 역할을 하는 플라스틱 코팅이 제공된다. 일반적인 코팅 재료에는 가소성 폴리염화비닐(PVC), 저밀도/고밀도 폴리에틸렌(LDPE/HDPE), 나일론 및 폴리설폰이 포함된다.

본 명세서에 예시된 테이프 층은 테이프의 한 면, 예를 들어 강도 요소 상에 배치된 면에 접착층을 포함하는 감압성 접착(PSA) 테이프일 수 있다. 그 예로는 내열성 아라미드 섬유 테이프, 가령, Nomex®및 유리섬유 테이프가 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 위에서는 테이프로서 기술되었지만, 특히 테이프 층이 강도 요소의 원주 주위에 단단히 감긴 경우 층은 반드시 접착제를 포함할 필요는 없다. 예를 들어, 테이프 층은 폴리에스테르 섬유와 같은 섬유의 무작위로 배향된 섬유 매트를 포함할 수 있다. 이러한 섬유 매트는 후속 재료 층(예를 들어, 플라스틱 층 및/또는 금속성 등각 층)이 강도 요소 및 광섬유 위에 배치될 때까지 강도 부재 상에 광섬유를 유지하는 데 특히 유용할 수 있다. 또 다른 특정예에서, 테이프 층은 예를 들어 테이프 층과 강도 요소 사이의 마찰의 증가에 의해, 강도 요소에 대한 테이프 층의 그립을 향상시키기 위해 거칠게 된(예를 들어, 그릿을 포함함) 표면(예를 들어, 강도 요소와 접촉하는 표면)을 포함한다. 또 다른 특정예에서, 테이프 층은 강도 부재 상에서 열 수축되는 플라스틱 테이프를 포함할 수 있다. 또 다른 특정예에서, 테이프 층은 예를 들어 "차이니즈 핑거 트랩(Chinese finger trap)" 또는 켈렘스 그립(Kellems grip)과 유사하게 브레이드(braid)를 잡아당길 때 늘어나고 좁아지는 원통형의 나선형으로 감긴 이축 브레이드(biaxial braid)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 명세서에서 기술된 플라스틱 층은, 열경화성 또는 열가소성 폴리머를 포함하는 다양한 플라스틱(즉, 폴리머), 가령, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS)로부터 형성될 수 있지만 이들에만 제한되지 않는다. 내열성이 좋고 유전 상수가 높은 플라스틱이 특히 유용하다. 플라스틱 층은 전형적으로 적어도 약 1.0 mm 내지 약 10 mm 이하의 두께를 가질 것이다.

본 명세서에 예시된 금속성 등각 층은 다양한 금속으로 형성될 수 있는데, 알루미늄 및 알루미늄 합금이 특히 유용하다. 전형적으로, 금속성 등각 층은 적어도 약 1.0mm 내지 약 15mm 이하의 두께를 가질 것이다.

유리 광섬유의 사용에 관한 어려움은, 유리 광섬유의 파단에 대한 이론적인 변형이 전형적으로 약 6% 내지 8%이지만, 유리 광섬유를 따라 무작위로 형성된 흠집(예를 들어, 표면 결함)이, 이러한 결함에서, 예를 들어, 결함이 상당히 낮은 변형에서 파손되기 쉬운 취약 지점을 생성하는 응력 집중으로 인해, 파손에 대한 실제 변형을 현저하게 감소시킨다는 점이다. 이는 예를 들어 수백에서 수천 미터의 극단적인 길이의 오버헤드 전기 케이블에서 중요한 문제가 된다. 유리 광섬유가 최소 인장 변형에 대해 검증 테스트를 거쳤지만, 오버헤드 전기 케이블과 함께 사용하는 데 필요한 광섬유의 길이에는 적합하지 않은 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 보관 및 운송을 위해 강도 부재를 스풀 주위에 단단히 감았을 때, 강도 부재의 전체 길이에는 일정한 변형이 가해지기 때문에, 충분한 크기의 단일 결함에 변형이 발생하면 광섬유 파손이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 유리 섬유가 강도 부재에 결합될 때(예를 들어, 작동 가능하게 결합될 때), 유리 광섬유는 응력 상태에 배치, 예를 들어 의도적으로 배치된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "결합되거나 작동 가능하게 결합되는"이라는 용어는 강도 부재에 가해진 응력 하중이 유리 광섬유에 전달되도록 유리 광섬유가 강도 부재 상에 또는 내에 배치되는 것을 의미한다. 이 실시예에 따르면, 강도 부재에 결합된 유리 광섬유는 압축 변형 상태에 있고, 예를 들어 강도 부재에 접합됨으로써 압축 변형 상태를 유지한다. 예를 들어, 광섬유는 강도 부재 자체가 실질적으로 중립적인 변형 상태에 있는 경우에도 압축 변형 상태에 있을 수 있다.

그 결과, 예를 들어, 저장 스풀 주위에 강도 부재를 감싸는 것과 같이 강도 부재에 인장 변형이 가해질 때, 가해진 인장은 광섬유가 인장 변형되기 전에 유리 광섬유의 압축 변형을 극복해야 할 것이다. 단지 일 예로서, 광섬유가 약 0.7%의 압축 변형을 받고 강도 부재가 약 1.2%의 인장 변형을 받는 경우, 광섬유는 약 0.5%의 인장 변형만 받게 될 것이다.

따라서, 일 실시예에서, 오버헤드 전기 케이블에서 중앙 지지부로서 사용하도록 구성된 기다란 강도 부재 조립체가 기술된다. 강도 부재 조립체는 적어도 강도 부재 및 강도 부재에 결합된 적어도 하나의 광섬유를 포함한다. 구체적으로, 강도 부재 조립체는 고 인장 강도 코어를 갖는 기다란 강도 부재 및 강도 부재에 작동 가능하게 결합된 광섬유를 포함하고, 강도 부재에 결합된 광섬유의 적어도 일부 길이는 압축 변형 상태에 있다. 즉, 광섬유가 압축 변형을 받는 이러한 실시예는 위에서 개시된 강도 부재 조립체 중 임의의 강도 부재 조립체로 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

일 특정예에서, 광섬유의 길이는 적어도 약 0.2%, 가령, 예컨대 적어도 약 0.5%, 또는 심지어 적어도 약 0.75%의 압축 변형 하에 있다. 일반적으로, 압축 변형은 약 2%를 넘지 않을 것이다. 하나의 특정예에서, 압축 변형은 적어도 약 0.75%이고 약 1.5% 이하이다. 압축 변형을 받는 광섬유의 길이는 실질적으로 강도 부재의 전체 길이를 따라 연장될 수 있다. 예를 들어, 압축 변형 하에서 광섬유의 길이는 적어도 약 100 미터, 적어도 약 250 미터, 적어도 약 500 미터, 적어도 약 1000 미터 또는 심지어 적어도 약 2500 미터일 수 있다.

전술한 바와 같이, 광섬유는, 광섬유를 실질적으로 압축 변형 상태로 유지하도록, 그리고 가해진 변형, 예를 들어 강도 부재에 의해 경험된 가해진 인장 변형이 광섬유에 전달되도록 강도 부재에 접합된다. 광섬유는 고 인장 강도 코어의 표면, 예를 들어 강도 요소에 접합될 수 있거나, 혹은 알루미늄 등각 층과 같은 등각 금속성 층에 접합될 수 있다. 단지 일 예로서, 광섬유는 광섬유 위에 배치된 접착 테이프, 예를 들어 감압성 접착 테이프와 같은 접착제를 사용하여 고 인장 강도 코어에 접합될 수 있다. 광섬유의 길이는 또한 고 인장 강도 코어의 표면의 길이를 따라 형성된 홈 내에 배치될 수 있다. 광섬유는 접착제 또는 플라스틱 재료, 가령, 엘라스토머로 홈 내에 배치될 수 있거나 혹은 접착제 또는 플라스틱 재료 없이 홈 내에 배치될 수 있다. 한 구성에서, 등각 금속성 층이 고 인장 강도 코어와 광섬유 위에 배치된다.

한 대안의 구성에서, 광섬유의 길이는 금속성 등각 층에 접합될 수 있는데, 예를 들어 등각 금속성 층의 표면에 접합될 수 있다. 예를 들어, 금속성 등각 층은 그 표면을 따라 형성된 홈을 포함할 수 있고, 광섬유의 길이는 홈 내에 배치된다. 광섬유의 길이는 예를 들어 도 10c에 도시된 바와 같이 홈 위로 연장되는 등각 층의 일부에 의해 홈 내에 기계적으로 접합될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 광섬유의 길이는 접착 테이프와 같은 접착제를 사용하거나, 혹은 광섬유와 함께 홈 내에 배치되는 열가소성 재료와 같은 플라스틱을 사용하여 등각 금속성 층에 접합될 수 있다.

일 실시예에서, 광섬유는 광섬유를 둘러싸는 고성능 플라스틱 코팅을 포함한다. 예를 들어, 고성능 플라스틱 코팅은 적어도 약 150℃가령, 예컨대 적어도 약 180℃적어도 약 200℃또는 심지어 적어도 약 220℃의 연속 작동 온도를 가질 수 있다. 일 특정예에서, 고성능 플라스틱 코팅은 열가소성 재료, 예를 들어 반-결정질 열가소성 재료이다. 또 다른 특정예에서, 고성능 플라스틱 코팅은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 코팅과 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 코팅으로부터 선택된 열가소성 재료이다.

또 다른 실시예에서, 오버헤드 전기 케이블이 전술한 바와 같은 강도 부재 조립체를 포함하는 오버헤드 전기 케이블이 기술되는데, 즉 압축 변형 하에 있는 유리 광섬유를 갖고 지지 조립체를 감싸는 전도성 스트랜드의 적어도 제1 층을 갖는 강도 부재 조립체를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 압축 변형 하에서 유리 광섬유를 포함하는 강도 부재 조립체의 제조 방법이 기술된다. 이 방법은 기다란 강도 부재의 일부를 인장 변형 상태에 두는 단계, 광섬유를 인장 변형 상태에 있는 강도 부재 부분에 작동 가능하게 연결하는 단계, 및 강도 부재 부분에 대한 인장 변형을 해제하는 단계를 포함하며, 여기서 광섬유는 강도 부재 부분의 인장 변형이 해제될 때 압축 변형 상태가 된다.

일 실시예에서, 상기 방법은 광섬유가 강도 부재에 결합될 때 강도 부재를 인장 하에 두기 위해 굽힘 휠(bending wheel)을 사용하는 것을 포함한다. 도 12에 예시된 바와 같이, 유리 광섬유(1222)는 예를 들어 스풀이 회전함에 따라 스풀(1250)로부터 분배된다. 대안으로, 광섬유(1222)는 당업자에게 공지된 바와 같이 스풀의 회전을 필요로 하지 않는 패키지로부터 분배될 수 있다. 광섬유(1222)가 분배되고 광섬유가 강도 부재(1216)와 접촉되기 전에, 광섬유(1222a)는 바람직하게는 실질적으로 변형이 없는 상태에 있다. 즉, 광섬유는 스풀로부터의 결과를 제어할 수 있도록 충분한 인장만 가해지면 분배될 때 약간의 역-인장(back-tension) 하에 배치된다. 강도 부재(1216)는 굽힘 휠(1251)이 회전할 때 굽힘 휠과 접촉하고 강도 부재(1216)(예를 들어, 강도 부재의 상부 표면)를 인장 상태로 두는 굽힘 휠(1251)에 대해 인장된다. 강도 부재(1216)에 가해지는 인장력의 양은 굽힘 휠(1251)의 직경을 선택함으로써 제어될 수 있다.

광섬유(1222)가 강도 부재(1216)와 접촉함에 따라, 광섬유는 디스펜서(1252)로부터 접착제를 제공함으로써 강도 부재에 접합된다. 예를 들어, 접착제는 자외선(UV) 경화성 접착제일 수 있으며, 이 경우 자외선 공급원(1253)을 사용하여 접착제를 빠르게 경화시킬 수 있다. 광섬유(1222)를 강도 부재(1216)에 접합(예를 들어, 결합)하기 위해 대안의 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 열 경화성 접착제가 사용될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 광섬유(1222)는 광섬유를 강도 부재(1216)에 용융 결합할 수 있게 하는 열가소성 코팅을 포함한다. 전술한 바와 같이, 광섬유(1222)는 강도 부재(1216)에 형성된 홈에 배치될 수 있다. 강도 부재(1216) 및, 이제, 강도 부재에 결합된 광섬유(1222)는 굽힘 휠(1251)로부터 해제되고, 강도 부재는 곧게 펴지며, 접합된 광섬유, 예를 들어 광섬유(1222c)의 일부를 압축 변형 상태로 둔다.

예시된 강도 부재 조립체가 광섬유가 결합되는 단일 강도 부재를 포함하지만, 강도 부재는 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이 복수의 강도 부재를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 이 구성에서, 하나 이상의 광섬유는 단일 강도 요소에 연결될 수 있거나, 혹은 광섬유는 증가된 정확도 및/또는 측정 중복성을 위해 요구될 수 있는 하나 이상의 강도 요소에 결합될 수 있다.

(예를 들어, 강도 요소의) 강도 부재의 외부 표면에 광섬유를 배치하는 것의 한 이점은, 이러한 구성이 예를 들어 위의 도면들에 표시된 것과 같이 전기 케이블의 단부에서 광섬유의 식별 및 격리를 용이하게 한다는 것이다. 즉, 광섬유를 전송 및/또는 검출 장치에 연결하기 위해 광섬유의 단부를 연결해야 하는데, 필요한 연결을 위해 기계적으로 연결하거나 또는 융합 연결해야 한다. 광섬유가 작기 때문에(예를 들어, 약 125 μm 내지 약 250 μm), 특히 현장 설치 중에 위치를 찾기 어려울 수 있다.

전형적으로, 광섬유에 대한 연결이 필요할 때, 외부 전도층(예를 들어, 전도체 스트랜드)은 먼저 강도 부재 조립체로부터 절단되어 강도 부재 조립체의 단부 부분을 노출시킨다. 그 후, 광섬유는 예를 들어 광섬유의 무결성을 유지하면서 일정 길이의 광섬유가 강도 부재 조립체로부터 분리되는 곳에 위치되고 격리되어야 한다. 특정 실시예에 따르면, 보호 층(예를 들어, 테이프 층, 플라스틱 층 및/또는 금속성 등각 층)은 광섬유를 배치하기 위해 부드럽게 벗겨낼(예를 들어, 박리할) 수 있다. 그 후, 광섬유는 스플라이싱, 예를 들어 퓨전 스플라이싱(fusion splicing)에 의해 검사 장치(예를 들어, OTDR 장치) 또는 통신 장치에 작동 가능하게 연결될 수 있다.

도 13은 예를 들어 도 1의 데드-엔드(106)와 같이 노출된 오버헤드 전기 케이블과 함께 사용하기 위한 종단 장치(예를 들어, 데드-엔드)의 횡단면도를 예시한다. 도 2에 도시된 종단 장치(1306)는 Bryant에 허여된 PCT 공개번호 WO 2005/041358 및 Bryant 등에 허여된 미국 특허번호 8,022,301에 예시되고 설명된 장치와 유사하며, 이들 각각의 특허는 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다.

전체적으로는, 도 13에 예시된 종단 장치(1306)는 그리핑 조립체(1360), 및 예시되지는 않았지만, 예컨대, 종단 장치(1306)의 근위 단부에 배치된 패스너(1376)(예를 들어, 아이볼트)를 사용하여, 종단 장치(1306)를 데드-엔드 구조, 예를 들어, 도 1에 예시된 것과 같은 타워에 고정시키기 위한 커넥터(1370)를 포함한다. 종단 장치(1306)의 단부에서, 패스너(1376) 맞은편에, 종단 장치는 둘러싸고 있는 전기 전도체(1312)(예를 들어, 전도성 스트랜드를 포함하는)를 포함하는 오버헤드 전기 케이블(1304)에 작동 가능하게 연결되며, 상기 전기 전도체는 강도 부재(1316), 예를 들어 섬유-강화 복합 강도 부재에 의해 지지된다.

그리핑 조립체(1360)는 강도 부재(1316)를 단단히 그리핑하여 오버헤드 전기 케이블(1304)을 종단 장치(1306)에 고정한다. 도 13에 예시된 바와 같이, 그리핑 조립체(1360)는 압축형 피팅(예를 들어, 웨지형 피팅), 특히 강도 부재(1316)를 둘러싸고 그리핑하는 루멘(1363)(예를 들어, 보어)을 갖는 콜릿(1362)을 포함한다. 콜릿(1362)은 콜릿 하우징(1364)에 배치되고, 전기 케이블(1304)이 인장될 때(예를 들어, 지지 타워 위로 당겨질 때), 콜릿이 콜릿 하우징 내로 더 당겨짐에 따라 강도 부재(1316)와 콜릿(1362) 사이에 마찰이 발생한다. 콜릿(1362)의 원추형 (외부) 형상과 콜릿 하우징(1364)의 짝결합 내부 깔때기 형상은 강도 부재(1316)에 대한 증가된 압축을 생성하여, 강도 부재가 콜릿(1362)으로부터 미끄러지지 않고 따라서 오버헤드 전기 케이블(1304)은 종단 장치(1306)에 고정된다.

도 13에 예시된 바와 같이, 외부 슬리브(1380)가 그리핑 조립체(1360) 위에 배치되고 전도성 슬리브 몸체(1361)를 포함하여 전기 전도체(1312)와 점퍼 플레이트(1384) 사이의 전기 전도를 용이하게 한다. 내부 슬리브(1382)(예를 들어, 전도성 내부 슬리브)가 전도체(1312)와 전도성 몸체(1381) 사이에 배치되어 전도체와 전도성 몸체 사이의 전기 연결을 용이하게 한다. 전도성 몸체(1381)는 알루미늄으로 제조될 수 있고, 점퍼 플레이트(1384)는 예를 들어 전도성 몸체(1381) 상에 용접될 수 있다. 점퍼 플레이트(1384)는 전기 전도체(1312)와 또 다른 전도체, 예를 들어, 커넥터 플레이트(1386)와 전기적으로 통신하는 또 다른 전기 케이블(도시되지 않음) 사이의 전기 전도를 용이하게 하기 위해 커넥터 플레이트(1386)에 부착되도록 구성된다.

커넥터(1370)는 패스너(1376) 및 커넥터 몸체1373의 그리핑 요소 단부(1372)에 배치된 그리핑 요소 짝결합 스레드(1371)을 포함한다. 그리핑 요소 짝결합 스레드(1371)는 콜릿 하우징(214)의 커넥터 짝결합 스레드(1365)와 작동 가능하게 짝을 이루도록 구성되어, 스레드(1365 및 1371)가 결합되고 커넥터(1370)가 콜릿 하우징(1364)에 대해 회전될 때, 커넥터(1370)가 콜릿(1362)을 향해 이동하고 콜릿(1362)을 콜릿 하우징(1364)으로 밀기 용이하게 한다. 이것은 콜릿(1362)의 강도 부재(1316)에 대한 그립을 강화하여, 오버헤드 전기 케이블(1304)을 종단 장치(1306)에 추가로 고정한다. 패스너(1376)는 데드-엔드 구조, 예를 들어, 데드-엔드 타워에 부착되어, 종단 장치(1306) 및 전기 케이블(1304)을 데드-엔드 구조에 고정하도록 구성된다. 도 1을 참조하라.

도 14은 오버헤드 전기 케이블에 크링핑된(예를 들어, 압축된) 도 13의 종단 장치와 유사한 종단 장치의 사시도를 예시한다. 종단 장치(1406)는 외부 슬리브(1480)의 근위 단부로부터 외측으로 연장되는 패스너(1476)를 갖는 커넥터를 포함한다. 점퍼 플레이트(1484)가 연결 플레이트에 전기 연결을 위해(예를 들어, 도 13 참조) 외부 전도성 슬리브 몸체(1481)와 일체로 형성된다. 도 14에 예시된 바와 같이, 외부 슬리브 몸체(1481)는 하부 구조의 2개의 영역, 즉 크림핑된 슬리브 몸체 영역(1481b) 및 크림핑된 슬리브 몸체 영역(1481a) 위에(예를 들어, 상부에) 크림핑된다. 크림핑된 슬리브 몸체 영역(1481b)은 일반적으로 하부 커넥터(예를 들어, 도 13 참조)의 중간 부분 위에 위치되고, 크림핑된 슬리브 영역(1481a)은 일반적으로 오버헤드 전기 케이블(1404)의 일부 위에 위치된다. 크림핑 작업 동안 외부 슬리브 몸체(340)에 가해진 압축력은 하부 구성요소들 즉 크림핑된 영역(1481b) 아래의 커넥터 및 크림핑된 영역(1481a) 아래의 오버헤드 전기 케이블(1404)로 전달되어, 종단 장치(1406)를 전기 케이블(1404)에 영구적으로 고정한다.

도 13 및 도 14에 관해 광범위하게 설명된 종단 장치는 다양한 노출된 오버헤드 전기 케이블 구성과 함께 사용할 수 있다. 도 13 및 도 14에 예시된 종단 장치는 섬유-강화 복합 강도 부재를 갖는 오버헤드 전기 케이블에 특히 유용하다. 예를 들어, 압축 웨지 그리핑 요소, 예를 들어 콜릿 하우징에 배치된 콜릿을 갖는 압축 웨지 그리핑 요소(예를 들어, 도 13)는, 섬유 강화 복합 강도 부재가 복합 재료 파손의 심각한 위험 없이 높은 압축력 하에서 그리핑될 수 있게 한다.

광섬유의 기능에 상관없이, 광섬유에 접근해야 하는데, 예를 들어 광섬유의 단부로 광을 안정적으로 도입하고, 광섬유로부터 나오는 광을 탐지하거나 및/또는 분석해야 한다. 그러나, 도 13 및 14에 예시된 바와 같이, 오버헤드 전기 케이블이 데드-엔드에서 종단될 때(즉, 위에서 설명한 종단 장치를 사용하여), 강도 부재의 단부, 따라서 광섬유의 단부는 신호를 광섬유로 통과시키거나 및/또는 광섬유로부터 나오는 광 신호를 탐지하기 위해 접근될 수 없다.

본 발명의 한 목적은, 심지어 오버헤드 전기 케이블이 설치된 후에도, 예를 들어 오버헤드 전기 케이블이 묶이고 종단된 후에도, 강도 부재의 단부 및 광섬유 또는 그 내부에 배치된 유사한 광섬유에 대한 접근을 가능하게 하는 오버헤드 전기 케이블과 함께 사용하기 위한 종단 장치(예를 들어, 데드-엔드 또는 스플라이스)와 같은 하드웨어를 제공하는 것이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 종단 장치의 일 실시예의 횡단면도를 예시한다. 종단 장치(1506)는 콜릿(1562) 형태의 그리핑 조립체(1560) 및 강도 부재(1516)를 그립하는 콜릿 하우징(1564)을 포함한다. 이 실시예에서, 광섬유(1522)는 강도 부재(1516)와 함께 콜릿(1562)을 통해 연장된다. 이에 관해, 커넥터 몸체(1573)는 커넥터 몸체(1573)를 통해 종방향으로 연장되는 커넥터 몸체 포트(1574)(예를 들어, 보어)를 포함한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 커넥터(1570)는 커넥터 몸체(1573)와 일체로 형성될 수 있는 제1 플랜지(1575a)를 포함한다. 패스너(1576)는 플랜지 볼트(1577a)와 같은 복수의 플랜지 볼트에 의해 제1 플랜지(1575a)에 고정되는 제2 플랜지(1575b)를 포함한다. 광섬유는 커넥터 몸체 포트(1574)를 통해 그리고 제2 플랜지(1575b)를 통해 배치된 광섬유 개구(1578)를 통해 연장되어 광섬유(1522)의 한 단부가 개구(1578)를 통해 돌출되어 접근될 수 있다. 이 실시예에서, 광섬유(1522)는 플랜지(1575b) 및 패스너(1576)가 플랜지(1575a)에 고정되기 전에 개구(1578)를 통해 삽입될 수 있다. 그로밋(예를 들어, 고무 그로밋)이 광섬유(1522)가 개구(1578)를 빠져나갈 때 광섬유(1522)에 대한 변형을 줄이기 위해 활용될 수 있다.

도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 종단 장치의 또 다른 실시예를 예시한다. 종단 장치(1606)는 일반적으로 강도 부재(1616)의 단부 세그먼트가 배치되는 커넥터 몸체 포트(1674)를 갖는 커넥터(1670)에 작동 가능하게 부착되는 그리핑 조립체(1660)를 포함한다. 패스너(1676)는 클레비스 베이스(1676a)와 상기 베이스(1676a)로부터 연장되는 2개의 이격되어 배열된 클레비스 프롱(1676b/1676c)을 갖는 클레비스형 패스너(clevis-type fastener)이다. 클레비스 개구(1676d)가 양쪽 프롱(prong)을 통해 연장되어 데드-엔드 구조에 연결하기 위해 볼트를 프롱에 부착할 수 있다. 광섬유(1622)의 한 단부 부분이 강도 부재(1616)의 단부 부분으로부터 분리되어 강도 부재(1622)를 지나 종단 장치(1606)의 커넥터 단부에 위치된 섬유 개구(1678)를 통해 연장된다. 이러한 방식으로, 광섬유는 종단 장치(1606)가 전기 케이블(1604)에 작동 가능하게 부착된 후에도, 예를 들어, 전기 케이블(1604)이 지지 타워 상에서 완전히 인장된 후에도, 검사 장치에 작동 가능하게 연결될 수 있다.

캡(1679)(예를 들어, 제거 가능한 캡)이 개구(1678) 위에 부착되어 개구(1678)를 밀봉할 수 있으며, 예를 들어 광섬유(1622)가 포트(1674) 내에 완전히 배치된 후에, 예를 들어 추후에 광섬유(1622)에 대해 접근하기 위해, 그리고, 포트(1674)와 그 내부에 배치된 광섬유(1622)의 단부를 밀봉한다(예를 들어, 밀폐 방식으로 밀봉한다). 예를 들어, 캡(1679)은 스레드 형태로 형성되고, 마찰 끼워맞춤 되거나, 및/또는 하나 이상의 패스너에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 도 16a 및 도 16b에 도시된 실시예에서, 클레비스 개구(1676d)는 강도 부재(1616)의 종축으로부터 이격되어 배열되며, 예를 들어 포트(1674)의 종축으로부터 이격되어 배열된다. 보다 구체적으로, 클레비스 개구(1676d)는 프롱(1676b/1676c)의 중앙에 배치되고, 프롱은 커넥터(1670)에 대해 일정한 각도로 배치된다. 이러한 방식으로, 지지 타워로부터 종단 장치(1606)를 분리하거나 클레비스 프롱을 연장할 필요 없이, 광섬유(1622)에 접근할 수 있다(예를 들어, 캡(1679)을 제거한 후).

본 명세서에 개시된 실시예는 또한 전기 케이블의 실질적인 길이를 따라 하나 이상의 광섬유를 사용하여 전기 케이블의 조사를 가능하게 할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예는 지지 타워에서 결합되는 2개 이상의 케이블 세그먼트의 조사를 가능하게 한다. 예를 들어, 점퍼 케이블(105)에 의해 전기적으로 연결되는, 도 1에 도시된 케이블 세그먼트(104a 및 104b)를 참조하라. 도 17은 이러한 조사를 가능하게 하는 접합을 포함하는 전선(예를 들어, 전기 전송 라인)의 일부를 개략적으로 예시한다. 전선은 데드-엔드 지지 타워(도시되지 않음)에서 결합되는 전기 케이블 세그먼트(1704a 및 1704b)를 포함한다. 구체적으로는, 제1 케이블 세그먼트(1704a)는 제1 종단 장치(1706a)에 고정되고, 제2 케이블 세그먼트(1704b)는 제2 종단 장치(1706b)에 고정된다. 각각의 종단 장치는 동일한 데드엔드 타워에 고정되고, 각각은 예를 들어 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 종단 장치를 통해 광섬유의 통과를 가능하게 한다. 이에 관해, 종단 장치(1706a)에서 나오는 광섬유(예를 들어, 제1 광섬유 세그먼트)는 제1 스플라이스 박스(1790a)에서 종단되는 가요성 보호 도관(1792a)의 제1 세그먼트를 통해 연장된다(예를 들어, 둘러싸인다). 이와 마찬가지로, 종단 장치(1706b)에서 나오는 광섬유(예를 들어, 제2 광섬유 세그먼트)는 제2 스플라이스 박스(1790b)에서 종단되는 가요성 보호 도관(1792b)의 제2 세그먼트를 통해 연장된다. 가요성 도관(1792c)의 제3 세그먼트가 제1 스플라이스 박스(1790a)와 제2 스플라이스 박스(1790b)를 결합하고, 제3 광섬유 세그먼트가 가요성 도관(1792c)을 통해 연장되어 제1 및 제2 스플라이스 박스를 광학적으로 연결한다. 제1 광섬유 세그먼트와 제3 광섬유 세그먼트는 제1 스플라이스 박스에서 작동 가능하게 스플라이싱 되고, 제2 광섬유 세그먼트와 제3 광섬유 세그먼트는 제2 스플라이스 박스에서 작동 가능하게 스플라이싱 되어, 제1 광섬유 세그먼트와 제2 광섬유 세그먼트 사이에서, 따라서 제1 전기 케이블 세그먼트(1704a)와 제2 전기 케이블 세그먼트(1704b) 사이에서 연속적인 광학 연결을 형성한다. 스플라이스 박스(1790a 및 1790b)는 융합 스플라이스, 기계적 스플라이스 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 도 1에 예시된 케이블 스플라이스(108b)와 같은 오버헤드 전기 케이블과 함께 사용하기 위한 스플라이스 장치에 관한 것이다. 섬유-강화 복합 강도 부재와 함께 사용하기 위한 케이블 스플라이스 장치가 예를 들어 Bryant에 허여된 미국 특허번호 7,019,217에 개시되어 있으며, 이 미국특허는 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다. 케이블 스플라이스가 두 케이블 세그먼트 사이의 전기 전도성을 유지하지만, 두 세그먼트의 강도 부재는 스플라이스 내에서 분리된다. 즉, 2개의 데드-엔드 사이에 놓인 케이블 스플라이스 내에서 강도 부재의 불연속성이 있다. 이러한 불연속성 때문에, 종단 장치에만 부착된 검사 장치를 사용하여, 2개의 데드-엔드 사이의 케이블 전체 길이를 검사할 수 없다(예를 들어, 광섬유 사용). 따라서, 본 발명은, 케이블의 전체 길이가 검사될 수 있도록, 예를 들어 케이블 스플라이스로부터 각각의 데드-엔드까지 강도 부재의 검사를 허용하는 케이블 스플라이스 장치의 실시예를 포함한다.

전술한 실시예는 전선(예를 들어, 배전 라인 또는 전송 라인)의 설치 동안 및/또는 이후에 오버헤드 전기 케이블의 검사를 용이하게 하는 스플라이스 장치 및 종단 장치를 예시하기 위해 제시된다. 이와 같이, 전술한 실시예들은 위에서 구체적으로 예시하지 않은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 그리핑 요소는 콜릿 및 콜릿 하우징을 갖는 콜릿 유형의 그립을 포함하는 것으로 예시되어 있다. 그러나, 다른 유형의 그리핑 요소가 사용될 수 있다. 예를 들어, 그리핑 요소가 Quesnel 등에 허여되고 Alcoa Fujikura Limited에 양도된 미국 특허번호 6,805,596호에 예시된 것과 같은 직접 압축 장치를 포함할 수 있는데, 이 미국 특허는 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 통합된다.

종단 장치의 실시예에서, 점퍼 플레이트는 전도성 몸체의 바로 근위 단부에 배치되는 것으로 예시되어 있다. 그러나, "상어 지느러미" 장치와 같은 다른 장치도 가능한데, 여기서 점퍼 플레이트는 전도성 몸체의 중앙에 더 가깝게 배치된다.

전술한 종단 장치 및 케이블 스플라이스 장치는 강도 부재, 특히 섬유-강화 복합 강도 부재를 갖는 다양한 전기 케이블과 함께 사용될 수 있다. 검사 기술은 레이저 기반 기술, 가령, 광학 시간 영역 반사 측정(OTDR), 또는 비간섭 광 기술, 가령, Dong 등에 허여된 국제 특허공개번호 WO 2019/168998에 개시된 기술을 포함할 수 있으며, 상기 국제 특허는 그 전체가 참조문헌으로 본 명세서에 포함된다.

전술한 개시내용은 또한 오버헤드 전기 케이블을 종단 장치(예를 들어, 데드-엔드)에 고정하기 위한 방법, 및 하드웨어를 통해 강도 부재를 검사하는 방법에 관한 것으로 이해될 것이다. 검사는 오버헤드 전기 케이블이 완전히 인장되고 하드웨어에 의해 고정된 후에, 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이 지지 타워에 고정된 후에, 발생할 수 있다. 한 실시예에서, 중앙의 강도 부재 및 강도 부재 주위를 감싸는 복수의 전도성 스트랜드를 포함하는 오버헤드 전기 케이블을 종단하는 방법이 개시되며, 전기 케이블이 종단 장치를 사용하여 지지 타워에 작동 가능하게 고정된다. 설명을 위해 도 15를 참조하면, 상기 방법은 강도 부재(1516)의 단부 세그먼트를 노출시키기 위해 강도 부재(1516)로부터 전도체(예를 들어, 전도성 스트랜드)의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 종단 장치(1506)가 오버헤드 전기 케이블에 고정되며, 여기서, 종단 장치는 강도 부재(1516)(예를 들어, 강도 부재의 단부 세그먼트)를 그립하도록 구성된 그리핑 조립체(1560) 및 상기 그리핑 조립체(1560)에 작동 가능하게 부착된 커넥터(1570)를 포함하고, 상기 커넥터는 커넥터 몸체(1573) 및 상기 커넥터 몸체의 근위 단부에 있는 제1 개구로부터 커넥터 몸체의 원위 단부를 향해 종방향으로 연장되는 커넥터 몸체 보어(1574)를 포함한다. 종단 장치(1506)는, 강도 부재(1516)의 단부 세그먼트의 제1 부분을 그리핑 요소(1560) 내에 고정함으로써 오버헤드 전기 케이블에 작동 가능하게 고정되고, 강도 부재 단부 세그먼트의 제2 부분으로부터 하나 이상의 광섬유(1522)를 분리하고, 강도 부재(1516)의 제2 부분의 초과 길이를 절단하고, 강도 부재(1516)의 단부 세그먼트의 제2 부분과 하나 이상의 광섬유(1522)를 커넥터 몸체 보어(1574)에 배치한다.

강도 부재 조립체 및 오버헤드 전기 케이블 내에서 광섬유를 구현하기 위한 구성 및 방법의 다양한 실시예가 상세히 설명되었지만, 당업자에게는 이러한 실시예의 변형예 및 개선예가 가능하다는 것이 명백하다. 하지만, 이러한 변형예 및 개선예들은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims

전기 전도체를 지지하는 강도 부재 조립체와 강도 부재 조립체의 길이를 따라 작동 가능하게 배치된 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 오버헤드 전기 케이블의 설치 방법으로서, 상기 방법은:
복수의 지지 타워 상에 오버헤드 전기 케이블을 지지하는 단계;
강도 부재 조립체의 단부 세그먼트로부터 전기 전도체의 일부를 제거하는 단계;
상기 강도 부재 조립체의 단부 세그먼트에 그리핑 조립체를 고정하는 단계를 포함하며, 상기 단부 세그먼트의 일부는 그리핑 조립체를 지나 연장되고;
그리핑 조립체를 지나 연장되는 강도 부재의 단부 세그먼트 부분으로부터 광섬유의 단부 부분을 분리하는 단계;
광섬유의 분리된 단부 부분을 광섬유 개구를 통해 커넥터의 원위 단부에 배치하는 단계를 포함하며, 커넥터는 패스너를 포함하고;
그리핑 조립체에 커넥터를 고정하는 단계;
커넥터 위와 전기 전도체 위에 전도성 슬리브를 크림핑 하는 단계; 및
검사 장치를 광섬유에 작동 가능하게 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 그리핑 조립체는 콜릿 하우징 내에 배치되는 콜릿 보어를 갖는 콜릿을 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 커넥터를 그리핑 조립체에 고정하는 단계는 커넥터를 콜릿 하우징과 스레드 방식으로 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 광섬유는 강도 부재의 외부 표면에 형성된 홈에 배치되는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 광섬유는 광섬유를 둘러싸는 플라스틱 코팅을 포함하는 코팅된 광섬유이고, 코팅은 적어도 500 μm의 직경을 갖는, 방법.
제5항에 있어서, 플라스틱 코팅은 적어도 700 μm의 직경을 갖는, 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 플라스틱 코팅은 고성능 플라스틱 코팅인, 방법.
제7항에 있어서, 플라스틱 코팅은 열가소성 코팅인, 방법.
제8항에 있어서, 열가소성 코팅은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 코팅 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 코팅으로부터 선택되는, 방법.
제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅된 광섬유는 강도 부재의 외부 표면 근처에서 강도 부재에 매립되는, 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 조사 장치는 광섬유의 길이를 따라 기계적 변형을 측정하도록 구성되는, 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 조사 장치는 광섬유의 길이를 따라 온도를 측정하도록 구성되는, 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로:
광섬유로부터 조사 장치를 분리하는 단계; 및
광섬유 개구 위에 캡을 씌워 광섬유를 커넥터 내에 밀봉하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 밀봉 단계는, 광섬유의 분리된 단부 부분을 절단하는 단계, 또는 광섬유 개구 위에 캡을 씌우기 전에, 광섬유의 분리된 단부 부분을 커넥터 내에 삽입하는 단계를 포함하는, 방법.
오버헤드 전선으로서, 상기 오버헤드 전선은:
기계적 인장 하에서 복수의 지지 타워 상에 지지되는 오버헤드 전기 케이블을 포함하며, 상기 오버헤드 전기 케이블은 강도 부재에 의해 지지되는 전기 전도체를 포함하고;
오버헤드 전기 케이블의 한 단부를 지지 타워에 고정하는 적어도 제1 종단 장치를 포함하며, 상기 종단 장치는 강도 부재의 단부 세그먼트에 고정된 그리핑 조립체를 포함하고;
전기 케이블의 길이를 따라 그리핑 조립체를 통해 연장되고, 강도 부재로부터 분리되는 그리핑 조립체를 지나는 단부 부분을 포함하는 광섬유; 및
광섬유를 조사하기 위해 광섬유에 대한 접근을 허용하도록 구성된 종단 장치의 한 단부에 배치된 개구를 포함하는, 오버헤드 전선.
제15항에 있어서, 그리핑 조립체는 콜릿 하우징 내에 배치되는 콜릿 보어를 갖는 콜릿을 포함하는, 오버헤드 전선.
제15항 또는 제16항에 있어서, 그리핑 조립체에 고정된 커넥터를 추가로 포함하고, 광섬유의 분리된 단부 부분은 커넥터의 보어를 통해 연장되는, 오버헤드 전선.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 광섬유는 강도 부재의 외부 표면에 형성된 홈에 배치되는, 오버헤드 전선.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 광섬유는 광섬유를 둘러싸는 플라스틱 코팅을 포함하는 코팅된 광섬유이고, 코팅은 적어도 500 μm의 직경을 갖는, 오버헤드 전선.
제19항에 있어서, 플라스틱 코팅은 적어도 700 μm의 직경을 갖는, 오버헤드 전선.
제19항 또는 제20항에 있어서, 플라스틱 코팅은 고성능 플라스틱 코팅인, 오버헤드 전선.
제21항에 있어서, 플라스틱 코팅은 열가소성 코팅인, 오버헤드 전선.
제22항에 있어서, 열가소성 코팅은 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 코팅 및 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 코팅으로부터 선택되는, 오버헤드 전선.
제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅된 광섬유는 강도 부재의 외부 표면 근처에서 강도 부재에 매립되는, 오버헤드 전선.
오버헤드 전선으로서, 상기 오버헤드 전선은:
오버헤드 전기 케이블의 제1 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 세그먼트는 제1 데드-엔드 종단 장치를 사용하여 데드-엔드 타워에 고정되며, 오버헤드 전기 케이블은 강도 부재에 의해 지지되는 전기 전도체를 포함하고;
오버헤드 전기 케이블의 제2 세그먼트를 포함하며, 상기 제2 세그먼트는 제2 데드-엔드 종단 장치를 사용하여 제1 세그먼트와 상이한 방향으로 데드-엔드 타워에 고정되고;
제1 세그먼트를 제2 세그먼트에 전기적으로 연결하는 점퍼 케이블;
제1 전기 케이블로부터 제1 데드-엔드 종단 장치를 통과하고 제1 스플라이스 박스에서 종단되는 가요성 보호 도관의 제1 세그먼트를 통해 연장되는 제1 광섬유 세그먼트;
제2 전기 케이블로부터 제2 데드-엔드 종단 장치를 통과하고 제2 스플라이스 박스에서 종단되는 가요성 보호 도관의 제2 세그먼트를 통해 연장되는 제2 광섬유 세그먼트; 및
제1 및 제2 스플라이스 박스를 결합하는 가요성 도관의 제3 세그먼트, 및 제1 스플라이스 박스로부터 가요성 도관의 제3 세그먼트를 통과하여 제2 스플라이스 박스 내로 연장되는 제3 광섬유 세그먼트를 포함하며,
여기서, 제1 광섬유 세그먼트와 제3 광섬유 세그먼트는 제1 스플라이스 박스에서 작동 가능하게 스플라이싱 되고, 제2 광섬유 세그먼트와 제3 광섬유 세그먼트는 제2 스플라이스 박스에서 작동 가능하게 스플라이싱 되는, 오버헤드 전선. 　
제25항에 있어서, 광섬유 세그먼트 중 적어도 하나는 기계적 스플라이스에 의해 스플라이싱 되는, 오버헤드 전선.
제25항 또는 제26항에 있어서, 광섬유 세그먼트 중 적어도 하나는 기계적 스플라이스에 의해 스플라이싱 되는, 오버헤드 전선.