WO2017155174A1 - 이동용 케이블 - Google Patents

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WO2017155174A1
WO2017155174A1 PCT/KR2016/010766 KR2016010766W WO2017155174A1 WO 2017155174 A1 WO2017155174 A1 WO 2017155174A1 KR 2016010766 W KR2016010766 W KR 2016010766W WO 2017155174 A1 WO2017155174 A1 WO 2017155174A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
cable
power line
bedding
line unit
Prior art date
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Ceased
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PCT/KR2016/010766
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English (en)
French (fr)
Inventor
이형국
조창은
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LS Cable and Systems Ltd
Original Assignee
LS Cable and Systems Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by LS Cable and Systems Ltd filed Critical 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
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/22—Cables including at least one electrical conductor together with optical fibres
    • 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
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/14—Insulating conductors or cables by extrusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/04—Concentric cables

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a mobile cable.
  • AMP Advanced Maritime Power System
  • mobile cranes such as stackers and reclaimers used in thermal power plants, steel mills, etc.
  • Large heavy equipment such as RTBC (Rubber Tyred Gantry Crane), RMGC (Rail Mounted Gantry Crane), STS (Ship to Shore), CSU (Continuous Ship Unloaded), etc.
  • power supply, and the optical power signal cable combined with the optical cable and power cable is used for monitoring the crane.
  • the optical power signal cable used for the land power supply device and mobile heavy heavy equipment as described above moves along with the movement of large heavy equipment such as a ship or a crane, and repeats the unwinding and winding on a reel attached to the ship or the crane.
  • the sheath the outermost layer of the optical power signal cable, is also stretched apart from the bedding.
  • the sheath of the optical power signal cable is pushed apart from the bedding and the sheath overlaps.
  • a main object of the present invention is to provide a mobile cable that can prevent the sheath and the bedding of the mobile cable from being separated even in an environment where the mobile cable is twisted or a tensile force is applied to the mobile cable, and can withstand the tension due to the cable twist.
  • a moving cable includes a plurality of power line units each consisting of a conductor and an insulating layer covering the conductor, a plurality of ground line units disposed between the adjacent power line units, and a plurality of signal lines.
  • a signal line unit comprising a signal line unit, a bedding layer surrounding an outer portion of the power line unit, the ground line unit, and the signal line unit, a sheath layer surrounding the bedding layer, and a fiber braided layer disposed between the bedding layer and the sheath layer. ; It is provided, the braid angle ( ⁇ ) of the fiber braided layer may be 35 to 55 degrees.
  • the load ( ⁇ ) that can be tolerated by the moving cable when the torsion occurs in the moving cable is represented by the following equation, Where r is the radius of the cable for movement, ⁇ is the torsion angle of the cable for movement, when the braid angle ( ⁇ ) of the fiber braided layer is 35 to 55 degrees, the load may be maximum.
  • the sheath layer and the bedding layer may be made of the same material.
  • the sheath layer and the bedding layer may be made of TPU (Thermoplastic Poly Urethane) or CR.
  • the sheath layer and the bedding layer may be adhered to each other by a tandem extrusion or co-extrusion process.
  • the ratio (T / r) of the thickness (T) of the sheath layer and the radius (r) of the moving cable may be 5 to 10%.
  • the peel strength between the sheath layer and the bedding layer may be 10 to 15kgf / mm.
  • the optical fiber unit may further include at least one optical fiber core wire and a tube for mounting the optical fiber core wire.
  • the sheath and the bedding of the cable are prevented from being separated, and the tensile strength due to the torsion is maximally tolerated.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a cable for movement according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a moving cable according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a plan view showing a fiber braided layer formed on the bedding layer.
  • Figure 4 is a perspective view of the mobile cable schematically shown to calculate the load the mobile cable receives when twisted.
  • 5 is a graph showing the relationship between the load received by the moving cable, the radius of the moving cable, the pitch angle of the fiber braided layer, and the torsion angle when the twisting occurs in the movable cable.
  • FIG. 6 is a graph showing a load that a moving cable receives according to the braid angle of the fiber braided layer.
  • FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing a manufacturing process of a mobile cable according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a moving cable according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing a moving cable according to an embodiment of the present invention.
  • the mobile cable 100 is a power line unit (110a, 110b, 110c), ground line unit (120a, 120b), optical fiber unit 140, signal line unit 130 ), A sheath layer 151, a bedding layer 152, and a fiber braided layer 153.
  • the power line units 110a, 110b, 110c function to transmit power.
  • the power line units 110a, 110b, and 110c may be formed of a conductor 111 and an insulating layer 112 surrounding the outer surface of the conductor 111, respectively.
  • the conductor 111 may be made of a conductive material such as copper and aluminum.
  • the power line unit may be provided in plural in the mobile cable 100.
  • the power line units 110a, 110b, and 110c may include the first power line unit 110a, the second power line unit 110b, and the third power line unit ( 110c).
  • the first power line unit 110a, the second power line unit 110b, and the third power line unit 110c may supply 6.6 kV power having a phase difference of 120 degrees.
  • the first power line unit 110a, the second power line unit 110b, and the third power line unit 110c may be disposed to circumscribe each other. That is, the first power line unit 110a and the second power line unit 110b circumscribe each other, the second power line unit 110b and the third power line 110c unit circumscribe each other, or the third power line unit 110c and the third power line unit 110c.
  • the first power line units 110a may circumscribe each other.
  • Each of the first power line unit 110a, the second power line unit 110b, and the third power line unit 110c may have the same cross-sectional area.
  • the diameter d1 of the first power line unit 110a, the diameter d2 of the second power line unit 110b, and the diameter d3 of the third power line unit 110c are the same, and the first power line unit 110a is the same.
  • the cross-sectional areas of the second power line unit 110b and the third power line unit 110c may also be the same.
  • Each of the first power line unit 110a, the second power line unit 110b, and the third power line unit 110c may be disposed at intervals of 120 ° with respect to the central axis of the moving cable 100.
  • the first power line unit 110a, the second power line unit 110b, and the third power line unit 110c may be disposed at intervals of 120 ° to contribute to maintaining the circular shape of the moving cable 100.
  • a string 160 may be disposed at the center of the moving cable 100.
  • the stirring 160 may be made of a rubber-based material or a semi-conductive rubber-based material, and is disposed at the center of the moving cable 100 to maintain the arrangement of the power line units 110a, 110b, and 110c disposed around the moving cable 100. Can be performed.
  • the ground line units 120a and 120b may be formed of a conductive line 121 made of a conductive material such as copper and aluminum and an insulating layer 122 surrounding the conductive line 121.
  • the ground line units 120a and 120b are grounded at one end or both ends thereof, so that a current flows to the ground when a lightning strike or a short circuit occurs, or a capacitance exists to smoothly flow the current of the merchant line.
  • a plurality of ground line units may be disposed in the movement cable 100, but as an example, as shown in FIG. 1, the ground line unit may include a first ground line unit 120a and a second ground line unit 120b.
  • each of the first ground line unit 120a, the second ground line unit 120b, and the optical fiber unit 140 may be distributed between neighboring power line units 110a, 110b, and 110c. More specifically, the first ground line unit 120a may be disposed between the first power line unit and the second power line unit, and the second ground line unit may be disposed between the first power line unit and the third power line unit. have. In addition, the optical fiber unit may be disposed between the second power line unit and the third power line unit.
  • the ground wire units 120a and 120b may have a diameter substantially the same as that of the optical fiber unit 140, and as an example, the diameter of the optical fiber unit 140 may be 90% to 110% of the diameter of the ground wire unit. have.
  • the first grounding wire unit 120a, the second grounding wire unit 120b, and the optical fiber unit 140 each having the same cross-sectional area are distributed among the power line units 110a, 110b, and 110c so that the mobile cable 100 may be moved. It can improve the structural stability of. That is, when the sizes of the ground line units 120a and 120b and the optical fiber unit 140 are different from each other, an eccentricity may occur when the ground line units 120a and 120b and the optical fiber unit 140 are combined.
  • the cross-sectional areas of the ground line units 120a and 120b and the optical fiber unit 140 are formed to be substantially the same, and the structural stability can be improved by distributing them between the power line units 110a, 110b and 110c.
  • the ground line units 120a and 120b and the optical fiber unit 140 may be external to at least one power line unit of two adjacent power line units 110a, 110b and 110c. That is, referring to FIGS. 1 and 2, the first ground line unit 120a may be external to the first power line unit 110a or the second power line unit 110b, and the second ground line unit 120b may be the first power line. It may be external to the unit 110a or the third power line unit 110c. In addition, the optical fiber unit 140 may be external to the second power line unit 110b or the third power line unit 110c.
  • the sum of the cross-sectional areas of the conductors of the entire ground line units 120a and 120b in the moving cable 100 may be 50% or more of the cross-sectional areas of the conductors of one power line unit. That is, the first and second ground wire units 120a and 120b of the moving cable 100 have two bars.
  • the area B1 of the conductor of the first ground wire unit 120a and the area of the conductor of the second ground wire unit 120b ( The sum of B2) may be 50% or more of the area A of the conductor of one of the three powerline units 110a.
  • the sum of the cross-sectional areas of the conductors of the ground line units 120a and 120b is 50% or more of the cross-sectional area of the conductors of one power line unit, thereby ensuring sufficient grounding force even when the power line unit transmits the high voltage of the three-phase power source.
  • the optical fiber unit 140 may include an optical fiber core wire 141, a loose tube 142, a filler 144, and a sheath layer 143.
  • the loose tube 142 constituting the optical fiber unit 140 is made of plastic resin such as polypropylene (PP), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), and polyamide (PA) such as nylon-12. It may be preferably made of polybutylene terephthalate (PBT).
  • the polybutylene terephthalate (PBT) resin has the advantage of excellent flexibility and mechanical strength, and a fast crystallization rate, so that the degree of shrinkage in the longitudinal direction after manufacturing the loose tube 142 is small.
  • the loose tube 142 may have a tube shape to mount the optical fiber core wire 141 and the filler 144 therein.
  • the outer diameter / inner diameter of the loose tube 142 is determined according to the purpose of the cable 100, the standard is the number of the optical fiber core wire 141 is mounted inside the loose tube 142, It may be determined according to the content of the filler 144, bending characteristics required by the cable 100, and the like.
  • a predetermined number of optical fiber core wires 141 may be mounted in the loose tube 142 forming the optical fiber unit 140.
  • the number of optical fiber cores 141 mounted in the loose tube 142 may be one, two, or three or more as necessary. That is, the number of the optical fiber core wires 141 may vary depending on the data transmission efficiency that can be transmitted per unit time of the optical fiber unit including the same, the flexibility of the cable, and the like.
  • Each of the optical fiber core wires 141 has a double-cylindrical structure in which a portion called a core in the center is wrapped around a portion called cladding, wherein the core is made of silica having high refractive index.
  • the fiberglass fiber wire of the wire is used, and the cladding uses glass or synthetic resin made of silica material having a lower refractive index than the core, so that light passing through the center is totally reflected to transmit a signal. It can be implemented to play a role.
  • a core having a diameter of several micrometers may be referred to as a single-mode optical fiber core wire, and a core having several tens of micrometers may be referred to as a multimode optical fiber core wire, and may be classified into a staircase or a hill-shaped optical fiber core wire according to the refractive index distribution of the core.
  • the optical fiber core wire 141 uses a multi-mode optical fiber for the ease of the optical fiber connection work during the connecting operation.
  • the filler 144 may be filled in the loose tube 142 together with the optical fiber core 141. Due to the contact between the optical fiber core wires 141 or the optical fiber core wire 141 and the loose tube 142, the optical fiber core wire 141 may be stressed, and thus signal loss may occur.
  • the filler 144 may reduce the stress between the optical fiber cores 141 or between the optical fiber cores 141 and the loose tube 142 to reduce the stress therebetween.
  • Filler 144 may be a waterproof powder or jelly compound.
  • the waterproof powder is a super absorbent polymer (SAP), and has a property of absorbing water up to several tens to hundreds of times its own weight to prevent water from penetrating into the loose tube 142.
  • SAP super absorbent polymer
  • the waterproof powder may be polyacrylate, PVA maleic acid reactant, isobutylene maleic acid copolymer, polyacrylonitrile polymer, polyethylene oxide crosslinked product, starch acrylonitrile polymer, starch acrylic acid graft polymer, or the like.
  • the signal line unit 130 may be composed of a plurality of signal lines including a conductor and an insulating layer covering the conductor, and the signal line units 130 may be distributed in the movement cable 100.
  • each of the signal line units 130 includes power line units 110a, 110b, and 110c and ground line units 120a and 120b, which are adjacent to each other, and power line units 110b and 110c and an optical fiber unit, which are adjacent to each other.
  • the signal line unit 130 may be disposed in a space formed by an outer surface of the power line units 110a, 110b, and 110c adjacent to each other and an outer surface of the ground line units 120a and 120b. And, it is disposed in the space formed by the outer surface of the power line unit (110b, 110c) and the outer surface of the optical fiber unit 140 adjacent to each other, it can be distributed in the movement cable 100.
  • each of the signal line units may be disposed between the first power line unit 110a and the first ground line unit 120a, between the second power line unit 110b and the first ground line unit 120a, and the second power line unit 110b.
  • the optical fiber unit 140 between the third power line unit 110c and the optical fiber unit 140, between the third power line unit 110c and the second ground line unit 120b, and with the first power line unit 110a
  • the second ground wire unit 120b may be distributedly disposed.
  • the plurality of signal line units 130 are distributed in the moving cable 100, when a part of the signal line unit 130 is disconnected due to bending stress, another signal line unit 130 that is not disconnected may be used. It is possible to improve the problem that the signal transmission is stopped.
  • the signal line unit 130 is disposed within the common circumference of the power line units 110a, 110b, and 110c and the ground line units 120a and 120b, the signal line unit 130 is spaced apart from the sheath layer 151, which is the outermost layer of the moving cable 100.
  • the influence of the signal line unit 130 on the impact or stress from the outside of the layer 151 may be reduced, thereby reducing the risk of disconnection of the signal line unit 130 due to external impact or stress.
  • the total cross sectional area of the conductors of the plurality of signal line units may be less than or equal to 50% of the cross sectional area of the conductors of one ground line unit 120a or 120b.
  • the mobile cable 100 according to the present invention is wound in a manner of being laminated in a reel or the like, in case of receiving excessive fatigue and stress by repeating the unwinding and winding of the reel, etc. Even when the load increases, the optical fiber unit 211 inside the mobile cable 100 is effectively protected, thereby exhibiting an excellent effect of maintaining a relatively long life.
  • the ground line unit and the optical fiber unit are formed in the same size, and by distributing the plurality of signal line units 130, the structural safety of the mobile cable 100 is improved, and the risk of disconnection of the signal line unit 130 due to external force is reduced. In addition, even when some signal line units 130 are disconnected by an external force, it is possible to prevent the signal transmission by the disconnection from being interrupted by using another signal line unit.
  • the sheath layer 151 may be disposed at the outermost portion of the moving cable 100 while surrounding the power line units 110a, 110b and 110c, the ground line units 120a and 120b, the optical fiber unit 140, and the signal line unit 130. Can be.
  • the bedding layer 152 may be formed under the sheath layer 151.
  • the bedding layer 152 may be made of the same material as the sheath layer 151.
  • the sheath layer 151 and the bedding layer 152 may be made of Thermoplastic Polyurethane (TPU) or CR.
  • the sheath layer 151 and the bedding layer 152 may be adhered to each other by a tandem extrusion or co-extrusion process. This will be described later.
  • the ratio T / r of the thickness T of the sheath layer 151 and the radius r of the moving cable 100 may be 5 to 10%.
  • the ratio T / r is less than 5%, the thickness of the sheath layer 151 is thin compared to the diameter of the cable 100 for movement, and thus, the power line unit, the ground line unit, and the optical fiber located inside the cable 100 for movement. If the ratio (T / r) is greater than 10%, the thickness of the sheath layer 151 becomes thicker than the diameter of the cable 100 for moving, so that the material cost of the cable 100 for moving is 100%. It cannot rise and form the structure of a compact portable cable.
  • peel strength may be 10 to 15kgf / mm.
  • the present invention forms the ratio (T / r) of the thickness (T) of the sheath layer 151 and the radius (r) of the moving cable (100) to 5 to 10%, so that the sheath layer (151) and the bedding layer ( Since the peel strength of 15) can be maintained at 10 to 15 kgf / mm, it is possible to prevent the sheath layer 151 and the bedding layer from being separated even in a harsh mobile environment.
  • a fiber braided layer 153 may be provided between the sheath layer 151 and the bedding layer 152.
  • the fiber braided layer 153 may be a braided structure made of high strength fibers, such as synthetic resins such as polyamide and polyester, glass fibers, and aramid fibers.
  • the fiber braided layer 153 may be disposed between the sheath layer 151 and the bedding layer 152 with the high strength fibers having a predetermined braid angle ⁇ as shown in FIG. 3.
  • the braiding angle ⁇ means an angle between the longitudinal direction of the cable 100 for movement and the longitudinal direction of the high strength fiber. According to the braid angle of the fiber braided layer 153, the tensile force due to the twist of the moving cable 100 is changed. This will be described later.
  • the fiber braided layer 153 is disposed between the sheath layer 151 and the bedding layer 152 to increase the bonding force between the sheath layer 151 and the bedding layer 152 and to apply a tensile force due to the twisting of the cable as a reinforcing material.
  • the damage of the cable is minimized to prevent the internal wires from being disconnected in the mobile cable 100 exposed to the mobile environment.
  • the sheath layer 151 which is the outermost layer, is worn, and wires in the bedding layer 152 may be disconnected or twisted. Even when the sheath layer 151 is worn, the fiber braided layer 153 firmly holds the bedding layer 152 at the outside of the bedding layer 152 and can suppress the wires therein from being disconnected.
  • the fiber braided layer 153 may improve the mechanical strength of the sheath layer 151 protecting the moving cable 100, and may improve the restoring force when the moving cable 100 is twisted.
  • the fiber braided layer 153 may increase the load received by the cable 100 for movement when a tensile force is applied due to the twisting of the cable 100 for movement.
  • the load received by the moving cable 100 is related to the braiding angle of the fiber braiding layer 153, and the load received by the moving cable 100 when the braiding angle ⁇ of the fiber braiding layer 153 is 35 to 55 degrees. This can be maximum.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating a moving cable to calculate a load received by the moving cable 100 when twisting
  • FIG. 5 illustrates a moving cable 100 when twisting occurs in the moving cable 100 as shown in FIG. 4. It is a graph which shows the relationship with the load (epsilon) received, the radius r of the movement cable 100, the braid angle (alpha) of the fiber braided layer 153, and the torsion angle (theta).
  • L1 is a vector representing the fiber braided layer 153 disposed in the cable 100 for movement at a braid angle ⁇
  • L2 is a predetermined twist angle ⁇ for the cable 100 for movement. Is a vector representing the fiber braided layer 153 when twisted with.
  • the magnitude of the vector L1 is expressed by the following equation (1) in relation to the braid angle ⁇ .
  • the magnitude of the vector L2 is obtained by the vector product of the vector L1 and the vector r ⁇ , and the result is given by Equation 2 below.
  • the load ⁇ received by the moving cable 100 is obtained by the following equation (3).
  • Equation 3 representing the load ⁇
  • Equations 1 and 2 representing L1 and L2, respectively
  • Equation 4 is obtained.
  • FIG. 6 illustrates a braiding angle of the fiber braided layer 153 when the moving cable 100 having a radius r of 10 mm is twisted at a torsion angle ⁇ of 120 °, 80 °, and 40 °, respectively. It is a graph showing the load?
  • the load ⁇ of the moving cable 100 increases as the braiding angle ⁇ of the fiber braiding layer 153 varies from 0 ° to approximately 45 ° when the torsion angle ⁇ is 120 °. Then, the braid angle ⁇ decreases as it changes from approximately 45 ° to 90 °, and the load ⁇ becomes maximum at the braid angle ⁇ at 45 °.
  • the load ⁇ of the moving cable 100 increases when the twist angle? Of the fiber braiding layer 153 varies from 0 ° to about 45 ° when the torsion angle ⁇ is 80 °, and again the braid angle ( ⁇ ) decreases as it changes from approximately 45 ° to 90 °, and the braiding angle ⁇ becomes maximum at 45 ° at the load.
  • the load ⁇ of the mobile cable 100 increases when the twist angle ⁇ of the fiber braiding layer 153 changes from 0 ° to about 45 ° when the torsion angle ⁇ is 40 °. ( ⁇ ) decreases as it changes from approximately 45 ° to 90 °, and the load ( ⁇ ) becomes maximum at the braiding angle ⁇ of 45 °.
  • the load ⁇ of the mobile cable 100 increases as the braiding angle ⁇ of the fiber braiding layer 153 varies from 0 ° to approximately 45 °, again.
  • the braid angle ⁇ decreases as it changes from approximately 45 ° to 90 °.
  • the braiding angle ⁇ of the fiber braiding layer 153 is 35 to 55 degrees, when the torsion occurs in the moving cable 100, the load ⁇ that the moving cable 100 can withstand can be maximized. That is, when the braiding angle ⁇ of the fiber braided layer 153 is less than 35 ° or greater than 55 °, the cable 100 for movement cannot be tolerated by the torsional load in a severe mobile environment with a lot of bending and torsion. Problems in which the 100 is broken may occur.
  • FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing a manufacturing process of a mobile cable according to an embodiment of the present invention.
  • power line units 110a, 110b, and 110c, ground line units 120a and 120b, and optical fiber unit 140 are associated with the first bobbin 10.
  • the power line units 110a, 110b, and 110c may be circumscribed to each other, and the ground line units 120a and 120b and the optical fiber unit 140 may be associated with each other in a form circumscribed to the power line units 110a, 110b and 110c.
  • the associated power line units 110a, 110b, and 110c, the ground line units 120a and 120b, and the optical fiber units 140 are fed to the first extruder 20 to undergo a bedding process.
  • the first extruder 20 may form a bedding layer 152 around the associated power line units 110a, 110b and 110c, the ground line units 120a and 120b, and the optical fiber units 140.
  • the bedding layer 152 may be made of TPU or CR.
  • the fiber braiding layer 153 may be formed on the bedding layer 152 by feeding into the braiding machine 30. As described above, the fiber braiding layer 153 may have a braiding angle ⁇ of 35 to 55 degrees to maximize the load that the cable 100 to withstand when twisted.
  • the sheath layer 151 may be formed in the second extruder 40.
  • the sheath layer 151 is formed on the bedding layer 152 as the outermost layer of the mobile cable 100, and the sheath layer 151 completely covers the fiber braided layer 153 and thus the sheath layer 151 and the bedding.
  • the fiber braided layer 153 is positioned between the layers 152.
  • the sheath layer 151 may be made of the same material as the bedding layer 152, and may be made of TPU or CR as an example. That is, when the bedding layer 152 is a TPU, the sheath layer 151 may also be formed of a TPU. When the bedding layer 152 is a CR, the sheath layer 151 may also be formed of a CR.
  • the sheath layer 151 may be formed by a tandem process.
  • the tandem process is a process of making the temperature of the bedding layer 152 equal to the temperature of the sheath layer 151 when the sheath layer 151 is formed.
  • the bedding layer 152 and the sheath layer 151 are formed in separate extruders 20 and 40 instead of one extruder, and the bedding layer 152 is formed after forming the sheath layer 151.
  • the sheath layer 151 is extruded onto the bedding layer 152 such that the temperature inside and outside the layer 152 is the same as the sheath layer 151 formation temperature in the second extruder 40.
  • the sheath layer 151 is extruded and formed on the bedding layer 152 by a tandem process
  • the sheath layer made of the same material by making the temperature of the bedding layer 152 equal to the temperature of the sheath layer 151 to be extruded.
  • the sheath layer 151 and the bedding layer 152 are bonded between the 151 and the bedding layer 152 without additional adhesive.
  • the bedding layer 152 is considered in consideration of a temperature drop while maintaining or moving the temperature of the bedding layer 152 while moving to the second extruder 30.
  • the temperature of the bedding layer 152 is preferably equal to the temperature of the sheath layer 151 formed in the second extruder 30.
  • the movable cable 100 on which the sheath layer 151 is formed is wound around the first bobbin 50.
  • the movable cable 100 has the sheath layer 151 and the bedding layer 152 made of the same material and formed by a tandem process so that the sheath layer 151 and the bedding layer ( It is possible to increase their adhesive strength without a separate adhesive between the 152, and between the sheath layer 151 and the bedding layer 152, a fiber braided layer 153 having a predetermined braid angle is formed so that the sheath layer 151 Not only can the adhesion between the bedding layer 152 be improved, but the load that the cable 100 can withstand in a mobile environment can be increased.

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Abstract

본 발명은 이동용 케이블이 비틀리거나 이동용 케이블에 인장력이 가해지는 환경에서도 이동용 케이블의 시스와 베딩이 분리되는 것을 방지하고 비틀림에 따른 인장력을 최대한 견딜 수 있는 이동용 케이블에 관한 것이다.

Description

이동용 케이블
본 발명의 일 실시예는 이동용 케이블에 관한 것이다.
항만에 접안 중인 선박에 전원을 공급하는 육상 전력 공급 장치(AMP·Alternative Maritime Power System), 화력발전소, 제철소 등에서 사용되는 스태커(stacker), 리클레이머(reclaimer) 같은 이동용 크레인(crane), 항만 등에 사용되는 RTGC(Rubber Tyred Gantry Crane), RMGC(Rail Mounted Gantry Crane), STS(Ship to Shore), CSU(Continuous Ship Unloaded) 같은 이동용 크레인(crane) 등의 대형 중장비는 통상 6.6kV 급의 전원을 인가하여 동작시키고, 전원인가와 동시에 크레인의 모니터링을 위해서 광케이블과 전력케이블을 연합한 광 전력 신호 케이블이 사용된다.
상기와 같은 육상 전력 공급 장치 및 이동용 대형 중장비 용도로 사용되는 광 전력 신호 케이블은 선박이나 크레인 같은 대형 중장비 이동과 함께 움직이며, 상기 선박이나 크레인 등에 부착된 릴(reel)에 풀림과 감김을 반복하게 되어 광 전력 신호 케이블의 최외곽층인 시스가 베딩과 분리되어 늘어나기도 한다. 또한, 광전력 신호 케이블의 종단과 시단 시스에 접속되는 단말부가 광 전력 신호 케이블의 길이 방향으로 압력을 받게 되면 광 전력 신호 케이블의 시스가 베딩과 분리되어 밀리면서 시스가 오버랩이 되는 문제점이 있다.
또한, 가혹한 이동 환경에 사용되는 이동용 케이블의 경우 케이블의 비틀림에 따른 인장력이 매우 커서 시스가 마모되고 케이블 내부의 전선이 단선 되는 문제점이 있다.
따라서 이동용 케이블이 이동 환경에서 시스와 베딩이 분리되는 것을 방지하고 케이블의 비틀림에 따른 인장력을 견딜 수 있는 이동용 전력 케이블이 요구되고 있다.
본 발명의 주된 목적은 이동용 케이블이 비틀리거나 이동용 케이블에 인장력이 가해지는 환경에서도 이동용 케이블의 시스와 베딩이 분리되는 것을 방지하고 케이블의 비틀림에 따른 인장력을 견딜 수 있는 이동용 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블은, 도체와 상기 도체를 피복하는 절연층으로 각각 이루어진 복수 개의 전력선 유닛과, 서로 이웃하는 상기 전력선 유닛들 사이에 배치되는 복수 개의 접지선 유닛과, 복수 개의 신호선들로 이루어진 신호선 유닛과, 상기 전력선 유닛, 상기 접지선 유닛, 및 상기 신호선 유닛의 외곽을 감싸는 베딩층과, 상기 베딩층을 감싸는 시스층과, 상기 베딩층과 상기 시스층 사이에 배치되는 섬유 편조층; 을 구비하며, 상기 섬유 편조층의 편조 각도(α)는 35 내지 55도일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이동용 케이블에 비틀림이 발생한 경우 상기 이동용 케이블이 견딜 수 있는 하중 (ε)은 다음 수학식과 같고,
Figure PCTKR2016010766-appb-I000001
여기서 r은 상기 이동용 케이블의 반경이고, θ는 상기 이동용 케이블의 비틀림 각도이며, 상기 섬유 편조층의 편조 각도(α)가 35 내지 55도인 경우, 상기 하중이 최대가 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시스층과 상기 베딩층은 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시스층과 상기 베딩층은 TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 또는 CR로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시스층과 상기 베딩층은 텐덤(Tandem) 압출 또는 동시 압출 공정에 의해 서로 접착될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시스층의 두께(T)와 상기 이동용 케이블의 반경(r)의 비율(T/r)은 5 내지 10%일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시스층과 상기 베딩층 사이의 박리강도는 10 내지 15kgf/mm일 수 있다.
본 발명에 있어서, 적어도 하나 이상의 광섬유 심선과 상기 광섬유 심선을 실장하는 튜브를 갖는 광섬유 유닛을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이동용 케이블이 비틀리거나 이동용 케이블에 인장력이 가해지는 환경에서도 이동용 케이블의 시스와 베딩이 분리되는 것을 방지하고 비틀림에 따른 인장력을 최대한 견딜 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 베딩층 상에 형성된 섬유 편조층을 나타내는 평면도이다.
도 4는 이동용 케이블이 비틀림시 받는 하중을 계산하기 위해 개략적으로 도시한 이동용 케이블의 사시도이다.
도 5는 이동용 케이블에 비틀림이 발생한 경우 이동용 케이블이 받는 하중, 이동용 케이블의 반경, 섬유 편조층의 피치 각도, 및 비틀림 각도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 섬유 편조층의 편조 각도에 따라 이동용 케이블이 받는 하중을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블(100)은 전력선 유닛(110a, 110b, 110c), 접지선 유닛(120a, 120b), 광섬유 유닛(140), 신호선 유닛(130), 시스층(151), 베딩층(152), 및 섬유 편조층(153)을 구비할 수 있다.
전력선 유닛(110a, 110b, 110c)은 전력을 전송하는 기능을 한다. 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)은 각각 도체(111)와 상기 도체(111)의 외측면을 감싸는 절연층(112)으로 이루어질 수 있다. 도체(111)는 구리, 알루미늄 등의 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
전력선 유닛은 이동용 케이블(100) 내에서 복수 개가 구비될 수 있다. 일 예로서, 이동용 케이블(100)이 3상 전원을 전송하는 경우에는 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)은 제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c)으로 이루어질 수 있다. 제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c)은 120도의 위상차를 갖는 6.6kV 전력을 공급할 수 있다.
제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c)은 서로 외접하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 전력선 유닛(110a)과 제2 전력선 유닛(110b)이 서로 외접하거나, 제2 전력선 유닛(110b)과 제3 전력선(110c) 유닛이 서로 외접하거나, 제3 전력선 유닛(110c)과 제1 전력선 유닛(110a)이 서로 외접할 수 있다.
제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c) 각각은 그들의 단면적이 동일할 수 있다. 제1 전력선 유닛(110a)의 직경(d1), 제2 전력선 유닛(110b)의 직경(d2), 및 제3 전력선 유닛(110c)의 직경(d3)은 동일하며, 제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c) 각각의 단면적도 동일할 수 있다.
제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c) 각각은 이동용 케이블(100)의 중심축을 중심으로 120° 간격으로 배치될 수 있다. 제1 전력선 유닛(110a), 제2 전력선 유닛(110b), 및 제3 전력선 유닛(110c)이 120° 같은 간격으로 배치됨으로써 이동용 케이블(100)의 원형 유지에 기여할 수 있다.
이동용 케이블(100)의 중심에는 스트링(string)(160)이 배치될 수 있다. 스티링(160)은 고무 계열 물질이나 반도전 고무 계열 물질로 이루어질 수 있으며, 이동용 케이블(100)의 중심에 배치됨으로써 이의 둘레에 배치된 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)의 배치를 유지하도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
접지선 유닛(120a, 120b)은 구리, 알루미늄 등의 전도성 물질로 이루어진 도선(121)과 이를 감싸는 절연층(122)으로 이루어질 수 있다. 접지선 유닛(120a, 120b)은 일단 또는 양단이 그라운드에 접지되어 있어 낙뢰 발생시 또는 누전시 전류를 그라운드로 흘려보내거나, 상선의 전류가 원활히 흐르도록 커패시턴스가 존재하는 기능을 수행한다.
복수 개의 접지선 유닛이 이동용 케이블(100) 내에 배치될 수 있으나, 일 예로서 도 1에 도시된 바와 같이 접지선 유닛은 제1 접지선 유닛(120a)과 제2 접지선 유닛(120b)으로 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 접지선 유닛(120a), 제2 접지선 유닛(120b), 및 광섬유 유닛(140) 각각은 서로 이웃하는 전력선 유닛(110a, 110b, 110c) 사이에 분산 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 접지선 유닛(120a)은 제1 전력선 유닛과 상기 제2 전력선 유닛 사이에 배치되고, 상기 제2 접지선 유닛은 상기 제1 전력선 유닛과 상기 제3 전력선 유닛 사이에 배치될 수 있다. 또한, 광섬유 유닛은 상기 제2 전력선 유닛과 상기 제3 전력선 유닛 사이에 배치될 수 있다.
접지선 유닛(120a, 120b)은 그 직경이 광섬유 유닛(140)의 직경과 실질적으로 동일할 수 있으며, 일 예로서, 광섬유 유닛(140)의 직경은 접지선 유닛의 직경의 90% 내지 110%일 수 있다.
이와 같이, 동일한 단면적을 갖는 제1 접지선 유닛(120a), 제2 접지선 유닛(120b), 및 광섬유 유닛(140) 각각이 전력선 유닛(110a, 110b, 110c) 사이에 분산 배치됨으로써 이동용 케이블(100)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 접지선 유닛(120a, 120b)과 광섬유 유닛(140)의 크기가 서로 다른 경우 접지선 유닛(120a, 120b)과 광섬유 유닛(140)의 연합시 편심이 발생할 수 있다. 상술한 바와 같이 접지선 유닛(120a, 120b)과 광섬유 유닛(140)의 단면적을 실질적으로 동일하게 형성하고, 이들을 전력선 유닛(110a, 110b, 110c) 사이에 분산 배치함으로써 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
접지선 유닛(120a, 120b)과 광섬유 유닛(140)은 인접하는 2개의 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)들 중 적어도 하나의 전력선 유닛에 외접할 수 있다. 즉, 도 1 및 2를 참조하면, 제1 접지선 유닛(120a)은 제1 전력선 유닛(110a) 또는 제2 전력선 유닛(110b)과 외접할 수 있으며, 제2 접지선 유닛(120b)은 제1 전력선 유닛(110a) 또는 제3 전력선 유닛(110c)과 외접할 수 있다. 또한, 광섬유 유닛(140)은 제2 전력선 유닛(110b) 또는 제3 전력선 유닛(110c)과 외접할 수 있다.
이동용 케이블(100) 내의 전체 접지선 유닛(120a, 120b)의 도체의 단면적의 합은 1개의 전력선 유닛의 도체의 단면적의 50% 이상일 수 있다. 즉 이동용 케이블(100)의 제1 및 2 접지선 유닛(120a, 120b)은 두 개인바, 제1 접지선 유닛(120a)의 도체의 면적(B1)과 제2 접지선 유닛(120b)의 도체의 면적(B2)의 합은 3개의 전력선 유닛 중 어느 하나의 전력선 유닛(110a)의 도체의 면적(A)의 50% 이상일 수 있다. 이와 같이, 접지선 유닛(120a, 120b)의 도체의 단면적의 합을 1개의 전력선 유닛의 도체의 단면적의 50% 이상으로 함으로써 전력선 유닛이 3상 전원의 고전압을 전송하는 경우에도 충분한 접지력을 확보할 수 있다.
광섬유 유닛(140)은 광섬유 심선(141), 루즈 튜브(142), 충전재(144), 및 시스층(143)으로 이루어질 수 있다.
광섬유 유닛(140)을 구성하는 루즈 튜브(142)는 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트(PC), 나일론-12 같은 폴리아미드(PA) 등의 플라스틱 수지로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 이루어질 수 있다. 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지는 유연성, 기계적 강도가 우수하고, 결정화 속도가 빨라 상기 루즈 튜브(142) 제조 후 길이방향으로의 수축 정도가 작은 장점이 있다.
루즈 튜브(142)는 튜브 형상으로 내부에는 상기 광섬유 심선(141), 충전재(144) 등을 실장할 수 있다. 여기서, 루즈 튜브(142)의 외경/내경은 상기 케이블(100)의 용도에 따른 규격이 정해져 있고, 상기 규격은 상기 루즈 튜브(142)의 내부에 실장되는 상기 광섬유 심선(141)의 개수, 상기 충전재(144)의 함량, 상기 케이블(100)에서 요구되는 굴곡 특성 등에 따라 결정될 수 있다.
광섬유 유닛(140)을 형성하는 루즈 튜브(142) 내에는 소정 개수의 상기 광섬유 심선(141)이 실장될 수 있다. 루즈 튜브(142) 내에 실장된 광섬유 심선(141)의 개수는 1개, 2개, 또는 필요에 따라 3개 이상일 수 있다. 즉, 광섬유 심선(141)의 개수는 이를 포함하는 광섬유 유닛의 단위 시간당 전송 가능한 데이터 전송 효율, 케이블의 유연성 등에 따라 달라질 수 있다.
각각의 광섬유 심선(141)은 통상 중앙의 코어(core)라고 하는 부분을 주변에서 클래딩(cladding)이라고 하는 부분이 감싸고 있는 이중원기둥 구조로 되어 있고, 여기서 상기 코어(core)는 굴절률이 높은 실리카 재질의 유리광섬유 심선을 사용하고, 상기 클래딩(cladding)은 상기 코어(core) 보다 상대적으로 굴절률이 낮은 실리카 재질의 유리 또는 합성수지 등을 사용함으로써, 중심부를 통과하는 빛이 전반사가 일어나도록 하여 신호를 전송하는 역할을 하도록 구현할 수 있다. 상기 코어(core)의 지름이 수 ㎛인 것을 단일모드 광섬유 심선, 수십 ㎛인 것을 다중 모드 광섬유 심선이라 하고, 코어의 굴절률 분포에 따라 계단형, 언덕형 광섬유 심선 등으로 분류될 수 있다.
본 발명에서는 커넥팅 작업시 광섬유 접속작업의 용이성을 위해 상기 광섬유 심선(141)은 다중 모드 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
루즈 튜브(142) 내에는 상기 광섬유 심선(141)과 함께 충전재(144)가 충진될 수 있다. 광섬유 심선(141)들 간 또는 광섬유 심선(141)과 루즈 튜브(142) 사이의 접촉으로 인하여 광섬유 심선(141)에는 스트레스가 가해지고 이로 인하여 신호 손실이 발생할 수 있다.
따라서, 충전재(144)는 광섬유 심선(141)들 간 또는 광섬유 심선(141)과 루즈 튜브(142) 사이의 마찰을 감소시켜서 이들 사이의 스트레스를 감소시킬 수 있다.
충전재(144)는 방수 파우더 또는 젤리 컴파운드일 수 있다. 상기 방수 파우더는 고흡수성 수지(Super absorbent polymer; SAP)로서, 자신의 무게보다 수십 내지 수백 배까지 물을 흡수하는 특성이 있어 상기 루즈 튜브(142) 내로 수분이 침투되는 것을 방지하는 방수의 용도로 사용하기에 적합하다. 상기 방수 파우더는 폴리아크릴산염계, PVA말레인산 반응물, 이소부틸렌말레인산 공중합체, 폴리아크릴로니트릴중합체, 폴리에틸렌 옥사이드가교체, 전분 아크릴로니트릴중합체, 전분 아크릴산그라프트중합체 등일 수 있다.
신호선 유닛(130)은 도체와 상기 도체를 피복하는 절연층으로 이루어진 복수 개의 신호선들로 이루어질 수 있으며, 이동용 케이블(100) 내에서 복수 개의 신호선 유닛(130)들이 분산 배치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 신호선 유닛(130) 각각은 서로 이웃하는 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)과 접지선 유닛(120a, 120b) 사이, 및 서로 이웃하는 전력선 유닛(110b, 110c)과 광섬유 유닛(140) 사이에 분산 배치될 수 있으며, 다시 말하면, 신호선 유닛(130)은 서로 이웃하는 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)의 외측면과 접지선 유닛(120a, 120b)의 외측면이 이루는 공간에 배치되며, 서로 이웃하는 전력선 유닛(110b, 110c)의 외측면과 광섬유 유닛(140)의 외측면이 이루는 공간에 배치됨으로써, 이동용 케이블(100) 내에 분산 배치될 수 있다.
보다 상세하게는, 신호선 유닛들 각각은 제1 전력선 유닛(110a)과 제1 접지선 유닛(120a) 사이, 제2 전력선 유닛(110b)과 제1 접지선 유닛(120a) 사이, 제2 전력선 유닛(110b)과 광섬유 유닛(140) 사이, 제3 전력선 유닛(110c)과 광섬유 유닛(140) 사이, 제3 전력선 유닛(110c)과 제2 접지선 유닛(120b) 사이, 및 제1 전력선 유닛(110a)과 제2 접지선 유닛(120b) 사이에 분산 배치될 수 있다.
이와 같이, 복수 개의 신호선 유닛(130)이 이동용 케이블(100) 내에 분산 배치되므로 벤딩 스트레스에 의해 신호선 유닛(130) 일부가 단선되는 경우 단선되지 않은 다른 신호선 유닛(130)을 이용할 수 있는바, 단선에 따른 신호 전달이 중단되는 문제점을 개선할 수 있다.
또한 신호선 유닛(130)이 전력선 유닛(110a, 110b,110c)과 접지선 유닛(120a, 120b)의 공통 외접선 내에 배치됨에 따라 이동용 케이블(100)의 최외곽층인 시스층(151)으로부터 이격되므로 시스층(151) 외부로부터의 충격이나 스트레스에 대한 신호선 유닛(130)의 영향을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 외부 충격이나 스트레스에 따른 신호선 유닛(130)의 단선의 위험을 줄일 수 있다.
복수 개의 신호선 유닛의 도체의 총 단면적은 한 개의 접지선 유닛(120a 또는 120b)의 도체의 단면적의 50% 보다 작거나 같을 수 있다.
본 발명에 따른 이동용 케이블(100)은 릴(reel) 등에 풀림과 감김을 반복함으로써 과도한 피로(fatigue)와 응력(stress)을 받는 경우, 특히 상기 릴(reel) 등에 적층되는 방식으로 권취되어 하위층 케이블에 대한 하중이 증가하는 경우에도, 이동용 케이블(100) 내부의 광섬유 유닛(211) 등을 효과적으로 보호함으로써 상대적으로 긴 수명을 유지할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 접지선 유닛과 광섬유 유닛을 동일한 크기로 형성하고, 복수 개의 신호선 유닛(130)을 분산 배치함으로써 이동용 케이블(100)의 구조적 안전성을 향상시키고, 외력에 의한 신호선 유닛(130)의 단선 위험을 감소시키며, 일부 신호선 유닛(130)이 외력에 의해 단선되는 경우에도 다른 신호선 유닛을 이용함으로써 단선에 의한 신호 전달이 중단되는 것을 방지할 수 있다.
시스층(151)은 전력선 유닛(110a, 110b, 110c), 접지선 유닛(120a, 120b), 광섬유 유닛(140), 및 신호선 유닛(130)을 감싸면서 이동용 케이블(100)의 최외곽에 배치될 수 있다.
시스층(151) 아래에는 베딩층(152)이 형성될 수 있다. 베딩층(152)은 시스층(151)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 시스층(151)과 베딩층(152)는 TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 또는 CR로 이루어질 수 있다.
시스층(151)과 베딩층(152)은 텐덤(Tandem) 압출 또는 동시 압출 공정에 의해 서로 접착될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
시스층(151)의 두께(T)와 이동용 케이블(100)의 반경(r)의 비율(T/r)은 5 내지 10%일 수 있다. 상기 비율(T/r)이 5% 미만인 경우에는 시스층(151)의 두께가 이동용 케이블(100)의 직경에 대비하여 얇아 이동용 케이블(100)의 내부에 위치하는 전력선 유닛, 접지선 유닛, 및 광섬유 유닛 등을 충분히 보호할 수 없으며, 상기 비율(T/r)이 10% 초과인 경우에는 시스층(151)의 두께가 이동용 케이블(100)의 직경대비하여 두꺼워져서 이동용 케이블(100)의 재료비가 상승하고, 컴팩트한 이동용 케이블의 구조를 형성할 수 없다.
시스층(151)의 두께(T)와 이동용 케이블(100)의 반경(r)의 비율(T/r)은 5 내지 10%인 경우, 그에 따른 시스층(151)과 베딩층(15) 사이의 박리강도는 10 내지 15kgf/mm일 수 있다.
따라서 본 발명은 시스층(151)의 두께(T)와 이동용 케이블(100)의 반경(r)의 비율(T/r)을 5 내지 10%로 형성하여, 시스층(151)과 베딩층(15)의 박리강도를 10 내지 15kgf/mm로 유지할 수 있기 때문에, 가혹한 이동 환경에서도 시스층(151)과 베딩층이 분리되는 것을 방지할 수 있다.
시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 배치되는 섬유 편조층(153)이 구비될 수 있다.
섬유 편조층(153)은 폴리아미드, 폴리에스테르 등의 합성수지, 유리섬유, 아라미드 섬유 등의 고강도 섬유로 이루어진 편조 구조물일 수 있다.
섬유 편조층(153)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고강도 섬유가 소정의 편조 각도(α)를 가지며 시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 배치될 수 있다. 편조 각도(α)는 이동용 케이블(100)의 길이 방향과 상기 고강도 섬유의 길이 방향 사이의 각도를 의미한다. 섬유 편조층(153)의 편조 각도에 따라 이동용 케이블(100)의 비틀림에 따른 인장력이 변하게 된다. 이에 대하여는 후술한다.
섬유 편조층(153)은 시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 배치되어 시스층(151)과 베딩층(152) 사이의 결합력을 증가시키고 보강재로서 케이블의 비틀림에 따른 인장력이 가해졌을 때 케이블의 손상을 최소화하여 이동 환경에 노출된 이동용 케이블(100)에서 그 내부 전선들이 단선되는 것을 방지할 수 있다. 굽힘이나 비틀림이 많은 이동 환경에 노출되는 이동용 케이블(100)은 최외곽층인 시스층(151)이 마모되어 베딩층(152) 내의 전선들이 단선되거나 비틀림이 발생할 수 있다. 시스층(151)이 마모된 경우에도 섬유 편조층(153)은 베딩층(152) 외곽에서 베딩층(152)을 단단히 잡아주어 그 내부의 전선이 단선되는 것을 억제할 수 있다.
섬유 편조층(153)은 이동용 케이블(100)을 보호하는 시스층(151)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있고, 이동용 케이블(100)의 비틀림시 복원력을 향상시킬 수 있다.
또한, 섬유 편조층(153)은 이동용 케이블(100)의 비틀림에 따른 인장력이 인가되는 경우 이동용 케이블(100)이 받는 하중을 증대시킬 수 있다. 이동용 케이블(100)이 받는 하중은 섬유 편조층(153)의 편조 각도와 관계가 있으며, 상기 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 35 내지 55도인 경우 이동용 케이블(100)이 받는 하중이 최대가 될 수 있다.
도 4는 이동용 케이블(100)이 비틀림시 받는 하중을 계산하기 위해 개략적으로 도시한 이동용 케이블의 사시도이고, 도 5는 도 4와 같이 이동용 케이블(100)에 비틀림이 발생한 경우 이동용 케이블(100)이 받는 하중(ε), 이동용 케이블(100)의 반경(r), 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α), 및 비틀림 각도(θ)와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 5를 참조하면, L1은 편조 각도(α)로 이동용 케이블(100) 내에 배치된 섬유 편조층(153)을 나타내는 벡터이며, L2는 이동용 케이블(100)이 소정의 비틀림 각도(θ)로 비틀린 경우 상기 섬유 편조층(153)을 나타내는 벡터이다.
벡터 L1의 크기는 편조 각도(α)와의 관계에서 다음 수학식 1와 같다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016010766-appb-I000002
벡터 L2의 크기는 벡터 L1과 벡터 rθ의 벡터곱에 의해 구해지는바, 그 결과는 다음 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016010766-appb-I000003
이동용 케이블(100)이 받는 하중(ε)은 다음의 수학식 3에 의해 구해진다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016010766-appb-I000004
하중(ε)을 나타내는 수학식 3에 L1과 L2를 각각 나타내는 수학식 1 및 2를 대하여 하중(ε)를 구하면 다음 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2016010766-appb-I000005
상기 수학식 4에 따라 편조 각도(α)와 비틀림 각도(θ)에 따른 하중(ε)의 그래프를 나타내면 도 5와 같다. 상세하게는 도 6은 반경(r)이 10mm인 이동용 케이블(100)을 각각 120°, 80°, 및 40°의 비틀림 각도(θ)로 비틀었을 때, 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)에 따른 이동용 케이블(100)의 하중(ε)을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 이동용 케이블(100)의 하중(ε)은 비틀림 각도(θ)가 120°인 경우 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 0°에서 대략 45°까지 변화하면서 증가하며, 다시 편조 각도(α)가 대략 45°에서 90°로 변화하면서 감소하게 되며, 편조 각도(α)가 45°에서 하중(ε)이 최대가 된다. 이동용 케이블(100)의 하중(ε)은 비틀림 각도(θ)가 80°인 경우 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 0°에서 대략 45°까지 변화하면서 증가하며, 다시 편조 각도(α)가 대략 45°에서 90°로 변화하면서 감소하게 되며, 편조 각도(α)가 45°에서 하중(ε)이 최대가 된다. 또한 이동용 케이블(100)의 하중(ε)은 비틀림 각도(θ)가 40°인 경우 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 0°에서 대략 45°까지 변화하면서 증가하며, 다시 편조 각도(α)가 대략 45°에서 90°로 변화하면서 감소하게 되며, 편조 각도(α)가 45°에서 하중(ε)이 최대가 된다.
이를 정리하면 이동용 케이블(100)에 비틀림이 있는 경우 이동용 케이블(100)의 하중(ε)은 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 0°에서 대략 45°까지 변화하면서 증가하며, 다시 편조 각도(α)가 대략 45°에서 90°로 변화하면서 감소하게 된다.
따라서 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 35 내지 55도인 경우에 이동용 케이블(100)에 비틀림이 발생하는 경우 이동용 케이블(100)이 견디는 하중(ε)을 최대로 할 수 있다. 즉 섬유 편조층(153)의 편조 각도(α)가 35°미만이거나 55°초과인 경우에는 굽힘이나 비틀림이 많은 가혹한 이동 환경에서 이동용 케이블(100)이 상기 비틀림에 의한 하중을 견딜 수 없어서 이동용 케이블(100)이 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 7을 참조하면, 우선 제1 보빈(10)에서 전력선 유닛(110a, 110b, 110c), 접지선 유닛(120a, 120b), 광섬유 유닛(140)이 연합된다. 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)은 서로 외접하고, 접지선 유닛(120a, 120b)과 광섬유 유닛(140) 각각은 전력선 유닛(110a, 110b, 110c)에 외접하는 형태로 연합될 수 있다.
연합된 전력선 유닛(110a, 110b, 110c), 접지선 유닛(120a, 120b), 광섬유 유닛(140)들은 제1 압출기(20)로 투입되어 베딩공정을 거치게 된다. 제1 압출기(20)는 연합된 전력선 유닛(110a, 110b, 110c), 접지선 유닛(120a, 120b), 광섬유 유닛(140)들 외곽에 베딩층(152)을 형성할 수 있다. 베딩층(152)은 TPU 또는 CR로 이루어질 수 있다.
베딩층(152)이 형성된 후에는 편조기(30)로 투입되어 베딩층(152) 상에 섬유 편조층(153)이 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 섬유 편조층(153)은 편조 각도(α)가 35 내지 55도로 형성되어 비틀림시 이동용 케이블(100)이 견디는 하중을 최대로 할 수 있다.
섬유 편조층(153)이 형성된 후에는 제2 압출기(40)에서 시스층(151)이 형성될 수 있다. 시스층(151)은 이동용 케이블(100)의 최외곽층으로서 베딩층(152) 상에 형성되며, 시스층(151)은 섬유 편조층(153)을 완전히 덮게 되는바 시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 섬유 편조층(153)이 위치하게 된다.
시스층(151)은 베딩층(152)과 동일한 재료로 이루어질 수 있으며, 일 예로서 상술한 바와 같이 TPU 또는 CR로 이루어질 수 있다. 즉 베딩층(152)이 TPU인 경우에는 시스층(151)도 TPU로 이루어지며, 베딩층(152)이 CR인 경우에는 시스층(151) 또한 CR로 이루어질 수 있다.
시스층(151)은 텐덤(tandem) 공정에 의해 형성될 수 있다. 텐덤 공정은 시스층(151) 형성시 베딩층(152)의 온도를 시스층(151) 형성 온도와 동일하게 하는 공정이다. 텐덤 공정에 의하면, 베딩층(152)과 시스층(151)이 하나의 압출기가 아닌 별개의 압출기(20, 40)에서 각각 형성되며, 시스층(151) 형성시 베딩층(152) 형성 후 베딩층(152) 내부와 외부의 온도가 제2 압출기(40)에서의 시스층(151) 형성 온도와 동일하게 하여 베딩층(152) 상에 시스층(151)이 압출 형성된다.
텐덤 공정에 의해 베딩층(152) 상에 시스층(151)을 압출 형성하는 경우, 베딩층(152)의 온도를 압출 형성되는 시스층(151)의 온도와 동일하게 함으로써 동일한 재료로 이루어진 시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 추가적인 접착제가 없이도 시스층(151)과 베딩층(152)이 접착하게 된다.
제1 압출기(20)에 의해 베딩층(152)이 형성된 후 제2 압출기(30)로 이동하는 동안에 베딩층(152)의 온도를 유지하거나 이동하는 중에 온도가 저하되는 것을 고려하여 베딩층(152) 형성시 온도를 높게 하여 제2 압출기(30)에서는 베딩층(152)의 온도가 제2 압출기(30)에서 형성되는 시스층(151)의 온도와 동일하게 하는 것이 바람직하다.
이후 시스층(151)이 형성된 이동용 케이블(100)은 제1 보빈(50)에 감기게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이동용 케이블(100)은 시스층(151)과 베딩층(152)이 동일한 재료로 이루어지고 텐덤 공정에 의해 형성되어 시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 별도의 접착제 없이도 이들의 접착력을 높일 수 있으며, 또한 시스층(151)과 베딩층(152) 사이에 소정의 편조 각도를 갖는 섬유 편조층(153)이 형성되어 시스층(151)과 베딩층(152) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 이동 환경에서 이동용 케이블(100)이 견딜 수 있는 하중을 증가시킬 수 있다.
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.

Claims (8)

  1. 도체와 상기 도체를 피복하는 절연층으로 각각 이루어진 복수 개의 전력선 유닛;
    서로 이웃하는 상기 전력선 유닛들 사이에 배치되는 복수 개의 접지선 유닛;
    복수 개의 신호선들로 이루어진 신호선 유닛;
    상기 전력선 유닛, 상기 접지선 유닛, 및 상기 신호선 유닛의 외곽을 감싸는 베딩층;
    상기 베딩층을 감싸는 시스층; 및
    상기 베딩층과 상기 시스층 사이에 배치되는 섬유 편조층; 를 구비하며,
    상기 섬유 편조층의 편조 각도(α)는 35 내지 55도인 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동용 케이블에 비틀림이 발생한 경우 상기 이동용 케이블이 견딜 수 있는 하중 (ε)은 다음 수학식과 같고,
    Figure PCTKR2016010766-appb-I000006
    여기서 r은 상기 이동용 케이블의 반경이고, θ는 상기 이동용 케이블의 비틀림 각도이며,
    상기 섬유 편조층의 편조 각도(α)가 35 내지 55도인 경우, 상기 하중이 최대가 되는 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시스층과 상기 베딩층은 동일한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스층과 상기 베딩층은 TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 또는 CR로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시스층과 상기 베딩층은 텐덤(Tandem) 압출 또는 동시 압출 공정에 의해 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  6. 제1제1항에 있어서,
    상기 시스층의 두께(T)와 상기 이동용 케이블의 반경(r)의 비율(T/r)은 5 내지 10%인 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시스층과 상기 베딩층 사이의 박리강도는 10 내지 15kgf/mm 인 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 광섬유 심선과 상기 광섬유 심선을 실장하는 튜브를 갖는 광섬유 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이동용 케이블.
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