KR20240081434A - 해저케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 해저케이블에 다이나믹 해저케이블 구간과 스태틱 해저케이블 구간을 각각 구비하여 단일 해저케이블로 육지와 해상 시설의 연결이 가능한 해저케이블에 관한 것이다.

Description

해저케이블{SUBMARINE CABLE}

본 발명은 해저케이블에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 중간접속함 없이 하나의 해저케이블에 다이나믹 해저케이블 구간과 스태틱 해저케이블 구간을 각각 구비하여 단일 해저케이블로 육지와 해상 시설의 연결이 가능한 해저케이블에 관한 것이다.

최근 육지와 일정 거리 떨어져 풍량이 충분하고 풍향이 일정한 원거리 해상에 풍력발전기 등을 설치하여 생산된 전력을 육상의 전력설비와 전력케이블로 연결하여 공급하는 재생 에너지 시스템이 각광받고 있다.

풍력 발전기 등이 설치되는 해상의 수심이 얕은 경우에는 해저면에 구조물을 설치한 후 그 상부에 풍력발전기를 설치할 수 있으나, 수심이 깊은 경우에는 플로팅(부유) 방식으로 풍력발전기를 설치할 수 있다.

플로팅 방식의 풍력발전기와 변전설비 등은 플로팅을 위한 부유물에 의하여 지지되어 해수면 상부로 플로팅되고, 부유물은 해저면에 설치된 앵커에 지지선으로 연결되어 움직임이 제한될 수 있다.

그리고, 해상에 설치되는 풍력발전기 또는 그 풍력발전기를 연결하는 변전소와 지상의 전력설비는 수중에 포설되는 해저케이블로 연결될 수 있다.

여기서, 지상의 전력 설비로부터 해상 풍력발전기 근방의 해저면까지 구간은 해저케이블이 해저면에 포설되는 구간으로 케이블 포설 이후 전력을 전송하는 동안 케이블의 움직임이 발생하지 않으므로, 이 구간을 스태틱 구간(정적 구간)이라 하고, 이 구간에 포설되는 해저케이블을 일반적으로 스태틱 해저케이블이라 명칭하며, 풍력발전기 근방의 해저면으로부터 플로팅 방식의 풍력발전기 또는 변전소까지 구간은 해류, 파도 등에 의해 케이블에 거동이 많이 발생하므로, 이 구간을 다이나믹 구간(동적 구간)이라 하고, 이 구간에 포설되는 해저케이블을 다이나믹 해저케이블이라 한다.

이러한 다이나믹 구간에서는 케이블에 인장력, 비틀림 또는 굽힘이 많이 작용하므로, 다이나믹 해저케이블은 스태틱 해저케이블에 비해 기계적 내구성이 더 요구된다.

더욱이, 해저면에 고정된 구조체에 설치되는 풍력발전기 등의 경우 움직임이 비교적 없지만 플로팅 방식으로 설치되는 발전기 등의 경우 파도와 날씨 등에 따라 지속적으로 움직임이 발생되므로 일반적인 스태틱 해저케이블로 연결시 충분한 내구성을 보장하기 어려워 다이나믹 해저케이블로 연결되어야 한다.

다이나믹 해저케이블과 스태틱 해저케이블의 경우 전력 전송을 위한 하나 이상의 전력유닛을 포함하는 코어부의 구성은 유사하지만, 다이나믹 해저케이블은 스태틱 해저케이블과 포설 환경이 구별되어 아머층 등 케이블 보호부의 구성이 상이하며, 그에 따라 케이블 제조비용의 차이가 있다.

따라서, 종래에는 지상의 전력 설비로부터 해상 풍력 발전기 근방의 해저면까지의 스태틱 구간에는 스태틱 해저케이블을 설치하고, 해저면으로부터 플로팅 방식의 풍력발전기 또는 변전소까지의 다이나믹 구간에는 다이나믹 해저케이블을 설치하는 방법을 사용하여 왔다.

이 경우, 스태틱 해저케이블과 다이내믹 해저케이블의 접속을 위해 통상적으로 중간접속함을 통해 케이블 접속을 수행한다.

이때, 구성이 서로 다른 해저케이블 간의 접속(케이블 간의 접속을 중간접속이라 칭한다)을 위해서는 접속 지역의 해상 선박에서 중간접속함을 이용하여 다이나믹 해저케이블과 스태틱 해저케이블을 접속 후 포설하는 방법이 사용되어 왔으나, 선박에서 케이블 접속 작업을 수행하는 경우, 접속을 위한 숙련된 엔지니어의 인건비 및 접속에 의하여 늘어난 작업기간으로 인해 해저케이블 포설을 위한 선박 사용 비용이 크게 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 하나의 해저케이블에 다이나믹 해저케이블 구간과 스태틱 해저케이블 구간을 각각 구비하여 단일 해저케이블로 육지와 해상 시설의 연결이 가능한 해저케이블을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전력 전송을 위한 하나 이상의 전력유닛을 포함하는 케이블 코어부와 상기 케이블 코어부 외측을 감싸는 케이블 보호부를 포함하는 해저케이블로서, 상기 해저케이블은 길이방향을 따라 해저면 포설을 주 목적으로 하는 제1 섹션 및 수중 포설을 주 목적으로 하는 제2 섹션을 포함하고, 상기 케이블 보호부는 복수 개의 아머 와이어가 횡권되어 형성되는 아머층을 포함하고, 상기 아머층은 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션에 연속하여 형성되는 제1 아머층과, 상기 제2 섹션에서 상기 제1 아머층의 외측에 형성되는 제2 아머층을 포함하며, 상기 케이블 보호부는 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션의 경계영역에서 상기 제2 아머층을 상기 제1 아머층에 고정시키는 아머 고정부를 포함하고, 상기 아머 고정부는 상기 경계영역에서 상기 제1 아머층을 원주 방향으로 감싸도록 장착되는 내부 고정링과 케이블 길이방향을 따라 상기 내부 고정링과 다른 위치에서 상기 내부 고정링 외측에 배치된 상기 제2 아머층을 원주방향으로 감싸도록 장착되는 외부 고정링을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 섹션의 케이블 보호부는 상기 제1 아머층 외측을 얀으로 권취되어 마감된 써빙층을 포함하고, 상기 제2 섹션의 케이블 보호부는 제2 아머층 외측을 고분자 수지로 피복하여 마감된 시스층을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전력유닛은 도체, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속차폐층을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 내부 고정링은 상기 경계영역에서 제2 아머층의 단부를 외측으로 전개한 후 상기 제1 아머층을 감싸도록 장착되고, 상기 내부 고정링의 장착이 완료된 후 전개된 상기 제2 아머층이 복원되고 상기 외부 고정링은 상기 제2 아머층을 감싸도록 장착될 수 있다.

이 경우, 상기 외부 고정링은 상기 내부 고정링의 장착위치의 좌우로 각각 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제1 아머층은 금속 아머 와이어로 형성된 제1 금속 아머층이고, 상기 제2 아머층은 금속 아머 와이어로 형성된 제2 금속 아머층일 수 있다.

또한, 상기 내부 고정링은 상기 제1 금속 아머층에 용접되어 고정될 수 있다.

그리고, 상기 내부 고정링의 좌우 테두리와 상기 제1 금속 아머층을 구성하는 금속 아머 와이어 사이에는 원주방향으로 용접된 용접부가 구비됨으로써 상기 내부 고정링이 상기 제1 금속 아머층에 고정될 수 있다.

여기서, 상기 용접부는 상기 내부 고정링의 좌측 테두리와 우측 테두리의 원주 방향을 따라 이격되어 각각 복수 개가 구비될 수 있다.

이 경우, 상기 내부 고정링 및 상기 외부 고정링은 2개의 이분할 링으로 구성되고, 각각의 이분할 링의 단부가 상호 접합되어 원형 링을 구성할 수 있다.

그리고, 상기 이분할 링의 각각의 접합면은 그 사이에 용접 용융물이 주입되도록 서로 반대방향으로 경사면을 구비할 수 있다.

또한, 상기 이분할 링의 각각의 단부는 케이블의 길이방향과 평행하지 않은 사선 형상으로 구비될 수 있다.

그리고, 상기 이분할 링의 단면 두께는 중심부의 두께가 가장 클 수 있다.

여기서, 상기 경계영역에서 상기 아머 고정부의 외측을 감싸 횡권되는 적어도 1층의 카본 테이프층을 추가로 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 해저케이블에 의하면, 해저면 포설을 위한 제1 섹션과 수중 포설을 위한 제2 섹션이 하나의 해저케이블에 길이방향을 따라 구간별로 구비되어 별도의 중간접속 작업 또는 중간접속함을 생략할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 해저케이블에 의하면, 해저케이블의 제1 섹션과 제2 섹션의 경계영역에 구비된 아머 고정부가 제2 섹션에 더 구비된 제2 아머층을 안정적으로 고정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해저케이블로 연결되는 해상 풍력발전시스템의 구성의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 해저케이블 중 해저면 포설을 위한 제1 섹션 영역 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 해저케이블 중 수중 포설을 위한 제2 섹션 영역의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 해저케이블의 제1 섹션과 제2 섹션 경계 영역에서 제1 섹션의 최외곽층 및 제2 섹션의 최외곽층이 제거된 상태를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 해저케이블의 제1 섹션과 제2 섹션의 경계영역에 내부 고정을 위한 내부 고정링 장착을 위하여 제2 섹션의 제2 금속 아머층을 전개한 상태를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 해저케이블의 제1 금속 아머층 외주면에 이분할 링 형태의 내부 고정링이 제1 금속 아머층 외주면에 장착되는 과정을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 해저케이블의 제1 금속 아머층 외주면에 이분할 링 형태의 내부 고정링 장착된 후 용접 방법으로 접합되어 고정된 상태를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 해저케이블의 제1 금속 아머층 외주면에 상기 내부 고정링이 장착된 상태에서 제2 금속 아머층이 복원되고 외부 고정링이 제2 금속 아머층을 감싸도록 장착되는 과정을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 해저케이블의 제2 금속 아머층 외주면에 외부 고정링의 장착이 완료된 상태를 도시한다.
도 10은 상기 외부 고정링이 장착된 상태의 아머 고정부 둘레를 카본 테이프로 횡권하여 카본 테이프층을 형성하는 과정을 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 해저케이블의 아머 고정부가 카본 테이프층으로 마감이 완료된 상태를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 해저케이블의 시험장비를 도시한다.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 해저케이블의 아머 고정부에 적용되는 내부 고정링 또는 외부 고정링의 예시를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 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 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 해저케이블(100)로 연결되는 해상 풍력발전시스템의 구성의 예를 도시한다.

육지와 일정 거리 떨어져 풍량이 충분하고 풍향이 일정한 원거리 해상에 풍력발전기(wb)의 설치가 증가되고 있다.

풍량이 풍부하고 일정한 장소를 위하여 상대적으로 육지 연안이 아닌 수심이 깊은 해양에 풍력발전기(wb)를 설치하는 경우가 많다. 수심이 얕은 연안에 설치되는 풍력발전기의 경우 해저면에 구조물을 세워 그 상부에 설치되지만, 수심이 깊은 해양에서는 해저면 구조물을 설치하기 불가능한 경우가 많아 부유식으로 풍력발전기(wb)를 설치하고 해저면에 앵커(a)를 박고 고정 와이어(r)로 풍력발전기(wb)를 연결하여 풍력발전기(wb)의 위치만 고정하는 방법으로 설치할 수 있다.

또한, 해양 풍력발전기(wb)는 단독으로 구성되는 경우보다 대규모 발전 단지를 구성하도록 복수 개의 풍력발전기(wb)를 설치하고 복수 개의 풍력발전기(wb)가 생산한 전력을 취합하여 변전설비(ts) 등을 통해 전력손실을 최소화한 형태로 육지의 전력설비(ps)로 공급될 수 있다.

이 경우 육지의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts)는 해저케이블(100)로 연결될 수 있다.

도 1에 도시된 해저케이블(100)은 육지의 전력설비(ps)에 연결되어 해상의 변전 설비 근방까지는 해저면에 포설되지만, 상기 변전 설비 근방의 해저면에서 부유식으로 설치되는 해상의 변전설비(ts)까지 연결되기 위해서는 수중 포설이 필요하다.

여기서, 해저면에 설치되는 해저케이블은 일반적으로 해저면에 매립되거나 보호재 등으로 덮이게 되는데 반하여, 해저면에서 해수면 까지의 구간에서는 해저케이블은 수중에 노출되어 조류, 파도 등 여러 외력의 영향을 받게 되는데, 해저면에서 해수면까지 해저케이블이 설치되는 것을 수중 포설이라고 한다. 또한 해저케이블이 해수면 위에 설치된 변전설비 등과 연결될 수 있는데, 해수면 위의 구간도 수중 포설 구간으로 취급될 수 있다.

따라서, 육지의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts)를 연결하기 위한 해저케이블(100)이 일부 구간은 해저면(g)에 설치되고 다른 구간은 수중에 설치될 수 있다.

해저케이블(100)의 경우 해저면에 설치되는 구간과 수중에 설치되는 구간은 각각의 환경의 차이에 의하여 케이블 보호부를 서로 다르게 구성하는 것이 바람직하다. 수중에 설치되는 영역은 파도 또는 조류에 의하여 지속적으로 케이블이 자극받는 구간으로 해저면(g)에 설치되는 영역에 비해 케이블 보호부의 보강이 요구된다.

이와 같은 케이블 보호부의 차이점에 따라 해저케이블(100)은 다이나믹(dynamic) 해저케이블과 스태틱(static) 해저케이블로 분류되며, 도 1에 도시된 바와 같이 육지의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts)를 연결하기 위한 해저케이블(100)의 경우 영역별로 다이나믹(dynamic) 해저케이블과 스태틱(static) 해저케이블이 모두 필요하므로, 종래에는 다이나믹(dynamic) 해저케이블과 스태틱(static) 해저케이블을 선상에서 중간접속함으로 접속한 후 해저에 설치하였으나, 비용이 크게 증가하므로, 본 발명에서는 해저케이블의 길이방향을 따라 구간별로 케이블 보호부가 상이한 하나의 해저케이블(100)을 제조함으로써 중간접속함을 생략할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 육지의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts)를 연결하기 위한 해저케이블(100)의 전체 길이에서 수중에 설치되는 구간의 길이가 해저면에 설치되는 구간의 길이보다 상대적으로 짧아 전체 해저케이블(100)을 다이나믹(dynamic) 해저케이블로 구성하는 것은 비용적인 측면에서 불합리하다.

즉, 본 발명에 따른 해저케이블(100)은 구간별로 해저면 포설을 주 목적으로 하는 스태틱 해저케이블 구간인 제1 섹션(100s) 영역과 수중 포설을 주 목적으로 하는 다이나믹 해저케이블 구간인 제2 섹션(100d) 영역 모두를 구비하되 중간접속함 없이 하나의 해저케이블로 구성되는 구조적 특징을 갖는다.

여기서, 상기 해저케이블의 해저면 포설을 위한 구간을 제1 섹션 영역으로, 수중 포설을 위한 구간을 제2 섹션 영역으로 구분하였으나, 이것이 완전히 일치하여 구분되는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려 안전을 위하여, 제2 섹션의 일부 영역이 해저면 포설 구간에서 설치되는 것이 바람직하다.

먼저 도 2와 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 해저케이블의 해저면 포설을 주 목적으로 하는 제1 섹션(100s) 영역의 내부 구조와 수중 포설을 주 목적으로 하는 제2 섹션(100d) 영역의 내부 구조에 따른 제1 섹션(100s) 영역과 제2 섹션(100d) 영역의 차이점을 검토한 후 도 4 이하를 참조하여, 그 경계 영역에서 서로 다른 케이블 아머층이 고정되는 아머 고정부(100j)의 구조와 고정방법을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 해저케이블(100) 중 해저면 포설을 위한 제1 섹션(100s) 영역 다단 탈피된 사시도를 도시하며, 도 3은 본 발명에 따른 해저케이블(100) 중 수중 포설을 위한 제2 섹션(100d) 영역의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해저케이블(100)은 전력 전송을 위한 하나 이상의 전력유닛(10)을 포함하는 케이블 코어부와 상기 케이블 코어부 외측을 감싸는 케이블 보호부를 포함하고, 상기 케이블 코어부는 3개의 전력유닛(10), 광유닛(20) 및 충진부재(30)를 포함할 수 있으며, 상기 케이블 보호부는 베딩층(70), 아머층(80a, 80b) 및 최외곽층에 해당하는 써빙층(90) 또는 시스층(110)을 포함할 수 있다. 각 구성에 대한 상세한 설명은 후술한다.

본 발명의 실시예에서는 3개의 전력유닛(10)을 구비한 3상 케이블을 예로 들어 도시하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 하나의 전력유닛을 구비하거나, 전력유닛의 개수가 다른 경우에도 적용될 수 있다.

각각의 상기 전력유닛(10)은 도체(11), 내부반도전층(12), 절연층(13), 외부반도전층(14), 금속 차폐층(15), 및 고분자 시스(16)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 도체(11)는 전력을 전송하기 위해 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 전력 손실을 최소화할 수 있도록 도전율이 우수하고 케이블 제조 및 사용에 적절한 강도와 유연성을 가진 소재, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 이루질 수 있다.

상기 도체(11)는 도2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 원형소선을 연선하여 원형으로 집합한 집합도체일 수 있고, 구체적으로 S 방향 연합 또는 Z 방향 연합된 집합도체일 수 있으며, 더 나아가 원형의 중심소선과 상기 원형 중심소선을 감싸도록 연선된 평각소선으로 이루어진 평각소선층을 구비하며 전체적으로 원형의 단면을 가지는 평각도체일 수 있으며, 도체를 후자의 평각도체로 구성하는 경우 원형 압축도체에 비하여 점적율이 상대적으로 높아 케이블 외경을 축소할 수 있는 장점이 있다.

그러나 상기 도체(11)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한 상기 도체(11) 표면과 후술하는 절연층(13) 사이에 공극이 생기게 되면 절연 성능이 저하될 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 도체(11) 외부에는 내부반도전층(12)이 구비될 수 있다. 상기 내부반도전층(12)은 절연성 재료에 카본블랙, 카본 나노튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 도전성 입자가 첨가되어 반도전성을 가질 수 있다.

상기 내부반도전층(12)은 상기 도체(11)와 후술하는 절연층(13) 사이에서 급격한 전계변화가 발생하는 것을 방지하여 절연성능을 안정화하는 기능을 수행한다. 또한 도체면의 불균일한 전하분포를 억제함으로써 전계를 균일하게 하고, 도체(11)와 절연층(13) 간의 공극 형성을 방지하여 코로나 방전, 절연파괴 등을 억제할 수 있다.

상기 절연층(13)은 상기 내부반도전층(12)의 바깥쪽에 구비되어 상기 도체(11)를 따라 전류가 외부로 누설되지 않도록 외부와 전기적으로 절연시켜 준다. 일반적으로 상기 절연층(13)은 파괴전압이 높고, 절연성능이 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다. 나아가 유전손실이 적으며 내열성 등의 열에 대한 저항 성능을 지니고 있어야 한다. 따라서 상기 절연층(13)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용될 수 있으며, 상기 폴리에틸렌 수지는 가교수지로 이루어질 수 있다.

상기 절연층(13)의 외부에는 외부반도전층(14)이 구비될 수 있다. 상기 외부반도전층(14)은 내부반도전층(12)과 같이 절연성 물질에 도전성 입자, 예를 들면 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등이 첨가되어 반도전성을 가지는 물질로 형성되어, 상기 절연층(13)과 후술하는 금속 차폐층(15) 사이의 불균일한 전하 분포를 억제하여 절연 성능을 안정화한다. 또한, 상기 외부반도전층(14)은 케이블에 있어서 절연층(13)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지하며, 상기 절연층(13)을 물리적으로 보호하는 기능도 수행할 수 있다.

상기 전력유닛(10)은 케이블 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 수분 흡수부(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 수분 흡수부는 도체(11)를 구성하는 소선 사이 및/또는 도체(11)의 외부에 형성될 수 있다. 상기 수분 흡수부는 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 구성되어 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 수분 흡수부는 또한 급격한 전계 변화를 방지하기 위하여 반도전성을 가질 수 있다.

상기 외부반도전층(14)의 외부에는 금속 차폐층(15) 및 고분자 시스(16)를 추가적으로 구비할 수 있다. 상기 금속 차폐층(15) 및 고분자 시스(16)는 케이블의 전력 전송 성능에 영향을 미칠 수 있는 수분침투, 기계적 외상, 부식 등의 다양한 환경요인 및 사고전류로부터 상기 케이블 전력유닛을 보호할 수 있다.

상기 금속 차폐층(15)은 케이블 단부에서 접지되어 지락 또는 단락 등의 사고 발생시 사고 전류가 흐르는 통로 역할을 하며, 외부의 충격으로부터 케이블을 보호하고, 전계가 케이블 외부로 방전되지 않도록 차폐할 수 있다.

상기 금속 차폐층(15)으로는 금속시스 또는 와이어 쉴드를 사용할 수 있다. 통상 스태틱 해저케이블의 경우 금속차폐층으로 금속시스를 사용하나, 다이나믹 해저케이블의 경우에는 케이블 거동에 의해 금속시스가 피로파괴를 일으킬 우려가 있으므로, 구리 등의 금속 와이어 복수 개를 횡권한 와이어 쉴드를 금속차폐층으로 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스태틱 해저케이블 구간에 해당하는 제1 섹션은 금속 차폐층으로 금속시스를 형성하고, 다이나믹 해저케이블 구간에 해당하는 제2 섹션은 와이어 쉴드를 형성하여, 제1 섹션의 금속시스와 제2 섹션의 와이어 쉴드는 제1 섹션과 제2 섹션의 경계영역에서 접합하여 사용할 수 있다.

금속시스의 경우, 내부를 실링하도록 형성되어 수분과 같은 이물질이 침입하여 절연 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 상기 외부 반도전층 외부에 용융된 금속을 압출하여 이음새가 없는 연속적인 외면을 가지도록 형성함으로써 차수성능을 향상시킬 수 있다. 금속시스의 금속으로는 납(Lead) 또는 알루미늄을 사용하며, 특히 해저 케이블의 경우에는 해수에 대한 내식성이 우수한 납을 사용하는 것이 바람직하고, 기계적 성질을 보완하기 위해 금속 원소를 첨가한 합금연(Lead alloy)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 금속 차폐층(15)의 외부에는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 (polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 고분자 시스(16)가 형성되어 해저 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상 및 열, 자외선 등의 기타 외부 환경 요인으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 특히, 해저 케이블의 경우에는 차수성이 우수한 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전력유닛(10)은 상기 금속 차폐층(15)과 상기 외부반도전층(14) 사이에 동선직입 테이프(미도시) 내지 수분 흡수층(미도시)이 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 동선 직입테이프는 동선(Copper wire)과 부직포 테이프 등으로 구성되어 외부반도전층과 금속 시스 간의 전기적 접촉을 원활히 하는 작용을 할 수 있다. 상기 수분 흡수층(미도시)은 케이블에 침투한 수분을 흡수하는 속도가 빠르고, 흡수 상태를 유지하는 능력이 우수한 고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)를 포함하는 분말, 테이프, 코팅층 또는 필름 등의 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라 상기 수분 흡수층은 케이블 길이방향으로 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 수분 흡수층에서의 급격한 전계 변화를 방지하기 위해 수분 흡수층에 동선을 포함시켜 구성할 수도 있다.

특히, 금속 차폐층(15)으로 와이어 쉴드를 사용하는 경우에는 금속시스에 비해 차수성능이 떨어지므로, 차수 성능 향상을 위해 수분흡수층(미도시)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 해저케이블(100)은 광유닛(20)을 더 구비할 수 있다.

여기서, 상기 광유닛(20)은 적어도 하나의 광섬유(21)와, 상기 광섬유(21)를 수용하는 튜브(22)를 구비할 수 있다.

상기 각 광유닛(20)은 튜브(22) 내에 충진재와 함께 실장시킨 소정 갯수의 광섬유(21)를 구비하며, 상기 튜브는 스테인레스 스틸과 같은 강성이 있는 재질을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 광유닛(20)은 상기 튜브(22)를 감싸는 금속시스(23) 및 고분자 시스(24)를 더 구비할 수 있다.

한편, 도 2에서는 단일 시스 내부에 단일 보호용 튜브가 구비된 예를 도시하나 이는 일예에 지나지 않으며, 예를 들어 하나의 시스 내부에 복수 개의 보호용 튜브를 구비하고 상기 각 보호용 튜브의 내부에 적어도 하나의 광섬유를 구비하는 구성도 물론 가능하다.

한편, 도 2에 도시된 해저케이블(100)은 해저면에 설치되므로 바다 속의 해수, 염분 등과 같은 가혹한 환경에서도 내부 구성요소를 보호하기 위한 각종 보호층을 구비할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 해저케이블의 케이블 보호부는 상기 전력유닛(10)과 광유닛(20)을 감싸는 폴리프로필렌(PP: Polypropylene) 얀 등으로 구성되는 베딩층(70)과, 상기 베딩층(70)의 바깥쪽에 구비되어 상기 해저케이블(100)의 기계적 강도를 향상시키는 아머층(80a) 및 상기 아머층(80a)의 외부에 구비되는 써빙층(90)을 구비할 수 있다.

상기 아머층(80a)은 복수 개의 아머 와이어(81)을 베딩층(70) 외측에 나란하게 사선형으로 횡권되어 형성될 수 있으며, 상기 해저케이블(100)의 기계적 특성과 성능을 강화하는 기능을 수행할 뿐만 아니라 외력으로부터 케이블을 추가적으로 보호한다.

상기 아머층(80a)을 구성하는 아머 와이어(81)는 금속 재료로 구성되는 것이 바람직하나, 고인장력을 가지는 재료라면 비금속 재료인 경우도 가능하다.

금속 재질의 아머 와이어(81)의 경우 강철, 아연도금강, 구리, 황동, 청동 등으로 이루어지고 단면 형태가 원형, 평각형 등인 와이어를 횡권하여 구성할 수 있으며, 비금속 아머 와이어(81)의 경우 고인장 재료인 아마미드 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 등의 재료를 와이어 형태로 형성하여 사용할 수 있다.

이하에서 본 발명의 실시예에서는 금속 아머 와이어(81)로 형성된 금속 아머층을 사용하는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

상기 금속 아머층을 구성하는 아머 와이어는 상기 베딩층(70) 등의 외주면에 나선형으로 황권될 수 있으며, 바람직하게 상기 전력유닛들의 집합 꼬임 방향과 반대방향인 Z 방향 또는 S 방향으로 횡권될 수 있다.

그리고, 도 2에 도시된 제1 섹션(100s)의 금속 아머층(80a)은 도 3에 도시된 제2 섹션의 내측에 배치된 금속 아머층(80a)과 연속되는 구성이며, 금속 아머층의 더욱 상세한 설명은 후술한다.

상기 써빙층(90)은 폴리프로필렌 얀 등으로 구성될 수 있으며, 상기 금속 아머층(80)의 외측에 형성되는 최외곽층으로서 케이블을 보호하며, 최외곽에 형성되는 써빙층(81)은 색상이 다른 2종 이상의 재료로 구성되어 해저에서 포설된 케이블의 가시성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 해저케이블(100)에서 상기 케이블 코어부는 전술한 전력유닛(10)과 광유닛(20)을 보호하기 위하여 상기 전력유닛(10) 및 광유닛(20)과 상기 베딩층(70) 사이에 충진부재(30)를 구비할 수도 있다. 전술한 충진부재(30)는 해저케이블(100) 내부의 빈 공간에 구비되어 해저케이블(100)을 원형으로 유지하는 기능과 전력유닛 및 광유닛을 보호하는 기능을 수행하며, 도 2 또는 도3에서와 같이 상기 빈 공간에 대응하는 형상의 플라스틱 개재(30)를 사용하거나, 복수 개의 원형 플라스틱 개재 또는 폴리프로필렌 재질의 얀(Yarn) 등의 섬유를 빈 공간에 채워서 형성할 수도 있다.

도 2에 도시된 해저케이블(100)은 해저면에 설치되기 위한 제1 섹션(100s)을 도시하며, 바다 속의 해수, 염분 등과 같은 가혹한 환경에서도 내부 구성요소를 보호하기 위한 각종 보호층을 구비하지만 해저면에 지지되어 부설되므로, 파도 또는 조류 등의 영향은 상대적으로 크지 않다.

지상의 전력설비(ps)와 해상의 변전설비(ts) 등을 연결하는 구간에서 해저케이블(100)의 제1 섹션(100s) 영역은 해저면에 포설될 수 있으나, 해저면에서 부유식으로 설치된 변전설비(ts) 등을 연결하기 위한 제2 섹션(100d) 영역은 조류와 파도 등의 영향으로 지속적인 움직임이 발생되므로 제2 섹션(100d) 영역은 제1 섹션(100s) 영역보다 보호층이 더 강화될 필요가 있다.

도 3에 도시된 해저케이블(100)의 제2 섹션(100d) 영역의 경우 베딩층(70)의 바깥쪽에 구비되어 상기 해저케이블(100)의 기계적 강도를 향상시키는 금속 아머층이 복층으로 구비될 수 있고, 복층 아머층 외측에는 최외곽층으로 써빙층 대신 케이블 자켓 역할을 수행하는 고분자 수지 재료의 시스층(110)이 구비될 수 있다.

따라서, 상기 금속 아머층은 상기 제1 섹션(100s) 및 제2 섹션(100d)에 연속 배치되는 제1 금속 아머층(80a)과 상기 제2 섹션(100d)에만 배치되는 제2 금속 아머층(80b)을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 내측에 배치되는 상기 제1 금속 아머층(80a)이 3개 전력유닛의 집합 꼬임 방향과 반대방향인 Z 방향 또는 S 방향으로 횡권되는 경우, 외측에 배치되는 상기 제2 금속 아머층(80b)은 상기 제1 금속 아머층(80a)과 반대방향으로 횡권되는 것이 바람직하며, 상기 제1 금속 아머층(80a)과 상기 제2 금속 아머층(80b)은 모두 강철, 아연도금강, 구리, 황동, 청동 중 어느 하나의 재질로 구성될 수 있으며 단면 형태가 원형, 평각형 등인 와이어를 횡권될 수 있음은 마찬가지이다.

상기 제2 섹션(100d)의 제2 금속 아머층(80b) 외측은 압출 방식으로 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 고분자 수지로 구성된 시스층(110)을 구성하여 금속 아머층을 보호함과 동시에 거친 수중 환경에서 파도와 조류 등에 의한 케이블 손상을 최소화하여 충분한 내구성을 확보할 수 있다.

이와 같이, 해저케이블(100)의 경우 포설 환경에 따라 케이블 길이방향 구간별로 케이블 보호부가 달리 구성되는 것이 바람직하다. 그러나 구간별로 서로 다른 케이블 보호부를 구비하되 하나의 해저케이블(100)을 구성하기 위해서는 제2 섹션(100d) 영역에서의 케이블 보호부, 특히 제2 금속 아머층(80b)이 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d) 경계 영역에서 안정적으로 고정되어야 한다.

즉, 제2 섹션(100d)은 지속적인 움직임이 발생될 수 있는 다이나믹 영역이고 제2 금속 아머층이 추가로 구비되므로, 제2 금속 아머층이 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d) 경계 영역에서 고정되어야 하나의 해저케이블(100)을 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 해저 케이블(100)의 케이블 보호부는 제1 섹션(100s) 및 제2 섹션(100d)의 경계영역에서 제2 금속 아머층(80b)을 제1 금속 아머층(80a)에 고정시키는 아머 고정부를 포함한다. 또한, 아머 고정부는 1 섹션(100s) 및 제2 섹션(100d)의 경계영역에서 제1 아머층(80a)을 원주 방향으로 감싸도록 장착되는 내부 고정링과 케이블 길이방향을 따라 내부 고정링과 다른 위치에서 내부 고정링 외측에 배치된 제2 아머층을 원주방향으로 감싸도록 장착되는 외부 고정링을 포함한다.

이하에서는 도 4 내지 도 11을 참조하여 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역의 마감과 제2 섹션(100d) 영역에서의 제2 금속 아머층(80b)의 고정방법을 설명한다.

도 4 내지 도 11은 본 발명에 따른 해저 케이블의 제1 섹션(100s) 영역과 제2 섹션(100d) 영역의 경계의 아머 고정부(100j)를 형성하는 과정을 도시한다.

구체적으로, 도 4는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d) 경계 영역에서 제1 섹션(100s)의 최외곽층인 써빙층(90) 및 제2 섹션(100d)의 최외곽층인 시스층(110)이 제거된 상태를 도시하며, 도 5는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역에 내부 고정링(120) 장착을 위하여 제2 섹션(100d)의 제2 금속 아머층(80b)을 구성하는 금속 와이어를 개별로 외측으로 전개한 상태를 도시한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 내부 고정링(120)을 장착하기 위하여, 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역에서 상기 제1 섹션(100s)의 써빙층(90)과 제2 섹션(100d)의 시스층(110)을 제거하고, 도 5에 도시된 바와 같이 제2 섹션(100d)의 제2 금속 아머층(80b)을 구성하는 금속 아머 와이어를 외측으로 전개한다. 상기 제2 금속 아머층(80b)을 전개하는 이유는 제2 금속 아머층(80b) 내측에 내부 고정링(120)을 장착하기 위함이다.

본 발명에 따른 해저케이블(100)은 해저의 정적 영역과 동적 영역에 설치되기 위한 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)을 구비하지만, 하나의 전력케이블이며 케이블 길이방향 구간별로 케이블 아머층의 차이가 존재한다. 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제2 섹션(100d)은 동적 구간으로 파도 또는 조류에 의하여 지속적으로 자극 받는 영역이므로 케이블에 인장력과 비틀림이 지속적으로 발생된다,

즉, 제1 금속 아머층(80a)은 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d) 전체에 설치되므로 전체 케이블에 가해지는 인장력의 영향이 크지 않지만 제2 금속 아머층(80b)의 단부의 경우 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역에 배치되므로 인장력 비틀림에 의하여 나선형 횡권 상태가 풀리거나 제2 금속 아머층(80b)의 단부 위치가 변경될 수 있으므로, 제2 금속 아머층(80b)의 단부를 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역에서 안정적으로 고정할 필요가 있다.

본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역에서 제2 금속 아머층(80b)의 단부를 안정적으로 고정하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 내부 고정링(120)과 외부 고정링(130)을 적용한다.

상기 제2 금속 아머층(80b)의 단부를 단순히 제1 금속 아머층(80a)의 외주면에 접합하는 방법 등을 고려할 수 있으나, 용접에 의한 접합 고정력이 해저케이블(100)에 가해지는 인장력 등에 충분한 고정력을 제공하지 못하므로 본 발명의 실시예는 내부 고정링(120)과 외부 고정링(130)을 이용하여 구조적 고정력을 강화할 수 있다.

그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 내부 고정링(120)을 장착하는 경우 고정링의 두께가 존재하여 그로 인한 외경 증가를 최소화하기 위하여 상기 내부 고정링 장착전에 제1 금속 아머층(80a)의 외주면 중 내부 고정링(120) 장착 부위를 압축하는 압축 과정과 와이어들이 틀어짐을 방지하기 위한 와이어 정렬작업이 더 수행될 수 있다.

제1 금속 아머층(80a)의 외주면 중 내부 고정링 장착부위를 압축하는 압축 과정은 클램프 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 클램프는 상기 제1 금속 아머층(80a)의 외주면 중 상기 내부 고정링(120) 장착부위를 압축한 후 제거되고, 내부 고정링(120)은 압축된 장착부위에 장착될 수 있다.

한편, 클램프는 복수 개가 이용될 수도 있다. 예를 들어, 압축 과정은 3개의 클램프 중 2개의 클램프를 이용하여 내부 고정링(120) 장착부위의 좌우측을 먼저 압축하고, 나머지 1개의 클램프를 이용하여 내부 고정링(120) 장착부위를 압축하여 수행될 수 있다. 내부 고정링(120) 장착부위의 클램프는 내부 고정링(120)의 장착 전에 제거되지만, 내부 고정링(120) 장착부위 좌우측의 클램프는 내부 고정링(120)의 장착이 완료된 후 제거될 수 있다. 이 경우, 외주면의 압축 과정 또는 후술할 내부 고정링의 장착 과정에서 발생할 수 있는 제1 금속 아머층(80a)의 손상은 방지될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제1 금속 아머층(80a) 외주면에 이분할 링 형태의 내부 고정링(120)이 제1 금속 아머층(80a) 외주면 둘레에 장착되는 과정을 도시하며, 도 7은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제1 금속 아머층(80a) 외주면에 이분할 링 형태의 내부 고정링(120)이 장착된 후 용접 방법으로 접합되어 고정된 상태를 도시한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 내부 고정링(120)은 이분할 링(120a, 120b) 형태로 구성된 금속 재질로 구성될 수 있으며 양단부가 상호 접합되어 하나의 원형 링 형태로 내부 고정링(120)을 구성할 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 이분할된 한 쌍의 고정링은 제1 금속 아머층(80a) 외주면에 장착된 상태에서 양단부가 접합되어 내부 고정링(120)이 고정될 수 있고, 내부 고정링(120)은 제1 금속 아머층(80a)의 외주면과 추가로 용접될 수 있다.

상기 내부 고정링(120)을 제1 금속 아머층(80a)의 외주면에 추가로 용접하는 경우, 상기 내부 고정링(120)의 위치가 제1 금속 아머층(80a)의 외주면 상에서 확실하게 고정될 수 있다.

예를 들어, 내부 고정링(120)의 좌우 테두리와 제1 금속 아머층(80a)을 구성하는 금속 아머 와이어는 사이에는 원주방향으로 용접된 용접부(s)가 구비됨으로써 내부 고정링(120)이 제1 금속 아머층(80a)에 고정될 수 있다. 용접부(s)는 내부 고정링(120)의 양 테두리와 제1 금속 아머층(80a)의 외주면을 연속으로 용접하여 2개의 평행한 고리 형상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

다른 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 내부 고정링(120)을 제1 금속 아머층(80a)의 외주면에 접합시 용접부(s)는 상기 내부 고정링(120)의 좌측 테두리와 우측 테두리의 원주를 따라 이격되어 각각 복수 개가 구비되도록 할 수도 있다. 이 경우, 작업 시간을 단축하고 비용을 감소시킬 수 있다.

더 나아가, 상기 용접부(s)의 전체 길이를 최소화하되 상기 내부 고정링(120)과 제1 금속 아머층(80a)의 원주방향 고정 상태를 균일하게 하기 위하여, 상기 내부 고정링(120)의 좌측과 우측의 용접부는 케이블의 길이방향으로 중첩되지 않도록 이격되어 배치되도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 용접부(s)는 내부 고정링(120)의 좌측과 우측에서 각각 복수 개가 이격되어 형성되되 내부 고정링(120)의 폭방향으로는 중첩되지 않도록 하여 용접부 전체 길이를 최소화하면서도 용접부에 의한 안정적 고정력을 제공할 수 있다.

그리고, 상기 내부 고정링(120)의 용접작업이 완료된 후에는 아연 방식제(미도시)를 아머 고정부(100j)에 도포하여 부식을 방지할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제1 금속 아머층(80a) 외주면에 상기 내부 고정링(120)이 장착된 상태에서 제2 금속 아머층(80b)이 복원되고 외부 고정링(130)이 제2 금속 아머층(80b)을 감싸도록 장착되는 과정을 도시하며, 도 9는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 제2 금속 아머층(80b) 외주면에 외부 고정링(130)의 장착이 완료된 상태를 도시한다.

상기 내부 고정링(120)을 제1 금속 아머층(80a)의 외주면에 용접 등의 방법으로 고정이 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 내부 고정링(120) 장착을 위하여 외측으로 전개하였던 제2 금속 아머층(80b)을 원위치로 복원하고 외부 고정링(130)은 제2 금속 아머층(80b)에 장착될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 마찬가지로, 상기 내부 고정링(120)을 장착한 상태에서 제2 금속 아머층(80b)을 복원시켜도 내부 고정링(120)이 장착된 영역은 내부 고정링(120)의 두께 등에 의하여 제2 금속 아머층(80b)이 융기된 상태로 유지된다.상기 외부 고정링(130)은 상기 내부 고정링(120) 외측에 상기 제2 금속 아머층(80b)을 배치한 상태에서 상기 제2 금속 아머층(80b)을 원주방향으로 감싸 장착되는 고정링으로서 형상 또는 재질은 내부 고정링(120)과 마찬가지이다.

외부 고정링(130)은 케이블 길이방향을 따라 내부 고정링(120)과 다른 위치에 장착될 수 있다. 즉, 외부 고정링(130)은 제2 금속 아머층(80b)이 융기된 상태로 유지되는 내부 고정링(120)의 장착 위치와 다른 위치에 장착될 수 있다.

예를 들어, 상기 외부 고정링(130)은 상기 내부 고정링(120)의 장착위치의 좌우로 각각 적어도 1개씩 구비될 수 있다.

또한, 상기 제2 금속 아머층(80b)이 복원된 상태에서 상기 내부 고정링(120)이 장착된 위치와 외부 고정링(130)이 장착되기 위한 위치 역시 클램프 등을 통한 압축 작업과 틀어진 와이어 정렬 작업이 수행될 수 있다.

따라서 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 외부 고정링(130)이 상기 내부 고정링(120)의 장착위치의 좌우에 각각 적어도 1개씩 장착되면, 상기 제1 금속 아머층(80a) 외주면에 용접되어 고정된 내부 고정링(120)은 상기 제1 금속 아머층(80a)에 대한 상기 제2 금속 아머층(80b)의 움직임에 대해 쐐기 역할을 수행할 수 있다.

예를 들어, 도 9에 도시된 실시예에서, 제2 금속 아머층(80b)이 제1 금속 아머층(80a)에 대하여 우측으로 인장되어 슬립 현상이 발생되는 경우 좌측 외부 고정링(130)은 고정된 내부 고정링(120)에 걸림되어 제2 금속 아머층(80b)이 우측으로 변위되는 것을 차단할 수 있고, 제1 금속 아머층(80a)이 제2 금속 아머층(80b)에 대하여 좌측으로 인장되어 슬립 현상이 발생되는 경우에도 우측 외부 고정링(130)은 고정된 내부 고정링(120)에 걸림되어 제2 금속 아머층(80b)이 우측으로 변위되는 것을 차단함으써, 양방향 쐐기 역할을 수행할 수 있다.

즉, 상기 제2 금속 아머층(80b)이 상기 제1 금속 아머층(80a)에 대하여 슬립이나 분리현상이 발생되려는 인장력 또는 비틀림이 발생되어도 상기 제2 금속 아머층(80b)의 단부는 외부 고정링(130)에 의하여 벌어짐이 차단되고 외부 고정링(130)은 내부 고정링(120)에 걸림되어 제2 금속 아머층(80b)이 제1 금속 아머층(80a)에 대하여 변위되는 것을 차단할 수 있다.

이 경우, 상기 제2 금속 아머층(80b)에 장착된 외부 고정링(130)은 제2 금속 아머층(80b)의 외주면과 추가로 용접되는 과정은 생략될 수도 있다. 이미 내부 고정링이 제1 금속 아머층과 접합되어 케이블 길이방향 움직임 가능성은 차단된 상태로 쐐기 역할을 충분히 수행하고 있기 ‹š문이다.

도 10은 상기 외부 고정링(130)이 장착된 상태의 아머 고정부(100j) 둘레를 카본 테이프로 횡권하여 카본 테이프층을 형성하는 과정을 도시하며, 도 11은 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 아머 고정부(100j)가 카본 테이프층으로 마감이 완료된 상태를 도시한다.

상기 외부 고정링(130)의 장착이 완료되면 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역인 아머 고정부(100j)의 외측에 경계영역 보호층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 카본 테이프를 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역에 횡권하여 카본 테이프층을 형성하며 경계영역을 마감할 수 있다.

상기 카본 테이프층(140)은 적어도 1층 이상으로 구성되며 카본 테이프 횡권 과정에서 접착 스프레이를 분사하여 고정함으로써 아머 고정부(100j)의 마감을 완성할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 시험장비를 도시한다.

본 발명에 따른 해저케이블(100)은 해저면과 수중 포설을 위하여 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)을 구비하며, 전술한 방법으로 아머 고정부(100j)를 형성한다.

이와 같이 구성된 해저케이블(100)의 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)은 정적구간과 동적구간에 각각 포설되며 전술한 아머 고정부(100j)에서 각각의 금속 아머층의 고정상태 및 마감상태가 안정적으로 유지되어야 한다.

따라서, 도 12는 본 발명에 따른 해저케이블(100) 중 아머 고정부(100j)가 경계에 구비된 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d) 구간을 밴딩 인장력 시험기기(T-B test loop)에 장착하여 밴딩과 인장력이 함께 가해지는 상황에서 아머 고정부(100j)를 포함한 해저케이블(100) 내부의 이상유무를 판단하였다

시험장비는 밴딩을 구현하기 위하여 수평 상태로 회전 가능하게 설치되며 시험대상 케이블의 외경에 비례하는 크기의 직경을 갖는 시험휠(th)을 포함하고, 상기 시험휠(th)에 시험대상 해저케이블(100)을 설치한 후 시험대상 해저케이블(100)의 양단에 견인 와이어(r)를 각각 연결한 후 견인 와이어를 견인휠(dh)에 연결하여 번갈아 반대방향으로 견인하되, 시험대상 해저케이블(100)에 전체적으로 인장력이 가해지도록 제1 섹션(100s)과 제2 섹션(100d)의 경계영역인 아머 고정부(100j)가 시험휠 상에서 밴딩과 스트레칭이 반복되도록 수차례 실시하였다.

시험결과 해저케이블(100)에 포함된 광유닛의 광섬유에 의한 통신시험에서 이상이 발견되지 않았으며, 상기 아머 고정부(100j)를 마감한 카본 테이프층에 미세한 외상이 발견되었으나 그 내부의 금속 와이어 등의 구조물의 손상 또는 고정링 등의 손상은 전혀 발견되지 않아 아머 고정부(100j)의 기능이 매우 양호함을 확인할 수 있었다.

도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 해저케이블(100)의 아머 고정부(100j)에 적용되는 내부 고정링(120) 또는 외부 고정링(130)의 예시를 도시한다.

구체적으로 도 13은 한 쌍의 이분할 링이 합체된 상태를 도시하며, 도 14는 이분할 링의 두께 방향 단면도(I-I')를 도시하며, 도 15는 이분할 링의 접합부(125, 135)에서의 횡 방향 단면도(II-II')를 도시한다.

고정링은 용접전 직경 최소화를 위하여 클램프 등을 사용하여 압축될 수 있고, 압축 과정에서 고정링 내측 모서리에 의하여 금속 아머층을 구성하는 금속 와이어 등을 손상하는 것을 방지하기 위하여, 도 14에 도시된 바와 같이, 폭방향으로 중심부의 두께(t)가 가장 두껍게 형성될 수 있다.

그리고 전술한 바와 같이, 상기 내부 고정링(120)과 상기 외부 고정링(130)은 이분할 링 구조로 단부가 상호 용접 등의 방법으로 접합된다. 상기 접합부(125, 135)를 형성하는 이분할 링의 단부는 해저케이블의 길이방향과 평행하게 구성하는 경우 용접에 의한 접합길이가 부족하여 이분할 링의 접합 강도가 부족할 수 있다.

따라서, 각각의 접합 단부가 충분한 접합 길이를 갖도록 하기 위하여 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 접합부(125, 135)를 형성하는 이분할 링의 단부는 해저케이블의 길이방향과 평행하지 않은 사선 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 이분할 링의 각각의 접합면이 수직하게 구성되어 면접촉되는 경우 이분할 링을 상호 접합하는 과정에서 용접 용융물이 접합면 사이에 충분히 공급되기 어려워 이분할 링의 접합 강도가 부족할 수 있다.

따라서, 상기 접합부(125, 135)에 용접 용융물이 충분히 주입되도록 하기 위하여 도 15에 도시된 바와 같이 각각의 이분할 링의 각각의 접합면은 그 사이에 용접 용융물이 주입되도록 서로 반대방향 경사면으로 구비되는 것이 바람직하다.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 : 해저케이블
100j : 아머 고정부
100s : 제1 섹션
100d : 제2 섹션
120 : 내부 고정링
130 : 외부 고정링

Claims (14)

1. 전력 전송을 위한 하나 이상의 전력유닛을 포함하는 케이블 코어부와 상기 케이블 코어부 외측을 감싸는 케이블 보호부를 포함하는 해저케이블로서,
   상기 해저케이블은 길이방향을 따라 해저면 포설을 주 목적으로 하는 제1 섹션 및 수중 포설을 주 목적으로 하는 제2 섹션을 포함하고,
   상기 케이블 보호부는 복수 개의 아머 와이어가 횡권되어 형성되는 아머층을 포함하고,
   상기 아머층은 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션에 연속하여 형성되는 제1 아머층과, 상기 제2 섹션에서 상기 제1 아머층의 외측에 형성되는 제2 아머층을 포함하며,
   상기 케이블 보호부는 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션의 경계영역에서 상기 제2 아머층을 상기 제1 아머층에 고정시키는 아머 고정부를 포함하고,
   상기 아머 고정부는 상기 경계영역에서 상기 제1 아머층을 원주 방향으로 감싸도록 장착되는 내부 고정링과 케이블 길이방향을 따라 상기 내부 고정링과 다른 위치에서 상기 내부 고정링 외측에 배치된 상기 제2 아머층을 원주방향으로 감싸도록 장착되는 외부 고정링을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 섹션의 케이블 보호부는 상기 제1 아머층 외측을 얀으로 권취되어 마감된 써빙층을 포함하고, 상기 제2 섹션의 케이블 보호부는 제2 아머층 외측을 고분자 수지로 피복하여 마감된 시스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전력유닛은 도체, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속차폐층을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
4. 제1항에 있어서,
   상기 내부 고정링은 상기 경계영역에서 제2 아머층의 단부를 외측으로 전개한 후 상기 제1 아머층을 감싸도록 장착되고, 상기 내부 고정링의 장착이 완료된 후 전개된 상기 제2 아머층이 복원되고 상기 외부 고정링은 상기 제2 아머층을 감싸도록 장착되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
5. 제1항에 있어서,
   상기 외부 고정링은 상기 내부 고정링의 장착위치의 좌우로 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 해저 케이블.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 아머층은 금속 아머 와이어로 형성된 제1 금속 아머층이고, 상기 제2 아머층은 금속 아머 와이어로 형성된 제2 금속 아머층인 것을 특징으로 하는 해저케이블.
7. 제6항에 있어서,
   상기 내부 고정링은 상기 제1 금속 아머층에 용접되어 고정되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
8. 제7항에 있어서,
   상기 내부 고정링의 좌우 테두리와 상기 제1 금속 아머층을 구성하는 금속 아머 와이어 사이에는 원주방향으로 용접된 용접부가 구비됨으로써 상기 내부 고정링이 상기 제1 금속 아머층에 고정되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
9. 제8항에 있어서,
   상기 용접부는 상기 내부 고정링의 좌측 테두리와 우측 테두리의 원주 방향을 따라 이격되어 각각 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
10. 제1항에 있어서,
    상기 내부 고정링 및 상기 외부 고정링은 2개의 이분할 링으로 구성되고, 각각의 이분할 링의 단부가 상호 접합되어 원형 링을 구성하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
11. 제10항에 있어서,
    상기 이분할 링의 각각의 접합면은 그 사이에 용접 용융물이 주입되도록 서로 반대방향으로 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
12. 제10항에 있어서,
    상기 이분할 링의 각각의 단부는 케이블의 길이방향과 평행하지 않은 사선 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
13. 제10항에 있어서,
    상기 이분할 링의 단면 두께는 중심부의 두께가 가장 큰 것을 특징으로 하는 해저케이블.
14. 제1항에 있어서,
    상기 경계영역에서 상기 아머 고정부의 외측을 감싸 횡권되는 적어도 1층의 카본 테이프층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 해저케이블.
    
    

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