KR970008550B1 - 직류 of케이블 - Google Patents

Abstract

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Description

직류 OF케이블

본 발명은 대전력을 송전하기 위하여 장거리용 전력케이블로서 사용되는 직류 OF케이블(direct current oil-filled self contained cable)에 관한 것으로써, 특히 장거리용 해저전력케이블에 관한 것이다.

종래의 기술

종래에는, 유입식솔리드전력케이블, 또는 다량함침된 넌드레이닝케이블(mass-impregnated non-draining(MIND)cable) 및 OF케이블이 DC케이블로 사용되었다. DC OF케이블의 경우에는, 파괴강도에 양호하고 높은 불침투성을 가지는 크라프트(kraft)지가 흔히 사용되었다. 그 이유로서는, 교류용 전력케이블과는 달리, 유전율 또는 유전율의 탄젠트와 같은 유전특성이 DC케이블에서는 그다지 중요하지 않기 때문이다. 다른점에 대해서는, DC케이블과 AC케이블은 기본 구조가 별로 상이하지 않다.

DC케이블은, (1) 충분한 DC내전압특성과, (2) 라이트닝서지(lightening surge)등과 같은 비정상전압에 대한 충분한 내전압특성과, (3) 극성반전에 대한 충분한 내전압특성을 가져야 하고, 또한 필요한 캐링캐패시터(carrying capacity)를 만족하여야 한다. 절연의 DC스트레스분포(stress distribution)는 절연의 ρ 특성에 의해 결정된다. 이 ρ 특성은 온도와 스트레스에 따라 변화된다. 또한, 이 ρ 특성은 절연의 온도분포가 변화함에 따라, 복잡한 변화를 받는다.

크라프트지를 사용하여 절연을 행한 종래의 DC케이블에 관한한, 상기한 ρ 특성에 의해 결정되는 DC스트레스분포는 설계의 주요소로 되지는 않지만, 상기 케이블은 AC케이블에 대한 임펄스설계에 의거하여 설계되어 있고, 보다 상세하게는 DC가 중첩된 반대극성을 가지는 임펄스를 도체에 인가할때에 발생하는 전기스트레스(electric stress)에 의거하여 설계되어 있다.

대전력을 송전하는 DC케이블에 대해서는, AC케이블과 마찬가지의 임펄스강도 뿐만 아니라 DC에 대한 내압강도가 필요하다는 것이 논의되었다. 이 경우에는 필요한 절연의 두께를 구하면 일반적으로 두꺼운 두께로 되고, 이것은 필요한 송전용량의 보증을 저하시킨다. 이와 같은 대책으로서, 도체의 크기를 크게하여 도체저항을 감소시키고 전류의 손실을 감소시킴으로써, 송전용량을 확실하게 보증할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방식은 생산성의 저하, 케이블크기의 증가, 가격상승 및 기타 여러 가지의 문제점이 초래된다.

발명의 개시

상기 배경기술에 대비하여, 본 발명은, 상기한 문제점을 해결한 DC OF케이블을 제공하는데 있다. 본 발명의 제1특징은, 유전손실이 낮은 플래스택필름과 크라프트지를 적층하여 형성한 복합절연테이프(PPLP)에 의해 주절연층이 이루어진 것과, 서로 다른 주절연층 또는 플래스틱필름의 비율이 상이한 다른 PPLP를 결합하여 필요에 따라 ρ 그레이딩(ρ-grading)을 적용할 수 있는 것 및 크라프트지의 1∼10매 또는 층을 상기한 PPLP주절연층위에 감아서 주절연층의 안쪽과 바깥쪽에 상기 층이 형성되는 것 등에 있다.

본 발명의 제2특징은, PPLP에 의해 주절연층이 이루어진 것과, 서로 다른 주절연층 또는 플래스틱필름의 비율이 상기한 다른 PPLP를 결합하여 필요에 따라 ρ 그레이딩을 적용할 수 있는 것 및 카본지의 3∼5매 또는 층을 상기한 PPLP 주절연층위에 감아서 주절연층의 안쪽과 바깥쪽에 상기 층이 형성되는 것 등에 있다.

또한, 본 발명의 제3특징은, PPLP에 의해 주절연층이 이루어진 것과, 서로 다른 주절연층 또는 플래스틱 필름의 비율이 상이한 다른 PPLP를 결합하여 필요에 따라 ρ 그레이딩을 적용할 수 있는 것과, 카본지의 3∼5매 또는 층을 적어도 도체위에 감는 것 및 크라프트지의 1∼10매 또는 층을 상기한 PPLP절연층위에 감아서 PPLP절연층의 안쪽과 바깥쪽에 상기 층이 형성되는 것 등에 있다.

본 발명의 상세 설명

본 발명은, 유전손실이 낮은 플래스틱필름과 크라프트지를 적층하여 형성된 복합테이프로 주절연층이 이루어지고 크라프트지의 1∼10매가 상기한 복합테이프 주절연층에 감아서 주절연층의 안쪽과 바깥쪽에 상기 층을 배열한 DC OF케이블 제공한다.

일반적으로 AC케이블에 적용되는 PPLP는, 유전손실이 낮은 폴리올레피닉필름, 예를 들면 폴리프로필렌필름(PP )과 크라프트지를 일체적으로 적층하여 형성한 복합절연재이고, 즉 낮은 유전손실과 높은 절연강도를 부여하고 또한 크라프트지에 대해 양호한 임펄스특성을 가지는 재료이다.

이 PPLP의 DC특성은, 제4도에 도시한 바와 같이, 극히 양호한 것으로 확인되었다. 크라프트지의 DC특성의 개선하기 위한 대책으로서, 불침투성을 증가시키는 것에 대해 언급한다. PPLP는 무한대와 동일한 불침투성을 가진다. PPLP의 PP비율을 증가시킴에 따라 그 임펄스와 DC특성이 개선되기 때문에, 상이한 PP비율을 가지는 PPLP로 이루어진 PPLP층을 적절하게 결합함으로써 절연의 각 부분에서 ρ 분포와 스트레스의 최적화를 통하여 최적의 ρ 분포(ρ 그레이딩)을 형성할 수 있다.

적용예는 다음과 같다. 측정은 도체크기와 케이블부하(송전전류)를 반드시 고려한 것은 아니다. DC스트레스는 정상온도에서는 도체쪽에서 높지만, 고온에서는 시이드(sheath)쪽에서 높다. 이 이유에 대해서는, 60% 정도의 PP비율을 가짐으로써 높은 유전강도를 가지는 PPLP는 스트레스가 높은 도체쪽과 사이드쪽에 배열되고, 또한 40% 정도의 PP비율 가진 PPLP는 그 사이에 배치된다. 평균적인 스트레스가 최적인 경우에는, 40% PP정도의 비율을 가지는 PPLP는 도체쪽과 사이드쪽에 배열되고, 60% 정도의 PP비율을 가지는 PPLP는 그 사이에 개재된다.

상기한 바와 같이, DC스트레스분포에 관한한, 스트레스는, 정상온도에서는 도체쪽에서 높지만, 고온에서는 시이트쪽에서 높다. 일반적으로, 절연강도에 대해서, 절연테이프가 얇을수록 내전압강도가 높다. 도체쪽과 사이드쪽에 얇은 절연테이프를 배열함으로써, 상기한 바와 같은 DC케이블에 특유한 스트레스분포에 대응하여 AC 서어지에 견딜 수 있는 케이블을 설계할 수 있다.

다음에, PPLP의 임펄스펄스 특성에 대해서는, 표 1에 도시한 바와 같이, PPLP는 (+)와 (-)사이의 극성차이가 보다 높게 부여된다. 이것은 PPLP에 함유된 PP필름으로부터 발생된 것으로 고려될 수 있다.

표 1

근면하게 연구한 결과로서, 크라프트지의 소수의 매수를 PPLP (+) 극성쪽에 배치할때에, 극성차이를 감소하는 방향으로 유효하게 개선할 수 있는 극히 유용한 사실을 발견하였다. 또한, 10³∼10⁶Ω·㎝ 정도의 카본지를 3∼5매를 거기에 배치함으로써 개선을 달성하는 것을 발견하였다.

여러종류의 구성을 행하여 평가한 결과로서, 불침투성이 1000걸리초(Gurley sec) 이상인 100㎛정도의 크라프트지를 3매 이상 바람직하게는 7∼10매와, 10³∼10⁶Ω·㎝정도의 카본지를 3∼5매를 사용하는 것이 권장되었고, 도체-카본지-크라프트지-PPLP-크라프트지-카본지-금속시이드의 구성이 DC OF케이블에 대해서 일반적으로 가장 바람직하다는 것을 알았다. 그러나, 보다 많은 매수의 카본지와 크라프트지를 사용하면 절연층이 보다 두껍게 되어 허용가능한 전류의 보장과 경제적인 문제가 발생한다. 따라서, 한층더 많은 매수를 사용하는 것을 회피하여야 한다.

또한, (+) 극성임펄스문제에 대한 대책에 관련하여, 도체쪽에 대한 스트레스는, 도체크기를(예를 들면 600㎟ 이상까지) 증가시키고 절연두께를 (예를 들면 10㎜ 이상까지)증가시킴에 따라, 한층 더 심각하게 증가되기 때문에, 도체-카본지-크라프트지-PPLP-금속시이드의 구성, 즉 스트레스를 보다 적게 받는 시이드쪽에 크라프트지와 카본지를 생략한 상기 구성은 또한 실질적이다.

본 발명의 바람직한 실시예

제1도는 본 발명의 DC OF케이블의 절연구성의 구체적인 실시예를 도시한 단면도이다. 이 도면에서, (1)은 내부에 기름통로를 가지는 케이블도체이고, (2)은 카본지의 1∼2매 정도를 도체에 감아서 형성된 통상적인 내부시일드층이고, (3)은 그 주위에 감은 1∼10매의 크라프트지의 층이고, (4)는, 예를 들면 60% 정도의 PP비율을 가지는 PPLP를 케이블도체쪽(43)과 시이드쪽(41)에 감고 또한 40% 정도의 PP비율을 가지는 다른 PPLP를 그 사이의 개재부(42)에 감음으로써, ρ 그레이딩을 형성하는 PP절연층된다. (5)는 PPLP절연층(4)의 외부쪽에 감아서 층을 형성하는 1∼10매의 크라프트지이고, (6)은 1∼2매 정도의 카본지를 감아서 최종적으로 언급한 층위에 형성하는 통상적인 외부시일드층이다.

제2도는 본 발명의 DC OF케이블의 절연구성의 다른 구체적인 실시예를 도시한 단면도이다. 이 도면에서, 동일한 도면부호는 동일한 부분을 나타낸다. 이 구체적인 예에서는, 도체(1)위의 통상적인 내부시일드층 대신에 3∼5매의 카본지를 그 주위에 감아서 카본지권선층을 형성하고, 다음에 제1의 것과 동일한 ρ 그레이딩을 적용하는 PPLP절연층(4)을 그위에 형성하고, 또한 그 상부에 통상적인 외부시일드층(6)을 형성한다. 이 실시예에서는, 외부시일드층(6) 대신에, 3∼5매의 카본지를 그 주위에 감아서 카본지권선층을 형성한다.

제3도는, 본 발명의 DC OF케이블의 또 다른 절연구성을 도시한 단면도이다.

이 도면에서, 동일한 도면부호는 동일한 부분을 나타낸다.

이 구체적인 실시예에서는, 케이블도체(1)위의 3∼5매의 카본지를 감아서 카본지권선층(7)을 형성하고, 1∼10매의 크라프트지를 그 주위에 감아서 크라프트지권선층(3)을 형성한 다음에, 상기한 바와 같이 ρ 그레이딩이 적용되는 PPLP절연층(4)을 그위에 형성한다. 그 위에, 1∼10매의 크라프트지를 감아서 크라프트지 권선층(5)을 형성하고, 다음에 3∼5매의 카본지를 감아서 카본지권선층(8)을 형성한다. 본 실시예에서는, 카본지권선층(8) 대신에, 1∼2매의 카본지를 그 위에 감아서 외부시일드층을 형성한다.

본 발명의 효과

±500Kv, 2800A에서 사용하기에 적합한 대용량 송전케이블로서, 제3도에 도시한 바와 같은 본 발명의 DC OF 케이블과 크라프트지를 사용하여 구성된 종래 기술의 DC OF케이블이 사용될 때에, 두종류의 케이블을 표 2에서 비교한다. 표 2는, 본 발명의 DC OF케이블의 외경과 무게를 감소시킬 수 있고, 도체의 크기를 감소시킬 수 있고, 케이블의 가격을 저감시킬 수 있고, 또한 설치작업비용을 삭감시킬 수 있는 것을 나타낸다. 따라서, 대전력송전용 장거리해서 전력케이블로서 본 발명의 DC OF케이블을 사용할때에 그 효과는 지지대이다.

표 2

제1도는 본 발명을 구체화하는 DC OF 케이블의 절연구성을 도시한 단면도.

제2도는 본 발명을 구체화하는 다른 DC OF 케이블의 절연구성을 도시한 단면도.

제3도는 본 발명의 구체화하는 또 다른 DC OF 케이블의 절연구성을 도시한 단면도.

제4도는 PPLP와 종래의 크라프트지사이의 DC특성을 비교한 그래프.

Claims (2)

1. 유저손실이 낮은 플래스틱필름과 크라프트지를 적층하여 형성한 복합테이프로 이루어진 주절연층과, 상기한 복합테이프주절연층의 안쪽과 바깥쪽에 배치된 3∼5매의 카본지의 카본지권선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 DC OF케이블.
2. 제1항에서 설명한 바와 같은 복합테이프로 이루어진 주절연층을 포함하고, 또한 도체위에 적어도 배치된 3∼5매의 카본지의 카본지권선층과, 복합테이프주절연층의 안쪽과 바깥쪽에 배치된 1∼10매의 크라프트지의 크라프트지권선층을 가지는 것을 특징으로 하는 DC OF 케이블.