WO2015126147A1 - 전력케이블 - Google Patents

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WO2015126147A1
WO2015126147A1 PCT/KR2015/001609 KR2015001609W WO2015126147A1 WO 2015126147 A1 WO2015126147 A1 WO 2015126147A1 KR 2015001609 W KR2015001609 W KR 2015001609W WO 2015126147 A1 WO2015126147 A1 WO 2015126147A1
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flat
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wire
sum
conductor
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PCT/KR2015/001609
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French (fr)
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김태성
곽재철
리녕학
이주연
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LS Cable and Systems Ltd
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LS Cable and Systems Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/006—Constructional features relating to the conductors
    • 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
    • H01B13/02—Stranding-up
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a power cable, and more particularly, to a power cable including a flat conductor having a plurality of flat twisted wire strands in which the flat twisted wires are stranded, and the sum of the reaction torques of the flat twisted wire layers forming the flat conductor. It relates to a power cable that prevents the distortion of the insulating layer by adjusting the.
  • a power cable is used to supply power to a desired place through the ground, the ground or the sea floor by using a conductor that supplies the power.
  • a conductor that supplies the power.
  • Such a power cable is very important to insulate the conductor.
  • the insulation layer for insulating the conductor is made of XLPE (cross-linked polyethylene) or the like, or after the insulation paper is wound on the conductor, It is used by impregnating insulating oil.
  • the power cable has a tendency to gradually increase the diameter of the conductor provided therein so as to transmit a high voltage in response to the increase in power demand.
  • an element wire having a circular cross-sectional shape is mainly used.
  • the area ratio of the conductor transmitting the actual power is lowered because the area ratio is relatively low.
  • a cable using a flat conductor connected to a so-called 'flat wire' having a rectangular shape rather than a circular shape has been developed.
  • the area ratio of the conductor can be improved, so that the area of the conductor transmitting power can be increased compared to the circular wire.
  • the flat conductor is completed by twisting the plurality of flat wires along the Z-direction or the S-direction on a central circular wire to form a plurality of flat wire layers.
  • each of the flat wire layers stranded along the Z direction or the S direction has a torque to return to the opposite direction of the stranded direction, which may be defined as a 'reaction torque'.
  • the reaction torque may be generated by thermal stress caused by temperature change. That is, in the case of forming an insulating layer surrounding the flat conductor having the plurality of flat wire layers, when the insulating layer is made of, for example, XLPE, the insulating layer is formed by extruding at about 120 ° C to 130 ° C. In the case of the insulating paper impregnated with the insulating oil, the insulating paper is impregnated at about 95 ° C to 100 ° C. When the insulating layer is formed at a relatively high temperature as described above, the flat conductor located inside the insulating layer also has a temperature substantially similar to that of the insulating layer. Therefore, when the temperature of the insulating layer and the flat conductor is lowered from the high temperature to room temperature, thermal stress due to the temperature change acts on the plurality of flat wire layers provided in the flat conductor to cause reaction torque.
  • the insulating layer is made of, for example, XLPE
  • the insulating layer is formed by ex
  • reaction torque may be caused by mechanical stress. That is, when the plurality of flat twisted wire layers forming the flat conductor are stranded, each of the flat twisted wire layers may be twisted by applying a predetermined tension in the longitudinal direction of the power cable. In this case, if the stranded wire is finished and the flat conductor is completed, the tension pulling the flat conductor disappears. In this case, each flat element layer of the flat conductor attempts to return in a direction opposite to the twisted line direction, thereby causing reaction torque.
  • the reaction torque acts on the insulating layer located outside the flat conductor by the flat conductor having the plurality of flat wire layers, the warping phenomenon of the insulating layer is caused, and further, the residual layer remains on the insulating layer. Stress (residual stress) is caused to significantly lower the insulation performance of the insulating layer. This acts as a factor to significantly reduce the quality of the power cable containing the insulating layer.
  • the above problems may occur when the insulating layer is composed of an insulating paper impregnated in XLPE or insulating oil.
  • the present invention provides a power cable including a flat conductor having a plurality of flat twisted wire layers in which flat twisted wires are stranded in order to solve the above problems, the sum of the reaction torques according to the twisted wire directions of the respective layers of the flat twisted wire layers. It is an object of the present invention to provide a power cable that can prevent the distortion of the insulating layer by adjusting the.
  • An object of the present invention as described above comprises a n-stage (n ⁇ 3) flat element layer in which a center circular element and a plurality of flat element elements are stranded, wherein the first flat element layer is in the S direction or Z on the center circle element line.
  • Direction m wherein the m (2 ⁇ m ⁇ n) flat element layer is a flat conductor formed by twisting in the S direction or the Z direction on the (m-1) flat element layer, an inner semiconductor layer surrounding the flat conductor, An insulation layer surrounding the inner semiconducting layer, an outer semiconducting layer surrounding the insulation layer, a metal sheath provided outside the outer semiconducting layer, and a cable protection layer provided outside the metal sheath;
  • 'E' is the elastic modulus according to the material of the flat wire
  • ' ⁇ ' is the strain rate according to the material of the flat wire
  • 'A' is the cross-sectional area of each flat wire
  • ' ⁇ ' is the pitch of each flat wire.
  • the angle, 'D P / 2' is defined as the distance from the center of the flat conductor to the center of gravity of each flat wire
  • 'N' is defined as the number of flat wires constituting the flat wire layer
  • the S direction in the first direction and the Z direction in the second direction If the absolute value of the reaction torque of the flat element layer stranded in the Z direction is greater than the absolute value of the reaction torque of the flat element layer stranded in the S direction, the Z direction is defined as the first direction and the S direction. Defined in two directions,
  • the outermost flat element layer (n-th flat element layer) of the flat conductor and the flat element layer (n-th (n-1) element element layer) located in contact with the outermost flat element layer in the innermost direction are mutually It is achieved by a power cable characterized by a different.
  • the thickness of the flat wires of the outermost flat wire layer (n-th flat wire layer) in the flat conductor may be determined to be smaller than the thickness of the flat wires of the other flat wire layers.
  • the thickness of the flat wires of the innermost flat wire layer (first flat wire wire layer) in the flat conductor may be determined to be larger than the thickness of the flat wires of the other flat wire wire layer.
  • the size of the flat conductor may be determined to be 1000 mm 2 or more.
  • the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element wire stranded in the S direction and the sum of the reaction torque of the flat element layer wired in the Z direction is absolute.
  • the difference in value may be 60 N ⁇ m or less.
  • At least one of the number of layers of the flat twisted wire layer, the thickness of the flat twisted wire, the twisted pair pitch and the twisted wire direction may be adjusted.
  • the twisted wire directions may be alternately formed in the plurality of flat twisted wire layers, or at least one neighboring two flat twisted wire layers may be configured to have the same twisted wire direction in the plurality of flat twisted wire layers.
  • the number of the flat element included in the m-th flat element layer may be determined to correspond to '6 * m (1 ⁇ m ⁇ n).
  • the insulating layer may be made of insulating paper impregnated with insulating oil.
  • the insulating paper may include a composite insulating paper composed of kraft paper and a polypropylene resin layer.
  • the ratio of the sum of the reaction torques according to the twisted wire directions of the respective layers of the flat twisted wire layers is determined.
  • FIG. 1 is a view of a power cable having a flat conductor according to an embodiment
  • FIG. 2 is a view of a power cable having a flat conductor according to another embodiment
  • FIG. 3 is a front view of the flat conductor viewed from the front
  • FIG. 4 is a schematic diagram for obtaining reaction torque of a flat conductor.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a power cable (hereinafter referred to as a “power cable”) including a flat conductor having a flat wire layer in which flat wires are stranded
  • FIG. 3 is a front view of the flat conductor. Front view.
  • the power cable 100 includes a flat conductor 10 along a central portion thereof.
  • the flat conductor 10 serves as a passage through which current flows.
  • the flat conductor 10 is a flat element layer 11 composed of a plurality of flat element wires (40) stranded to surround the center circular element 10A and the center circular element 10A as shown in the drawing It may be provided.
  • the center circular element 10A preferably has a circular shape
  • the flat element wire 40 has a rectangular cross section. That is, by using the rectangular flat wire 40 having a rectangular cross section instead of the conventional circular wire, it is possible to prevent the generation of voids between neighboring wires to improve the spot ratio.
  • the rectangle should not be interpreted strictly in advance. That is, the square used in the present specification has four corners, but it should be interpreted that all the surfaces connecting the corners may not include a straight line, but some surfaces may include a curved shape rather than a straight line.
  • a circular element wire 10A is disposed at the center of the flat conductor 10, and a rectangular element wire layer 11 is formed by twisting a plurality of rectangular element wires 40 along the outer circumference thereof.
  • a plurality of flat small wires 40 are stranded on the center circular small wire 10A to form a first flat thin wire layer 10B, and the first flat flat thin wire layer 10B A plurality of flat twisted lines are twisted together to form a second flat twisted line layer 10C.
  • a plurality of flat wires are stranded on the (m-1) flat wire layer to form an mth flat wire layer.
  • the plurality of flat twisted wire lines includes n twisted twisted wire layers of n layers (n ⁇ 3), the first flat twisted wire layer is twisted on the center circular element wire 10A, and m (2 ⁇ m ⁇ ).
  • n) The flat diagonal layer is stranded on the (m-1) flat square layer.
  • the number of flat wires included in the m flat wire layer corresponds to '6 * m (1 ⁇ m ⁇ n)'. That is, in the case of the first flat twisted wire layer, six flat twisted wires are needed, and as the number of flat twisted wire layers increases, the number of flat twisted wires of each layer increases by a multiple of six.
  • the twisted pair direction of the flat twisted lines constituting the flat twisted wire layers may be selected from S or Z directions, and the twisted pair directions of the respective layers may be alternately different from each other.
  • three flat layers 10B, 10C, and 10D are formed along the outer periphery of the center circular small line 10A, and the rectangular flat layer 40 is stranded, but the present invention is not limited thereto.
  • the number may be composed of four or more layers, and furthermore, the number, thickness, width, and pitch of the element wires 40 constituting the layers may be appropriately modified.
  • the flat element layer 11 is formed by forming a cross-section of the plurality of flat element line 40 in a rectangular shape through a continuous extrusion process and stranded the plurality of flat element line 40 on the center circular element line (10A). .
  • the flat conductor 10 is manufactured to have a circular shape as a whole.
  • the surface of the flat conductor 10 is not smooth, the electric field may be uneven or the electric field may be concentrated, and the corona discharge is likely to occur in part.
  • the insulating performance is reduced.
  • the outside of the flat conductor 10 is wrapped with a semiconductive material such as semiconductive carbon paper, and the layer formed by the semiconductive material is defined as the internal semiconducting layer 12.
  • the internal semiconducting layer 12 prevents electric field relaxation on the surface of the flat conductor 10 and partial discharge caused by voids between the flat conductor 10 and the insulating layer 14.
  • the inner semiconducting layer 12 maintains an ideal concentric cylindrical electrode shape in the cable to smooth the surface of the flat conductor 10 to alleviate electric field concentration, and the flat conductor 10 and the insulating layer 14 to each other. In close contact with each other, the corona discharge may be prevented from occurring on the surface of the flat conductor 10.
  • impurities may be adsorbed by preventing electron injection and electron flow between the flat conductor 10 and the internal semiconducting layer 12 and between the internal semiconducting layer 12 and the insulating layer 14.
  • the insulating layer 14 is provided outside the inner semiconducting layer 12.
  • the insulating layer 14 electrically insulates the flat conductor 10 from the outside.
  • the insulating layer 14 has a high breakdown voltage and should be able to be stably maintained for a long time.
  • the dielectric loss is low and must have heat resistance such as heat resistance.
  • the insulating layer 14 may be a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene.
  • the polyethylene resin may be a crosslinking resin and may be prepared by a silane or an organic peroxide such as dicumyl peroxide (DCP) as a crosslinking agent.
  • DCP dicumyl peroxide
  • the insulating layer 14 may be formed through a paper insulating process of winding the insulating paper on the surface of the internal semiconducting layer 12.
  • the insulating paper is wound on the surface of the flat conductor 10 so as to be impregnated with the insulating oil.
  • the insulating oil is absorbed into the insulating paper through the impregnation process, and when using a high viscosity insulating oil is defined as a so-called 'MI (mass impregnated) cable', when using a relatively low viscosity insulating oil, so-called 'OF (oil) filled) cable.
  • the insulating layer 14 is formed by wrapping a plurality of insulating papers, and for example, kraft paper is used as the insulating paper or thermoplastic resins such as kraft paper and polypropylene resin are repeatedly stacked. Composite insulating paper can be used.
  • the inner side of the insulation layer in the direction of the inner semiconducting layer is radially inward, ie, radially inward by the current flowing through the cable conductor when the cable is operated (when energized).
  • the temperature difference occurs in the insulating layer portion in the direction of the outer semiconducting layer described later. Therefore, the insulating oil of the insulating layer portion of the inner semiconducting layer, which is higher in temperature, has a lower viscosity and is thermally expanded to move to the insulating layer of the outer semiconducting layer.
  • air bubbles are generated inside the insulating layer on the inner side of the inner semiconducting layer in the radial direction, thereby degrading the insulation performance.
  • the flow of the insulating oil can be suppressed by the thermal expansion of a thermoplastic resin such as a polypropylene resin that is not impregnated in oil during the operation of the cable, the polypropylene resin Since the insulation resistance is larger than that of kraft paper, even if bubbles are generated, the voltage shared in the bubbles can be alleviated.
  • a thermoplastic resin such as a polypropylene resin that is not impregnated in oil during the operation of the cable
  • the polypropylene resin is not impregnated with the insulating oil, it is possible not only to prevent the insulating oil from flowing in the radial direction of the cable due to gravity, but also according to the impregnation temperature at the time of cable manufacture or the operating temperature at the time of cable operation. Since thermal expansion expands the surface pressure on the kraft paper, the flow of insulating oil can be further suppressed.
  • the above-described composite insulating paper is one in which kraft paper is laminated on one surface of a thermoplastic resin such as polypropylene resin, one in which thermoplastic resin such as polypropylene resin is laminated on the upper and lower surfaces of kraft paper, or a thermoplastic resin such as kraft paper and polypropylene resin is alternately replaced.
  • a thermoplastic resin such as polypropylene resin
  • thermoplastic resin such as polypropylene resin
  • kraft paper and polypropylene resin is alternately replaced.
  • the laminate of four or more layers may be used, and the action and effect in this case are the same as those of the insulating paper having a structure in which kraft paper is laminated on the upper and lower surfaces of the polypropylene resin.
  • a semiconducting layer is provided on the outside of the insulating layer 14 again, and is defined as the outer semiconducting layer 16 to distinguish it from the above-described internal semiconducting layer 12.
  • the outer semiconducting layer 16 serves to protect the insulating layer 14 by suppressing electric field inequality due to the variation in insulation thickness, and makes the distribution of the electric line of force between the inner semiconducting layer 12 and the same as the insulating layer. It serves to improve the dielectric strength of (14).
  • the insulating oil or insulating compound impregnated in the insulating layer is inferior to foreign matter, such as water, the insulation performance is reduced, so in order to prevent this metal sheath (lead) of the metal sheath (lead) '18 is provided outside the outer semiconducting layer 16. Further, a cable protection layer for protecting the inside of the cable is provided outside the metal sheath 18.
  • the cable protection layer may be made of a single layer made of a polymer resin, but may be made of several layers.
  • the cable protection layer according to an embodiment of the present invention includes an inner sheath 20 such as polyethylene on the outside of the metal sheath 18, and nonwoven tapes 22 and 26 on the inner sheath 20. And surrounds the reinforcing tape 24, and the outer sheath 32 is provided on the outer side of the cable 100.
  • the outer sheath 32 is provided on the outside of the power cable 100 to serve to protect the internal configuration of the cable 100.
  • the outer sheath 32 has excellent properties of weather resistance and mechanical strength that can withstand various environments.
  • FIG. 2 is a partially cut perspective view showing the internal configuration of the power cable 200 according to another embodiment.
  • the power cable according to FIG. 2 shows a configuration of a power cable that can be used as a so-called submarine cable for connecting land, for example, through the sea.
  • Nonwoven tapes 222 and 226 constituting the flat conductor 210, the inner semiconducting layer 212, the insulating layer 214, the outer semiconducting layer 216, the metal sheath 218 and the cable protective layer, and the reinforcing tape 224. Since is similar to the embodiment of FIG. 1 described above, it looks at the differences.
  • the power cable 200 used as a submarine cable is provided with an outer wire 230 to surround the wire to increase the mechanical strength to report the cable from the external environment of the seabed on the outside of the cable 200 Done.
  • the wire sheath 230 is provided on the outer side of the reinforcing tape 226 in the above-described embodiment of Figure 1, 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 outside of the wire sheath 230 that is, the outside of the power cable 200 is provided with a service layer 232.
  • the serving layer 232 is provided outside the power cable 200 to serve to protect the internal configuration of the power cable 200.
  • the serving layer 232 has excellent weather resistance and mechanical strength that can withstand the subsea environment such as seawater.
  • the serving layer 232 may be made of polypropylene yarn or the like.
  • the flat conductor is completed by forming a plurality of flat element wire layers by twisting the plurality of flat element wires along the Z direction or the S direction on the center circular element wire.
  • each of the flat element layers stranded along the Z direction or the S direction has a force, ie, reaction torque, to return in a direction opposite to the stranded direction.
  • the reaction torque may be generated by thermal stress or mechanical stress caused by temperature change. That is, the insulating layer is formed at a relatively high temperature such as the extrusion temperature of the insulating layer (when the insulating layer is made of XLPE) or the impregnation temperature of the insulating layer (when the insulating layer is composed of insulating paper impregnated with insulating oil).
  • the thermal stress due to the temperature change acts on the plurality of flat element layers provided in the flat conductors to cause reaction torque.
  • the reaction torque acts on the insulating layer located outside of the flat conductor by the flat conductor having a plurality of flat wire layers
  • the warping phenomenon of the insulating layer is caused, and further, the residual stress on the insulating layer. (residual stress) is caused to significantly lower the insulation performance of the insulating layer.
  • residual stress is caused to significantly lower the insulation performance of the insulating layer. This acts as a factor to significantly reduce the quality of the power cable containing the insulating layer, the above problems can occur when the insulating layer is composed of an insulating paper impregnated in XLPE or insulating oil.
  • the problem is that the larger the size of the flat conductor, that is, the larger the number of layers of the flat element layer, the more severe the distortion of the insulating layer.
  • the size of the flat conductor is 1000 mm 2 or less, even if the ratio of the sum of the reaction torque is not controlled, the difference in the absolute value of the sum of the reaction torque according to the twisted line direction of each layer may not be a big problem. If the size of the conductor is 1000 mm 2 or more, the distortion of the insulation layer may be a problem if the ratio of the sum of the reaction torque is not adjusted.
  • FIG. 4A shows a cross section of the first flat wire layer 10B stranded on the center circular wire 10A
  • FIG. 4B shows the first flat wire layer 10B from the side. The side view seen is shown.
  • the six flat rectangular wires 10B are formed by stranding six flat rectangular wires 40 on the central circular small wire 10A.
  • the plurality of flat wires 40 constituting the first flat wire layer 10B may be twisted in either direction of the S direction or the Z direction, and the first flat wire layer 10B in the present description.
  • Each of the flat diagonal wires 40 will be described as being formed stranded in the S direction.
  • each of the flat wires 40 forming the first flat wire layer 10B is twisted and formed with a predetermined pitch angle ⁇ as shown in FIG. 4B.
  • the tension (W) acts on each of the flat diagonal wires 40 in parallel to the longitudinal direction of the flat diagonal wires 40. Therefore, the sum T 1 of the reaction torque of the first flat diagonal layer 10B is expressed by Equation 1 below.
  • P is a force acting on the center of gravity of the flat element 40, as a force acting on each of the flat element wires 40, and a force acting in a direction perpendicular to the radial direction at the center of gravity of the flat element wire 40.
  • 'D P / 2' is defined as the distance from the center of the flat conductor to the center of gravity of the flat wire
  • 'N' is defined as the number of flat wires forming each flat wire layer.
  • N corresponds to '6'.
  • the force P may be defined as 'W * sin ⁇ ' when the tension W acts parallel to the longitudinal direction of the flat wire 40.
  • the tension W may be defined as ⁇ * A.
  • ' ⁇ ' means stress according to the material of the flat wire
  • 'A' means the cross-sectional area of each flat wire.
  • the stress ⁇ may be defined as 'E * ⁇ '.
  • 'E' means the Young's modulus according to the material of the flat wire
  • ' ⁇ ' means the strain (strain) according to the material of the flat wire.
  • Equation 2 the sum of the reaction torques of the flat diagonal wire layers may be calculated by Equation 2, and the sum of the reaction torques of the flat diagonal wire layers along the twisted line direction may be calculated.
  • the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat twisted wire strands twisted in the S direction and Z may be properly adjusted by adjusting at least one of the number of layers of the flat twisted wire layers, the thickness of the flat twisted wire strands, the twisted pair pitch, and the twisted pair direction.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat strand wire stranded in the direction can be maintained at '1'. That is, the difference between the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element wire stranded in the S direction and the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element wire layer stranded in the Z direction may be '0'.
  • the reaction torques in the direction cancel each other out.
  • the reaction torque along the twisted pair direction of the flat conductor does not act as the insulating layer.
  • the distortion of the insulating layer due to the reaction torque of the flat conductor does not occur.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat torque element stranded in the S direction and the sum of the sum of the reaction torque of the flat torque element stranded in the Z direction is exactly maintained at '1' as described above. Since it is practically difficult to maintain the difference between the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element strands stranded in the S direction and the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element strands stranded in the Z direction as '0', the present invention is difficult.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torques in the twisted pair directions of the flat element layer 11 may be determined to satisfy Equation 3 below.
  • the S direction is the first direction and the Z direction is the second direction. If the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element layer stranded in the Z direction is larger than the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element layer stranded in the S direction, Z direction is the first direction and? S direction is the first value. It is defined in two directions.
  • the twisted-pair direction in which the absolute value of the reaction torque of the flat twist element layer is relatively large is defined as the first direction
  • the twisted-pair direction in which the absolute value of the reaction torque of the flat twist element layer is relatively small is defined as the second direction.
  • the flat twisted wire stranded in any one direction The absolute value of the sum of the reaction torque of the layer may be relatively large compared to the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element layer stranded in the other direction, which may cause distortion of the insulating layer.
  • Equation 2 to obtain the sum of the reaction torque of each flat element layer may be defined as ' ⁇ * ⁇ T'.
  • ' ⁇ ' is the coefficient of linear expansion according to the material of the flat element
  • ' ⁇ T' corresponds to the temperature change of the flat conductor.
  • the temperature change of the flat conductor generally corresponds to the difference between the highest temperature and room temperature generated when the insulating layer is formed outside the flat conductor.
  • the insulating layer is made of, for example, XLPE, it is formed by extruding at about 120 ° C to 130 ° C. If the insulating layer is made of insulating paper impregnated with insulating oil, The insulating paper is impregnated at about 95 ° C to 100 ° C. Therefore, when the room temperature is defined as approximately 20 ° C., the temperature change ⁇ T corresponds to approximately 100 ° C. when the insulation layer is formed of XLPE, and the temperature change ⁇ when the insulation layer is formed of insulation paper. T) corresponds to approximately 80 ° C.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat torque element stranded in the second direction to the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element stranded in the first direction as shown in [Equation 3] is approximately 0.7. While maintaining the range from 1.0 to 1.0, or maintaining the difference between the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element wire strand stranded in the S direction and the sum of the sum of the reaction torques of the flat element strand layer stranded in the Z direction is 60 Nm or less. In this case, when the reaction torque in the twisted wire direction of the flat thin wire layer acts as the insulating layer, the size thereof may be reduced to prevent distortion of the insulating layer.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torque of the flat element wire strand stranded in the S direction and the reaction torque of the reaction torque of the flat element layer stranded in the Z direction or the reaction of the flat element layer stranded in the S direction In order to adjust the difference between the absolute value of the sum of torque and the absolute value of the reaction torque of the flat torque element stranded in the Z direction, at least one of the number of layers of the flat diagonal layer, the thickness of the flat element wire, the twisted pair pitch, and the twisted direction Can be adjusted.
  • the scalar value of the reaction torque is the distance from the center of the flat conductor to the center of gravity of the flat element layer and the thickness of the flat element layer (the height of the flat element line). ), And the pitch (or pitch multiple) of the flat element layer.
  • reaction torque may increase according to the twisted wire direction of the flat wire layer, and further away from the center of the flat conductor, the twisted wire direction of the flat wire layer may be increased. Reaction torque can be increased according to.
  • the pitch of the flat diagonal layer becomes smaller, the force to return in the opposite direction becomes stronger, and the reaction torque may increase.
  • the reaction torque value of the n-th flat element layer (the fourth flat element layer) located at the outermost part may be the largest, and the flat element element may be changed when the thickness or pitch of the n-th flat element layer is changed.
  • the reaction torque changes greatly along the stranded direction of the layer. That is, if the thickness of the n-th flat element layer (the fourth flat element layer) positioned at the outermost is too large, the reaction torque according to the twisted line direction may be adjusted even if the thickness and pitch of the inner first to third flat element layers are adjusted.
  • the thickness of the flat element elements of the n-th flat element layer located at the outermost part is relatively different. It can be determined to be the smallest compared to the flat wire.
  • the value of the reaction torque by the first flat twisted line layer may be relatively small. Therefore, the thickness of the flat element wire of the first flat element layer may be configured to be relatively large compared to the thickness of the flat element element of the other flat element layer. As a result, the value of the reaction torque by the first flat element layer can be made relatively small, and a sufficient conductor area for transmitting electric power of the flat conductor can be secured.
  • the flat wire layer (n-1 flat wire layer), which is located directly inside and in contact with the outermost flat wire layer (n-th flat wire layer), has a flat conductor compared to the first and second flat wire layers. Since it is located far from the center circular element located at the center of, the value of the reaction torque by the (n-1) square element layer is also relatively large compared with the first and second element elements. In this case, if the n-th flat element layer and the (n-1) -th flat element layer both have the same twisted-pair direction, the reaction torques are all in the same twisted-pair direction by two flat-wire element layers far from the center of the flat conductor.
  • the twisted pair direction of the n-th flat diagonal layer constituting the flat conductor may be determined to be different from each other in the twisted line direction of the (n-1) th flat twisted-layer layer.
  • the plurality of flat twisted wire layer may be alternately made in the twisted wire direction. That is, the two neighboring flat wire layers may be configured such that their twisted wire directions are different from each other.
  • Equation 3 or Equation 4 may not be satisfied.
  • at least one neighboring two flat element layers among the plurality of flat element layers may be configured to have the same twisted pair direction. That is, when adjusting the ratio or the difference of the absolute value of the sum of the reaction torque according to the twisted wire direction of each flat twisted wire layer, if it is difficult to control by the thickness and pitch of the flat twisted wire of each flat twisted wire layer, the twisted wire direction is adjusted.
  • the twisted pair direction of at least one neighboring two flat diagonal wire layers may be identical to each other.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torque according to the twisted pair direction of each flat twisted wire layer is adjusted by adjusting at least one of the number of layers, the thickness of the flat twisted wire, the twisted pair pitch, and the twisted pair direction as described above.
  • the difference between the absolute values of the sum of the reaction torques according to the twisted pair directions of each flat element layer can be adjusted.
  • [Table 1] calculated the absolute value of the sum of the reaction torque of each flat element wire layer in each twisted line direction in the configuration of the flat conductor according to the conventional method using the equation (2).
  • the elastic modulus (E) was 120,000 (MPa)
  • the linear expansion coefficient was 1.70E-05 (k ⁇ 1 )
  • the temperature change ( ⁇ T) was applied to 80 (k).
  • the S direction is defined as the first direction
  • the Z direction is defined as the second direction.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat twist element layers stranded in the second direction to the absolute value of the sum of the reaction torques of the square element strands twisted in the first direction corresponds to approximately 0.486
  • the S direction The difference between the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element wire strands twisted to and the sum of the reaction torques of the flat torque element twisted to the Z direction corresponds to approximately 112 N ⁇ m.
  • the flat conductor according to [Table 1] does not satisfy the condition of the above-mentioned [Equation 3] or [Equation 4], so that the reaction torque acts on the insulating layer by the flat conductor to the insulating layer. It causes residual stress and degrades insulation performance.
  • [Table 2] calculated the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat diagonal wire layers along the twisted pair direction of the flat conductor in the power cable according to the present invention.
  • the thickness of the flat wires of the outermost flat wire layer that is, the fourth flat wire layer, is determined relatively thinner than the other layers, and the flat wires of the first flat wire layer The thickness was determined relatively thick compared to the other layers.
  • the S direction is defined as the first direction
  • the Z direction is defined as the second direction.
  • the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat twist element layers stranded in the second direction to the absolute value of the sum of the reaction torques of the square element strands stranded in the first direction corresponds to approximately 0.705
  • the S direction The difference between the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element wire strands twisted to and the sum of the reaction torques of the flat torque element twisted to the Z direction corresponds to approximately 54.4 N ⁇ m.
  • the flat conductor according to [Table 2] satisfies the above-mentioned condition of [Equation 3] or [Equation 4], so that the amount of reaction torque acting as the insulating layer by the flat conductor is relatively small. Thus, the insulation performance of the insulation layer is not impaired.
  • [Table 3] calculated the absolute value of the sum of the reaction torque of each flat element wire layer along the twisted pair direction of the flat conductor in the power cable according to the present invention.
  • at least one neighboring two of the flat wire layers of the plurality of flat wire layers are configured to have the same twisted wire direction.
  • the twisted pair directions of the second flat twisted wire layer and the third flat twisted wire layer are configured to be the same.
  • the thickness of the outermost flat element layer that is, the thickness of the flat element element of the fourth flat element layer is relatively thinner than other layers, and the flat element element of the first flat element layer The thickness of was determined to be relatively thick compared to the other layers.
  • the S direction is defined as the first direction
  • the Z direction is defined as the second direction. Therefore, the ratio of the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat twist element layers twisted in the second direction to the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat twist elements layered in the first direction corresponds to approximately 0.989, and the S direction The difference between the absolute value of the sum of the reaction torques of the flat element wire strands twisted to and the sum of the reaction torques of the flat torque element twisted to the Z direction corresponds to approximately 1.63 N ⁇ m.
  • the flat conductor according to [Table 3] satisfies the above-described condition of [Equation 3] or [Equation 4], so that the amount of reaction torque acting as the insulating layer by the flat conductor is relatively small. Thus, the insulation performance of the insulation layer is not impaired.
  • the insulation layer is controlled by adjusting a ratio of sum of reaction torques in the twisted direction of each layer of the flat twisted wire layer. It is possible to prevent the reaction phenomenon of the insulating layer by canceling the reaction torque acting on the maximum.

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Abstract

본 발명의 전력케이블은 중심 원형소선과 복수개의 평각소선이 연선된 n층(n≥3)의 평각소선층을 포함하되, 제1 평각소선층은 상기 중심 원형소선 상에 S방향 또는 Z방향으로 연선되고, 제m (2≤m≤n) 평각소선층은 제(m-1) 평각소선층 상에 S방향 또는 Z방향으로 연선되어 이루어지는 평각도체, 상기 평각도체의 외측으로 내부반도전층, 절연층, 외부반도전층, 금속시스 및 케이블 보호층을 포함하고, 상기 각 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크(T)의 합은 평각소선의 탄성계수, 평각소선의 변형율, 각 평각소선의 단면적, 각 평각소선의 피치 각도의 사인값, 평각도체의 중심에서 각 평각소선의 무게중심까지의 거리, 각 평각소선층을 이루는 평각소선의 개수의 곱으로 정의되며, 상기 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 상대적으로 큰 연선방향에 대해 리액션토크의 합의 절대값이 상대적으로 작은 연선방향의 리액션토크의 절대값의 비율이 0.7 내지 1.0을 만족하고, 상기 평각도체의 상기 최외곽 평각소선층과 상기 최외곽 평각소선층에 접하여 내측에 위치하는 평각소선층은 그 연선방향이 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

Description

전력케이블
본 발명은 전력케이블에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 평각소선이 연선된 복수의 평각소선층을 구비한 평각도체를 포함하는 전력케이블에 관한 것으로서, 상기 평각도체를 이루는 각 평각소선층의 리액션토크의 합을 조절하여 절연층의 뒤틀림 현상을 방지하는 전력케이블에 관한 것이다.
일반적으로 전력케이블은 전력을 공급하는 도체를 이용하여 지중, 지상 또는 해저를 통하여 원하는 장소로 전력을 공급하도록 사용된다. 이러한 전력케이블은 상기 도체를 절연하는 것이 매우 중요하며, 이를 위하여 상기 도체를 절연시키는 절연층은 XLPE(Cross-linked Polyethylene; 가교 폴리에틸렌) 등을 원료로 하여 제작되거나, 또는 도체에 절연지를 감은 후에 절연지에 절연유를 함침하여 사용하고 있다.
한편, 상기 전력케이블은 전력 수요의 증대에 대응하여 고전압을 전송할 수 있도록 그 내부에 구비된 도체의 직경이 점차 커지는 추세이다. 예전에는 복수개의 소선을 연선한 도체의 경우, 도체를 구성하는 소선의 형태가 단면 형상이 원형인 소선을 주로 사용하였다. 하지만, 이러한 원형 소선을 사용한 도체의 경우 점적율이 상대적으로 낮게 되어 실제 전력을 전송하는 도체의 면적이 낮아지는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 최근에는 원형이 아닌 사각형 형상의 소위 '평각소선'을 연선한 평각도체를 사용한 케이블이 개발되었다. 이러한 평각소선을 사용할 경우 도체의 점적율을 향상시킬 수 있으므로 원형 소선에 비해 전력을 전송하는 도체의 면적을 늘릴 수 있다.
상기 평각소선을 사용하여 평각도체를 제작하는 과정을 살펴보면, 중앙의 원형 소선 상에 상기 복수의 평각소선을 Z방향 또는 S방향을 따라 연선하여 복수의 평각소선층을 형성하여 상기 평각도체가 완성된다. 이 경우, 상기 Z방향 또는 S방향을 따라 연선된 각 평각소선층은 상기 연선된 방향의 반대방향으로 회귀하려는 토크가 작용하며, 이를 '리액션토크(reaction torque)'라 정의할 수 있다.
상기 리액션토크가 생기는 요인을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 상기 리액션토크는 온도변화에 따른 열응력에 의해 발생할 수 있다. 즉, 상기 복수의 평각소선층을 구비한 평각도체를 감싸는 절연층을 구성하는 경우에 상기 절연층이 예를 들어 XLPE로 이루어진 경우라면 대략 120℃ 내지 130℃ 정도에서 압출하여 형성되며, 상기 절연층이 절연유에 함침된 절연지로 구성되는 경우라면 대략 95℃ 내지 100℃ 정도에서 상기 절연지가 함침된다. 상기와 같이 상대적으로 고온의 온도에서 상기 절연층이 형성되는 경우 상기 절연층의 내부에 위치한 상기 평각도체도 대략 상기 절연층과 유사한 온도를 가지게 된다. 따라서, 이후에 상기 절연층 및 평각도체의 온도가 상기 고온에서 상온으로 하강하는 경우에 상기 평각도체에 구비된 복수의 평각소선층에 온도변화로 인한 열응력이 작용하여 리액션토크를 유발하게 된다.
또한, 상기 리액션토크는 기계적 응력에 의해 유발될 수 있다. 즉, 상기 평각도체를 이루는 복수의 평각소선층을 연선하는 경우에 상기 전력케이블의 길이방향으로 소정의 장력을 가하여 상기 각 평각소선층을 연선할 수 있다. 이 경우, 상기 연선작업이 종료되고 상기 평각도체가 완성된다면, 상기 평각도체를 잡아당기는 장력이 사라지게 된다. 이 경우, 상기 평각도체의 각 평각소선층은 연선방향의 반대방향으로 회귀하려고 하게 되며 이에 의해 리액션토크를 유발할 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 복수의 평각소선층을 구비하는 평각도체에 의해 상기 평각도체의 외부에 위치한 절연층에 리액션토크가 작용하게 되면 상기 절연층의 뒤틀림 현상을 유발하게 되며, 나아가 상기 절연층에 잔류응력(residual stress)을 유발하여 상기 절연층의 절연 성능을 현저히 저하시키게 된다. 이는 상기 절연층이 포함된 전력케이블의 품질을 현저히 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 한편, 상기와 같은 문제점은 상기 절연층이 XLPE 또는 절연유에 함침된 절연지로 구성되는 경우에 모두 발생할 수 있다.
한편, 갈수록 대용량의 전력을 전송할 수 있는 케이블이 요구되는 추세이며, 대용량의 전력을 공급하기 위해서는 케이블의 도체 사이즈가 커져야 한다. 하지만, 평각도체의 경우, 도체 사이즈가 커질수록 절연층에 작용하는 리액션토크가 커질 수 있으므로 더욱 문제가 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 평각소선이 연선된 복수의 평각소선층을 구비한 평각도체를 포함하는 전력케이블에 있어서, 상기 평각소선층의 각 층의 연선 방향에 따른 리액션토크의 합을 조절하여 절연층의 뒤틀림현상을 방지할 수 있는 전력케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 중심 원형소선과 복수개의 평각소선이 연선된 n층(n≥3)의 평각소선층을 포함하되, 제1 평각소선층은 상기 중심 원형소선 상에 S방향 또는 Z방향으로 연선되고, 제m (2≤m≤n) 평각소선층은 제(m-1) 평각소선층 상에 S방향 또는 Z방향으로 연선되어 이루어지는 평각도체, 상기 평각도체를 감싸는 내부반도전층, 상기 내부반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부반도전층, 상기 외부반도전층 외부에 구비된 금속시스 및 상기 금속시스 외부에 구비되는 케이블 보호층을 포함하고,
상기 평각도체의 상기 각 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크(T)의 합은 하기식에 의해 계산되며,
Figure PCTKR2015001609-appb-I000001
여기서, 'E'는 상기 평각소선의 재질에 따른 탄성계수, 'ε'는 상기 평각소선의 재질에 따른 변형율, 'A'는 상기 각 평각소선의 단면적, 'θ'는 상기 각 평각소선의 피치 각도, 'DP/2'는 상기 평각도체의 중심에서 상기 각 평각소선의 무게중심까지의 거리, 'N'은 상기 각 평각소선층을 이루는 평각소선의 개수로 정의되며,
S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율이 하기식을 만족하고,
Figure PCTKR2015001609-appb-I000002
여기서, S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값보다 큰 경우에는 S방향을 제1 방향 그리고　Z방향을 제2 방향으로 정의하고, Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값보다 큰 경우에는 Z방향을 제1 방향 그리고　S방향을 제2 방향으로 정의하며,
상기 평각도체의 상기 최외곽 평각소선층(제n 평각소선층)과 상기 최외곽 평각소선층에 접하여 내측에 위치하는 평각소선층(제(n-1) 평각소선층)은 그 연선방향이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전력케이블에 의해 달성된다.
여기서, 상기 평각도체에서 최외곽 평각소선층(제n 평각소선층)의 평각소선의 두께가 다른 평각소선층의 평각소선의 두께보다 작도록 결정될 수 있다. 또한, 상기 평각도체에서 최내곽 평각소선층(제1 평각소선층)의 평각소선의 두께는 다른 평각소선층의 평각소선의 두께보다 크도록 결정될 수 있다.
한편, 상기 평각도체의 크기는 1000 ㎟ 이상으로 결정될 수 있다.
한편, 상기 평각도체의 온도변화(△T)가 80℃인 경우에 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이가 60 Nㆍm 이하일 수 있다.
또한, 상기 연선방향에 따른 상기 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값을 조절하는 경우에 상기 각 평각소선층의 층수, 상기 평각소선의 두께, 연선피치 및 연선방향 중에 적어도 하나를 조절할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 평각소선층은 상기 연선방향이 교번적으로 이루어지거나, 또는 상기 복수의 평각소선층 중에서 적어도 하나의 이웃하는 2개의 평각소선층은 상기 연선방향이 동일하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 제m 평각소선층에 포함되는 상기 평각소선의 갯수는 '6*m (1≤m≤n)'에 대응하도록 결정될 수 있다.
나아가, 상기 절연층은 절연유에 함침된 절연지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 절연지는 크라프트지와 폴리프로필렌수지층으로 이루어지는 복합절연지를 포함할 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 평각소선이 연선된 복수의 평각소선층을 구비한 평각도체를 포함하는 전력케이블에 있어서, 상기 평각소선층의 각 층의 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 비율을 조절하여 상기 절연층에 작용하는 리액션토크를 최대한 상쇄시켜 상기 절연층의 뒤틀림현상을 방지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 평각도체를 구비한 전력케이블의 도면,
도 2는 다른 실시예에 따른 평각도체를 구비한 전력케이블의 도면,
도 3은 평각도체를 정면에서 바라본 정면도,
도 4는 평각도체의 리액션토크를 구하기 위한 개략도이다.
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 평각소선이 연선된 평각소선층을 구비한 평각도체를 포함하는 전력케이블(이하, '전력케이블'이라 함)의 구성을 도시한 일부 절개 사시도이고, 도 3은 평각도체를 정면에서 바라본 정면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 전력케이블(100)은 중심부를 따라 평각도체(10)를 구비한다. 평각도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 된다.
구체적으로, 상기 평각도체(10)는 도면에 도시된 바와 같이 중심 원형소선(10A)과 상기 중심 원형소선(10A)을 감싸도록 연선된 복수의 평각소선(40)으로 이루어진 평각소선층(11)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 중심 원형소선(10A)은 원형의 형상을 가지는 것이 바람직하며, 상기 평각소선(40)은 단면이 사각형 형상을 가지게 된다. 즉, 종래의 원형 소선 대신에 단면이 사각형 형상의 평각소선(40)을 사용함으로써, 이웃하는 소선 사이의 공극 발생을 방지하여 점적율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 사각형이란 사전적으로 엄밀하게 해석되어서는 안된다. 즉, 본 명세서에 걸쳐 사용되는 사각형이란 모서리는 4개이지만 모서리를 연결하는 모든 면이 직선이 아니라, 일부면은 직선이 아닌 곡선형상을 포함할 수 있는 것으로 해석되어져야 한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 평각도체(10)의 중심에 원형소선(10A)을 배치하고, 그 외주를 따라 사각형 형상의 복수의 소선(40)을 연선한 평각소선층(11)을 복수 층을 형성할 수 있다. 복수 층의 평각소선층을 형성하는 경우, 중심원형소선(10A) 상에 복수 개의 평각소선(40)을 연선하여 제1 평각소선층(10B)을 형성하고, 제1 평각소선층(10B) 상에 복수 개의 평각소선을 연선하여 제2 평각소선층(10C)을 형성한다.
이와 같은 방법으로 제(m-1) 평각소선층 상에 복수 개의 평각소선을 연선하여 제m 평각소선층을 형성한다. 이렇게 차례대로 평각소선층을 원하는 층수(n층, n≥3)만큼 형성할 수 있다. 결국, 복수개의 평각소선이 연선된 n층(n≥3)의 평각소선층을 포함하는 경우, 제1 평각소선층은 상기 중심원형소선(10A) 상에 연선되고, 제m (2≤m≤n) 평각소선층은 제(m-1) 평각소선층 상에 연선되어 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제m 평각소선층에 포함되는 평각소선의 갯수는'6*m (1≤m≤n)'에 해당한다. 즉, 제1 평각소선층의 경우에 6개의 평각소선이 필요하게 되며, 상기 평각소선층의 층수가 증가함에 따라 6의 배수만큼씩 각 층의 평각소선의 개수가 증가하게 된다.
이 때 상기 각 평각소선층을 이루는 평각소선의 연선방향은 S 또는 Z방향 중에서 선택되며, 각 층의 연선방향은 서로 교번적으로 상이하게 이루어질 수 있다. 도 3에서는 중심원형소선(10A)의 외주를 따라 사각형 형상의 평각소선(40)을 연선한 평각소선층을 3층(10B, 10C, 10D) 형성한 것으로 도시하지만, 이에 한정되지 않으며 상기 층의 숫자는 4층 이상으로 이루어질 수 있으며, 나아가, 상기 각 층을 이루는 소선(40)의 개수, 두께, 너비 및 피치 등은 적절하게 변형이 가능하다.
한편, 상기 평각소선층(11)은 연속압출공정을 통하여 다수의 평각소선(40)의 단면을 사각형 형상으로 형성하고 상기 다수의 평각소선(40)을 중심원형소선(10A) 상에 연선하여 이루어진다. 상기 평각도체(10)는 전체적으로 원형의 형상을 가지도록 제작된다.
그런데, 상기 평각도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일하거나, 전계집중이 발생할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한, 평각도체(10) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하된다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 평각도체(10) 외부를 반도전성 카본지와 같은 반도전성 물질 등으로 감싸게 되며, 반도전성 물질에 의해 형성된 층을 내부반도전층(12)으로 정의하게 된다.
결국, 내부반도전층(12)은 평각도체(10) 표면의 전계완화와 평각도체(10)와 절연층(14) 사이의 보이드(void)에 의해 발생하는 부분방전을 방지하게 된다. 또한, 내부반도전층(12)은 케이블에 있어서 이상적인 동심 원통형 전극형태를 유지하게 하여 평각도체(10) 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시키며, 평각도체(10)와 절연층(14)을 서로 밀착시켜 평각도체(10) 표면에서 발생할 수 있는 코로나 방전을 방지할 수 있다. 나아가, 평각도체(10)와 내부반도전층(12) 사이 및 내부반도전층(12)과 절연층(14) 사이의 전자주입과 전자흐름을 방지하여 불순물을 흡착할 수 있다.
한편, 내부반도전층(12)의 바깥쪽에는 절연층(14)이 구비된다. 절연층(14)은 평각도체(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.
상기 절연층(14)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용될 수 있다. 상기 폴리에틸렌 수지는 가교 수지일 수 있으며 가교제로서 실란 또는 유기 과산화물, 예를 들어, 다이큐밀퍼옥사이드(DCP) 등에 의해 제조될 수 있다.
한편, 상기 절연층(14)은 절연지를 내부반도전층(12) 표면에 감는 지절연 공정을 통해 형성될 수도 있다. 또한, 절연특성을 향상시키기 위하여 평각도체(10) 표면에 절연지가 감긴 상태에서 절연유에 함침시키게 된다. 상기 함침공정을 통해 절연유가 절연지에 흡수되며, 이 때, 고점도의 절연유를 사용하게 되면 소위 'MI(mass impregnated) 케이블'로 정의되며, 상대적으로 저점도의 절연유를 사용하게 되면 소위 'OF(oil filled) 케이블'로 정의할 수 있다.
구체적으로 상기 절연층(14)은 복수의 절연지를 감싸서 형성되며, 절연지로는 예를 들어 크래프트지(Kraft paper)를 사용하거나 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 반복적으로 적층된 복합 절연지를 사용할 수 있다.
크래프트지만을 권취하여 절연유를 함침시킨 케이블의 경우에는 케이블 작동 시(통전 시) 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 외부반도전층 쪽의 절연층으로 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, 폴리프로필렌 수지는 절연 저항이 크래프트지보다 크기 때문에 기포가 생성되더라도 기포에 분담되는 전압을 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.
전술한 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.
도 1을 다시 참조하면, 상기 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 케이블(100)의 외피가 파손될 수 있다. 따라서, 절연층(14)의 바깥쪽에는 다시 반도전층이 구비되며, 전술한 내부반도전층(12)과 구별하기 위하여 외부반도전층(16)으로 정의된다. 외부반도전층(16)은 절연두께 편차에 따른 전계 불평등을 억제하여 절연층(14)을 보호하는 역할과 함께, 전술한 내부반도전층(12)과의 사이에 전기력선의 분포를 등전위로 만들어 절연층(14)의 절연내력을 향상시키는 역할을 하게 된다.
한편, 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'(18)를 상기 외부반도전층(16)의 외부에 구비한다. 나아가, 상기 금속시스(18)의 외부에는 케이블 내부를 보호하기 위한 케이블 보호층을 구비한다.
상기 케이블 보호층은 고분자수지로 이루어진 단일층으로 이루어질 수도 있으나, 여러 층으로도 이루어 질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 보호층은 금속시스(18)의 외부에 폴리에틸렌(polyethylene) 등의 내부시스(20)를 구비하며, 상기 내부시스(20)의 위에는 부직포 테이프(22, 26)와 보강 테이프(24)를 감싸주며, 케이블(100)의 외곽에는 외부시스(32)를 구비하게 된다. 외부시스(32)는 전력케이블(100)의 외곽에 구비되어 케이블(100)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 상기 외부시스(32)는 각종 환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다.
한편, 도 2는 다른 실시예에 따른 전력케이블(200)의 내부 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다. 도 2에 따른 전력케이블은 예를 들어 바다를 통해 육지를 연결시키는 소위 해저케이블로 사용될 수 있는 전력케이블의 구성을 도시한다. 평각도체(210), 내부반도전층(212), 절연층(214), 외부반도전층(216), 금속시스(218) 및 케이블 보호층을 이루는 부직포 테이프(222, 226), 보강테이프(224)는 전술한 도 1의 실시예와 유사하므로 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 2를 참조하면, 해저케이블로 사용되는 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 1의 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 전력케이블(200)의 외곽에는 서비층(232)을 구비하게 된다. 서빙층(232)은 전력케이블(200)의 외곽에 구비되어 전력케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 서빙층(232)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 서빙층(232)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 구성될 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 상기 평각도체는 중심 원형소선 상에 상기 복수의 평각소선을 Z방향 또는 S방향을 따라 연선하여 복수의 평각소선층을 형성하여 완성된다. 이 경우, 상기 Z방향 또는 S방향을 따라 연선된 각 평각소선층은 상기 연선된 방향의 반대방향으로 회귀하려는 힘, 즉 리액션토크가 작용한다.
상기 리액션토크는 앞서 살펴본 바와 같이 온도변화에 따른 열응력 또는 기계적 응력에 의해 발생할 수 있다. 즉, 상기 절연층의 압출 온도(상기 절연층이 XLPE로 이루어진 경우) 또는 절연층의 함침온도(상기 절연층이 절연유에 함침된 절연지로 구성되는 경우)와 같이 상대적으로 고온의 온도에서 절연층이 형성되고 상온으로 온도가 하강하는 경우에 상기 평각도체에 구비된 복수의 평각소선층에 온도변화로 인한 열응력이 작용하여 리액션토크를 유발하게 된다.
또한, 상기 평각도체를 이루는 복수의 평각소선층을 연선하기 위하여 상기 전력케이블의 길이방향으로 소정의 장력을 가하고, 상기 평각도체의 완성 후에 상기 장력이 사라진다면 상기 평각도체의 각 평각소선층은 연선방향의 반대방향으로 회귀하려고 하게 되며 이에 의해 리액션토크를 유발할 수 있다.
전술한 바와 같이 복수의 평각소선층을 구비하는 평각도체에 의해 상기 평각도체의 외부에 위치한 절연층에 리액션토크가 작용하게 되면 상기 절연층의 뒤틀림 현상을 유발하게 되며, 나아가 상기 절연층에 잔류응력(residual stress)을 유발하여 상기 절연층의 절연 성능을 현저히 저하시키게 된다. 이는 상기 절연층이 포함된 전력케이블의 품질을 현저히 떨어뜨리는 요인으로 작용하며, 상기와 같은 문제점은 상기 절연층이 XLPE 또는 절연유에 함침된 절연지로 구성되는 경우에 모두 발생할 수 있다.
특히, 이러한 문제점은 상기 평각도체의 크기가 커질수록, 즉 상기 평각소선층의 층수가 많아질수록, 절연층의 뒤틀림 현상이 더욱 심해질 수 있다.
이를테면, 상기 평각도체의 크기가 1000 ㎟ 이하인 경우, 상기 리액션토크의 합의 비율이 조절되지 않더라도 각 층의 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 절대값의 차이가 크지 않아 크게 문제되지 않을 수 있으나, 상기 평각도체의 크기가 1000 ㎟ 이상인 경우에는 리액션토크의 합의 비율이 조절되지 않을 경우 절연층의 뒤틀림 현상이 크게 문제될 수 있다.
이하, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 전력케이블에 대해서 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 도면을 참조하여 각 평각소선층의 리액션토크의 합을 구하는 방법을 살펴보기로 한다.
도 4의 (A)는 중심 원형소선(10A) 상에 연선되는 제1 평각소선층(10B)의 단면을 도시하며, 도 4의 (B)는 상기 제1 평각소선층(10B)을 옆에서 바라본 측면도를 도시한다.
도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 제1 평각소선층(10B)은 6개의 평각소선(40)이 상기 중심 원형소선(10A) 상에 연선되어 형성된다. 이 경우, 상기 제1 평각소선층(10B)을 이루는 복수의 평각소선(40)은 S방향 또는 Z방향의 어느 하나의 방향으로 연선될 수 있으며, 본 설명에서 상기 제1 평각소선층(10B)의 각 평각소선(40)은 S방향으로 연선되어 형성되는 것으로 설명한다. 이때, 상기 제1 평각소선층(10B)을 형성하는 각 평각소선(40)은 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 소정의 피치 각도(lay angle)(θ)를 이루며 연선된다. 또한, 각 평각소선(40)에는 상기 평각소선(40)의 길이방향에 평행하게 장력(W)이 작용하게 된다. 따라서, 상기 제1 평각소선층(10B)의 리액션토크의 합(T1)은 하기 [수학식 1]과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2015001609-appb-M000001
여기서, P는 상기 각 평각소선(40)에 작용하는 힘으로서 상기 평각소선(40)의 무게중심에 작용하며, 상기 평각소선(40)의 무게중심에서 반경방향에 수직한 방향으로 작용하는 힘으로 정의된다. 또한, 'DP/2'는 상기 평각도체의 중심에서 상기 각 평각소선의 무게중심까지의 거리로 정의되고, 상기 'N'은 각 평각소선층을 이루는 평각소선의 개수로 정의된다. 본 실시예의 제1 평각소선층(10B)에서 상기 N은 '6'에 해당한다.
그런데, 상기 힘(P)은 상기 평각소선(40)의 길이방향에 평행하게 장력(W)이 작용하는 경우에 'W*sinθ'로 정의될 수 있다. 이 경우, 상기 장력(W)은 'σ*A'로 정의될 수 있다. 여기서, 'σ'은 상기 평각소선의 재질에 따른 응력(stress)을 의미하며, 'A'는 각 평각소선의 단면적을 의미한다. 나아가, 상기 응력(σ)은 'E*ε'으로 정의될 수 있다. 여기서, 'E'는 상기 평각소선의 재질에 따른 탄성계수(Young's modulus)를 의미하며, 'ε'는 상기 평각소선의 재질에 따른 변형율(strain)을 의미한다. 결과적으로 상기 제1 평각소선층(10B)의 리액션토크의 합(T1)을 구하는 식은 하기 [수학식 2]로 다시 정의될 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2015001609-appb-M000002
따라서, 각 평각소선층의 리액션토크의 합은 상기 [수학식 2]에 의해 계산될 수 있으며, 연선방향에 따른 각 평각소선층의 리액션토크의 합을 계산할 수 있게 된다.
한편, 이론상으로는 상기 각 평각소선층의 층수, 상기 평각소선의 두께, 연선피치 및 연선방향 중에 적어도 하나를 적절히 조절하게 되면 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율을 '1'로 유지할 수 있다. 즉, 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이가 '0'이 되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 대략 일치하게 되므로 상기 방향에 따른 리액션토크는 서로 상쇄되어 이론적으로 상기 평각도체의 연선방향에 따른 리액션토크가 상기 절연층으로 작용하지 않게 된다. 이 경우, 상기 평각도체의 리액션토크에 의한 상기 절연층의 뒤틀림현상은 발생하지 않게 된다.
하지만, 상기와 같이 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율을 '1'로 정확히 유지하거나, 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이를 '0'으로 유지하는 것은 현실적으로 어려운 면이 있으므로, 본 발명에서는 상기 평각소선층(11)의 각 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 절대값의 비율이 하기 [수학식 3]을 만족하도록 결정될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2015001609-appb-M000003
여기서, S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값보다 큰 경우에는 S방향이 제1 방향 그리고　Z방향이 제2 방향으로 정의되고, Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값보다 큰 경우에는 Z방향이 제1 방향 그리고　S방향이 제2 방향으로 정의된다. 즉, 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 상대적으로 큰 연선방향이 제1 방향으로 정의되며, 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 상대적으로 작은 연선방향이 제2 방향으로 정의된다.
상기 평각도체(10)의 상기 평각소선층(11)의 각 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 절대값의 비율이 상기 [수학식 3]의 범위를 벗어나게 되면, 어느 하나의 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 다른 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값에 비해 상대적으로 크게 되어 상기 절연층에 뒤틀림 현상을 유발할 수 있다.
한편, 각 평각소선층의 리액션토크의 합을 구하기 위한 상기 [수학식 2]에서 변형율(ε)은 'α*△T'로 정의될 수 있다. 여기서, 'α'는 평각소선의 재질에 따른 선팽창계수이며, '△T'는 상기 평각도체의 온도변화에 해당한다. 이때, 상기 평각도체의 온도변화는 일반적으로 상기 평각도체의 외부에 위치한 절연층을 형성하는 경우에 발생하는 최고온도와 상온의 차이에 해당하게 된다.
즉, 상기 절연층을 구성하는 경우에 상기 절연층이 예를 들어 XLPE로 이루어진 경우라면 대략 120℃ 내지 130℃ 정도에서 압출하여 형성되며, 상기 절연층이 절연유에 함침된 절연지로 구성되는 경우라면 대략 95℃ 내지 100℃ 정도에서 상기 절연지가 함침된다. 따라서, 상온을 대략 20℃로 정의하게 되면, 상기 절연층을 XLPE로 형성하는 경우에 온도변화(△T)는 대략 100℃에 해당하며, 상기 절연층을 절연지로 형성하는 경우에 온도변화(△T)는 대략 80℃에 해당한다.
결국, 리액션토크의 합의 비율을 구하는 것이 아니라 리액션토크의 합의 차이를 구하는 경우에는 상기 변형율(ε)이 온도의 함수이므로 온도 조건이 필요하게 되며, 상기 온도변화(△T)는 상기 절연층의 종류에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 상기 절연층이 절연지로 형성되어 상기 온도변화(△T)가 대략 80℃인 경우에 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이는 하기 [수학식 4]를 만족하도록 결정될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2015001609-appb-M000004
즉, 상기 [수학식 3]과 같이 제1 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값에 대한 상기 제2 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율을 대략 0.7 내지 1.0으로 유지하면서, 또는 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이를 60 Nㆍm 이하로 유지하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 평각소선층의 각 연선방향에 따른 리액션토크가 상기 절연층으로 작용하는 경우에 그 크기를 줄여 상기 절연층의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다.
상기와 같이 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율 또는 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이를 조절하기 위해서는 상기 각 평각소선층의 층수, 상기 평각소선의 두께, 연선피치 및 연선방향 중에 적어도 하나를 조절할 수 있다.
이 경우, 상기 리액션토크는 일종의 모멘트로 볼 수 있으므로, 상기 리액션토크의 스칼라값은 상기 평각도체의 중심에서 상기 평각소선층의 무게중심까지의 거리와 상기 평각소선층의 두께(상기 평각소선의 높이)와, 상기 평각소선층의 피치(또는 피치배수)에 의해 결정될 수 있다.
예를 들어, 어느 하나의 평각소선층의 두께가 두꺼워질수록 해당 평각소선층의 연선 방향에 따른 리액션토크는 커질 수 있으며, 또한, 상기 평각도체의 중심에서 멀어질수록 해당 평각소선층의 연선 방향에 따른 리액션토크가 커질 수 있다. 또한, 상기 평각소선층의 피치가 작아질수록 그 반대방향으로 회귀하려는 힘이 강해져 리액션토크가 커질 수 있다.
예를 들어, 전력케이블의 평각도체가 모두 4개의 평각소선층(n = 4)을 가지는 경우에 최외곽에 위치한 제4 평각소선층이 상기 평각도체의 중심에서 가장 멀리 위치하게 된다. 따라서, 일반적으로 최외곽에 위치한 상기 제n 평각소선층(제4 평각소선층)의 리액션토크의 값이 제일 클 수 있으며, 상기 제n 평각소선층의 두께 또는 피치를 변화시키는 경우에 상기 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크의 변화가 크게 된다. 즉, 최외곽에 위치한 상기 제n 평각소선층(제4 평각소선층)의 두께를 너무 크게 한다면, 내측의 제1 내지 제3 평각소선층의 두께 및 피치를 조절하더라도 연선방향에 따른 리액션토크의 비율을 맞출 수 없게 된다. 결국, 최외곽에 위치한 상기 제n 평각소선층(제4 평각소선층)에 의한 리액션토크의 값을 줄이기 위하여 최외곽에 위치한 제n 평각소선층의 평각소선의 두께를 상대적으로 다른 평각소선층의 평각소선에 비해 제일 작도록 결정할 수 있다.
또한, 최내곽에 위치한 제1 평각소선층은 평각도체의 중심에 위치한 중심 원형소선 상에 연선되므로 상기 제1 평각소선층에 의한 리액션토크의 값은 상대적으로 작을 수 있다. 따라서, 제1 평각소선층의 평각소선의 두께는 다른 평각소선층의 평각소선의 두께에 비해 상대적으로 크게 구성될 수 있다. 이에 의해, 제1 평각소선층에 의한 리액션토크의 값을 상대적으로 작게 함과 동시에 평각도체의 전력을 전송하기 위한 도체 면적을 충분히 확보할 수 있게 된다.
한편, 최외곽층인 평각소선층(제n 평각소선층)에 접하여 바로 내측에 위치하는 평각소선층(제(n-1) 평각소선층)은 제1 및 제2 평각소선층에 비해 평각도체의 중심에 위치한 중심 원형소선에서 멀리 떨어져 위치하므로, 제(n-1) 평각소선층에 의한 리액션토크의 값도 제1 및 제2 평각소선층에 비해 상대적으로 크게 된다. 이 경우, 상기 제n 평각소선층과 제(n-1) 평각소선층이 모두 동일한 연선방향을 가지게 된다면, 평각도체의 중심에서 멀리 위치한 두 개의 평각소선층에 의해 모두 동일한 연선방향으로 리액션토크가 작용하여 각 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 비율을 맞출 수 없게 된다. 따라서, 상기 평각도체를 이루는 제n 평각소선층의 연선방향과 제(n-1) 평각소선층의 연선방향은 서로 상이하도록 결정될 수 있다.
한편, 상기 평각도체를 이루는 복수의 평각소선층의 연선방향을 살펴보면, 상기 복수의 평각소선층은 상기 연선방향이 교번적으로 이루어질 수 있다. 즉, 이웃하는 2개의 평각소선층은 그 연선방향이 서로 상이하도록 구성될 수 있다. 이는 서로 이웃하는 2개의 평각소선층이 모두 동일한 연선방향을 가지도록 구성된다면 상기 연선방향으로 작용하는 리액션토크의 합이 다른 연선방향에 따른 리액션토크의 합보다 커질 수 있을 뿐만 아니라, 상기 각 평각소선층을 이루는 평각소선을 연선하는 경우에 이웃하는 2개의 평각소선층을 서로 반대방향으로 연선하는 것이 각 층을 이루는 복수의 평각소선이 동심 원통형태를 유지하도록 하는데 유리하기 때문이다.
그런데, 경우에 따라서는 각 평각소선층의 평각소선의 두께 및 피치를 조절하여도 상기 [수학식 3] 또는 [수학식 4]를 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 상기 복수의 평각소선층 중에서 적어도 하나의 이웃하는 2개의 평각소선층은 상기 연선방향이 동일하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 각 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 절대값의 비율 또는 차이를 조절하는 경우에 각 평각소선층의 평각소선의 두께 및 피치에 의해 조절이 곤란한 경우에는 상기 연선방향을 조절할 수 있으며, 적어도 하나의 이웃하는 2개의 평각소선층의 연선방향이 서로 동일하도록 구성할 수 있다.
결국, 상기와 같이 상기 각 평각소선층의 층수, 상기 평각소선의 두께, 연선피치 및 연선방향 중에 적어도 하나를 조절하여 각 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 절대값의 비율을 조절하거나, 또는 각 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 절대값의 차이를 조절할 수 있다.
본 발명자는 상기와 같은 결과를 확인하기 위하여 실험을 수행하였으며 실험결과는 하기 [표 1] 내지 [표 3]에 도시된다.
표 1
연선방향 층별 평각소선 개수 층별 평각소선의 두께(mm) 층별 단면적(㎟) 피치 각도(θ) 리액션토크의합(Nㆍm)
중심 원형소선 1 12.00 113.10
제1 평각소선층 Z 6 3.00 137.13 9.94 1.40E+01
제2 평각소선층 S 12 3.40 221.73 12.11 4.05E+01
제3 평각소선층 Z 18 3.80 331.19 13.80 9.23E+01
제4 평각소선층 S 24 4.15 462.23 14.95 1.78E+02
상기 [표 1]은 종래 방법에 의한 평각도체의 구성에서 각 연선방향에 따른 각 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값을 상기 [수학식 2]를 사용하여 계산하였다. 여기서, 상기 탄성계수(E)는 120,000(MPa), 선팽창계수는 1.70E-05(k-1), 온도 변화(△T)는 80(k)를 적용하였다.
이 경우, 상기 S방향이 제1 방향으로 정의되고, 상기 Z 방향이 제2 방향으로 정의된다. 따라서, 상기 제1 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값에 대한 상기 제2 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율은 대략 0.486에 해당하며, 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이는 대략 112 Nㆍm에 해당한다. 따라서, 상기 [표 1]에 의한 평각도체는 전술한 [수학식 3] 또는 [수학식 4]의 조건을 만족시키지 못하므로 상기 평각도체에 의해 상기 절연층으로 리액션토크가 작용하여 상기 절연층에 잔류응력을 유발하여 절연성능을 떨어뜨리게 된다.
표 2
연선방향 층별 평각소선 개수 층별 평각소선의 두께(mm) 층별 단면적(㎟) 피치 각도(θ) 리액션토크의합(Nㆍm)
중심 원형소선 1 12.00 113.10
제1 평각소선층 Z 6 4.10 201.16 10.05 2.25E+01
제2 평각소선층 S 12 3.50 252.78 12.52 5.27E+01
제3 평각소선층 Z 18 3.75 353.68 13.95 1.08E+02
제4 평각소선층 S 24 3.00 344.66 14.40 1.32E+02
한편, 상기 [표 2]는 본 발명에 의한 전력케이블에 있어서 평각도체의 연선방향에 따른 각 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값을 계산하였다. 상기 [표 1]의 전력케이블과 비교하여, 최외곽의 평각소선층, 즉 제4 평각소선층의 평각소선의 두께를 다른 층에 비해 상대적으로 얇게 결정하고, 제1 평각소선층의 평각소선의 두께를 다른 층에 비해 상대적으로 두껍게 결정하였다.
이 경우, 상기 S방향이 제1 방향으로 정의되고, 상기 Z 방향이 제2 방향으로 정의된다. 따라서, 상기 제1 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값에 대한 상기 제2 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율은 대략 0.705에 해당하며, 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이는 대략 54.4Nㆍm에 해당한다. 따라서, 상기 [표 2]에 의한 평각도체는 전술한 [수학식 3] 또는 [수학식 4]의 조건을 만족시키게 되므로 상기 평각도체에 의해 상기 절연층으로 작용하는 리액션토크의 양이 상대적으로 작게 되어 상기 절연층의 절연성능을 떨어뜨리지 않게 된다.
표 3
연선방향 층별 평각소선 개수 층별 평각소선의 두께(mm) 층별 단면적(㎟) 피치 각도(θ) 리액션토크의합(Nㆍm)
중심 원형소선 1 12.00 113.10
제1 평각소선층 Z 6 3.90 188.97 9.54 1.98E+01
제2 평각소선층 S 12 3.45 244.44 11.83 4.73E+01
제3 평각소선층 S 18 3.90 363.67 13.29 1.04E+02
제4 평각소선층 Z 24 3.10 355.20 13.85 1.30E+02
한편, 상기 [표 3]은 본 발명에 의한 전력케이블에 있어서 평각도체의 연선방향에 따른 각 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값을 계산하였다. 상기 [표 2]의 전력케이블과 비교하여 상기 복수의 평각소선층 중에서 적어도 하나의 이웃하는 2개의 평각소선층은 상기 연선방향이 동일하게 구성된다. 본 실시예에서는 제2 평각소선층과 제3 평각소선층의 연선방향이 서로 동일하게 구성된다. 또한, 상기 [표 1]의 전력케이블과 비교하여 최외곽의 평각소선층, 즉 제4 평각소선층의 평각소선의 두께를 다른 층에 비해 상대적으로 얇게 결정하고, 제1 평각소선층의 평각소선의 두께를 다른 층에 비해 상대적으로 두껍게 결정하였다.
이 경우, 상기 S방향이 제1 방향으로 정의되고, 상기 Z 방향이 제2 방향으로 정의된다. 따라서, 상기 제1 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값에 대한 상기 제2 방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율은 대략 0.989에 해당하며, 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이는 대략 1.63Nㆍm에 해당한다. 따라서, 상기 [표 3]에 의한 평각도체는 전술한 [수학식 3] 또는 [수학식 4]의 조건을 만족시키게 되므로 상기 평각도체에 의해 상기 절연층으로 작용하는 리액션토크의 양이 상대적으로 작게 되어 상기 절연층의 절연성능을 떨어뜨리지 않게 된다.
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.
본 발명에 따르면 평각소선이 연선된 복수의 평각소선층을 구비한 평각도체를 포함하는 전력케이블에 있어서, 상기 평각소선층의 각 층의 연선방향에 따른 리액션토크의 합의 비율을 조절하여 상기 절연층에 작용하는 리액션토크를 최대한 상쇄시켜 상기 절연층의 뒤틀림현상을 방지할 수 있다.

Claims (11)

  1. 중심 원형소선과 복수개의 평각소선이 연선된 n층(n≥3)의 평각소선층을 포함하되, 제1 평각소선층은 상기 중심 원형소선 상에 S방향 또는 Z방향으로 연선되고, 제m (2≤m≤n) 평각소선층은 제(m-1) 평각소선층 상에 S방향 또는 Z방향으로 연선되어 이루어지는 평각도체;
    상기 평각도체를 감싸는 내부반도전층;
    상기 내부반도전층을 감싸는 절연층;
    상기 절연층을 감싸는 외부반도전층;
    상기 외부반도전층 외부에 구비된 금속시스; 및
    상기 금속시스 외부에 구비되는 케이블 보호층;을 포함하고,
    상기 평각도체의 상기 각 평각소선층의 연선방향에 따른 리액션토크(T)의 합은 하기식에 의해 계산되며,
    Figure PCTKR2015001609-appb-I000003
    여기서, 'E'는 상기 평각소선의 재질에 따른 탄성계수, 'ε'는 상기 평각소선의 재질에 따른 변형율, 'A'는 상기 각 평각소선의 단면적, 'θ'는 상기 각 평각소선의 피치 각도, 'DP/2'는 상기 평각도체의 중심에서 상기 각 평각소선의 무게중심까지의 거리, 'N'은 상기 각 평각소선층을 이루는 평각소선의 개수로 정의되며,
    S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 비율이 하기식을 만족하고,
    Figure PCTKR2015001609-appb-I000004
    여기서, S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값보다 큰 경우에는 S방향을 제1 방향 그리고　Z방향을 제2 방향으로 정의하고, Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값이 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값보다 큰 경우에는 Z방향을 제1 방향 그리고　S방향을 제2 방향으로 정의하며,
    상기 평각도체의 상기 최외곽 평각소선층(제n 평각소선층)과 상기 최외곽 평각소선층에 접하여 내측에 위치하는 평각소선층(제(n-1) 평각소선층)은 그 연선방향이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평각도체에서 최외곽 평각소선층(제n 평각소선층)의 평각소선의 두께가 다른 평각소선층의 평각소선의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 평각도체에서 최내곽 평각소선층(제1 평각소선층)의 평각소선의 두께는 다른 평각소선층의 평각소선의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 평각도체의 크기는 1000 ㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평각도체의 온도변화(△T)가 80℃인 경우에 상기 S방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값과 상기 Z방향으로 연선된 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값의 차이가 60 Nㆍm 이하인 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연선방향에 따른 상기 평각소선층의 리액션토크의 합의 절대값을 조절하는 경우에 상기 각 평각소선층의 층수, 상기 평각소선의 두께, 연선피치 및 연선방향 중에 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 평각소선층은 상기 연선방향이 교번적으로 이루어지는 것을 특징으로하는 전력케이블.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 평각소선층 중에서 적어도 하나의 이웃하는 2개의 평각소선층은 상기 연선방향이 동일한 것을 특징으로하는 전력케이블.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제m 평각소선층에 포함되는 상기 평각소선의 갯수는 '6*m (1≤m≤n)'에 대응하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 절연유에 함침된 절연지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 절연지는 크라프트지와 폴리프로필렌수지층으로 이루어지는 복합절연지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력케이블.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045057A (ko) * 2008-08-15 2011-05-03 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 연선 복합 케이블과 그 제조 및 사용 방법
CN201838380U (zh) * 2010-09-26 2011-05-18 杭州电缆有限公司 一种电力电缆
KR20120057824A (ko) * 2010-11-29 2012-06-07 대한전선 주식회사 평활 금속시스를 갖는 전력케이블
US20120170900A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-05 Alcan Products Corporation Aluminum Alloy Conductor Composite Reinforced for High Voltage Overhead Power Lines
CN202771837U (zh) * 2012-09-14 2013-03-06 江苏南瑞银龙电缆有限公司 一种运行状态可检测电缆

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045057A (ko) * 2008-08-15 2011-05-03 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 연선 복합 케이블과 그 제조 및 사용 방법
CN201838380U (zh) * 2010-09-26 2011-05-18 杭州电缆有限公司 一种电力电缆
KR20120057824A (ko) * 2010-11-29 2012-06-07 대한전선 주식회사 평활 금속시스를 갖는 전력케이블
US20120170900A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-05 Alcan Products Corporation Aluminum Alloy Conductor Composite Reinforced for High Voltage Overhead Power Lines
CN202771837U (zh) * 2012-09-14 2013-03-06 江苏南瑞银龙电缆有限公司 一种运行状态可检测电缆

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