WO2018182073A1 - 전력 케이블 - Google Patents

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WO2018182073A1
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insulating
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곽재철
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엘에스전선 주식회사
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    • H01B9/0688—Features relating to the dielectric of oil-pressure cables

Definitions

  • the present invention relates to power cables, in particular ultra high voltage underground or submarine cables for long distance direct current transmission.
  • the present invention has a high dielectric strength of the insulating layer itself, the electric field applied to the insulating layer is uniformly and effectively alleviated, in particular structurally stable and excellent in flexibility, partial discharge, insulation breakdown, etc. of the insulating layer
  • the invention relates to a power cable that can be restrained to extend its life and at the same time improve productivity.
  • a power cable using a polymer insulator such as crosslinked polyethylene (XLPE) is used.
  • XLPE crosslinked polyethylene
  • an ultra-high voltage DC power transmission cable is impregnated with insulating oil in a cross winding insulating paper so as to surround a conductor.
  • Paper-insulated cables having an insulating layer are used.
  • the ground insulation cable includes an OF (Oil Filled) cable for circulating low viscosity insulation oil, a Mass Impregnated Non Draining (MIND) cable impregnated with high viscosity insulation oil, and the OF cable has a limitation in the transmission length of hydraulic pressure for circulation of the insulation oil. It is not suitable for long distance transmission cables, and in particular, there is a problem that it is difficult to install insulating oil circulation facilities on the seabed, which is not suitable for submarine cables.
  • OF Oil Filled
  • MIND Mass Impregnated Non Draining
  • MIND cable is commonly used for long distance direct current transmission or subsea high voltage cable.
  • the MIND cable is formed by lateral winding of a plurality of layers of insulating paper having a constant thickness and paper width when forming the insulating layer, for example, kraft paper (Kraft paper) or kraft paper and polypropylene (Polypropylene) resin It is possible to use a semi-synthetic paper laminated with a thermoplastic resin such as, or kraft paper and semi-synthetic paper at the same time.
  • the insulating paper is rolled up so that a constant gap is formed between the rolled up insulating papers, and in the case where there are a plurality of layers in which the insulating paper is rolled up, the gaps formed in any layer are formed by the top layer of the arbitrary layer and It can be rolled up by the gap winding which rolls up so that it may be covered by the insulating paper which respectively comprises a lower layer.
  • the transverse efficiency of the insulating paper may be lowered, thereby lowering the productivity of the cable, and also inside the bending radius when the cable is bent.
  • the insulating paper disposed in the collision with each other is broken or the flexibility of the cable is reduced.
  • the insulation strength of the insulation layer is high, the electric field applied to the insulation layer is uniformly and effectively alleviated, and in particular, it is structurally stable and excellent in flexibility, and it suppresses partial discharge of the insulation layer, insulation breakdown, etc.
  • An object of the present invention is to provide a power cable having a high insulation strength of an insulation layer and capable of mitigating an electric field applied to the insulation layer uniformly and effectively.
  • an object of the present invention is to provide a power cable that is structurally stable and excellent in bendability, which can prolong life by suppressing partial discharge, insulation breakdown, and the like of the insulating layer, and at the same time, improving productivity.
  • the insulation layer is formed by sequentially stacking an inner insulation layer, an intermediate insulation layer, and an outer insulation layer, and the inner insulation layer and the outer insulation layer are made of kraft paper ( The kraft paper is formed by being rolled up by a gap winding and impregnated with an insulating oil, and the intermediate insulating layer is rolled up by a gap winding and a semi-synthetic paper comprising a plastic film and kraft paper laminated on at least one side of the plastic film.
  • the gap winding is rolled so that a constant gap is formed between the kraft paper or the semi-synthetic paper, and the gap is rolled up with a new kraft paper or semi-synthetic paper on top of the kraft paper or the semi-synthetic paper.
  • the new kraft at the same time being covered by the new kraft paper or semi-synthetic paper It is repeated repeatedly so that a gap is formed between the paper or semisynthetic paper, and the intermediate insulating layer is at least two or more layers depending on the width of the semisynthetic paper forming the intermediate insulating layer.
  • the width of the semi-synthetic paper forming the upper layer is larger than the width of the semi-synthetic paper forming the lower layer, and the gap area of the semi-synthetic paper is The width of the gap between the semi-synthetic paper formed by the provides a power cable, characterized in that 5 to 15% of the paper width of the semi-synthetic paper.
  • the width of the semi-synthetic paper forming the upper layer is 105 to 125% of the width of the semi-synthetic paper forming the lower layer, provides a power cable.
  • the width of the semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer adjacent to the inner insulating layer provides the power cable, characterized in that the same as the width of the semi-synthetic paper forming the inner insulating layer adjacent thereto.
  • the insulating layer alternately has a Z direction transverse layer composed of a plurality of layer windings transversely wound in the Z direction and a S direction transverse layer composed of a plurality of layer windings transversed in the S direction
  • the intermediate insulating layer has two or more S It provides a power cable, characterized in that it comprises a directional transverse layer or a Z-direction transverse layer.
  • the semi-synthetic paper forming the S-direction transverse winding layer or the Z-direction transverse winding layer in the intermediate insulation layer is characterized in that the same width in the same S-direction transverse winding layer or the same Z-direction transverse winding layer, the power cable to provide.
  • the number of layer windings of the semi-synthetic paper included in the same S-direction transverse layer or the same Z-direction transverse layer in the S-direction transverse layer or the Z-direction transverse layer in the intermediate insulation layer is 16 or less, power cable To provide.
  • the difference between the sum of the number of rolled-up wounds in the S-direction rolled-up layer and the sum of the number of rolled-up wounds in the Z-direction rolled-up layer is ⁇ 10% based on the sum of the number of rolled-up wounds in the S-direction rolled-up layer. It does not exceed, it provides a power cable.
  • the inner semiconducting layer is formed by the semi-conductor cell is rolled into the gap winding and impregnated with the insulating oil
  • the outer semiconducting layer is formed by the semi-conductive paper is rolled into the gap winding and impregnated with the insulating oil or the semiconducting cell is into the gap winding
  • a power cable characterized in that it comprises a lower layer that is rolled up and impregnated with insulating oil, and an upper layer formed with the semiconductor cell and the metallization paper rolled together in the air and impregnated with the insulating oil.
  • the thickness of the inner insulating layer is 1 to 10%
  • the thickness of the intermediate insulating layer is 75% or more
  • the thickness of the outer insulating layer is 5 to 15%
  • the thickness of the outer insulating layer is greater than the thickness of the inner insulating layer, provides a power cable.
  • the thickness of the outer insulating layer is characterized in that the power cable, characterized in that 1 to 30 times the thickness of the inner insulating layer.
  • the thickness of the kraft paper of the inner insulating layer and the outer insulating layer is smaller than the thickness of the kraft paper of the semi-synthetic paper, provides a power cable.
  • the maximum impulse electric field value of the inner insulating layer is smaller than the maximum impulse electric field value of the intermediate insulating layer.
  • the maximum impulse electric field value of the intermediate insulating layer is 100 kV / mm or less.
  • the thickness of the plastic film is characterized in that 40 to 70% of the total thickness of the semi-synthetic paper, provides a power cable.
  • the conductor is made of an interlocking wire or aluminum, and is a circular compression conductor compressed on a flat conductor or circular center line consisting of a multi-layered flat element wire on the circular center line in a multi-layer on the circular center line and compressed.
  • the plastic film is provided with a polypropylene homopolymer resin, it provides a power cable.
  • the insulating oil provides a power cable, characterized in that the high viscosity insulating oil having a kinematic viscosity of 60 °C more than 5 centistokes.
  • the cable protection layer provides an electric power cable, characterized in that it comprises an inner sheath, a bedding layer, a metal reinforcing layer and an outer sheath.
  • the cable protective layer further provides a power cable, characterized in that it further comprises an outer wire and the outer serving layer.
  • Power cable according to the present invention by designing the structure of the insulating layer precisely, its own insulation strength is high, and the electric field applied to the insulating layer can be uniformly effectively alleviated to prevent partial discharge, insulation breakdown, etc. by the concentrated electric field By suppressing, it shows the excellent effect that life can be extended.
  • the power cable according to the present invention by precisely designing the paper width of the insulating paper forming the insulating layer, it is structurally stable and excellent in flexibility, it is possible to extend the life by suppressing partial discharge, insulation breakdown, etc. of the insulating layer. At the same time, there is an excellent effect that productivity can be improved.
  • FIG. 1 shows schematically a cross section of a power cable according to the invention.
  • FIG. 2 schematically illustrates a longitudinal section of the power cable of FIG. 2.
  • Figure 3 shows a graph schematically showing the process of relaxation of the electric field in the insulating layer of the power cable according to the present invention.
  • FIG. 4 schematically illustrates a cross-sectional structure of a semisynthetic paper forming an intermediate insulation layer of the power cable shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 and 2 schematically show cross-sectional and longitudinal cross-sectional structures of one embodiment of a power cable according to the invention, respectively.
  • the power cable according to the present invention includes a conductor 100, an inner semiconducting layer 200 surrounding the conductor 100, and an insulating layer 300 surrounding the inner semiconducting layer 200.
  • An outer semiconducting layer 400 surrounding the insulating layer 300, a metal sheath layer 500 surrounding the outer semiconducting layer 400, a cable protection layer 600 surrounding the metal sheath layer 500, and the like. can do.
  • the conductor 100 is a movement path for electric current for transmission, and has high electrical conductivity to minimize power loss, and has high purity copper (Cu), aluminum (Al), etc. having appropriate strength and flexibility required for use as a conductor of a cable.
  • it may be made of a linkage line having a high elongation and a high conductivity.
  • the cross-sectional area of the conductor 100 may be different depending on the amount of power transmission, the use of the cable.
  • the conductor 100 may be composed of a circular compression conductor compressed by placing a flat element wire in multiple layers on a flat conductor or a circular center line composed of multiple flat angle wires on a circular center line. Since the conductor 100 made of a flat conductor formed by a so-called keystone method has a high conductor area ratio, it is possible to reduce the outer diameter of the cable and to form a large cross-sectional area of each element wire. It is economical to reduce.
  • the inner semiconducting layer 200 suppresses electric field distortion and electric field concentration due to surface unevenness of the conductor 100, thereby interfacing the inner semiconducting layer 200 and the insulating layer 300 or inside the insulating layer 300. It functions to suppress partial discharge and insulation breakdown caused by electric field concentrated on.
  • the inner semiconducting layer 200 may be formed of a semi-conductive paper such as a film formed from a polymer composite material in which conductive material such as carbon black or carbon black coated with conductive material such as carbon black is coated on insulating paper. It may be formed by, the semi-wound semiconducting battery may be about 3 to 10 sheets, the thickness of the inner semiconducting layer 200 may be about 0.2 to 3.0 mm.
  • the insulating layer 300 is formed by wrapping the insulating paper in a plurality of layers, and the insulating paper is, for example, using a kraft paper or a semi-synthetic paper in which a thermoplastic resin such as kraft paper and a polypropylene resin is laminated. Can be used.
  • the insulating layer 300 includes an inner insulating layer 310, an intermediate insulating layer 320 and an outer insulating layer 330, the inner insulating layer 310 and the outer
  • the insulating layer 330 is made of a material having a lower resistivity than the intermediate insulating layer 320, whereby the inner insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 are each connected to the conductor 100 when the cable is operated.
  • Figure 3 shows a graph schematically showing the process of relaxation of the electric field in the insulating layer of the power cable according to the present invention.
  • a direct current (DC) electric field is relaxed in the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330 having a relatively low resistivity, so that they are directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500.
  • an internal insulation layer is controlled while controlling the maximum impulse electric field applied to the intermediate insulation layer 320 to 100 kV / mm or less.
  • the impulse electric field means an electric field applied to the cable when an impulse voltage is applied to the cable.
  • the maximum impulse electric field value of the internal insulation layer 310 is designed to be smaller than the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer 320 so that the high electric field does not act directly on or under the sheath.
  • the maximum impulse electric field applied to the intermediate insulating layer 320 is an inner electric field of the intermediate insulating layer 320, and the inner electric field is an allowable impulse electric field of the intermediate insulating layer 320, for example, 100 kV / mm.
  • the high electric field is suppressed from being applied to the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330, particularly a cable connection member vulnerable to an electric field, and further, the performance with the intermediate insulation layer 320 can be minimized. It is possible to suppress the deterioration and to suppress the decrease in the dielectric strength and other physical properties of the insulating layer 300, resulting in a compact cable with a higher impulse withstand voltage than the cable. Shortening can be suppressed.
  • the inner insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 may be formed by transversely kraft paper (kraft paper) made of kraft pulp and impregnating insulating oil, respectively.
  • the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330 may have a lower resistivity and a higher dielectric constant than the intermediate insulation layer 320.
  • the kraft paper can be prepared by washing the kraft pulp with deionized water in order to remove the organic electrolyte in the kraft pulp to obtain good dielectric loss tangent and permittivity.
  • the intermediate insulating layer 320 may be formed by transversely winding a semi-synthetic paper having kraft paper laminated on an upper surface, a lower surface, or both of the plastic film and impregnating insulating oil.
  • the intermediate insulating layer 320 formed as described above has a higher resistivity, lower dielectric constant, higher DC breakdown voltage, and impulse breakdown voltage than the inner insulation layer 310 and the outer insulation layer 330 because it includes a plastic film. Due to the high resistivity of the intermediate insulating layer 320, it is possible to reduce the outer diameter of the cable by direct current and by impulse by low dielectric constant.
  • the plastic film prevents the insulating oil impregnated in the insulating layer 300 from moving toward the outer semiconductive layer 400 due to heat generation during operation of the cable.
  • the generation of deoiled voids due to the movement of the insulating oil can be suppressed, and consequently, electric field concentration and dielectric breakdown caused by the deoiled voids can be suppressed.
  • the plastic film may be made of a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, fluorine resin such as tetrafluoroethylene-hexafluoro polypropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, Preferably it may be made of a polypropylene homopolymer resin excellent in heat resistance.
  • a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, polybutylene
  • fluorine resin such as tetrafluoroethylene-hexafluoro polypropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • ethylene-tetrafluoroethylene copolymer ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • the semi-synthetic paper may be 40 to 70% of the total thickness of the plastic film.
  • the resistivity of the intermediate insulating layer 320 may be insufficient to increase the outer diameter of the cable, whereas when the thickness of the plastic film is greater than 70%, the manufacture of the semi-synthetic paper is remarkably difficult. It can be expensive and expensive.
  • the inner insulating layer 310 may be formed by 11 to 21 sheets of kraft paper to have a thickness of 1 to 10% of the total thickness of the insulating layer 300, and the outer insulating layer 330 may be The insulating layer 300 may have a thickness of 5 to 15% of the entire thickness, and the intermediate insulating layer 320 may be formed by the transverse windings of 140 to 168 sheets of the semi-synthetic paper to form 75 of the total thickness of the insulating layer 300. It may have a thickness of more than%.
  • the maximum impulse electric field value of the inner insulation layer 310 may be lower than the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer 320. If the thickness of the inner insulation layer is increased more than necessary, the maximum impulse electric field value of the intermediate insulation layer 310 becomes larger than the allowable maximum impulse electric field value, and in order to alleviate this, the cable outer diameter is increased. Done.
  • the outer insulating layer 330 preferably has a sufficient thickness than the inner insulating layer, which will be described later.
  • the internal insulation layer 310 and the external insulation layer 330 having a small resistivity are provided to prevent the direct current high electric field from being applied directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500.
  • the thickness of the intermediate insulating layer 320 with high resistivity is designed to 75% or more, it is possible to reduce the cable outer diameter.
  • the inner insulation layer 310, the intermediate insulation layer 320, and the outer insulation layer 330 constituting the insulation layer 300 each have the precisely controlled thickness, so that the insulation layer ( 300 may have a desired dielectric strength while minimizing the outer diameter of the cable.
  • the DC and impulse electric field applied to the insulating layer 300 can be designed most efficiently, and a high electric field of DC and impulse is applied directly above the conductor 100 and directly below the metal sheath layer 500. It can suppress that, especially the insulation strength of the cable connection member which is weak to an electric field, and the fall of other physical properties can be avoided.
  • the outer insulation layer 330 may be formed by the lateral winding of 20 to 32 sheets of kraft paper, the thickness of the outer insulation layer 330 is greater than the thickness of the inner insulation layer 310,
  • the thickness of the inner insulation layer 310 is 1.0 to 2.0 mm
  • the thickness of the outer insulation layer 330 is 2.0 to 3.0 mm
  • the thickness of the intermediate insulation layer 320 The thickness can be 15 to 25 mm.
  • the heat generated during soft connection for the cable connection according to the present invention is applied to the insulating layer 300 to melt the plastic film of the semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer 320, the plastic from the heat
  • it is necessary to sufficiently secure the thickness of the outer insulating layer 330 and it is preferable to be formed thicker than the thickness of the inner insulating layer 310, the thickness of the outer insulating layer 330 It may be 1 to 30 times the thickness of the internal insulating layer 310.
  • the thickness of the sheet of semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer 320 is 70 to 200 ⁇ m
  • the thickness of the kraft paper forming the inner and outer insulating layers 310, 320 may be 50 to 200 ⁇ m.
  • the thickness of the kraft paper forming the inner and outer insulating layers 310 and 320 may be greater than the thickness of the kraft paper constituting the semi-synthetic paper.
  • the insulating oil impregnated in the insulating layer 300 is fixed without being circulated like the insulating oil used in the OF cable, a high viscosity insulating oil having a relatively high viscosity is used.
  • the insulating oil may perform a lubrication role to facilitate the movement of the insulating paper when the cable is bent, as well as the function of implementing the desired dielectric strength of the insulating layer 300.
  • the insulating oil is not particularly limited, but should not be oxidized by heat in contact with the copper and aluminum constituting the conductor 100, and an impregnation temperature, for example, 100 ° C., may be used to facilitate the impregnation of the insulating layer 300. While the viscosity should be sufficiently low above, the cable should have a sufficiently high viscosity so as not to flow down at the operating temperature of the cable, for example, 60-90 ° C.
  • a kinematic viscosity of 60 ° C is 500 centistokes (cSt High viscosity insulating oil, in particular naphthenic insulating oil, polystyrene insulating oil, mineral oil, at least one insulating oil selected from the group consisting of alkyl benzene, polybutene-based synthetic oil, heavy alkylate and the like.
  • cSt High viscosity insulating oil in particular naphthenic insulating oil, polystyrene insulating oil, mineral oil, at least one insulating oil selected from the group consisting of alkyl benzene, polybutene-based synthetic oil, heavy alkylate and the like.
  • the present invention is not limited thereto, and it is also possible to use a medium viscosity insulating oil having a lower viscosity than the high viscosity insulating oil, for example, an insulating oil having a kinematic viscosity of 5 to 500 centistokes (cSt) at 60 ° C.
  • a medium viscosity insulating oil having a lower viscosity than the high viscosity insulating oil for example, an insulating oil having a kinematic viscosity of 5 to 500 centistokes (cSt) at 60 ° C.
  • the kraft paper constituting the inner insulating layer 310, the intermediate insulating layer 320 and the outer insulating layer 330 are formed to a desired thickness, respectively And semi-wound each of the semi-synthetic papers, and vacuum-dried to remove residual moisture of the insulating layer 300, and thereafter tank the insulating oil heated to an impregnation temperature, for example, 100 to 120 ° C. under a high pressure environment. It may be carried out by impregnating the insulating oil into the insulating layer 300 for a predetermined time under the condition, and then gradually cooling.
  • the outer semiconducting layer 400 suppresses non-uniform electric field distribution between the insulating layer 300 and the metal sheath layer 500, mitigates electric field distribution, and removes the insulating layer from the various types of metal sheath layer 500. 300) to physically protect.
  • the outer semiconducting layer 400 may be formed by a transverse winding of a semi-conductive paper such as carbon paper treated with conductive carbon black on insulating paper, for example, and preferably by the transverse winding of the semiconducting battery.
  • the lower layer and the semiconducting battery and the metallization paper may comprise an airspace, that is, the upper layer is formed to be rolled together so that the metallization paper and the semiconducting battery overlap, for example, about 40 to 60%. 1 to 4 semiconducting cells and / or metallization paper forming the semiconducting layer 400 are rolled so that the thickness of the outer semiconducting layer 400 may be about 0.1 to 3.0 mm.
  • the metallized paper may have a structure in which a metal foil such as aluminum tape and aluminum foil is laminated on a base paper such as kraft paper or carbon paper, and the insulating oil easily penetrates into a semiconductor cell, an insulating paper, a semi-synthetic paper, and the like below the metal foil.
  • a plurality of perforations may exist so that the semiconductor cell of the lower layer is in smooth electrical contact with the metal foil of the metallized paper through the semiconductor cell of the upper layer, and consequently the outer semiconducting layer and the metal sheath layer.
  • the smooth electrical contact ensures a safe return of the fault current in the event of a ground fault or a short circuit of the cable, thereby ensuring safety, and providing a uniform electric field between the insulating layer 300 and the metal sheath layer 500. Distribution can be formed.
  • the outer semiconducting layer 400 may further include a copper wire direct fabric (not shown) between the metal sheath layer 500.
  • the copper wire direct fabric is a structure in which 2 to 8 strands of copper wire are directly inserted into the nonwoven fabric, and thus, the semi-conductor cell, the metallized paper, and the like, wound to form the outer semiconducting layer 400, may be maintained so as to maintain the structure described above. It may perform a function of firmly binding, and further may perform a function of smoothly and electrically contacting the outer semiconducting layer 400 and the metal sheath layer 500 by the copper wire.
  • a semiconductor cell forming the inner semiconducting layer 200, kraft paper forming the inner insulating layer 310 and the outer insulating layer 330 of the insulating layer 300, and Semi-synthetic paper for forming the intermediate insulating layer 320, semi-conducting battery for forming the outer semi-conducting layer 200 (hereinafter referred to as 'semiconductor battery, etc.') is a gap between the gap, that is, between the semiconductor cell, etc.
  • the gap is rolled up so that a gap is formed and the gap is covered by the new semiconductor cell or the like when the new semiconductor cell or the like is rolled on top of the semiconductor cell or the like and at the same time between the new semiconductor cell or the like. Being rolled up to form a gap can be rolled up in a repeating manner.
  • the semiconductor cell is slid left and right through the space of the gap (gap) formed on the left and right sides thereof, so that the structure can be stably maintained without colliding with another adjacent semiconductor cell even when the cable is bent. Therefore, in order for the semiconductor cells and the like to slide stably without colliding with each other, the width of the gap must be secured in proportion to the width of the semiconductor cells and the like, for example, a gap between the semiconductor cells and the like ( The gap) may be about 5 to 15% of the width of the semiconductor cell or the like.
  • the semiconductor cells when the width of the gap (gap) is less than 5% of the ground width of the semiconductor battery, etc., when the cable is bent, the semiconductor cells may collide with each other and be damaged, whereas in the case of more than 15%, the gap when the cable is bent The semiconductor cell or the like may protrude through a gap of the upper or lower layer thereof, thereby destroying the semiconductor cell or the like and changing the structure of the layer.
  • the insulating paper such as kraft paper and semi-synthetic paper in the insulating layer 300
  • only the insulating oil having a relatively lower resistance than the insulating paper forming the insulating layer 300 is present.
  • the electric field is concentrated in the gap), and partial discharge, insulation breakdown, etc. may occur from this, thereby shortening the life of the cable.
  • the present invention secures high dielectric strength of the insulating layer 300 by precisely adjusting the width of the insulating paper such as kraft paper and semi-synthetic paper forming the insulating layer 300 and the width of the gap. At the same time, the productivity, flexibility and the like of the cables in conflict with each other can be improved at the same time.
  • the intermediate insulating layer 320 formed by the transverse winding of the semi-synthetic paper of the insulating layer 300 is divided into at least two or more layers according to the size of the paper width of the semi-synthetic paper, and the lower layer 320a is relatively located on the conductor side.
  • the outer layer is referred to as the upper layer 320b
  • the width of the semi-synthetic paper forming the upper layer 320b may be larger than that of the semi-synthetic paper forming the lower layer 320a.
  • the width of the insulating paper forming the lower layer 320a to which the relatively strong electric field is applied closest to the conductor 100 is narrowly adjusted, whereby only insulating oil having a relatively low resistance exists.
  • the width of the gap can also be narrowly adjusted to effectively suppress the reduction of the overall dielectric strength due to the gap. Since the lower layer 320a is disposed inside the cable, the bending radius is small when the cable is bent, so that the lower layer 320a is reduced. Even if the gap included in the design is relatively narrow, it is possible to avoid the insulating paper from colliding with each other, or to change the structure.
  • the upper layer 320b is disposed farther from the conductor 100 than the lower layer 320a, a relatively weak electric field is applied when the cable is energized, so that the width of the gap in which only relatively low insulating oil exists is present.
  • the increase in the degree does not significantly affect the dielectric strength of the entire insulating layer 300, and furthermore, since the width of the insulating paper can be adjusted widely as the width of the gap included in the upper layer 320a increases, the upper layer 320a
  • the transverse winding efficiency of the insulating paper for forming the can be improved to improve the productivity of the cable, and also in the upper layer 320a having a large bending radius when the cable is bent can be avoided from colliding with each other to break or change the structure have.
  • the upper layer 320b and the lower layer 320a adjacent to each other may have a width of the semi-synthetic paper forming the upper layer 320b of 105 to 125% of the width of the semi-synthetic paper forming the lower layer 320a.
  • the paper width of the insulating paper forming the lower layer 320a is 20 to 30 mm
  • the paper width of the insulating paper forming the upper layer 320b is 23 to 33 mm, forming an additional upper layer disposed on the upper layer 320b.
  • the width of the insulating paper may be 27 to 34 mm.
  • the gap between the insulating paper forming the lower layer 320a is about 1.5 to 2.5 mm
  • the gap between the insulating paper forming the upper layer 320b is about 2.1 to 2.7 mm
  • the gap between the insulating paper forming the additional upper layer may be about 2.3 to 3.0 mm.
  • the width of the semi-synthetic paper forming the intermediate insulating layer 320 adjacent to the inner insulating layer 310 may be the same as that of the semi-synthetic paper forming the inner insulating layer 310 adjacent thereto. This results in unstable electric field distribution due to the rapidly changing electric field at the point where the inner insulation layer 310 made of kraft paper is converted to the intermediate insulation layer 320 made of semi-synthetic paper, which may result in partial discharge or breakdown due to local electric field concentration. Because there is.
  • the paper width of the kraft paper forming the inner insulating layer 310 and the paper width of the semiconducting battery forming the inner semiconducting layer 200 may be 20 to 30 mm independently, and the outer insulating layer 330 may be formed.
  • the width of the kraft paper to be formed and the width of the semiconducting battery and the metallized paper forming the outer semiconducting layer 400 may be 27 to 34 mm independently, and the copper wire may be further included in the outer semiconducting layer 400.
  • the width of the direct cloth may be about 60 to 110 mm, and the gap between the kraft paper and the semiconductor cell included in each side is about 5 to 15 of the width of the kraft paper or the semiconductor cell forming each layer. May be%.
  • the insulating layer 300 alternately includes an S-direction transverse layer composed of a plurality of layer windings transversely wound in the S direction and a Z-direction transverse winding layer composed of a plurality of layer windings transversely wound in a Z direction.
  • 320 may include two or more S-direction transverse layers or Z-direction transverse layers.
  • the semi-synthetic paper forming the S-direction transverse winding layer or the Z-direction transverse winding layer in the intermediate insulation layer 320 may have the same width in the same S-direction transverse winding layer or the same Z-direction transverse winding layer.
  • the number of layer windings of the semi-synthetic paper included in the same S-direction transverse layer or the same Z-direction transverse layer in the S-direction transverse layer or the Z-direction transverse layer in the intermediate insulation layer 320 may be 16 or less
  • the difference between the sum of the number of rolled-up wounds in the S-direction rolled-up layer and the sum of the number of rolled-up wounds in the Z-direction rolled-up layer in the insulating layer 300 is ⁇ ⁇ based on the sum of the number of rolled-up wounds in the S-direction rolled-up layer. It may not exceed 10%.
  • the insulation layer 300 may be prevented from being twisted after the insulation layer 300 is impregnated with the insulation oil.
  • the semiconducting battery forming the inner semiconducting layer 200 is transversely wound in the S direction
  • the kraft paper forming the inner insulating layer 310 is transversely wound in the Z direction
  • the intermediate insulating layer 320 forms the intermediate insulating layer 320.
  • the semi-synthetic paper is alternately wound in the S direction and the Z direction every 12 to 16 sheets, and preferably 16 sheets alternately in the S direction and the Z direction, and then alternately in the S and Z directions every 14 sheets,
  • a certain number of semi-synthetic papers belonging to the uppermost layer of the intermediate insulating layer 320 may be wound with a certain number of kraft papers belonging to the lowermost layer of the outer insulating layer 330, thereby making the structure of the cable more stable.
  • the outer semiconductive layer (400) is from 1 to 4 sheets of the semiconductive battery hoenggwon is 1 to 2 sheets of the semiconductive metal battery and Japanese paper thereon is gonggwon, that may be on the first copper-solvent straight ippo hoenggwon.
  • the metal sheath layer 500 prevents leakage of insulating oil from the inside of the cable and prevents an electric field from going out of the cable to obtain an electrostatic shielding effect, and causes a ground fault or a short circuit of the cable through grounding at one end of the cable. When generated, it acts as a return of the fault current to promote safety, protects the cable from shocks, pressures, etc. outside the cable, and improves the cable's orderability and flame retardancy.
  • the metal sheath layer 500 may be formed by, for example, a soft sheath made of pure lead or lead alloy.
  • the soft sheath has a relatively low electric resistance, which serves as a large current collector, and can further improve cable ordering, mechanical strength, and fatigue characteristics when formed as a seamless type. have.
  • the soft psi is a surface of the anti-corrosion compound, for example, in order to further improve the corrosion resistance, water resistance of the cable and the adhesion between the metal sheath layer 500 and the cable protection layer 600, Blown asphalt, or the like.
  • the cable protection layer 600 includes, for example, a metal reinforcement layer 630 and an outer sheath 650, and further includes an inner sheath 610 and bedding layers 620 and 640 disposed above and below the metal reinforcement layer 630. It can be included as.
  • the inner sheath 610 improves the corrosion resistance, the degree of ordering of the cable, and performs a function of protecting the cable from mechanical trauma, heat, fire, ultraviolet rays, insects or animals.
  • the inner sheath 610 is not particularly limited, but may be made of polyethylene having excellent cold resistance, oil resistance, chemical resistance, and the like, or polyvinyl chloride having excellent chemical resistance, flame resistance, and the like.
  • the metal reinforcement layer 630 may be formed of a galvanized steel tape, a stainless steel tape, etc. to perform a function of protecting a cable from mechanical shock and to prevent corrosion, and the galvanized steel tape may have an anti-corrosion compound on its surface. Can be applied.
  • the bedding layers 620 and 640 disposed above and below the metal reinforcing layer 630 may perform a function of alleviating impact, pressure, and the like from the outside, and may be formed by, for example, a nonwoven tape.
  • the outer sheath 650 has substantially the same functions and characteristics as the inner sheath 610, and fires in submarine tunnels, land tunnel sections, etc. are used in the region because they are dangerous factors that greatly affect the safety of personnel or facilities.
  • the outer sheath of the cable is applied to polyvinyl chloride excellent in flame retardant properties, the cable outer sheath of the pipe section can be applied to polyethylene with excellent mechanical strength and cold resistance.
  • the metal sheath 500 may be provided with a metal reinforcing layer 630 immediately omitted, and a bedding layer may be provided inside and outside the metal reinforcing layer 630 as necessary. have. That is, the metal sheath layer may be formed to be provided with a bedding layer, a metal reinforcing layer, a bedding layer and an outer sheath sequentially.
  • the metal reinforcement layer 630 allows deformation of the metal sheath 500, but suppresses the change in the outer circumference, it is preferable in view of the fatigue characteristics of the metal sheath 500, and the cable insulation layer in the metal sheath 500 during cable energization.
  • the cable protection layer 600 may further include, for example, an outer serving layer 670 made of an iron sheath 660 and polypropylene yarn.
  • the outer wire sheath 660, the outer serving layer 670 may perform a function of additionally protecting the cable from the sea current, reefs and the like.

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Abstract

본 발명은 전력 케이블, 특히 장거리 직류송전용 초고압 지중 또는 해저 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화되며, 특히 구조적으로 안정되고 굴곡성이 우수하며, 절연층의 부분방전, 절연파괴 등을 억제하여 수명이 연장될 수 있는 동시에 생산성이 향상될 수 있는, 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

전력 케이블
본 발명은 전력 케이블, 특히 장거리 직류송전용 초고압 지중 또는 해저 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화되며, 특히 구조적으로 안정되고 굴곡성이 우수하며, 절연층의 부분방전, 절연파괴 등을 억제하여 수명이 연장될 수 있는 동시에 생산성이 향상될 수 있는, 전력 케이블에 관한 것이다.
절연층으로서 가교 폴리에틸렌(XLPE) 등의 고분자 절연체를 이용한 전력 케이블이 사용되고 있지만, 직류 고전계에서 공간 전하가 형성되는 문제 때문에, 초고압 직류 송전 케이블은 도체 등을 감싸도록 횡권한 절연지에 절연유를 함침시켜 절연층을 형성한 지절연 케이블(Paper-insulated Cable)이 사용되고 있다.
상기 지절연 케이블에는 저점도 절연유를 순환시키는 OF(Oil Filled) 케이블, 고점도 절연유가 함침된 MIND(Mass Impregnated Non Draining) 케이블 등이 있고, 상기 OF 케이블은 절연유의 순환을 위한 유압의 전달길이에 한계가 있어 장거리 송전용 케이블에는 부적합하고, 특히 해저에는 절연유 순환 설비를 설치하기 곤란한 문제가 있어 해저 케이블에도 부적합하다.
따라서, 장거리 직류 송전용 또는 해저용 초고압 케이블은 MIND 케이블이 흔히 사용되고 있다.
이러한 MIND 케이블은 절연층 형성시 일정한 두께와 지폭을 갖는 절연지를 복수의 층으로 횡권하여 형성되며, 상기 절연지로는 예를 들어 크래프트지(Kraft paper)를 사용하거나 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 적층된 반합성지를 사용하거나, 크래프트지와 반합성지를 동시에 사용할 수 있다.
특히, 상기 절연지는 횡권되는 절연지 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되도록 횡권하고, 상기 절연지가 횡권되는 층이 복수 개인 경우 임의의 층에 형성된 상기 갭(gap)들이 상기 임의의 층의 상부층 및 하부층을 각각 구성하는 절연지에 의해 덮혀지도록 횡권하는 갭권에 의해 횡권될 수 있다.
그런데, 상기 갭(gap)에는 절연유의 함침에 의해 상기 절연지에 비해 상대적으로 저항이 낮은 절연유만이 존재하여 전계가 집중될 수 있고, 또한 상기 갭(gap)에 충전된 절연유가 케이블의 운전 상태, 포설 환경 등에 의한 온도에 따라 수축, 팽창, 이동함으로써 상기 절연층 내부에 절연유가 빠진 탈유 공극(void)이 형성되고, 이러한 탈유 공극에 전계가 집중될 수 있으므로, 결과적으로 이러한 탈유 공극을 기점으로 부분방전, 절연파괴 등이 일어나 케이블의 수명이 단축될 수 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해, 상기 갭(gap)을 감소시키는 것을 고려해 볼 수 있으나, 이러한 경우 상기 절연지의 횡권 효율이 저하되어 상기 케이블의 생산성이 저하될 수 있고, 또한 상기 케이블의 굴곡시 굴곡 반경 내측에 배치된 절연지들이 서로 충돌하여 파손되거나 케이블의 굴곡성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화되며, 특히 구조적으로 안정되고 굴곡성이 우수하며, 절연층의 부분방전, 절연파괴 등을 억제하여 수명이 연장될 수 있는 동시에 생산성이 향상될 수 있는, 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 절연층의 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화될 수 있는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구조적으로 안정되고 굴곡성이 우수하며, 절연층의 부분방전, 절연파괴 등을 억제하여 수명이 연장될 수 있는 동시에 생산성이 향상될 수 있는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체; 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층; 상기 내부 반도전층을 감싸고 절연유가 함침된 절연층; 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층; 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속시스층; 및 상기 금속시스층을 감싸는 케이블보호층을 포함하고, 상기 절연층은 내부 절연층, 중간 절연층 및 외부 절연층이 순차적으로 적층되어 형성되고, 상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층은 크라프트지(kraft paper)가 갭(gap)권에 의해 횡권되고 절연유가 함침됨으로써 형성되고, 상기 중간 절연층은 플라스틱 필름 및 상기 플라스틱 필름의 적어도 한면에 적층된 크라프트지를 포함하는 반합성지가 갭권에 의해 횡권되고 절연유가 함침됨으로써 형성되며, 상기 갭권은 상기 크라프트지 또는 상기 반합성지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되도록 횡권되고 상기 갭(gap)은 상기 크라프트지 또는 상기 반합성지의 상부에 새로운 크라프트지 또는 반합성지가 횡권될 때에 상기 새로운 크라프트지 또는 반합성지에 의해 덮혀지면서 동시에 상기 새로운 크라프트지 또는 반합성지의 사이 사이에 또한 갭(gap)이 형성되도록 횡권되는 것이 계속하여 반복되는 것이고, 상기 중간 절연층은, 상기 중간 절연층을 이루고 있는 상기 반합성지의 지폭의 크기에 따라 적어도 2개 이상의 층으로 나뉘며, 상대적으로 도체쪽에 위치한 층을 하부층이라 하고 상기 하부층의 바깥쪽에 위치한 층을 상부층이라고 할 때, 상기 상부층을 형성하는 반합성지의 지폭이 상기 하부층을 형성하는 반합성지의 지폭보다 크고, 상기 반합성지의 갭권에 의해 형성된 상기 반합성지 사이의 갭의 폭은 상기 반합성지의 지폭의 5 내지 15%인 것을 특징으로 하는 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 서로 인접한 상기 상부층과 하부층은, 상부층을 형성하는 반합성지의 지폭이 상기 하부층을 형성하는 반합성지의 지폭의 105 내지 125%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 내부 절연층에 인접한 중간절연층을 이루고 있는 반합성지의 지폭은 이에 인접하고 있는 내부 절연층을 이루고 있는 반합성지의 지폭과 동일한 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 절연층은 S방향으로 횡권된 복수의 층권수로 이루어진 S방향 횡권층과 Z방향으로 횡권된 복수의 층권수로 이루어진 Z방향 횡권층을 교대로 가지며, 상기 중간 절연층은 2 이상의 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 중간 절연층에서 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층을 이루고 있는 반합성지는 같은 하나의 S방향 횡권층 또는 같은 하나의 Z방향 횡권층을 내에서는 지폭이 동일한 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 중간 절연층에서 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층에서 같은 하나의 S방향 횡권층 또는 같은 하나의 Z방향 횡권층 내에 포함되어 있는 반합성지의 층권수는 16 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 절연층에서 S방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합과 Z방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합의 차이가 상기 S방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합을 기준으로 ±10%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 내부 반도전층은 반도전지가 갭권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성되고, 상기 외부 반도전층은 반도전지(semi-conductive paper)가 갭권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성되거나 반도전지가 갭권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성된 하부층과 반도전지와 금속화지가 함께 공권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성된 상부층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
또한, 상기 절연층의 전체 두께를 기준으로, 상기 내부 절연층의 두께는 1 내지 10%이고, 상기 중간 절연층의 두께는 75% 이상이며, 상기 외부 절연층의 두께는 5 내지 15%이고, 상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층의 저항율이 상기 중간 절연층의 저항율보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 외부 절연층의 두께가 상기 내부 절연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 외부 절연층의 두께는 상기 내부 절연층의 두께의 1 내지 30배인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층의 크라프트지의 두께는 상기 반합성지의 크라프트지의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 내부 절연층의 최대 임펄스 전계 값이 상기 중간 절연층의 최대 임펄스 전계 값보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 중간 절연층의 최대 임펄스 전계 값이 100 kV/mm 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 플라스틱 필름의 두께는 상기 반합성지의 전체 두께의 40 내지 70%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 상기 도체는 연동선 또는 알루미늄으로 이루어지고, 원형 중심선 위에 평각 소선을 다층으로 얹어 구성시킨 평각도체 또는 원형 중심선 위에 원형 소선을 다층으로 얹은 후 압축한 원형압축도체인 것으로 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 플라스틱 필름은 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 형성된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 절연유는 60℃의 동점도가 5 센티스트로크 이상인 고점도 절연유인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 케이블보호층은 내부시스, 베딩층, 금속보강층 및 외부시스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 케이블보호층은 철선외장 및 외부 써빙층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 전력 케이블은 절연층의 구조를 정밀하게 설계함으로써, 자체적인 절연내력이 높고, 상기 절연층에 인가되는 전계가 균일하게 효과적으로 완화될 수 있어 집중된 전계에 의한 부분방전, 절연파괴 등을 억제함으로써 수명이 연장될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 전력 케이블은 절연층을 형성하는 절연지의 지폭을 정밀하게 설계함으로써, 구조적으로 안정되고 굴곡성이 우수하며, 절연층의 부분방전, 절연파괴 등을 억제하여 수명이 연장될 수 있는 동시에 생산성이 향상될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 케이블의 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 2의 전력 케이블의 종단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층 내부에서 전계가 완화되는 과정을 개략적으로 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 전력 케이블 중 중간 절연층을 형성하는 반합성지의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 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 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 일실시예의 횡단면 및 종단면 구조를 개략적으로 각각 도시한 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 도체(100), 상기 도체(100)를 감싸는 내부 반도전층(200), 상기 내부 반도전층(200)을 감싸는 절연층(300), 상기 절연층(300)을 감싸는 외부 반도전층(400), 상기 외부 반도전층(400)을 감싸는 금속시스층(500), 상기 금속시스층(500)을 감싸는 케이블보호층(600) 등을 포함할 수 있다.
상기 도체(100)는 송전을 위한 전류의 이동 통로로서 전력 손실이 최소화되도록 도전율이 우수하고 케이블의 도체로 사용하기 위해 요구되는 적절한 강도와 유연성을 갖는 고순도의 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등, 특히 신장율이 크고 도전율이 높은 연동선으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도체(100)의 단면적은 케이블의 송전량, 용도 등에 따라 상이할 수 있다.
바람직하게는, 상기 도체(100)는 원형 중심선 위에 평각 소선을 다층으로 얹어 구성시킨 평각도체 또는 원형 중심선 위에 원형 소선을 다층으로 얹은 후 압축한 원형압축도체로 이루어질 수 있다. 소위 키스톤(keystone) 방식에 의해 형성된 평각도체로 이루어진 상기 도체(100)는 도체의 점적율이 높아 케이블의 외경을 축소할 수 있는 동시에 각 소선의 단면적을 크게 성형하는 것이 가능하므로 전체 소선의 수를 줄일 수 있어 경제적이다.
상기 내부 반도전층(200)은 상기 도체(100)의 표면 불균일에 의한 전계왜곡 및 전계집중을 억제함으로써 상기 내부 반도전층(200)과 상기 절연층(300)의 계면 또는 상기 절연층(300) 내부에 집중된 전계에 의한 부분방전, 절연파괴 등을 억제하는 기능을 수행한다.
상기 내부 반도전층(200)은 예를 들어 절연지에 카본 블랙 등의 도전성 물질이 도포된 카본지, 카본 블랙 등의 도전성 물질이 분산된 고분자 복합소재로부터 형성된 필름 등 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성될 수 있고, 상기 횡권되는 반도전지는 약 3 내지 10매일 수 있고, 상기 내부 반도전층(200)의 두께는 약 0.2 내지 3.0 mm일 수 있다.
상기 절연층(300)은 절연지를 복수의 층으로 감싸서 형성되며, 절연지로는 예를 들어 크래프트지(Kraft paper)를 사용하거나 크래프트지와 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 등과 같은 열가소성 수지가 적층된 반합성지를 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연층(300)은 내부 절연층(310), 중간 절연층(320) 및 외부 절연층(330)을 포함하고, 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 상기 중간 절연층(320)에 비해 저항율이 낮은 소재로 이루어지며, 이로써 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 각각 상기 케이블의 운용시 상기 도체(100)에 인가되어 형성되는 높은 전계가 상기 도체(100) 직상 또는 상기 금속시스층(500) 직하에 인가되는 것을 억제하는 전계 완화 작용을 하고, 나아가, 상기 중간 절연층(320)의 열화를 억제하기 위한 작용을 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층 내부에서 전계가 완화되는 과정을 개략적으로 나타내는 그래프를 도시한 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 상대적으로 저항율이 낮은 내부 절연층(310) 및 외부 절연층(330)에서 직류(DC) 전계가 완화됨으로써 상기 도체(100) 직상 및 상기 금속 시스층(500) 직하에 통상 직류 케이블에서 발생하는 높은 전계가 인가되는 것을 효과적으로 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 임펄스인 경우에도 상기 중간 절연층(320)에 인가되는 최대 임펄스 전계를 100 kV/mm 이하로 제어하면서 내부 절연층에 걸리는 높은 임펄스 전계를 낮추어 내부절연층(310)의 열화를 억제하기 때문에, 함께 상기 중간 절연층(320)의 열화도 억제할 수 있다. 여기서, 상기 임펄스 전계란 케이블에 임펄스 전압이 인가되었을 때 케이블에 걸리는 전계를 의미한다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부 절연층(310)의 최대 임펄스 전계값이 중간 절연층(320)의 최대 임펄스 전계값보다 작도록 설계함으로써 고전계가 도체 직상, 시스 직하에 작용하지 않도록 하며, 상기 중간 절연층(320)에 인가되는 최대 임펄스 전계는 상기 중간 절연층(320)의 내측 전계이고, 상기 내측 전계가 중간절연층(320)의 허용 임펄스 전계, 예를 들면, 100 kV/mm 이하로 제어됨으로써 상기 중간 절연층(320)의 열화를 억제할 수 있다.
따라서, 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330), 특히 전계에 취약한 케이블 접속부재 등에 고전계가 인가되는 것을 억제하고, 나아가 상기 중간 절연층(320)을 가진 성능의 최대한으로 컴팩트화 할 수 있으며, 그 열화를 억제하여, 상기 절연층(300)의 절연 내력, 기타 물성이 저하되는 것을 억제할 수 있고, 결과적으로 케이블보다 높은 임펄스 내압의 컴팩트 케이블로 할 수 있을 뿐만 아니라 케이블의 수명 단축을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 각각 크라프트 펄프를 원료로 하는 크라프트지(kraft paper)를 횡권하고 절연유를 함침시킴으로써 형성할 수 있고, 이로써 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)은 중간 절연층(320)에 비해 낮은 저항율 및 높은 유전율을 가질 수 있다. 상기 크라프트지는 크라프트 펄프 중의 유기 전해질을 제거하여 우수한 유전정접 및 유전율을 얻기 위해 크라프트 펄프를 탈 이온수로 수세처리함으로써 제조될 수 있다.
상기 중간 절연층(320)은 플라스틱 필름의 상부면, 하부면, 또는 이들 모두에 크라프트지가 적층된 반합성지를 횡권하고 절연유를 함침시킴으로써 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 중간 절연층(320)은 플라스틱 필름을 포함하고 있으므로 상기 내부 절연층(310) 및 상기 외부 절연층(330)에 비해 높은 저항율, 낮은 유전율, 높은 직류파괴전압 및 임펄스 파괴내압을 지니고 있으며, 상기 중간 절연층(320)의 높은 저항율에 의해 직류적으로, 낮은 유전율에 의해 임펄스적으로 상기 케이블의 외경을 축소하는 것이 가능해진다.
상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지에서 상기 플라스틱 필름은 상기 케이블의 운용시 발열에 의해 상기 절연층(300)에 함침된 절연유가 상기 외부 반도전층(400) 쪽으로 이동하는 것을 억제하여 상기 절연유의 이동에 의한 탈유 공극(void)의 생성을 억제하고, 결과적으로 상기 탈유 공극에 의한 전계 집중 및 절연 파괴를 억제할 수 있다. 여기서, 상기 플라스틱 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지나 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로 폴리프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소 수지로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 내열성이 우수한 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반합성지는 상기 플라스틱 필름의 두께가 전체 두께의 40 내지 70%일 수 있다. 상기 플라스틱 필름의 두께가 상기 반합성지 전체 두께의 40% 미만인 경우 상기 중간 절연층(320)의 저항율이 불충분하여 케이블의 외경이 증가할 수 있는 반면, 70% 초과인 경우 반합성지의 제조가 현저하게 어려워지고, 고가가 될 가능성이 있다.
상기 내부 절연층(310)은 상기 크라프트지 11 내지 21매의 횡권에 의해 형성되어 상기 절연층(300) 전체 두께의 1 내지 10%의 두께를 가질 수 있고, 상기 외부 절연층(330)은 상기 절연층(300) 전체 두께의 5 내지 15%의 두께를 가질 수 있고, 상기 중간 절연층(320)은 상기 반합성지 140 내지 168매의 횡권에 의해 형성되어 상기 절연층(300) 전체 두께의 75% 이상의 두께를 가질 수 있다.
이로써, 상기 내부 절연층(310)의 최대 임펄스 전계 값이 상기 중간 절연층(320)의 최대 임펄스 전계 값보다 낮을 수 있다. 만약 내부 절연층의 두께가 필요 이상으로 증가될 경우, 중간 절연층(310)의 최대 임펄스 전계 값이 허용 최대 임펄스 전계 값보다 커지게 되며, 이를 완화하기 위해선 역으로 케이블 외경이 증가되는 문제점이 발생하게 된다. 그리고, 외부 절연층(330)은 내부 절연층보다 두께를 충분히 확보하는 것이 바람직한데, 이에 대해서는 후술한다.
그리고, 본 발명에서는 저항율이 작은 내부 절연층(310)과 외부 절연층(330)을 구비함으로써, 직류 고전계가 상기 도체(100)의 직상 및 상기 금속시스층(500)의 직하에 인가되는 것을 억제하면서도, 저항율이 높은 중간 절연층(320)의 두께를 75% 이상으로 설계함으로써, 케이블 외경을 축소하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 상기 절연층(300)을 구성하는 상기 내부 절연층(310), 상기 중간 절연층(320) 및 상기 외부 절연층(330)이 각각 정밀하게 제어된 상기 두께를 가짐으로써 상기 절연층(300)이 목적한 절연 내력을 가질 수 있는 동시에 케이블의 외경이 최소화될 수 있다. 또한, 상기 절연층(300)에 인가되는 직류 및 임펄스전계를 가장 효율적으로 설계할 수 있으며, 직류와 임펄스의 고전계가 상기 도체(100)의 직상 및 상기 금속시스층(500)의 직하에 인가되는 것을 억제하여, 특히 전계에 취약한 케이블 접속부재의 절연 내력, 기타 물성 저하를 회피할 수 있다.
바람직하게는, 상기 외부 절연층(330)은 상기 크라프트지 20 내지 32매의 횡권에 의해 형성될 수 있고, 상기 외부 절연층(330)의 두께가 상기 내부 절연층(310)의 두께보다 크고, 예를 들어, 직류 500 kV의 케이블에선 상기 내부 절연층(310)의 두께는 1.0 내지 2.0 mm이고, 상기 외부 절연층(330)의 두께는 2.0 내지 3.0 mm이며, 상기 중간 절연층(320)의 두께는 15 내지 25 mm일 수 있다.
본 발명에 따른 케이블의 접속을 위한 연공 접속시 발생하는 열이 상기 절연층(300)에 인가되어 상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지의 플라스틱 필름이 녹을 수 있기 때문에, 상기 열로부터 상기 플라스틱 필름을 보호하기 위해 상기 외부 절연층(330)의 두께를 충분히 확보하는 것이 필요하고, 상기 내부 절연층(310)의 두께에 비해 두껍게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 외부 절연층(330)의 두께는 상기 내부 절연층(310) 두께의 1 내지 30배일 수 있다.
또한, 상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지의 시트의 두께는 70 내지 200 ㎛이고, 상기 내부 및 외부 절연층(310,320)을 형성하는 크라프트지의 두께는 50 내지 200 ㎛일 수 있다. 그리고, 상기 내부 및 외부 절연층(310,320)을 형성하는 크라프트지의 두께는 상기 반합성지를 구성하는 크라프트지의 두께보다 크도록 형성할 수 있다.
상기 절연층(300)에 함침되는 절연유는 종래 OF 케이블에 사용되는 절연유와 같이 순환되지 않고 고정되므로 상대적으로 높은 점도를 갖는 고점도 절연유를 사용한다. 상기 절연유는 상기 절연층(300)의 목적한 절연 내력을 구현하는 작용 뿐만 아니라 케이블의 굴곡시 절연지의 운동이 용이하도록 윤활 역할을 함께 수행할 수 있다.
상기 절연유는 특별히 제한되지 않지만 상기 도체(100)를 구성하는 구리 및 알루미늄과 접촉하여 열에 의해 산화되지 않아야 하고, 상기 절연층(300)에 대한 함침이 용이하게 위해 함침온도, 예를 들어, 100℃ 이상에서 충분히 낮은 점도를 가져야 하는 반면 케이블의 운전시 운전온도, 예를 들어, 60~90℃에서는 흘러내리지 않도록 충분히 높은 점도를 가져야 하고, 예를 들어, 60℃의 동점도가 500 센티스토크스(cSt) 이상인 고점도 절연유, 특히 나프텐계 절연유, 폴리스틸렌계 절연유, 광유, 알킬 벤젠이나 폴리부텐계 합성유, 중질 알킬레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 절연유를 합성하여 사용할 수 있다.
하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 고점도 절연유보다 점도가 낮은 중점도절연유, 예를 들어 60℃의 동점도가 5 내지 500 센티스토크스(cSt)인 절연유를 사용하는 것도 가능하다.
상기 절연층(300)에 절연유를 함침시키는 공정은 상기 내부 절연층(310), 상기 중간 절연층(320) 및 상기 외부 절연층(330)이 각각 목적한 두께로 형성되도록 이들을 구성하는 상기 크라프트지 및 상기 반합성지를 각각 복수회 횡권하고, 진공 건조되어 상기 절연층(300)의 잔존 수분을 제거하고, 그 후, 고압 환경하에서 함침온도를 예를 들어, 100~120℃로 가열된 상기 절연유를 탱크에 주입하여 그 조건으로 일정 시간 동안 절연유를 절연층(300)에 함침시킨 후, 서서히 냉각시킴으로써 수행될 수 있다.
상기 외부 반도전층(400)은 상기 절연층(300)과 상기 금속시스층(500) 사이의 불균일한 전계 분포를 억제하고 전계분포를 완화시키며 다양한 형태의 금속시스층(500)으로부터 상기 절연층(300)을 물리적으로 보호하는 기능을 수행한다.
상기 외부 반도전층(400)은 예를 들어 절연지에 도전성 카본 블랙을 처리한 카본지 등의 반도전지(semi-conductive paper)의 횡권에 의해 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 반도전지의 횡권에 의해 형성되는 하부층과 상기 반도전지와 금속화지가 공권, 즉 상기 금속화지와 상기 반도전지가 일정 부분 예를 들어 약 40 내지 60% 오버랩(overlap)되도록 함께 횡권되어 형성되는 상부층을 포함할 수 있으며, 상기 외부 반도전층(400)을 형성하는 반도전지 및/또는 금속화지 1 내지 4매가 횡권되어 상기 외부 반도전층(400)의 두께는 약 0.1 내지 3.0 mm일 수 있다.
여기서, 상기 금속화지는 크라프트지, 카본지 등의 베이스 종이 위에 알루미늄 테이프, 알루미늄박 같은 금속박이 적층된 구조를 가질 수 있고, 상기 금속박에는 그 하부의 반도전지, 절연지, 반합성지 등에 절연유가 용이하게 침투할 수 있도록 복수개의 천공이 존재할 수 있으며, 이로써 상기 하부층의 반도전지가 상기 상부층의 반도전지를 통해 상기 금속화지의 금속박까지 원활하게 전기적으로 접촉하게 되고, 결과적으로 상기 외부 반도전층과 상기 금속시스층이 원활하게 전기적으로 접촉하게 됨으로써 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로가 효과적으로 확보되어 안전을 도모할 수 있고, 또한 상기 절연층(300)과 상기 금속시스층(500) 사이에 균일한 전계 분포가 형성될 수 있다.
또한, 상기 외부 반도전층(400)은 상기 금속시스층(500)과의 사이에 동선직입포(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 동선직입포는 부직포에 구리 와이어 2 내지 8 가닥이 직입된 구조로 상기 외부 반도전층(400)을 형성하기 위해 권취된 반도전지, 금속화지 등이 풀어지지 않고 앞서 기술한 구조를 유지할 수 있도록 이들을 견고하게 묶어주는 기능을 수행하고, 추가로 상기 동선에 의해 상기 외부 반도전층(400)과 상기 금속시스층(500)을 원활하게 전기적으로 접촉시키는 기능을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 전력 케이블에 있어서, 상기 내부 반도전층(200)을 형성하는 반도전지, 상기 절연층(300) 중 내부 절연층(310) 및 외부 절연층(330)을 형성하는 크라프트지, 그리고 상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지, 상기 외부 반도전층(200)을 형성하는 반도전지 등(이하, '반도전지 등'이라 합니다)은 갭권, 즉 상기 반도전지 등의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되도록 횡권되고 상기 갭(gap)은 상기 반도전지 등의 상부에 새로운 반도전지 등이 횡권될 때에 상기 새로운 반도전지 등에 의해 덮혀지면서 동시에 상기 새로운 반도전지 등의 사이 사이에 또한 갭(gap)이 형성되도록 횡권되는 것이 계속하여 반복되는 방식으로 횡권될 수 있다.
이로써, 상기 갭을 통한 절연유의 이동이 용이하므로 상기 절연층(300)에 대한 절연유의 함침시 균일한 함침이 가능하고 함침 시간을 단축시킴으로써 상기 케이블의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 반도전지 등은 이의 좌우측에 형성된 갭(gap)의 여유 공간을 통해 좌우로 슬라이딩됨으로써 상기 케이블의 굴곡시에도 인접한 다른 반도전지 등과 충돌하여 파손되지 않고 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 반도전지 등이 서로 충돌하지 않고 안정적으로 슬라이딩되기 위해서는 상기 갭(gap)의 폭이 상기 반도전지 등의 지폭에 비례하여 확보되어야 하고, 예를 들어, 상기 반도전지 등의 사이의 갭(gap)의 폭은 상기 반도전지 등의 지폭의 약 5 내지 15%일 수 있다.
여기서, 상기 갭(gap)의 폭이 상기 반도전지 등의 지폭의 5% 미만인 경우 상기 케이블의 굴곡시 상기 반도전지 등이 서로 충돌하여 파손될 수 있는 반면, 15% 초과인 경우 상기 케이블의 굴곡시 상기 반도전지 등이 이의 상부 또는 하부 층의 갭(gap)을 통해 돌출되어 상기 반도전지 등이 파손되거나 층의 구조가 변경될 수 있다.
한편, 상기 절연층(300)에서 크라프트지, 반합성지 등의 절연지 사이에 형성된 갭(gap)에는 상기 절연층(300)을 형성하는 절연지에 비해 상대적으로 저항이 낮은 절연유만 존재하기 때문에 상기 갭(gap)에 전계가 집중되어 이를 기점으로 부분방전, 절연파괴 등이 발생하여 상기 케이블의 수명이 단축될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 절연층(300)을 형성하는 크라프트지, 반합성지 등의 절연지의 지폭과 이에 따른 갭(gap)의 폭을 정밀하게 조절함으로써 상기 절연층(300)의 높은 절연내력을 확보하는 동시에, 이와 상충관계에 있는 케이블의 생산성, 굴곡성 등을 동시에 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 절연층(300) 중 반합성지의 횡권에 의해 형성된 상기 중간 절연층(320)은 상기 반합성지의 지폭의 크기에 따라 적어도 2개 이상의 층으로 나뉘며, 상대적으로 도체쪽에 위치한 층을 하부층(320a) 그 바깥쪽에 위치한 층을 상부층(320b)이라고 할 때, 상기 상부층(320b)을 형성하는 반합성지의 지폭이 상기 하부층(320a)을 형성하는 반합성지의 지폭보다 클 수 있다.
즉, 상기 케이블의 통전시 상기 도체(100)와 가장 인접하여 상대적으로 강한 전계가 인가되는 상기 하부층(320a)을 형성하는 절연지의 지폭을 좁게 조절하고, 이로써 상대적으로 저항이 낮은 절연유만이 존재하는 갭의 폭도 함께 좁게 조절하여 상기 갭에 의해 전체적인 절연내력이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있고, 상기 하부층(320a)은 케이블의 내측에 배치되기 때문에 케이블의 굴곡시 굴곡반경이 작아 상기 하부층(320a)에 포함되는 갭이 상대적으로 좁게 설계되는 경우에도 절연지가 서로 충돌하여 파손되거나 구조가 변경되는 것을 회피할 수 있다.
한편, 상기 상부층(320b)은 상기 하부층(320a)에 비해 상기 도체(100)로부터 멀리 배치되기 때문에 케이블의 통전시 상대적으로 약한 전계가 인가되므로 상대적으로 저항이 낮은 절연유만 존재하는 갭의 폭이 어느 정도 증가해도 절연층(300) 전체의 절연내력에 크게 영향을 미치지 않고, 나아가 상기 상부층(320a)에 포함된 갭의 폭이 증가함에 따라 절연지의 지폭을 넓게 조절할 수 있기 때문에, 상기 상부층(320a)을 형성하기 위한 절연지의 횡권 효율이 향상되어 케이블의 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 케이블의 굴곡시 굴곡 반경이 큰 상기 상부층(320a)에서 절연지가 서로 충돌하여 파손되거나 구조가 변경되는 것을 회피할 수 있다.
여기서, 서로 인접한 상부층(320b)과 하부층(320a)은, 상기 상부층(320b)을 형성하는 반합성지의 지폭이 상기 하부층(320a)을 형성하는 반합성지의 지폭의 105 내지 125%일 수 있고, 예를 들어, 상기 하부층(320a)을 형성하는 절연지의 지폭은 20 내지 30 mm이고, 상기 상부층(320b)을 형성하는 절연지의 지폭은 23 내지 33 mm이며, 상기 상부층(320b) 위에 배치되는 추가적인 상부층을 형성하는 절연지의 지폭은 27 내지 34 mm일 수 있다.
또한, 상기 하부층(320a)을 형성하는 절연지 사이의 갭은 약 1.5 내지 2.5 mm이고, 상기 상부층(320b)을 형성하는 절연지 사이의 갭은 약 2.1 내지 2.7 mm이며, 상기 추가적인 상부층을 형성하는 절연지 사이의 갭은 약 2.3 내지 3.0 mm일 수 있다.
특히, 상기 내부 절연층(310)에 인접한 상기 중간 절연층(320)을 이루고 있는 반합성지의 지폭은 이에 인접하고 있는 상기 내부 절연층(310)을 이루고 있는 반합성지의 지폭과 동일할 수 있다. 이는 크라프트지로 이루어진 내부 절연층(310)이 반합성지로 이루어진 중간 절연층(320)으로 전환되는 지점에서 급변하는 전계에 의해 전계 분포가 불안정해져 국부적인 전계 집중에 의한 부분방전, 절연파괴 등이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 내부 절연층(310)을 형성하는 크라프트지의 지폭 및 상기 내부 반도전층(200)을 형성하는 반도전지의 지폭은 각각 독립적으로 20 내지 30 mm일 수 있고, 상기 외부 절연층(330)을 형성하는 크라프트지의 지폭 및 상기 외부 반도전층(400)을 형성하는 반도전지와 금속화지의 폭은 각각 독립적으로 27 내지 34 mm일 수 있으며, 상기 외부 반도전층(400)에 추가로 포함될 수 있는 상기 동선직입포의 폭은 약 60 내지 110 mm일 수 있으며, 각각의 측에 포함되는 크라프트지, 반도전지 등의 사이의 갭은 각각의 층을 형성하는 크라프트지, 반도전지 등의 지폭의 약 5 내지 15%일 수 있다.
본 발명에 따른 전력 케이블을 형성하는 내부 반도전층(200)부터 외부 반도전층(400)까지를 형성하는 반도전지 등은 일정 매수마다 횡권 방향이 교대로 변경됨으로써 상기 케이블의 구조가 안정되고 굴곡성이 향상되며 외관이 균일하게 제조될 수 있다.
여기서, 상기 절연층(300)은 S방향으로 횡권된 복수의 층권수로 이루어진 S방향 횡권층과 Z방향으로 횡권된 복수의 층권수로 이루어진 Z방향 횡권층을 교대로 포함하며, 상기 중간 절연층(320)은 2 이상의 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 중간 절연층(320)에서 상기 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층을 이루고 있는 반합성지는 같은 하나의 S방향 횡권층 또는 같은 하나의 Z방향 횡권층 내에서는 지폭이 동일할 수 있다.
특히, 상기 중간 절연층(320)에서 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층에서 같은 하나의 S방향 횡권층 또는 같은 하나의 Z방향 횡권층 내에 포함되어 있는 반합성지의 층권수는 16개 이하일 수 있고, 나아가 상기 절연층(300)에서 S방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합과 Z방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합의 차이가 상기 S방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합을 기준으로 ±10%를 초과하지 않을 수 있다. 이로써, 상기 절연층(300)에 절연유를 함침 후 상기 절연층(300)이 뒤틀리는 것을 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 내부 반도전층(200)을 형성하는 반도전지는 S 방향으로 횡권되고, 상기 내부 절연층(310)을 형성하는 크라프트지는 Z 방향으로 횡권되며, 상기 중간 절연층(320)을 형성하는 반합성지는 12 내지 16매씩 S 방향과 Z 방향으로 교대로 횡권되고, 바람직하게는 16매씩 S 방향과 Z 방향으로 교대로 횡권되다가 14매씩 S 방향과 Z 방향으로 교대로 횡권되다가 12매씩 교대로 횡권될 수 있으며, 특히 상기 중간 절연층(320)의 최상층에 속하는 일정 매수의 반합성지는 상기 외부 절연층(330)의 최하층에 속하는 일정 매수의 크라프트지와 공권될 수 있고, 이로써 상기 케이블의 구조가 더욱 안정되고 추가적인 전계 완충에 의한 균일한 전계를 달성할 수 있으며, 상기 외부 절연층(330)을 형성하는 크라프트지는 8 내지 10매씩 S 방향과 Z 방향으로 교대로 횡권되고, 상기 외부 반도전층(400)은 1 내지 4매의 반도전지가 횡권되고 그 위에 1 내지 2매의 반도전지 및 금속화지가 공권되고, 그 위에 동선직입포 1매가 횡권될 수 있다.
상기 금속시스층(500)은 케이블 내부에서 절연유가 외부로 새지 않게 하고, 전계가 케이블 외부로 나가지 못하게 하여 정전 차폐 효과를 얻을 수 있도록 하며, 케이블 일말단에서의 접지를 통해 케이블의 지락 또는 단락 사고 발생시 고장전류의 귀로로서 작용하여 안전을 도모하고, 케이블 외부의 충격, 압력 등으로부터 케이블을 보호하고, 케이블의 차수성, 난연성 등을 향상시키는 작용을 한다.
상기 금속시스층(500)은 예를 들어 순연 내지 합금연(lead alloy)으로 이루어진 연피시스에 의해 형성될 수 있다. 상기 금속시스층(500)으로서 상기 연피시스는 전기저항이 비교적 낮아 대전류통전체 기능을 겸하고, 심리스 타입(seamless type)으로 형성시 케이블의 차수성, 기계적 강도, 피로특성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 연피시스는 케이블의 내식성, 차수성 등을 추가로 향상시키고 상기 금속시스층(500)과 상기 케이블보호층(600) 사이의 접착력을 향상시키기 위해 표면이 부식 방지 컴파운드, 예를 들어, 블로운 아스팔트 등으로 도포될 수 있다.
상기 케이블보호층(600)은 예를 들어 금속보강층(630) 및 외부시스(650)를 포함하고, 내부시스(610), 상기 금속보강층(630) 상하에 배치된 베딩층(620,640) 등을 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 내부시스(610)는 케이블의 내식성, 차수성 등을 향상시키고, 기계적 외상, 열, 화재, 자외선, 곤충이나 동물로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행한다. 상기 내부시스(610)는 특별히 제한되지 않지만 내한성, 내유성, 내약품성 등이 우수한 폴리에틸렌이나, 내약품성, 난연성 등이 우수한 폴리염화비닐 등으로 이루어질 수 있다.
상기 금속보강층(630)은 기계적 충격으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행하고, 부식을 방지하기 위해 아연 도금 강철 테이프, 스테인레스강 테이프 등으로 형성될 수 있고, 상기 아연 도금 강철 테이프는 표면에 부식 방지 컴파운드가 도포될 수 있다. 또한, 상기 금속보강층(630) 상하에 배치된 베딩층(620,640)은 외부로부터의 충격, 압력 등을 완화하는 기능을 수행하고, 예를 들어, 부직포 테이프에 의해 형성될 수 있다.
상기 외부시스(650)는 상기 내부시스(610)와 실질적으로 동일한 기능 및 특성을 갖고, 해저터널, 육상터널구간 등에서의 화재는 인력 또는 설비 안전에 큰 영향을 주는 위험요소이므로 해당 지역에서 사용되는 케이블의 외부시스는 난연 특성이 우수한 폴리염화비닐을 적용하고, 관로구간의 케이블 외부시스는 기계적 강도, 내한성이 우수한 폴리에틸렌을 적용할 수 있다.
또한, 여기에선 도시하지 않았지만 금속시스(500)의 위에 내부시스(610)를 생략하고 바로 금속보강층(630)을 설치할 수 있으며, 금속보강층(630) 내측과 외측에는 필요에 따라 베딩층을 설치할 수 있다. 즉, 상기 금속시스층에서 외측을 향해 순차적으로 베딩층, 금속보강층, 베딩층 및 외부시스가 구비되도록 형성할 수 있다. 이 경우는 금속보강층(630)이 금속시스(500)의 변형은 허용해도 외주의 변화는 억제하기 때문에, 금속시스(500)의 피로특성상 바람직하며 케이블 통전시의 금속시스(500) 내의 케이블 절연층(300)의 유압을 높히고, 반대로 케이블 통전을 off했을 시의 온도 하강에 의한 절연유의 수축에 따른 유압의 하강을 보상하며, 유압이 높은 부분에서 내부반도전층(200)에서와 같이 급격하게 유압이 내려가는 부분에 유압차로 기름을 이동시켜 보충하는 효과가 발생하여 바람직하다.
또한, 상기 케이블이 해저케이블인 경우 상기 케이블보호층(600)은 예를 들어 철선외장(660)과 폴리프로필렌 얀 등으로 이루어진 외부 써빙층(670) 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 철선외장(660), 외부 써빙층(670) 등은 해저의 해류, 암초 등으로부터 케이블을 추가적으로 보호하는 기능을 수행할 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 (20)

  1. 도체;
    상기 도체를 감싸는 내부 반도전층;
    상기 내부 반도전층을 감싸고 절연유가 함침된 절연층;
    상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층;
    상기 외부 반도전층을 감싸는 금속시스층; 및
    상기 금속시스층을 감싸는 케이블보호층을 포함하고,
    상기 절연층은 내부 절연층, 중간 절연층 및 외부 절연층이 순차적으로 적층되어 형성되고,
    상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층은 크라프트지(kraft paper)가 갭(gap)권에 의해 횡권되고 절연유가 함침됨으로써 형성되고,
    상기 중간 절연층은 플라스틱 필름 및 상기 플라스틱 필름의 적어도 한면에 적층된 크라프트지를 포함하는 반합성지가 갭권에 의해 횡권되고 절연유가 함침됨으로써 형성되며,
    상기 갭권은 상기 크라프트지 또는 상기 반합성지의 사이 사이에 일정한 갭(gap)이 형성되도록 횡권되고 상기 갭(gap)은 상기 크라프트지 또는 상기 반합성지의 상부에 새로운 크라프트지 또는 반합성지가 횡권될 때에 상기 새로운 크라프트지 또는 반합성지에 의해 덮혀지면서 동시에 상기 새로운 크라프트지 또는 반합성지의 사이 사이에 또한 갭(gap)이 형성되도록 횡권되는 것이 계속하여 반복되는 것이고,
    상기 중간 절연층은, 상기 중간 절연층을 이루고 있는 상기 반합성지의 지폭의 크기에 따라 적어도 2개 이상의 층으로 나뉘며, 상대적으로 도체쪽에 위치한 층을 하부층이라 하고 상기 하부층의 바깥쪽에 위치한 층을 상부층이라고 할 때, 상기 상부층을 형성하는 반합성지의 지폭이 상기 하부층을 형성하는 반합성지의 지폭보다 크고,
    상기 반합성지의 갭권에 의해 형성된 상기 반합성지 사이의 갭의 폭은 상기 반합성지의 지폭의 5 내지 15%인 것을 특징으로 하는 전력 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    서로 인접한 상기 상부층과 하부층은, 상부층을 형성하는 반합성지의 지폭이 상기 하부층을 형성하는 반합성지의 지폭의 105 내지 125%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 절연층에 인접한 중간 절연층을 이루고 있는 반합성지의 지폭은 이에 인접하고 있는 내부 절연층을 이루고 있는 반합성지의 지폭과 동일한 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 S방향으로 횡권된 복수의 층권수로 이루어진 S방향 횡권층과 Z방향으로 횡권된 복수의 층권수로 이루어진 Z방향 횡권층을 교대로 가지며, 상기 중간 절연층은 2 이상의 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중간 절연층에서 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층을 이루고 있는 반합성지는 같은 하나의 S방향 횡권층 또는 같은 하나의 Z방향 횡권층 내에서는 지폭이 동일한 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 중간 절연층에서 S방향 횡권층 또는 Z방향 횡권층에서 같은 하나의 S방향 횡권층 또는 같은 하나의 Z방향 횡권층 내에 포함되어 있는 반합성지의 층권수는 16 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 절연층에서 S방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합과 Z방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합의 차이가 상기 S방향 횡권층 내에 횡권된 층권수의 총합을 기준으로 ±10%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 반도전층은 반도전지가 갭권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성되고, 상기 외부 반도전층은 반도전지(semi-conductive paper)가 갭권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성되거나 반도전지가 갭권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성된 하부층과 반도전지와 금속화지가 함께 횡권되는 공권으로 횡권되고 절연유가 함침되어 형성된 상부층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  9. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 절연층의 전체 두께를 기준으로, 상기 내부 절연층의 두께는 1 내지 10%이고, 상기 중간 절연층의 두께는 75% 이상이며, 상기 외부 절연층의 두께는 5 내지 15%이고,
    상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층의 저항율이 상기 중간 절연층의 저항율보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외부 절연층의 두께가 상기 내부 절연층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 외부 절연층의 두께는 상기 내부 절연층의 두께의 1 내지 30배인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 절연층 및 상기 외부 절연층의 크라프트지의 두께는 상기 반합성지의 크라프트지의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 절연층의 최대 임펄스 전계 값이 상기 중간 절연층의 최대 임펄스 전계 값보다 작은 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 절연층의 최대 임펄스 전계 값이 100 kV/mm 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 필름의 두께는 상기 반합성지의 전체 두께의 40 내지 70%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체는 연동선 또는 알루미늄으로 이루어지고, 원형 중심선 위에 평각 소선을 다층으로 얹어 구성시킨 평각도체 또는 원형 중심선 위에 원형 소선을 다층으로 얹은 후 압축한 원형압축도체인 것으로 특징으로 하는, 전력 케이블.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스틱 필름은 폴리프로필렌 단독중합체 수지로 형성된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연유는 60℃의 동점도가 5 센티스트로크 이상인 고점도 절연유인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블보호층은 내부시스, 베딩층, 금속보강층 및 외부시스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 케이블보호층은 철선외장 및 외부 써빙층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
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