KR20240110650A

KR20240110650A - 케이블 조인트

Info

Publication number: KR20240110650A
Application number: KR1020247021292A
Authority: KR
Inventors: 아힘 랑엔스
Original assignee: 하에스페 호흐슈판눙스게래테 게엠베하
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2024-07-15
Also published as: EP4441860A1; WO2023098973A1; CN118575384A; CA3239661A1

Abstract

본 발명은, 제어 몸체(3) 및 이 제어 몸체에 의해 에워싸이는 전도성 연결편(2)을 포함하여 직류를 전도하는 2개의 전류 도체 섹션을 연결하기 위한 케이블 조인트(1)에 관한 것으로서, 연결편은 제1 수용부 및 제2 수용부를 포함하며, 그럼으로써 연결편과 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단은 제1 수용부 내로 삽입될 수 있고, 연결편과 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단은 제2 수용부 내로 삽입될 수 있으며, 제어 몸체는 저항장 제어를 위한 절연 이격된 동심 전도성 제어 인서트들(11 내지 17)을 포함한다.

Description

케이블 조인트

본 발명은 케이블 조인트(cable joint)에 관한 것이다.

저전압 기술에서, 케이블 조인트는 전기 설비를 위한 분기 및 연결 조인트로서 공지되어 있다. (300kV를 초과하는 작동 전압용으로 설계되는) 고전압 기술에서, 케이블 연결부는 절연 및 장 부하(field load)와 관련하여 훨씬 더 도전적인 것이다. 또한, 알려진 대로, 특히 고전압 케이블은 그 제조의 결과로서 길이와 관련하여 제한된다. 전기 라인들의 특히 긴 연결부들은 고전압 직류 전송에서 발생한다.

본 발명의 과제는, 긴 케이블 구간에 걸쳐 신뢰성 있는 고전압 직류 전송을 가능하게 하는 케이블 조인트를 제안하는 것에 있다.

상기 과제는, 제어 몸체(control body), 및 이 제어 몸체에 의해 측면에서 나란히 에워싸이는 전도성 연결편(conductive connection piece)을 포함하여, 직류를 전도하는 2개의 전류 도체 섹션을 연결하기 위한 케이블 조인트에 있어서, 연결편은 제1 수용부 및 제2 수용부를 포함하며, 그럼으로써 연결편과 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단(conductor end) 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단은 제1 수용부 내로 삽입될 수 있고, 연결편과 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단은 제2 수용부 내로 삽입될 수 있으며, 제어 몸체는 저항장 제어(resistive field control)를 위한 절연 이격(isolation-spaced)되고 실질적으로 또는 거의 동심인 전도성 제어 인서트들(control inserts)(예를 들어, 알루미늄 포일 소재)을 포함하는, 상기 케이블 조인트에 의해 해결된다.

본원 케이블 조인트는 직류 인가(direct current application)용으로 구성되어 있다. 교류전류 인가를 위한 케이블 조인트와 직류 인가를 위한 케이블 조인트 간의 주요 차이점은 장 제어(field control)의 방식, 다시 말해 케이블 연결부 또는 연결편의 영역에서 장 분포(field distribution)의 제어의 방식이다. 장 제어는 적합한 방식으로 전류 전도 도체와 접지(다시 말해 실질적으로 외부 환경) 간의 최대한 균일한 장 분포를 요구한다. 이는, 바람직하게는 제어 인서트들 사이의 각각의 임피던스가 최대한 동일한 것을 통해 달성된다. 이 경우, 교류전류의 경우, 제어 인서트들 사이의 정전용량(capacitance)이 결정적이지만, 그에 반해 직류의 경우에는, 제어 인서트들 간의 임피던스의 저항 성분이 보다 중요하다. 이는 교류전류 또는 직류 인가를 위한 제어 인서트들의 상이한 간격들을 요구한다. 바람직하게는 제어 인서트들 간의 간격들을 결정할 때, 순수 저항식 제어와 정전용량-저항식 제어 간의 절충안 또는 최적 조건은, 특히 직류가 교류전류 성분과 함께 존재하는 적용분야에서 결정된다. 더 나아가, 제어 인서트들의 간격이 제어 인서트들로부터 바깥쪽으로 갈수록 (각각 사용되는 절연 재료의 저항의 각각의 온도 의존성에 따라) 증가하거나 감소하기도 하는 방식으로 상기 제어 인서트들의 간격을 선택하는 점 역시도 생각해볼 수 있다. 이러한 방식으로, 온도 효과, 즉, 전류 도체로부터 멀어질수록 감소하는 작동 온도가 고려될 수 있다. 특히 제어 인서트들은 절연 이격되어 있으며, 다시 말해 절연층들을 통해 서로 분리되어 있다. 절연층들은 종이, 판지(cardboard), 합성재료류, 플리스(fleece) 등과 같은 적합한 절연 재료로 이루어질 수 있다. 본 발명은 바람직하게는 보다 더 긴 전송 구간을 가능하게 하는데, 그 이유는 본 발명이 전류 도체 섹션들 상호 간의 신뢰성 있는 연결을 가능하게 하기 때문이다. 삽입된 제어 인서트들에 의해서는, 저항식(또는 저항-정전용량식) 선형 전압 분포, 및 제어 몸체의 유전체의 최적의 설계 및 작동 부하(workload)가 수행되며, 이는 전류 연결부의 언급한 신뢰성을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 케이블 조인트는, 전류 도체 섹션들의 가역식 연결을 위해 형성될 수 있다는, 다시 말해 교환이 필요한 경우 다시 분리될 수 있다는 장점이 있다.

전기 절연성의 개선을 위해, 제어 몸체는 바람직하게는 수지, 예컨대 에폭시드 수지로 함침(impregnation)된다.

고전압 직류 전송 시스템에서 제어 몸체의 가용성과 관련하여, 제어 몸체는 최소한 320kV의 절연 내력(dielectric strength)을 갖는다. 이는 예를 들어 제어 몸체의 상응하는 치수 설계를 통해 달성될 수 있다.

일 변형예에 따라서, 연결편은 압입 끼워맞춤(press fit)을 사용하여 각각 제1 및 제2 도체 종단과 함께 분리 가능한 연결부를 형성하도록 구성된다.

바람직하게는, 본원 케이블 조인트는 전기 전도성 재료로 구성되는 전하 캐리어 어레스터(charge carrier arrester)를 포함하고, 이런 전하 캐리어 어레스터는 최외부 제어 인서트와 전기적으로 연결되고 표면 전하 캐리어들을 방출하도록 구성된다. 직류전압 조건에서 케이블 조인트의 작동 중에 제어 몸체의 표면에서는 전하 캐리어들이 형성된다. 이러한 전하 캐리어들은 의도하지 않는 섬락(flashover)을 야기할 수 있다. 이러한 표면 전하 캐리어들을 방출하기 위해, 예를 들어 제어 몸체 상에, 또는 절연 재료로 이루어진 밴드(band) 상에 래커 칠(lacquering)을 통해 부착될 수 있는 전하 캐리어 어레스터가 사용된다.

적합한 방식으로, 바깥쪽에서 제어 몸체 상에는, 제1 전류 도체 섹션의 유지 장치(retaining device)와 연결되도록 구성되는 고정 플랜지가 제공된다. 이러한 방식으로, 연결부는 기계적으로 경화되고 그 외에도 (예를 들어 높은 축 방향 인장력이 인가될 때) 케이블 조인트에서부터 케이블 종단이 미끄러져 빠지는 점을 방지한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 및 제2 개구는 각각 원추형으로 형성되며, 연결편과 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단이 제1 개구를 통해 관통되도록, 그리고 연결편과 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해서는 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단이 제2 개구를 통해 관통되도록 배치된다. 따라서, 본원 케이블 조인트는 각각의 단부 상에 내부 원추부(inner cone)를 포함하고, 이런 내부 원추부 내로는 각각의 케이블 종단이 끼워질 수 있다. 유전체 경화(dielectric hardening)를 위해, 케이블 종단과 내부 원추부 사이의 중간 공간은 가요성 절연 재료, 예컨대 실리콘으로 채워질 수 있다.

본 발명은 하기에서 도면들에 도시된 실시예들에 근거하여 더 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 케이블 조인트의 제1 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 케이블 조인트의 제2 실시예를 도시한 개략도이다.

도 1에는, 2개의 전류 도체 섹션을 연결하기 위한 케이블 조인트(1)가 도시되어 있다. 케이블 조인트(1)는, 제어 몸체(3)에 의해 측면에서 나란히 에워싸이는 연결편(2)을 포함한다. 파선(4)은, 케이블 조인트의 종방향으로서도 간주되는 어셈블리의 중심축을 나타낸다. 연결편(2)은 제1 수용부(5)와 제2 수용부(6)를 포함한다. 케이블(8)의 도체 종단(7)은 제어 몸체(2) 내 원추형 제1 개구(9)를 통해 관통되어 제1 수용부(5) 내로 삽입될 수 있으며, 그럼으로써 도체 종단(7)과 연결편(2) 간의 전기 접점이 형성된다. 수용부들(5, 6)은 접촉의 지원을 위해 적합한 접점 시스템, 예를 들어 내부 디스크들(internal discs) 등을 포함할 수 있다. 도체 종단(7)과 제어 몸체(3) 사이의 중간 공간(19)은 실리콘 재료(19)로 채워진다. 제2 케이블의 제2 도체 종단과의 전기 접점을 형성하기 위해, 제어 몸체 내의 제2 원추형 개구(10), 및 제2 수용부(6)가 제공된다. 연결편은 전도성 재료, 예를 들어 구리 또는 알루미늄을 포함한다.

제어 몸체(3)는 연결편(2)을 중심으로 동심으로 배치된다. 제어 몸체(3)는 전기장 제어(electrical field control)를 위한 동심 제어 인서트들(11 내지 17)을 포함한다. 도시된 예시에서, 제어 인서트들(11 내지 17)은 알루미늄 포일로서 형성된다. 제어 인서트들은 절연층들을 통해 서로 이격되어 있다. 절연층들은 도시된 예시에서 수지 함침형 종이(resin-impregnated paper)를 포함한다.

바깥쪽에서 제어 몸체(3) 상에는, 최외부 제어 인서트(11)와 전기적으로 연결되는 전하 캐리어 어레스터(18)가 배치된다. 전하 캐리어 어레스터(18)에 의해서는, 직류 작동 동안 발생하는 표면 전하 캐리어들이 접지 상으로 방출된다.

또한, 케이블 조인트(1)는 하우징(20) 및 고정 플랜지(21)를 더 포함한다. 고정 플랜지(21)는, 케이블 조인트(1)의 작동 중에, 케이블 섹션(8)의 유지 장치(22)와 기계적으로 연결된다.

도 2에는, 케이블 조인트(30)가 도시되어 있다. 케이블 조인트(30)는, 제어 몸체(32)에 의해 측면에서 나란히 에워싸이는 연결편(31)을 포함한다. 제어 몸체(32)의 구조는, 실질적으로 절연 이격된 제어 인서트들을 가지는 도 1의 케이블 조인트(1)의 제어 몸체(3)의 구조에 상응한다. 도 1의 실시예와 달리, 제어 몸체(32)는 양측에 축 방향에서 바깥쪽으로 갈수록 가늘어지는 원추형 단부들을 포함한다. 케이블 조인트(30)의 양측에서 케이블 조인트(30)의 하우징(33)과 제어 몸체(32) 사이에는 각각 하나의 중간 공간(34 또는 35)이 위치된다. 중간 공간들(34, 35)은 각각 연결할 케이블 종단들(36 및 37) 각각의 고정 요소들을 위한 수용부들로서 이용된다. 그 외에도, 유전체 경화를 위해, 중간 공간 내에는, 케이블 종단들(36, 37)을 에워싸는 가요성 절연 재료가 제공될 수 있다. 바깥쪽에서 하우징(33) 상에 있는 고정 플랜지(38)는 도 1에서의 케이블 조인트(1)의 고정 플랜지(21)에 상응하는 기능을 갖는다.

Claims

직류를 전도하는 2개의 전류 도체 섹션을 연결하기 위한 케이블 조인트(1)이며, 이 케이블 조인트는:
- 제어 몸체(3); 및
- 제어 몸체(3)에 의해 에워싸이는 전도성 연결편(2);을 포함하고, 상기 연결편(2)은 제1 수용부(5) 및 제2 수용부(6)를 포함하며, 그럼으로써 상기 연결편(2)과 제1 전류 도체 섹션(8)의 도체 종단(7) 간의 전기 접점을 형성하기 위해 상기 제1 전류 도체 섹션(8)의 도체 종단(7)은 상기 제1 수용부(5) 내로 삽입될 수 있고, 상기 연결편(2)과 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해 상기 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단은 상기 제2 수용부(6) 내로 삽입될 수 있으며, 상기 제어 몸체(3)는 저항장 제어를 위한 절연 이격된 동심 전도성 제어 인서트들(11 내지 17)을 포함하는, 케이블 조인트(1).
제1항에 있어서, 제어 몸체(3)는 수지 함침되는, 케이블 조인트(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 몸체(3)는 적어도 320kV를 초과하는 절연 내력을 가지는, 케이블 조인트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결편(2)은 압입 끼워맞춤을 사용하여 각각 상기 제1 및 상기 제2 도체 종단과 함께 분리 가능한 연결부를 형성하도록 구성되는, 케이블 조인트(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 케이블 조인트(1)는, 최외부 제어 인서트(11)와 전기적으로 연결되고 표면 전하 캐리어들을 방출하도록 구성된 전하 캐리어 어레스터(18)를 더 포함하는, 케이블 조인트(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 몸체(3)의 외측에, 제1 전류 도체 섹션(8)의 유지 장치(22)와 연결되도록 구성된 고정 플랜지(21)가 제공되는, 케이블 조인트(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 몸체(3)는 제1 및 제2 개구(9, 10)를 포함하고, 상기 제1 및 상기 제2 개구(9, 10)는 각각 원추형으로 형성되며, 연결편(2)과 제1 전류 도체 섹션의 도체 종단(7) 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제1 전류 도체 섹션(8)의 도체 종단(7)이 제1 개구(9)를 통해 관통되도록, 그리고 연결편(2)과 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단 간의 전기 접점을 형성하기 위해 제2 전류 도체 섹션의 도체 종단이 제2 개구(10)를 통해 관통되도록 배치되는, 케이블 조인트(1).
제1 및 제2 케이블을 포함하는, 직류 전도용 고전압 라인 시스템이며,
상기 두 케이블은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 케이블 조인트에 의해 서로 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되는, 직류 전도용 고전압 라인 시스템.