WO2015126020A1 - Dc용 케이블의 종단접속함 - Google Patents

Dc용 케이블의 종단접속함 Download PDF

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WO2015126020A1
WO2015126020A1 PCT/KR2014/006739 KR2014006739W WO2015126020A1 WO 2015126020 A1 WO2015126020 A1 WO 2015126020A1 KR 2014006739 W KR2014006739 W KR 2014006739W WO 2015126020 A1 WO2015126020 A1 WO 2015126020A1
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cable
layer
shrink tube
conductor
heat shrink
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PCT/KR2014/006739
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채병하
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
채병하
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/70—Insulation of connections
    • H01R4/72—Insulation of connections using a heat shrinking insulating sleeve
    • H01R4/723—Making a soldered electrical connection simultaneously with the heat shrinking
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/68—Connections to or between superconductive connectors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/02—Cable terminations
    • H02G15/04—Cable-end sealings
    • H02G15/043—Cable-end sealings with end caps, e.g. sleeve closed at one end
    • H02G15/046—Cable-end sealings with end caps, e.g. sleeve closed at one end with bores or protruding portions allowing passage of cable conductors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02G15/06—Cable terminating boxes, frames or other structures
    • H02G15/064—Cable terminating boxes, frames or other structures with devices for relieving electrical stress
    • H02G15/068—Cable terminating boxes, frames or other structures with devices for relieving electrical stress connected to the cable shield only

Definitions

  • the present invention relates to a terminating box of a DC cable, and more particularly, to a terminating box that can prevent local concentration of an electric field by lowering a resistance value at an end of a DC cable and further forming a uniform resistance distribution. will be.
  • PCT-EP2012-063041 (hereinafter referred to as 'prior document 5') includes a resistive layer having an area gradually increasing toward an external triple point in an intermediate connection portion of a high voltage cable.
  • the resistance layer reduces the field concentration by changing the position of the triple point.
  • the resistance layer is reduced by simply changing the position of the triple point, the field concentration effect is lowered, and further formed by injection, etc., as in the prior document 4, its installation and assembly is not easy.
  • the DC cable includes a conductor, an inner semiconducting layer, an insulating layer, and an outer semiconducting layer in sequence
  • the insulating layer may be formed of a composite insulating paper having a structure in which kraft paper is laminated on at least a portion of the polypropylene resin.
  • the termination connection of the DC power cable of the present invention having the configuration as described above, it is possible to uniformly distribute the resistance at the distal end of the DC power cable, it is possible to lower the resistance value.
  • Figure 6 is a side cross-sectional view showing a terminal box of the cable for DC according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an electric field distribution in FIG. 8.
  • the inner semiconducting layer 12 improves the dielectric strength of the insulating layer 14, which will be described later, by uniformizing the electric charge distribution on the conductor surface and making the electric field uniform. Furthermore, the formation of the gap between the conductor 10 and the insulating layer 14 is prevented to prevent corona discharge and ionization. In addition, the inner semiconducting layer 12 also serves to prevent the insulator 10 from penetrating the insulating layer 14 when the power cable 100 is manufactured.
  • the magnesium oxide basically has a crystal structure of face-centered cubic structure, but may have various forms, purity, crystallinity, physical properties, and the like, depending on the synthesis method. Specifically, the magnesium oxide is divided into a cube (cubic), laminated (terrace), rod (rod), porous (spherical), spherical (spherical), can be used in various ways depending on the specific properties of each. Inorganic particles, such as magnesium oxide, have an effect of suppressing charge transfer and space charge accumulation by forming a potential well at the boundary between the base resin and the inorganic particles when an electric field is applied to the cable.
  • the outer semiconducting layer 16 serves to improve the dielectric strength of the insulating layer 14 by making the distribution of the electric line of force equal to the potential between the inner semiconducting layer 12 and the foregoing.
  • the external semiconducting layer 16 can smooth the surface of the insulating layer 14 in the cable to alleviate electric field concentration, thereby preventing corona discharge.
  • An insulating layer 214 is provided outside the inner semiconducting layer 212.
  • the insulating layer 214 electrically insulates the conductor 210 from the outside.
  • the insulating layer 214 is formed by a paper insulating process of winding insulating paper on the surface of the internal semiconducting layer 212.
  • the insulating paper is wound on the surface of the conductor 210 is impregnated in the insulating oil.
  • An outer semiconducting layer 216 is provided outside the insulating layer 214, and the description thereof is omitted in FIG.
  • the ground insulation power cable 200 used as a submarine cable has a wire sheath 230 which wraps an iron wire to increase mechanical strength so as to report a cable from an external environment of the seabed to the outside of the cable 200. It will be provided.
  • the wire sheath 230 is provided on the outer side of the reinforcing tape 226 in the above-described embodiment of Figure 3, or rewind the nonwoven fabric tape (not shown) on the outer side of the reinforcing tape 226 and the wire
  • the exterior 230 may be provided.
  • the heat shrink tube may be composed of, for example, a so-called inclined functional material.
  • the gradient functional material may be formed by mixing a filler such as ZnO, carbon black, SiC (silicon carbide), and the like, and has a non-linear electrical characteristic. Therefore, by using the nonlinear electrical characteristics as described above, when the space charge is accumulated in the insulating layer 14, the space charge can be easily released.
  • reference numeral 360 denotes a shielding layer.
  • a shielding layer may be formed by sequentially wrapping a semiconductive tape, a mesh tape, an insulating tape, and the like.
  • FIG. 8 illustrates a terminal box structure of a cable for DC according to another embodiment.
  • FIG. 8 is different in that the heat-shrinkable tube is composed of a plurality of layers in at least a part of the end portion of the cable as compared with the embodiment of FIG. 6 described above. Hereinafter, the difference will be described.
  • the heat shrink tube when the terminal box structure of the DC cable according to the present embodiment includes a heat shrink tube at an end thereof, the heat shrink tube may have a thicker thickness than the other regions in at least some regions.
  • the tube may be configured to form a plurality of layers, or the heat shrink tubes overlap.
  • the heat shrink tube in the end region of the outer semiconducting layer 16, the heat shrink tube may have a thicker thickness than the other regions, the heat shrink tube may be formed in multiple layers, or the heat shrink tube may overlap.
  • FIG. 9 (A) shows the electric field distribution at the distal end of the DC cable
  • FIG. 9 (B) shows an enlarged electric field distribution at the 'C' region in FIG. 7A, that is, at the end of the outer semiconducting layer. Drawing.
  • the electric field is not evenly localized at the end of the outer semiconducting layer.
  • the electric field can be prevented from being concentrated locally at the end of the cable, thereby improving the insulation performance.

Abstract

본 발명은 DC용 케이블의 종단접속함에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 DC용 케이블의 종단접속함은 외부반도전층, 절연층 및 내부반도전층이 순차적으로 벗겨져서 내부의 도체가 노출되어 연결되는 DC용 케이블의 종단접속부에 있어서, 상기 케이블의 노출된 도체 및 절연층을 감싸는 연결 반도전층, 상기 케이블의 도체와 전기적으로 연결되는 도체 인출봉 및 일부가 상기 케이블 절연층의 외주면을 둘러싸며, 일단 및 타단이 각각 상기 케이블의 도체 및 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 열수축 튜브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

DC용 케이블의 종단접속함
본 발명은 DC용 케이블의 종단접속함에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DC용 케이블의 단부에서 저항값을 낮추고 나아가 균일한 저항 분포를 형성하여 전계가 국부적으로 집중되는 것을 방지할 수 있는 종단접속함에 관한 것이다.
일반적으로 전력케이블은 내부의 도체를 이용하여 전력을 전송하는 장치로서, DC(direct current)용 전력케이블과 AC(alternating current)용 전력케이블로 구분할 수 있다.
이 때, 상기 DC용 전력케이블의 말단을 케이블끼리 서로 접속시키거나 또는 가공선과 접속시키는 경우에 종래의 중간접속함, 또는 종단접속함을 사용하는 경우에 구성이 복잡하여 그 설치 및 시공에 장시간이 소요될 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 DC용 전력케이블의 종단접속함 구조를 제공하는 경우, 상기 전력케이블의 말단부의 외부 반도전층이 제거된 절연체 영역에 저항성 페인트를 도포하여 상기 케이블의 도체와 외부 반도전층이 서로 전기적으로 연결되도록 한다. 이에 의해 상기 도체와 외부 반도전층 사이에 저항 성분이 분포하게 되고, 전계가 분담될 수 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 종단접속함에서 케이블의 절연체 표면에 저항성 페인트를 도포하는 경우에 전계 분담의 효과를 얻기 위해서는 소정 두께 이상의 페인트를 도포하는 것이 필요하다. 따라서, 상기 저항성 페인트를 수회에 걸쳐 반복적으로 도포하는 공정이 필요하게 되며, 상기와 같은 반복적인 공정이 수행되는 경우에 상기 저항성 페인트의 도포된 두께를 일정하게 유지하는 것이 힘들어 균일한 저항 분포가 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 상기 절연체와 저항성 페인트의 계면 및 상기 도포된 페인트 내에 수분과 같은 이물질이 침투하거나, 보이드(void)가 형성될 수 있다.
미국 등록특허공보 제4737318호(이하, '선행문헌 1'이라고 함)는 AC 케이블의 중간접속 또는 종단접속함에 있어서, 절연층의 일부를 감싸며 열수축 튜브로 이루어지는 제1층과 외부 열수축 튜브를 구비하며, 상기 외부 열수축 튜브의 내측에 코팅으로 구성되는 제2층을 구비한다. 상기 제1층은 선형적인 AC 전기적인 특성을 가지며, 제2층은 비선형적인 AC 전기적 특성을 가진다. 하지만, 선행문헌 1은 AC 케이블의 접속에 관한 것이며, 상기 제1층과 제2층은 도체와 외도를 연결하도록 구성되지 않는다.
한편, 미국 공개특허공보 제2013-0078836호(이하, '선행문헌 2'라고 함), 미국 공개특허공보 제2013-0075124호(이하, '선행문헌 3'이라고 함) 및 유럽 공개특허공보 제2639264호(이하, '선행문헌 4'라고 함)는 DC용 케이블의 종단부에 있어서 소위 FGM(Field Grading Material)으로 구성된 층을 구비한 구성을 개시한다. 하지만, 선행문헌 2 및 3에서 상기 FGM 층은 코팅, 페인팅 또는 슬리브나 테이프 형태로 구현된다. 상기 FGM 층이 코팅, 페인팅 또는 테이프 형태로 구현되는 경우에 균일한 두께를 달성하면서 이물질 침투를 방지하는 것은 매우 곤란하여 전술한 문제점을 해결할 수 없다. 또한, 슬리브 형태로 구현되는 경우에도 일정한 두께를 유지할 수 있어도, 그 사이에 이물질이 침투하거나 공극이 생기는 것을 방지하기 곤란하다. 또한, 선행문헌 4에서 FGM 층은 사출층으로 구성되는데, 사출층으로 상기 FGM 층을 구성하는 경우에 그 설치 및 조립이 용이하지 않다.
또한, PCT-EP2012-063041호(이하, '선행문헌 5'라고 함)는 고전압 케이블의 중간접속부에 있어서, 외부 3중점을 향해 점차 증가하는 영역을 가지는 저항층(resistive layer)을 구비한다. 상기 저항층은 3중점의 위치를 변화시켜 전계집중을 완화시키게 된다. 하지만, 선행문헌 5에서 상기 저항층은 단순히 3중점의 위치를 변화시킴으로써 전계집중 효과가 떨어지며, 나아가 사출 등에 의해 형성되므로 선행문헌 4와 마찬가지로 그 설치 및 조립이 용이하지 않게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 DC용 전력케이블의 종단접속함에 있어서 균일한 저항분포를 가능하게 하며, 나아가 저항값을 낮출 수 있는 종단접속함을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 DC용 전력케이블의 말단부에서 외부 반도전층의 단부에 전계가 국부적으로 집중되는 것을 방지하여 절연 성능을 향상시킬 수 있는 종단접속함을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 DC용 전력케이블의 말단부에서 저항분포를 균일하게 유지하여 전계가 균일하게 퍼질 수 있는 단말 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 외부반도전층, 절연층 및 내부반도전층이 순차적으로 벗겨져서 내부의 도체가 노출되어 연결되는 DC용 케이블의 종단접속부에 있어서, 상기 케이블의 노출된 도체 및 절연층을 감싸는 연결 반도전층, 상기 케이블의 도체와 전기적으로 연결되는 도체 인출봉 및 일부가 상기 케이블 절연층의 외주면을 둘러싸며, 일단 및 타단이 각각 상기 케이블의 도체 및 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 열수축 튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부에 의해 달성된다.
여기서, 상기 열수축 튜브의 타단은 상기 도체 인출봉의 적어도 일부를 감싸도록 구비되거나, 상기 반도전 테이핑의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 열수축 튜브는 적어도 일부 영역에서는 다른 영역에 비해 두께가 더 두껍도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 열수축 튜브는 상기 외부반도전층의 단부에서 다른 영역에 비해 상기 열수축 튜브의 두께가 더 두껍도록 구비될 수 있다.
나아가, 상기 열수축 튜브는 상기 외부반도전층의 단부에서 일단 및 타단이 각각 상기 케이블의 도체 및 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 제1 열수축 튜브와, 상기 제1 열수축 튜브의 외측에 소정길이로 구비되는 제2 열수축 튜브를 구비할 수 있다.
한편, 상기 열수축 튜브는 체적저항이 108 내지 1011 Ωm를 가지도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 열수축 튜브는 비유전율이 15 이상을 가지도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 열수축 튜브는 폴리머에 ZnO, carbon black, SiC 중에 적어도 하나를 혼합하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 전술한 종단접속부를 구비한 DC용 케이블에 의해 달성될 수 있다.
이 경우, 상기 DC용 케이블은 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 산화마그네슘 0.2 내지 5 중량부를 포함하는 가교 폴리에틸렌 조성물로 형성된 절연층을 구비할 수 있다.
나아가, 상기 DC용 케이블은 도체, 내부반도전층, 절연층 및 외부반도전층을 순차적으로 구비하며, 상기 절연층은 적어도 일부가 폴리프로필렌 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 복합절연지로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 절연층은 상기 내부반도전층과 접하는 면 및 상기 외부반도전층과 접하는 면에 크래프트지만으로 구성된 절연지를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 DC용 전력케이블의 종단접속함에 따르면, DC용 전력케이블의 말단부에 있어서 균일한 저항분포를 가능하게 하며, 나아가 저항값을 낮출 수 있게 된다.
나아가, 본 발명에 따르면 DC용 전력케이블의 말단부에서 외부 반도전층의 단부에 전계가 국부적으로 집중되는 것을 방지하여 절연 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 DC용 전력케이블의 말단부에서 저항분포를 균일하게 유지하여 전계가 균일하게 퍼질 수 있도록 한다.
또한, 상기와 같은 구성을 가지는 DC용 케이블의 종단접속함에 따르면, 상기 케이블의 정격전압의 대략 2.5 내지 3배 까지의 전압을 인가하는 것도 가능해진다.
또한, 본 발명의 종단접속함에 따르면 국부적으로 절연층 내에 공간전하가 소정 수준 이상으로 축적되는 경우에 저항이 감소하여 상기 DC용 전력케이블의 도체와 외부반도전층을 통전시켜 축전된 공간전하량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 DC용 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 2은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 DC용 해저케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 3은 절연유에 함침된 절연지를 구비한 DC용 전력케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 4는 절연유에 함침된 절연지를 구비한 DC용 해저케이블의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 5는 도 1 내지 도 4에 따른 DC용 케이블의 단부에서 전계분포를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함을 도시한 측단면도,
도 7은 도 6에서 전계분포를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함을 도시한 측단면도,
도 9는 도 8에서 전계분포를 도시한 도면이다.
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 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 XLPE로 구성된 절연층을 구비한 DC용 전력케이블(100)의 내부 구성을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전력케이블(100)은 중심부를 따라 도체(10)를 구비한다. 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 되며, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등으로 구성될 수 있다. 도체(10)는 복수개의 소선(11)을 연선하여 구성된다.
그런데, 도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 도체(10) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도체(10) 외부를 반도전성 카본지와 같은 반도전성 물질 등으로 감싸게 되며, 반도전성 물질에 의해 형성된 층을 내부반도전층(12)으로 정의하게 된다.
내부반도전층(12)은 도체면의 전하분포를 고르게 하여 전계를 균일하게 하여 후술하는 절연층(14)의 절연내력을 향상시키게 된다. 나아가, 도체(10)와 절연층(14) 간의 간격형성을 방지하여 코로나 방전 및 이온화를 방지하게 된다. 또한, 내부반도전층(12)은 전력케이블(100) 제작 시에 절연층(14)의 도체(10) 내부 침투를 방지하는 역할도 하게 된다.
내부반도전층(12)의 바깥쪽에는 절연층(14)이 구비된다. 절연층(14)은 도체(10)를 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 일반적으로 절연층(14)은 파괴전압이 높고, 절연성능이 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다. 나아가, 유전손실이 적으며 내열성 등의 열에 대한 저항 성능을 지니고 있어야 한다. 따라서, 절연층(14)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용되며, 폴리에틸렌 수지가 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 수지는 가교 수지일 수 있으며 가교제로서 실란 또는 유기 과산화물, 예를 들어, 다이큐밀퍼옥사이드(DCP) 등에 의해 제조될 수 있다.
하지만, 상기 절연층(14)은 전력 케이블에 직류 고전압이 인가되는 경우 도체(10)로부터 내부 반도전층(12), 절연층(14) 등으로 전하가 주입되고 이의 영향으로 절연층(13) 내에 공간전하가 형성될 수 있다. 상기 형성된 공간전하는 케이블의 사용시간에 따라 절연층(13) 내에 축적되고 이렇게 축적된 공간전하는 케이블에 임펄스 전압이 인가되거나 케이블에 인가된 직류전압의 극성이 급격하게 반전되는 경우 도체(10) 근방의 전계강도를 급격히 상승시켜 전력 케이블의 절연 파괴전압을 저하시키는 문제를 유발한다.
이에 상기 절연층(14)은 가교 수지 외에 무기입자를 포함할 수 있다. 상기 무기입자는 나노크기의 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 등을 사용할 수 있다. 다만, 절연층의 임펄스 강도 측면에서, 상기 무기입자로서 산화마그네슘이 바람직하다. 상기 산화마그네슘은 마그네슘 천연광석으로부터 얻을 수 있지만, 해수중의 마그네슘 소금을 이용한 인공 합성원료로부터도 제조할 수 있으며, 고순도로 품질이나 물성이 안정된 재료로 공급이 가능하다는 장점도 있다.
상기 산화마그네슘은 기본적으로 면심입방구조의 결정 구조를 갖지만 합성 방법에 따라 다양한 형태, 순도, 결정화도, 물성 등을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 산화마그네슘은 정육면체형(cubic), 적층형(terrace), 막대형(rod), 다공성(porous), 구형(spherical)으로 구분되며, 각각의 특이한 물성에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 이러한 산화마그네슘을 비롯한 무기입자는 케이블에 전계 인가 시 기재 수지와 무기입자의 경계에 퍼텐셜 우물(potential well)을 형성함으로써 전하의 이동 및 공간전하 축적을 억제하는 효과를 발휘한다.
그러나, 상기 절연층(14)에 첨가되는 무기 입자는 다량 첨가 시 불순물로서 작용하고, 소함량으로 사용되는 경우에도 전력 케이블에서 요구되는 또 하나의 중요 특성인 임펄스 강도를 저하시키는 문제가 있는 바, 상기 무기 입자만으로는 축적된 공간전하를 충분히 저감할 수 없기 때문에 베이스 절연 수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 절연층(14)은 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 산화마그네슘 0.2 내지 5 중량부를 포함하는 가교 폴리에틸렌 조성물로 형성될 수 있다.
한편, 절연층(14)의 내부뿐만 아니라 외부를 차폐하지 않으면, 전계의 일부는 절연층(14)으로 흡수되지만, 대부분의 전계는 외부로 방전된다. 이 경우, 전계가 소정치 이상으로 커지게 되면 전계에 의해 절연층(14)과 전력케이블(100)의 외피가 파손될 수 있다. 따라서, 절연층(14)의 바깥쪽에는 다시 반도전층이 구비되며, 전술한 내부반도전층(12)과 구별하기 위하여 외부반도전층(16)으로 정의된다. 결국, 외부반도전층(16)은 전술한 내부반도전층(12) 과의 사이에 전기력선의 분포를 등전위로 만들어 절연층(14)의 절연내력을 향상시키는 역할을 하게 된다. 또한, 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지할 수 있다.
외부반도전층(16)의 바깥쪽에는 케이블의 종류에 따라 금속시스 또는 중성선으로 이루어진 차폐층(18)이 구비된다. 차폐층(18)은 전기적 차폐 및 단락전류의 귀로를 위하여 구비된다.
전력케이블(100)의 외곽에는 외피(20)가 구비된다. 외피(20)는 케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 따라서, 외피(20)는 빛, 풍우, 습기, 공기 중의 기체 등 각종 기후를 비롯한 자연환경에 견딜 수 있는 내후성, 화학물질 등과 같은 약품 등에 견디는 내약품성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride; 폴리염화비닐) 또는 PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)를 재질로 하여 외피를 제작하게 된다.
도 2는 다른 실시예에 따른 DC용 해저케이블의 내부 구성을 도시한다. 도 2에 따른 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 전술한 도 1의 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 2를 참조하면, 도체(10), 내부반도전층(12), 절연층(14) 및 외부반도전층(16)은 전술한 도 1의 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.
상기 외부반도전층(16)의 외부에는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 절연층(14)의 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(metal sheath), 소위 '연피시스'(30)를 구비한다.
나아가, 상기 금속시스(30)의 외부에 폴리에틸렌(polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 시스(32)와 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(34)을 구비한다. 상기 베딩층(34)의 위에는 철선외장(40)을 구비할 수 있다. 상기 철선외장(40)은 상기 케이블(200)의 외곽에 구비되어 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보호하도록 기계적 강도를 높이는 역할을 하게 된다.
상기 철선외장(40)의 외곽, 즉 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(42)을 구비하게 된다. 쟈켓(42)은 케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(42)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(42)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.
한편, 도 3은 또 다른 실시예에 따른 DC용 전력케이블의 내부 구성을 도시한다. 도 3에 따른 전력케이블은 내부 도체 및 절연층의 구성에 있어서 전술한 실시예의 전력케이블과 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 3은 절연유에 함침된 절연지를 구비한 절연층을 포함한 소위 '지절연 전력케이블'의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전력케이블(200)은 중심부를 따라 도체(210)를 구비한다. 도체(210)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 된다. 상기 도체(210)는 도면에 도시된 바와 같이 원형의 중심소선(210A)과 상기 중심소선(210A)을 감싸도록 연선된 평각소선(210B)으로 이루어진 평각소선층(210C)을 구비할 수 있다. 상기 평각소선층(210C)은 연속압출공정을 통하여 다수의 평각소선(210B)의 단면을 사각형 형상으로 형성하고 상기 다수의 평각소선(210B)을 중심소선(210A) 상에 연선하여 이루어진다. 상기 도체(210)는 전체적으로 원형의 형상을 가지도록 제작된다. 상기 도체(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 원형 소선이 연선되어 구비될 수도 있다. 그런데, 상기 평각소선으로 이루어진 도체는 원형소선으로 이루어진 도체에 비해 점적율이 상대적으로 높아져서 고전압용 전력케이블에 적합할 수 있다.
상기 도체(210)의 표면에 형성되는 내부반도전층(212)과 후술하는 절연층(214)의 표면에 형성되는 외부반도전층(16)에 대해서는 전술한 도 1의 설명과 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.
상기 내부반도전층(212)의 바깥쪽에는 절연층(214)이 구비된다. 절연층(214)은 도체(210)를 외부와 전기적으로 절연시켜준다. 도 3에서 절연층(214)은 절연지를 내부반도전층(212) 표면에 감는 지절연 공정을 통해 형성된다. 또한, 절연특성을 향상시키기 위하여 도체(210) 표면에 절연지가 감긴 상태에서 절연유에 함침시키게 된다. 상기 함침공정을 통해 절연유가 절연지에 흡수되며, 상기 절연유의 점도에 따라 'OF(oil filled) 케이블'과 'MI(mass impregnated) 케이블'로 구분할 수 있다.
OF 케이블은 상대적으로 저점도의 절연유를 사용하여 절연지를 함침하게 되며, 절연유를 가압하여 유압을 일정 수준으로 유지한 채로 작동시켜야 하므로 연장 길이가 제한적이다. 이에 비하여, MI 케이블은 상대적으로 고점도의 절연유를 사용하여 절연지를 함침하게 되므로 절연지 내에서 절연유의 유동이 적어서 유압을 유지할 필요가 없는 바 연장 길이가 긴 장점이 있다.
본 실시예에서 상기 절연층(214)은 복수의 절연지를 감싸서 형성되며, 예를 들어 크래프트지(Kraft paper) 또는 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지를 반복적으로 감싸서 형성될 수 있다.
구체적으로, 크래프트지(Kraft paper) 만을 권취하여 절연층을 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 상기 절연층의 적어도 일부가 복합 절연지, 예컨대 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 절연지를 권취하여 형성될 수 있다.
크래프트지만을 권취하여 절연유를 함침시킨 MI 케이블의 경우에는 케이블 작동 시(통전시) 케이블 도체에 흐르는 전류에 의하여 반경방향으로 안쪽, 즉 상기 내부반도전층 방향의 절연층 부분에서 반경방향으로 바깥쪽, 즉 후술하는 외부반도전층 방향의 절연층 부분으로 온도차가 발생하게 된다. 따라서, 보다 고온인 내부반도전층 쪽의 절연층 부분의 절연유가 점도가 낮아지고 열팽창을 하여 반경방향 바깥쪽으로 이동하게 되며, 온도 하강 시에는 열팽창에 의하여 이동한 절연유가 점도가 높아지고 원래대로 되돌아가지 않게 되어 반경방향으로 안쪽, 즉 내부반도전층 쪽의 절연층 부분에 기포가 발생하게 되어 절연 성능의 저하를 야기한다.
하지만, 상기한 바와 같이 복합 절연지로 절연층을 형성하는 경우, 케이블 작동 시 기름에 함침되지 않는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 열팽창함으로써 절연유의 유동을 억제할 수 있으며, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라 크래프트지 보다 저항율이 크며 절연내력이 좋은 폴리프로필렌 수지에 상대적으로 많은 전계를 분담시킬 수 있으며, 케이블 작동/단락 시에 발생하는 온도 변화에 따라 절연유가 수축/팽창하며 발생하는 기포에 분담되는 전계를 완화할 수 있다.
또한, 폴리프로필렌 수지는 절연유가 함침되지 않기 때문에 중력에 의하여 절연유가 케이블 직경 방향으로 유동하는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 케이블 제조시의 함침 온도 또는 케이블 작동시의 작동 온도에 따라 폴리프로필렌 수지가 열팽창하여 크래프트지에 면압을 가하게 되므로 절연유의 유동을 더욱 억제할 수 있다.
복합 절연지는 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지의 일면에 크래프트지를 적층한 것, 크래프트지의 상하면에 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지를 적층한 것 또는 크래프트지와 폴리프로필렌 수지 등과 같은 열가소성 수지를 교대로 4층 이상으로 적층한 것 등을 사용할 수 있으며, 이러한 경우의 작용 및 효과는 상기한 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 절연지의 경우와 같다.
또한, 상기 절연층(214)은 상기 복합 절연지를 권취하여 형성하되 내부반도전층(212)과 접하는 면과 외부반도전층(216)과 접하는 면 중 어느 한 면 또는 양면 모두는 크래프트지만으로 구성된 절연지를 권취하여 형성할 수 있으며, 바람직하게는 내부반도전층(212)과 접하는 면과 외부반도전층(216)과 접하는 면 모두를 크래프트지만으로 구성된 절연지로 권취하여 형성할 수 있다.
이 경우, 복합 절연지보다 저항률이 낮은 크래프트지가 절연층의 내부반도전층(212)과 접하는 면 또는 외부반도전층(216)과 접하는 면 중 한 면 또는 양면 모두에 형성되므로 임펄스 파괴의 기점인 절연층과 내부반도전층이 접하는 부분 또는 절연층과 외부반도전층이 접하는 부분에 기포가 생기더라도 크래프트지층의 전계 완화 효과에 의해서, 임펄스 파괴 특성의 저하를 막을 수 있다. 또한, 크래프트지는 임펄스 파괴에 대한 극성 효과가 거의 없기 때문에, 플라스틱 래미네이트 종이를 이용한 것에 의해 발생하는 임펄스 극성 효과를 감소시킬 수 있다.
또한, 저항율에 따라 전계가 분포되는 DC 케이블의 저항성 전계분포 특성에 따라, 크래프트지 보다 저항율이 상대적으로 큰 복합 절연지에 전계가 많이 분포되어 크래프트지에서의 전계 강도를 상대적으로 낮출 수 있으므로 케이블 작동 시 상대적으로 고온이 되어 절연유의 수축/팽창이 비교적 활발히 발생함에 따라 기포가 발생할 가능성이 높다. 또한, 전계 강도가 큰 도체 직상 구간의 일부, 즉 내부반도전층과 절연층이 접하는 면 및/또는 케이블 작동 시 온도가 상승함에 따라 전계가 역전되어 전계강도가 높아지는 절연층의 외측 부분, 측 외부반도전층과 절연층이 접하는 면에 상기 크래프트지를 권취하여 절연층을 형성함으로써, 절연성능의 안정화를 꾀할 수 있다.
상기 절연층(214)의 외부에는 외부반도전층(216)이 구비되며, 이에 대해서는 도 1에서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
한편, 상기 외부반도전층(216)의 외부에는 동선직입 테이프(218)를 구비하며, 나아가, 상기 절연층에 함침된 절연유 또는 절연컴파운드는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 그 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(metal sheath), 소위 '연피시스'(220)를 상기 동선직입 테이프(218)의 외부에 구비한다.
나아가, 상기 금속시스(220)의 외부에 물과 직접 접촉이 안되도록 베딩층(222)을 구비한다. 상기 베딩층(222)의 위에는 부직포 테이프(224)와 보강 테이프(226)를 감싸주며, 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(232)을 구비하게 된다. 쟈켓(232)은 MI 케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 상기 쟈켓(232)은 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖도록, 예를 들어 폴리에틸렌(PE : PolyEthylene) 등으로 구성될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 지절연 전력케이블(200)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 도 4에 따른 지절연 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 전술한 도 3의 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 4를 참조하면, 해저케이블로 사용되는 지절연 전력케이블(200)은 상기 케이블(200)의 외곽에 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보고하도록 기계적 강도를 높이기 위한 철선을 감싸주는 철선외장(230)을 구비하게 된다. 구체적으로 상기 철선외장(230)은 전술한 도 3의 실시예에서 보강 테이프(226)의 외곽에 구비되거나, 또는 상기 보강 테이프(226)의 외곽에 부직포 테이프(미도시)를 다시 권취하고 상기 철선외장(230)을 구비할 수 있다.
상기 철선외장(230)의 외곽, 즉 케이블(200)의 외곽에는 케이블의 외장으로서 쟈켓(232)을 구비하게 된다. 쟈켓(232)은 지절연 전력케이블(200)의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 쟈켓(232)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 쟈켓(232)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.
전술한 DC용 XLPE 전력케이블(도 1 및 도 2의 실시예) 또는 DC용 지절연 전력케이블(도 3 및 도 4의 실시예)(이하, 'DC용 케이블'이라 함)의 말단부를 살펴보면 상기 DC용 케이블의 외부반도전층(16, 216)이 소정길이만큼 제거되고 절연층(14, 214)이 노출된 상태를 이루게 된다. 상기와 같이 외부반도전층(16, 216)이 제거되면, 상기 외부반도전층(16, 216)의 단부, 즉 외부반도전층(16, 216)이 제거되고 남은 말단부에는 도 5과 같이 전계집중현상이 발생한다. 도 5는 DC용 케이블에 있어서 외부반도전층(16, 216)이 제거된 경우에 전계 분포를 도시한다. 도 5의 (A)는 DC용 케이블의 말단부의 전계 분포를 도시하며, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)에서 'A' 영역을 확대한 도면이다.
도 5의 (A)를 참조하면, DC용 케이블의 말단부의 하부에서 전계가 집중하는 것을 볼 수 있다. 구체적으로, 외부반도전층(16, 216)이 제거된 단부('A' 영역)에서 전계가 집중하는 것을 알 수 있다. 이는 도 5의 (B)를 참조하면 보다 명확하게 알 수 있다.
도 5의 (B)를 참조하면, 외부반도전층(16, 216)이 제거되는 영역에서 전계가 집중되는 것을 알 수 있으며, 이는 전력케이블의 절연성능에 있어서 취약점으로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 국부적인 전계집중현상을 방지할 수 있는 DC용 케이블의 종단접속합을 제안한다.
도 6는 일 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함의 구조를 도시한다. 본 실시예에 사용된 DC용 케이블은 전술한 XLPE 케이블 또는 지절연 케이블을 모두 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 케이블의 도체(10), 절연층(14) 및 외부 반도전층(16)에 대해서는 도 1 내지 도 4에서 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 케이블은 외부반도전층(16), 절연층(14) 및 내부반도전층(12)이 순차적으로 벗겨져서 내부의 도체(10)가 노출된다. 상기 도체(10)는 단부의 도체 인출봉(320)과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 도체 인출봉(320)이 외부로 소정길이 노출된다. 상기 도체 인출봉(320)이 노출되어 접속을 위한 수단으로 활용된다.
한편, 상기 노출된 도체(10) 및 절연층(14)의 단부에는 반도전층을 추가로 구비할 수 있으며, 전술한 외부 반도전층 및 내부 반도전층과 구별하기 위하여 연결 반도전층이라 정의할 수 있다. 상기 연결 반도전층은 예를 들어 반도전 테이프 등으로 테이핑(340)을 하여 구성될 수 있다. 한편, 상기 반도전 테이핑(340)의 외부를 열수축 튜브(300)로 감싸게 된다. 상기 열수축 튜브(300)는 DC용 케이블의 단부에 구비되어, 외부반도전층(16)과 내부의 도체(10)를 전기적으로 연결시키도록 구비된다.
예를 들어, 상기 열수축 튜브(300)는 도면에 도시된 바와 같이 외부반도전층(16)의 단부에서 연장되어 도체 인출봉(320)의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 실제로는 도체(10)와 도체 인출봉(320)을 서로 전기적으로 연결시키고 반도전 테이프(340)로 테이핑을 한 다음, 상기 열수축 튜브(300)의 내부로 삽입시킴으로써 상기와 같은 배치가 가능할 것이다.
상기와 같은 구성에서 열수축 튜브(300)의 일단부는 외부반도전층(16)의 적어도 일부 영역과 중첩되고 절연층(14)의 외부를 감싸면서 타단부는 도체 인출봉(320)의 적어도 일부와 중첩되도록 구비될 수 있다. 또는 상기 열수축 튜브(300)의 일단부는 외부반도전층(16)의 적어도 일부 영역을 감싸고 절연층(14)의 외부를 감싸면서 타단부는 도체 인출봉(320)의 적어도 일부를 감싸도록 구비될 수 있다. 따라서, 상기 열수축 튜브(300)의 일단부는 외부반도전층(16)과전기적으로 연결되며, 타단부는 도체 인출봉(320)을 통해 도체(10)와 전기적으로 연결된다. 또는, 상기 열수축 튜브(300)의 타단부는 반도전 테이프(340)를 통해 상기 도체(10)와 전기적으로 연결될 수도 있다.
상기 열수축 튜브(300)는 체적저항이 대략 108 내지 1011 Ωm를 가지도록 구성될 수 있으며, 이는 케이블의 절연층의 체적저항에 비해 대략 1/10,000에 해당한다. 또한, 열수축 튜브(300)는 비유전율이 대략 15 이상을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 열수축 튜브는 예를 들어 소위 경사기능재료 등으로 구성될 수 있다. 상기 경사기능재료는 폴리머(polymer) 등에 충진재, 예를 들어 ZnO, carbon black, SiC(실리콘 카바이트) 등을 혼합하여 구성될 수 있으며 비선형성(non-linear)인 전기적인 특성을 갖는다. 따라서, 상기와 같은 비선형적인 전기적 특성을 이용하면 절연층(14)에 공간전하가 축적되는 경우에 상기 공간전하를 용이하게 방출할 수 있다. 즉, 경사기능재료로 구성된 열수축 튜브에 의해 절연층(14)을 감싸도록 구성되므로, 상기 절연층(14)에 공간전하가 축적되는 경우에 상기 축적된 공간전하의 양이 소정수준을 넘어서게 되면 상기 열수축 튜브(300)의 저항이 순간적으로 낮아지면서 상기 절연층(14)과 외부반도전층(16)을 통전시켜 상기 외부반도전층을 통해 공간전하를 배출할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 열수축 튜브(300)를 구비한 DC용 케이블의 종단접속함 구조를 살펴보면, DC의 경우 AC에 비해 주파수 성분이 '0'이므로 절연체 등은 저항요소만 남게 된다. 따라서, 열수축 튜브(300)에 의해 케이블의 외부반도전층(16)을 비롯한 단부를 감싸는 경우에 상기 열수축 튜브에 의해 감싸진 영역은 내부의 절연층과 저항 성분이 병렬로 연결된 구조라 볼 수 있으므로 저항값이 감소하게 된다. 나아가, 상기 열수축 튜브(300)에 의해 외부반도전층(16)과 내부의 도체(10)가 서로 전기적으로 연결되므로 외부반도전층(16)과 내부의 도체(10) 사이에 균일한 저항 분포가 가능하게 되어 전압이 외부반도전층(16)의 단부에 국부적으로 집중되는 현상을 방지할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 DC용 케이블의 종단접속함에 따르면, 상기 케이블의 정격전압의 대략 2.5 내지 3배 까지의 전압을 인가하는 것도 가능해진다.
한편, 도 6에서 도면부호 '360'은 차폐층을 도시하며, 예를 들어 반도전 테이프와, 메쉬테이프 및 절연테이프 등을 순차적으로 감싸서 차폐층을 형성할 수 있다.
도 7은 상기와 같은 구성을 가지는 DC용 케이블의 종단접속함의 구조에서 전계분포를 도시한 도면이다. 도 7의 (A)는 DC용 케이블의 말단부의 전계 분포를 도시하며, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)에서 'B' 영역, 즉 외부반도전층의 단부에서 전계분포를 확대한 도면이다.
도 7의 (A)를 살펴보면, 도 5의 (A)와 비교하여 DC용 케이블의 단부 전체에서 전계가 국부적으로 집중되지 않고 고루 분포되는 것을 알 수 있다. 특히, 도 7의 (B)를 살펴보면, 외부반도전층의 단부에서도 국부적으로 전계가 집중되지 않고 고루 분포되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함을 적용하게 되면, 케이블의 단부에서 전계가 국부적으로 집중되는 것을 방지하여 절연 성능을 향상시킬 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함 구조를 도시한다. 도 8에서는 전술한 도 6의 실시예와 비교하여 상기 케이블의 단부의 적어도 일부 영역에서 상기 열수축 튜브를 복수층으로 구성한다는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함 구조는 그 단부에 열수축 튜브를 구비하는 경우에 적어도 일부 영역에서는 다른 영역에 비해 상기 열수축 튜브의 두께가 더 두껍도록, 상기 열수축 튜브가 복수층을 이루도록, 또는 상기 열수축 튜브가 중첩되도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 외부반도전층(16)의 단부 영역에서 다른 영역에 비해 상기 열수축 튜브의 두께가 더 두껍도록, 상기 열수축 튜브가 복수층을 이루도록, 또는 상기 열수축 튜브가 중첩되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 외부반도전층(16)의 단부에 일단 및 타단이 각각 상기 케이블의 도체 및 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 제1 열수축 튜브(300)와, 상기 제1 열수축 튜브(300)의 외측에 소정길이로 구비되는 제2 열수축 튜브(310)를 구비할 수 있다. 이 경우, 도 6의 실시예와 비교하여 외부반도전층(16)의 단부에서 열수축 튜브(300)에 의한 저항성분의 두께가 상대적으로 더 두껍게 형성되며, 이에 의해 저항값을 더 낮추어 전계 사이의 거리를 더 넓힐 수 있다. 상기 열수축 튜브의 두께, 층의 숫자는 적절히 조절될 수 있으며, 도 8과 같이 2개의 층으로 한정되지 않음은 물론이다.
도 9는 도 8에 따른 DC용 케이블의 종단접속함 구조에서 전계분포를 도시한 도면이다.
도 9의 (A)는 DC용 케이블의 말단부의 전계 분포를 도시하며, 도 9의 (B)는 도 7의 (A)에서 'C' 영역, 즉 외부반도전층의 단부에서 전계분포를 확대한 도면이다.
도 9의 (A)를 참조하면, 도 5의 (A)와 비교하여 DC용 케이블의 단부 전체에서 전계가 국부적으로 집중되지 않고 고루 분포되는 것을 알 수 있다.
특히, 도 9의 (B)를 살펴보면, 하부의 'B' 영역은 도 8에서 제1 열수축튜브(300)와 제2 열수축튜브(310)가 중첩되는 영역에 해당하며, 상부의 'A' 영역은 도 8에서 제1 열수축튜브(300)만이 구비된 영역에 해당한다. 상기 도 9의 (B)에서 상부의 'A'영역과 'B' 영역을 비교해 보면, 상부의 'A' 영역에 비해 하부의 'B' 영역에서 전계 사이의 거리가 더 넓어짐을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 하부의 'B' 영역에서는 제1 열수축튜브(300)와 제2 열수축튜브(310)가 중첩되어 상부의 'A' 영역에 비해 그 저항값이 작아지기 때문이다. 결국, 도 9에서도 외부반도전층의 단부에서 국부적으로 전계가 집중되지 않고 고루 분포되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 DC용 케이블의 종단접속함을 적용하게 되면, 케이블의 단부에서 전계가 국부적으로 집중되는 것을 방지하여 절연 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 외부반도전층, 절연층 및 내부반도전층이 순차적으로 벗겨져서 내부의 도체가 노출되어 연결되는 DC용 케이블의 종단접속부에 있어서,
    상기 케이블의 노출된 도체 및 절연층을 감싸는 연결 반도전층;
    상기 케이블의 도체와 전기적으로 연결되는 도체 인출봉; 및
    일부가 상기 케이블 절연층의 외주면을 둘러싸며, 일단 및 타단이 각각 상기 케이블의 도체 및 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 열수축 튜브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열수축 튜브의 타단은 상기 도체 인출봉의 적어도 일부를 감싸도록 구비되거나, 상기 반도전 테이핑의 적어도 일부를 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열수축 튜브는 적어도 일부 영역에서는 다른 영역에 비해 두께가 더 두껍도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열수축 튜브는 상기 외부반도전층의 단부에서 다른 영역에 비해 상기 열수축 튜브의 두께가 더 두껍도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열수축 튜브는 상기 외부반도전층의 단부에서 일단 및 타단이 각각 상기 케이블의 도체 및 외부반도전층과 전기적으로 연결되는 제1 열수축 튜브와, 상기 제1 열수축 튜브의 외측에 소정길이로 구비되는 제2 열수축 튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열수축 튜브는 체적저항이 108 내지 1011 Ωm를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열수축 튜브는 비유전율이 15 이상을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열수축 튜브는 폴리머에 ZnO, carbon black, SiC 중에 적어도 하나를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블의 종단접속부.
  9. 제1항 내지 제8항 중에 선택된 어느 한 항에 따른 종단접속부를 구비한 DC용 케이블.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 DC용 케이블은 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여 산화마그네슘 0.2 내지 5 중량부를 포함하는 가교 폴리에틸렌 조성물로 형성된 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 DC용 케이블은 도체, 내부반도전층, 절연층 및 외부반도전층을 순차적으로 구비하며,
    상기 절연층은 적어도 일부가 폴리프로필렌 수지의 상하면에 크래프트지가 적층된 구조의 복합절연지로 이루어진 것을 특징으로 하는 DC용 케이블.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 내부반도전층과 접하는 면 및 상기 외부반도전층과 접하는 면에 크래프트지만으로 구성된 절연지를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC용 케이블.
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