KR20230164974A - 복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조 방법 - Google Patents
복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230164974A KR20230164974A KR1020220064775A KR20220064775A KR20230164974A KR 20230164974 A KR20230164974 A KR 20230164974A KR 1020220064775 A KR1020220064775 A KR 1020220064775A KR 20220064775 A KR20220064775 A KR 20220064775A KR 20230164974 A KR20230164974 A KR 20230164974A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- composite material
- center line
- power line
- manufacturing
- graphene
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000004974 Thermotropic liquid crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 21
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 claims description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- DSGKWFGEUBCEIE-UHFFFAOYSA-N (2-carbonochloridoylphenyl) acetate Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(Cl)=O DSGKWFGEUBCEIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021387 carbon allotrope Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 210000003793 centrosome Anatomy 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- OCVXZQOKBHXGRU-UHFFFAOYSA-N iodine(1+) Chemical compound [I+] OCVXZQOKBHXGRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B9/00—Power cables
- H01B9/02—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients
- H01B9/027—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients composed of semi-conducting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
- H01B1/124—Intrinsically conductive polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 전력선의 중심으로 그래핀과 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer)를 포함한 제1 복합소재로 이루어진 중심선, 및 상기 중심선의 둘레를 둘러싸며 그래핀과 구리 합금을 포함한 제2 복합소재로 이루어진 외부 도체를 포함하는 복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고용량 및 초경량의 전력선을 제조하기 위한 것으로, 이종의 합성섬유로 이루어진 복합소재를 이용한 전력선 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전력선에 관한 것이다.
종래 전력선의 재료는 전류가 흐르는 외부 도체의 선재에 알루미늄을 활용한 전력선이 대부분이다. 그러나 알루미늄 특성상 지지선재 소선과의 인장강도 차이가 송전 효율을 향상시키는데 한계가 있어 대용량전선으로 사용하기 어렵다.
송전 및 배전 전력선은 전력 사용량의 증가로 인한 수요가 증가하고 있는 추세이며, 이러한 전력 수요가 증가함에 따라 지지선재는 복합 소재심을 적용하고 전력선재는 연알루미늄을 적용하는 섬유강화 복합소재심 연알루미늄 연선인 ASCC와 같은 대용량전선이 사용되고 있다.
그러나 기존 대용량전선보다 송전용량이 향상된 고용량 및 초경량의 새로운 전력선이 필요성이 요구되고 있다.
본 발명은 그래핀, 열변형성 액정 고분자(TLCP) 및 구리 합금을 포함한 이종의 합성섬유로 이루어진 복합소재를 활용하여 송전효율 향상을 통한 대용량 저이도 특성과 함께 경량화 특성을 갖는 전력선 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선은 전력선의 중심으로 그래핀과 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer)를 포함한 제1 복합소재로 이루어진 중심선, 및 상기 중심선의 둘레를 둘러싸며 그래핀과 구리 합금을 포함한 제2 복합소재로 이루어진 외부 도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선에서 상기 제1 복합소재는 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer) 매트릭스에 그래핀이 복합된 것이고, 상기 제2 복합소재는 그래핀 매트릭스에 구리 합금이 도핑된 것이다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선에서 상기 중심선과 상기 외부 도체 사이에 상기 중심선의 외주면 둘레를 감싸는 상기 중심선의 표면강도 향상을 위해 코팅층을 포함할 수 있다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법은, (a) 그래핀과 열변형성 액정 고분자를 포함하는 제1 복합소재를 제조하는 단계, (b) 그래핀과 구리 합금을 포함하는 제2 복합소재를 제조하는 단계, (c) 상기 제1 복합소재로 이루어진 중심선을 형성하는 단계, 및 (d) 상기 중심선의 둘레에 상기 제2 복합소재로 둘러싸며 외부 도체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서, 상기 (a) 단계는 열변형성 액정 고분자를 포함하는 매트릭스에 그래핀을 결합시켜 상기 제1 복합소재를 제조한다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서, 상기 (b) 단계는 그래핀을 포함하는 매트릭스에 구리 합금을 도핑하여 상기 제2 복합소재를 제조한다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서, 상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계 이전에 상기 중심선의 둘레에 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer) 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선은 전력선의 외부 도체를 그래핀과 구리 합금이 포함하여 구성된 제2 복합소재를 적용하여 기존 전선 대비 송전용량 증대 효과가 있으며, 전력선의 중심선에는 열변형성 액정 고분자(TLCP)와 그래핀이 포함하여 구성된 제1 복합소재를 적용하여 인장강도를 향상시키는 효과가 있다.
또한 기존의 금속 소재를 사용한 지지선재에 비해 경량의 그래핀 소재를 사용함으로써 전선의 중량 감소되어 기존 전선 대비 이도(dip)가 작은 우수한 이도 특성을 가지고, 외부 소선에서 장력분담율도 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선은 기존의 대용량전선보다 상회하는 고용량 및 초경량으로 전력 분야 이외에도 항공 및 선박과 같은 초경량 소재의 전선이 필요로 하는 개소에 확대 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 전력선의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법의 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합소재를 이용한 전력선을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합소재를 이용한 전력선을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 이용한 전력선을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법의 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합소재를 이용한 전력선을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합소재를 이용한 전력선을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 이용한 전력선을 나타낸 모식도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 종래 전력선으로 강심알루미늄 연선인 ACSR(Aluminum conductor steel reinforced)의 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 기본적으로 적용되고 있는 전력선에서의 코어에는 지지선재로 강심(1)이 형성되고, 강심(1)의 둘레에는 전력수송을 담당하는 외부 도체인 사다리꼴형의 소선으로 알루미늄(2)을 적용하고 있다. 그리고 강심(1)과 알루미늄(2) 사이에 카본, 에폭시 및 유리 섬유 등의 물질로 이루어진 코팅층(3)이 형성될 수 있다.
그러나 종래 전력선은 도체 구성별로 강심(1)과 알루미늄(2)으로 구성되어 있어 알루미늄 특성상 강심과의 인장강도 차이로 인해 송전용량 향상에 한계가 있으며, 강심(1)의 소재로 금속이 적용하므로 중량이 무거워지는 문제점이 있다.
종래의 전력선의 문제점을 해결하고자 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선(100)은 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer, TLCP) 매트릭스에 그래핀을 포함하는 제1 복합소재로 이루어진 중심선(10)과 그래핀 매트릭스에 구리 합금을 포함하는 제2 복합소재로 이루어진 외부 도체(20)를 포함하여 이루어진다.
본 명세서에서 복합소재란 연속적인 섬유형태를 포함하여 구성된 것을 의미한다.
도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선의 중심선(10)은 전력선의 중심이고, 상기 외부 도체(20)가 상기 중심선(10)의 둘레를 둘러싸며 형성된다.
도 3은 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법의 순서도로, (a) 제1 복합소재를 제조하는 단계(S10), 제2 복합소재를 제조하는 단계(S20), 제1 복합소재로 중심선을 형성하는 단계(S30), 및 제2 복합소재를 외부 도체를 형성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기(a) 단계(S10)는 그래핀과 열변형성 액정 고분자를 포함하는 제1 복합소재를 제조하는 단계이다.
열변형성 액정 고분자(TLCP)는 온도의 변화에 따른 액정거동이 나타나며 메소겐 단위의 위치, 형태, 구조에 따라 그 특성이 달라지며, 높은 내열성과 내화학성 외에 뛰어난 기계적 물성을 나타낸다. 열변형성 액정 고분자(TLCP)는 특유의 액정성으로 우수한 연신 성능을 갖으나 강성은 높지 않다.
그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양의 육각 구조를 이루며 구성된 2차원 물질로, 금속에 비견되는 우수한 전기전도도, 기계적 강도, 열전도도를 가진다.
그래핀을 만드는 방식으로는 흑연을 화학적으로 산화시켜 박리한 그래핀 산화물을 이용하는 방법이 있다. 상기 그래핀 산화물은 고체와 같은 배열성과 액체와 같은 유동성을 가지는 액정성 물질로, 특유의 액정성을 이용하여 외력을 가하여 섬유 형태로 가능하다. 방사된 섬유를 환원하게 되면 우수한 전기전도도와 기계적 강도를 가지는 환원된 그래핀 산화물 섬유가 된다.
그러므로 우수한 연신 성능을 가진 열변형성 액정 고분자(TLCP)와 강성이 높은 그래핀 산화물을 복합하면, 액정성을 가진 물질간의 상승효과로 인하여 기계적 물성이 향상된다.
또한, 그래핀 산화물은 환원되면 더 높은 강성을 가지기 때문에 열변형성 액정 고분자(TLCP)의 부족한 강성이 보완될 수 있으므로, 상기 제1 복합소재는 우수한 강성과 연신 성능을 보유하는 복합 섬유로서 전력선 내부의 지지선재로 적용될 수 있다.
상기 제1 복합소재는 열변형성 액정 고분자(TLCP)와 그래핀의 액정성을 통하여 섬유의 방사공정으로 제조될 수 있으며, 바람직하게 용융방사 방법을 통해 제조될 수 있다.
구체적으로 제1 복합소재는 열변형성 액정 고분자(TLCP)와 그래핀의 혼합물을 녹인 후 방사 장치의 방사 노즐을 통해 섬유로 방출하는 용융방사 방법으로 열변형성 액정 고분자 매트릭스에 그래핀이 복합되어 있는 형태를 갖는다.
제1 복합소재에서 그래핀은 열변형성 액정 고분자(TLCP)의 탄성 및 인장강도를 향상시키는 요소로 작용하며, 열변형성 액정 고분자(TLCP)와 그래핀의 복합 효과를 통하여 꼬임, 당김 등의 외부 변형에 대한 우수한 유지 성능을 보이며, 기존 전력선의 지지선재보다 우수한 인장강도를 나타낸다.
상기 제1 복합소재는 전체 제1 복합소재의 중량 %에 대하여, 탄소(C) 81 ~ 86 중량 %, 산소(O) 14 ~ 20 중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 이의 탄소와 산소의 함유량은 열변형성 액정 고분자(TLCP)와 그래핀의 중량비에 결정된다.
상기 제1 복합소재의 표면에 복합소재 표면의 마모성능 향상을 위해 그래핀을 포함하는 그래핀 산화물 등의 탄소 동소체를 코팅할 수 있다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서 (b) 단계(S20)는 그래핀과 구리 합금을 포함하는 제2 복합소재를 제조하며, 상기 제2 복합소재는 그래핀 매트릭스에 구리(Cu)가 도핑되어 있는 형태를 갖는다.
제2 복합소재에서 구리(Cu)는 복합 섬유 내부의 전하밀도를 증가시키는 요소로서 작용한다. 이에 구리(Cu)와 같이 전하밀도가 높은 금속물질인 기타 은, 금, 백금과 같은 물질이 포함될 수 있다.
상기 제2 복합소재는 그래핀을 습식방사를 통한 다양한 섬유의 방사방법을 통하여 그래핀 매트릭스를 제조한 후, 상기 그래핀 매트릭스에 용액상 도핑을 포함하는 다양한 도핑방법을 통해 구리(Cu)를 도핑하여 그래핀과 구리(Cu) 함금의 복합화를 진행한다.
상기 제2 복합소재는 그래핀과 구리(Cu)가 복합화 되면서 그래핀의 우수한 전하 이동도와 구리(Cu)의 전기 전도성의 상승효과로 인해 기존의 알루미늄 전력선을 대체할 수 있는 향상된 전기전도도와 방열 효과를 나타낼 수 있다.
제2 복합소재의 성분은 전체 제2 복합소재의 중량 %에 대해 탄소(C) 60~64 중량%, 산소(O) 4~8 중량% 질소(N) 1~3.2 중량%, 인(P) 0.8~2.4 중량%, 요오드(I) 0.6~2.4 중량%를 함유하고, 잔부가 구리(Cu) 및 기타 은, 금, 백금을 포함하는 금속으로 이루어진 합금을 구성하거나, 또한 강도를 향상시키기 위한 규소, 탄소나노튜브, 및 그래핀 산화물을 포함하는 탄소 동원체가 포함될 수 있다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서 (c) 단계(S30)는 상기(a) 단계에서 제조된 제1 복합소재로 이루어진 중심선을 형성하는 단계이다.
상기 중심선은 장력 및 전력선의 형태에 따라 원형형태 또는 섬유다발 형태의 구성이 가능하다.
구체적으로 상기 중심선은 제1 복합소재가 하나의 가닥으로 형성되거나, 복수 개의 가닥을 모아 섬유다발 형태로 이루어질 수 있다.
상기 섬유다발 형태는 복수 개의 가닥이 나선형으로 연선되어 길게 형성될 수 있다.
복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서, 상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계 이전에 상기 중심선의 둘레에 지지선재인 중심선의 표면강도를 향상시키기 위해서 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer) 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 코팅층은 수 ㎛ 두께로 열변형성 액정 고분자(TLCP)가 코팅된 것으로, 이 코팅층의 두께는 특별히 한정하지 않는다.
복합소재를 이용한 전력선 제조방법에서 (d) 단계(S40)는 상기 중심선의 둘레에 상기 제2 복합소재로 둘러싸며 외부 도체를 형성하는 단계이다.
상기 (d) 단계는 상기 중심선의 둘레를 제2 복합소재로 감싸 층 형태로 외부 도체를 형성하거나, 상기 제2 복합소재가 하나 이상의 가닥으로 상기 중심선의 둘레를 나선형으로 감싸는 형태로 외부 도체를 형성하거나, 상기 제2 복합소재가 복수 개의 가닥으로 모아 섬유 다발 형태로 상기 중심선의 둘레를 나선형으로 감싸는 형태로 외부 도체를 형성할 수 있다.
상기 (c) 단계(S30) 및 (d) 단계(S40)는 제1 복합소재로 이루어진 중심선과 제2 복합소재로 이루어진 외부 도체의 구성 형태에 따라 다양한 형태를 갖는 전력선을 제조할 수 있으며, 아래와 같이 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명할 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7에서 (a)는 전력선의 길이 방향에 대하여 수직인 방향의 단면도를 나타내고, (b)는 전력선의 개략적인 측면 사시도이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따른 전력선은 섬유다발 형태 구성된 중심선(10)으로 이루어진 복합소재를 이용한 전력선으로, 섬유다발 하나로 이루어진 중심선의 원형 둘레에 복수 개의 가닥으로 이루어진 외부 도체(20)가 나선형으로 연선되어 둘러싼 형태이다.
도 5에서처럼 복수 개의 소선이 모여 하나의 섬유다발로 중심선(10)을 이루고, 이 중심선(10)의 외부 둘레를 단면이 원형인 복수의 소선을 전체적으로 원형 링 형태로 연합한 외부 도체(20)가 둘러싸여 하나의 층을 이루며, 이 하나의 층을 이루는 외부 도체(20)는 둘 이상의 복수 개의 층으로 형성하여 중심선(10)을 둘러싼다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에 따른 전력선은 단일의 가닥으로 단면이 원형인 중심선(10)의 둘레를 층상의 형태로 이루어진 외부 도체(20)가 감싼 형태이다. 여기서 상기 층상의 형태로 이루어진 외부 도체(20)의 표면에는 홈 형상이 일정 간격을 두고 나선형으로 형성되어 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이 실시예 3에 따른 전력선은 중심선과 외부 도체 모두 섬유다발 형태로 이루어진 것으로, 하나의 중심선 다발(11)의 외부 둘레에 복수 개의 외부 도체 다발(21)이 나선형으로 연선되어 둘러싼 형태이다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선은 200℃ 이상의 높은 온도에서도 안정적인 인장강도와 크리프(creep) 신장특성이 우수한 것이 특징이다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선의 인장강도는 400 MPa 내지 600 MPa(1,800 kgf 내지 24,000 kgf)이고, 탄성계수는 200 GPa 이상이며(열변형성 액정 고분자(TLCP)의 탄성계수는 80 GPa, 그래핀 탄성계수는 1.1TPa), 열팽창 계수는 5×10-5/℃ 이하(제1 복합소재는 negative thermal expansion coefficient를 보이고, 제2 복합소재의 열팽창계수는 140℃ 이상에서 5×10-5/℃ 이하)인 물리적 특성을 갖는다.
이러한 물리적 특성을 이루기 위해 본 발명은 전력선에 복합소재를 포함한 구성을 가진다. 가공송전선에서 처지는 정도를 나타내는 이도(dip)는 철탑과 철탑의 경간 길이의 제곱에 따라 변화하고, 전력선의 인장강도에 반비례하는데, 본 발명의 복합소재를 이용한 전력선은 인장강도 향상으로 인해 전력선의 처짐 현상을 효과적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 복합소재를 이용한 전력선은 낮은 이도, 고용량 및 초경량 특성이 요구되는 전력을 전달하기 위한 송전, 배선, 하네스 케이블 등 다양한 가공 송전선에 적용이 가능하다.
1 : 강심
2 : 알루미늄
3 : 코팅층
10 : 중심선
11 : 중심선 다발
20 : 외부 도체
21 : 외부 도체 다발
30 : 코팅층
100 : 전력선
2 : 알루미늄
3 : 코팅층
10 : 중심선
11 : 중심선 다발
20 : 외부 도체
21 : 외부 도체 다발
30 : 코팅층
100 : 전력선
Claims (12)
- 전력선의 중심으로 그래핀과 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer)를 포함한 제1 복합소재로 이루어진 중심선; 및
상기 중심선의 둘레를 둘러싸며, 그래핀과 구리 합금을 포함한 제2 복합소재로 이루어진 외부 도체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선. - 제1항에 있어서,
상기 제1 복합소재는 열변형성 액정 고분자(thermotropic liquid crystal polymer)를 포함하는 매트릭스에 그래핀이 결합된 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선. - 제1항에 있어서,
상기 제2 복합소재는 그래핀을 포함하는 매트릭스에 구리 합금이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선. - 제1항에 있어서,
상기 중심선은 단일 가닥으로 이루어지거나, 복수 개의 가닥을 모아 섬유다발 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선. - 제1항에 있어서,
상기 중심선과 상기 외부 도체 사이에 상기 중심선의 둘레를 감싸는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선. - 제1항에 있어서,
상기 외부 도체는,
상기 중심선의 둘레를 제2 복합소재로 감싸는 층 형태, 복수 개의 제2 복합소재 가닥이 상기 중심선의 둘레를 나선형으로 감싸는 형태, 및 복수 개의 제2 복합소재 가닥을 모은 섬유다발을 하나 이상으로 상기 중심선의 둘레를 나선형으로 감싸는 형태 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선. - (a) 그래핀과 열변형성 액정 고분자를 포함하는 제1 복합소재를 제조하는 단계;
(b) 그래핀과 구리 합금을 포함하는 제2 복합소재를 제조하는 단계;
(c) 상기 제1 복합소재로 이루어진 중심선을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 중심선의 둘레에 상기 제2 복합소재로 둘러싸며 외부 도체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계는 열변형성 액정 고분자 매트릭스에 그래핀이 복합된 상기 제1 복합소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (b) 단계는 그래핀 매트릭스에 구리 합금을 도핑하여 상기 제2 복합소재를 제조하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 제1 복합소재가 하나의 가닥으로 중심선을 형성하거나,
복수 개의 가닥을 모아 섬유다발 형태로 중심선을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 중심선의 둘레를 제2 복합소재로 감싸 층 형태로 외부 도체를 형성하거나,
상기 제2 복합소재가 하나 이상의 가닥으로 상기 중심선의 둘레를 나선형으로 감싸는 형태로 외부 도체를 형성하거나,
상기 제2 복합소재가 복수 개의 가닥으로 모아 섬유 다발 형태로 상기 중심선의 둘레를 나선형으로 감싸는 형태로 외부 도체를 형성하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후 상기 (d) 단계 이전에, 상기 중심선의 둘레에 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 전력선 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220064775A KR20230164974A (ko) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220064775A KR20230164974A (ko) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230164974A true KR20230164974A (ko) | 2023-12-05 |
Family
ID=89157358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220064775A KR20230164974A (ko) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230164974A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102328534B1 (ko) | 2019-06-14 | 2021-11-18 | 나노팀테크 주식회사 | 증용량 가공 절연전선 |
-
2022
- 2022-05-26 KR KR1020220064775A patent/KR20230164974A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102328534B1 (ko) | 2019-06-14 | 2021-11-18 | 나노팀테크 주식회사 | 증용량 가공 절연전선 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8831389B2 (en) | Insulated composite power cable and method of making and using same | |
| KR100721885B1 (ko) | 연선 및 그 제조 방법 | |
| US10020094B2 (en) | Hybrid conductor core | |
| WO2006046763A1 (ja) | 複合撚線導体 | |
| US10102941B2 (en) | Flexible fiber and resin composite core overhead wire and production method thereof | |
| RU2568188C2 (ru) | Провод для воздушных линий электропередач и способ его изготовления | |
| CN104134483A (zh) | 一种绞合型碳纤维复合芯软铝导线及其制作方法 | |
| KR20140019958A (ko) | 내굴곡성이 우수한 열선 케이블 | |
| CN110767359A (zh) | 铝包覆复合芯导线电缆及其生产工艺 | |
| KR100602291B1 (ko) | 간극형 가공 전선(架空電線) 및 그 제조 방법 | |
| KR20230164974A (ko) | 복합소재를 이용한 전력선 및 이의 제조 방법 | |
| JPH10321048A (ja) | テンションメンバ、それを用いた軽量低弛度架空電線 | |
| JP3845175B2 (ja) | 複合素線、それを用いた軽量低弛度架空電線 | |
| CN106876031A (zh) | 一种自阻尼低损耗高强度铝包钢芯耐热铝合金绞线 | |
| JP2001176333A (ja) | 架空送電線 | |
| JP7214644B2 (ja) | カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線、ワイヤハーネス、ロボットの配線及び電車の架線 | |
| JP2847787B2 (ja) | 架空送電線 | |
| JP7254708B2 (ja) | カーボンナノチューブ複合線、カーボンナノチューブ被覆電線及びワイヤハーネス | |
| JPH04308610A (ja) | 架空送電線 | |
| JPH10321049A (ja) | 複合素線とその製造方法、その複合素線を用いた軽量低弛度架空電線 | |
| EP3297000A1 (en) | Flexible fiber and resin composite core overhead wire and production method thereof | |
| JPH04308611A (ja) | 架空送電線 | |
| WO2021201097A1 (ja) | カーボンナノチューブ被覆電線 | |
| JP2014002863A (ja) | 鋼心アルミニウム撚線およびその製造方法 | |
| JPH04229507A (ja) | 長高圧電柱間隔用光波導体架空ケーブルとその製法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |