WO2020222409A1 - 복합소재를 이용한 광섬유 복합가공지선 - Google Patents

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WO2020222409A1
WO2020222409A1 PCT/KR2020/002372 KR2020002372W WO2020222409A1 WO 2020222409 A1 WO2020222409 A1 WO 2020222409A1 KR 2020002372 W KR2020002372 W KR 2020002372W WO 2020222409 A1 WO2020222409 A1 WO 2020222409A1
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aluminum
composite processing
fiber composite
composite material
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PCT/KR2020/002372
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김상수
이영호
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리오엠엔씨(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber composite processing branch line using a composite material. More specifically, the present invention relates to an optical fiber unit using a composite material, and an optical fiber composite processing branch including the same, which has a simple structure, light weight, improved tensile strength, and reduced electrical resistance.
  • Optical Fiber Composite Ground Wire is installed along with the transmission line in the steel tower and has the function of the overhead branch line to protect the high-voltage transmission line and the complex function of providing a communication line using optical fiber.
  • the optical fiber composite processing branch line is twisted with aluminum wires and aluminum-clad steel wires on the optical fiber unit, and it must maintain stable performance even in extreme changes in external environments such as typhoons, lightning strikes, and power line accidents.
  • the tight buffer type optical fiber composite processing line is coated optical fiber, jelly in the tube to prevent moisture penetration in the tube, loose tube that aggregates single or multi-core optical fibers, and protects the optical fiber from external impact and compression. It is composed of a protective layer, a filler filling between the protective layer and the loose tube, and an aluminum-coated steel wire for reinforcing the insufficient tensile load of the optical fiber composite processing branch wire, and an aluminum wire for electrical properties.
  • the loose tube-type optical fiber composite processing line wraps the optical fiber with a loose tube, and the loose tube is filled with jelly.
  • a number of loose tubes into which optical fibers are inserted are surrounded by a barrier layer, and the barrier layer is also surrounded by aluminum tubes.
  • the aluminum tube is surrounded by aluminum clad steel wire and aluminum wire.
  • increasing the thickness of the loose tube or using a high-strength material has attempted to solve this problem.
  • aluminum coated steel wire and aluminum used for tension wires are made into segments. To maximize the bridge effect.
  • the conventional optical fiber composite processing branch line has a disadvantage in that it is difficult to manufacture due to a complicated configuration, and thus manufacturing cost is high.
  • the burden of material cost is large, and there is a fear of disconnection due to the extra tensile strength applied to the optical fiber as the line is struck down by its own load in actual application.
  • the steel tower safety decreases due to an increase in the outer diameter and weight of the cable, and it may cause damage to the tube and optical fiber due to compression impact during installation.
  • An optical fiber overhead branch line is disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-2003-0049587 as a background technology for the present invention.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber composite processing branch wire that has a simple structure and does not require a peripheral tension wire by using a high-strength composite material capable of relieving the impact applied to an optical fiber.
  • Another object of the present invention is to provide an optical fiber composite ground wire having a small outer diameter and a small weight, a high tensile load, and a low electrical resistance.
  • At least one optical fiber At least one optical fiber; An outer tube into which the at least one optical fiber is inserted; And a composite material that is filled in the outer tube to protect the at least one optical fiber, wherein the composite material includes a fiber and a resin, and an optical fiber unit for an optical fiber composite processing line is provided.
  • At least one optical fiber An inner tube into which the at least one optical fiber is inserted; A filler filled in the inner tube to protect the at least one optical fiber; An outer tube into which the inner tube is inserted; And a composite material that is filled in the outer tube to protect the at least one optical fiber and the inner tube, wherein the composite material includes a fiber and a resin, and an optical fiber unit for an optical fiber composite processing line is provided.
  • one or more inner tubes into which the one or more optical fibers are inserted may be included.
  • the inner tube may be made of a curable resin.
  • the filler may be a jelly compound.
  • the outer tube may be made of a curable resin.
  • the fiber may be at least one of carbon fiber, glass fiber, and alumina.
  • an optical fiber composite processing branch line comprising the optical fiber unit of the present application.
  • the optical fiber composite processing line may include an aluminum wire layer, which is twisted and disposed on the outer surface of the optical fiber unit.
  • the aluminum wire layer may be formed by alone or a mixture of an aluminum wire and an aluminum coated steel wire.
  • the cross section of the aluminum wire rod and the aluminum coated steel wire may have a circular or trapezoidal shape.
  • the aluminum wire layer may be formed of two or more layers.
  • each layer of the aluminum wire layer may be formed by twisting them in opposite directions to each other.
  • an optical fiber composite processing branch line that has a simple structure and can eliminate the impact applied to the optical fiber and does not require a peripheral tension line.
  • an optical fiber composite processing branch having a small outer diameter and a small weight, high tensile load and low electrical resistance can be provided.
  • the high-strength composite material facilitates the use of aluminum wires, thereby reducing the electrical resistance of the cable.
  • the number of cores of the optical fiber can be increased by the high tensile load of the optical core using the composite material, it is easy to manufacture the multi-core optical fiber composite processing line.
  • the tube and the optical fiber unit are manufactured in close contact with each other, moisture penetration and ultraviolet rays are completely blocked, and resistance to corrosion is increased, thereby ensuring excellent corrosion resistance.
  • the present invention it is possible to reduce electrical resistance by arranging the aluminum wire on the outside in a circular or trapezoidal shape. Since the current capacity can be increased with these characteristics, it can be used as an optical fiber composite processing branch line and a power line.
  • FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of an optical fiber unit for an optical fiber composite processing branch manufactured using a composite material according to an embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views schematically showing an optical fiber composite processing branch line including an aluminum wire according to another embodiment.
  • 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing an optical fiber composite processing branch line including an aluminum-coated steel wire according to another embodiment.
  • the term “on” means to be positioned above or below the target portion, and does not necessarily mean to be positioned above the direction of gravity.
  • An optical fiber unit for an optical fiber composite processing branch line of the present application comprises: one or more optical fibers; An outer tube into which the at least one optical fiber is inserted; And a composite material that is filled in the outer tube to protect the at least one optical fiber, wherein the composite material includes a fiber and a resin.
  • the optical fiber may be composed of one core or multiple cores as a core wire.
  • the optical fiber may be a coated optical fiber. The optical fiber is collected and protected in a composite material.
  • the composite material serves to protect the at least one optical fiber as a composite of fiber and resin.
  • the fiber may be one or more of carbon fiber, glass fiber, and alumina, but is not limited thereto.
  • the carbon fiber may have a diameter of 3 to 15 ⁇ m, but is not limited thereto. Carbon fibers with a diameter of less than 3 ⁇ m are too small to handle, and are expensive. In addition, carbon fibers with a diameter of more than 15 mu m are hard and brittle.
  • the glass fiber may have a diameter of 5 to 20 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the outer tube may be made of a thermosetting resin, a photocurable resin, stainless steel, or aluminum, but is not limited thereto.
  • a thermosetting polymer resin compound may be used herein. That is, the resin may be a high-temperature epoxy resin based on a similar resin material such as PEAR (Poly Ether Amide Resin), bismaleimide, and polyimide. Or it may be composed of a metal series such as aluminum.
  • PEAR Poly Ether Amide Resin
  • bismaleimide bismaleimide
  • polyimide polyimide
  • the outer tube is made of a thermosetting resin, it may be suitable in terms of weight reduction, cost reduction, and simplification of the manufacturing process of the optical fiber unit.
  • FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of an optical fiber unit manufactured using a composite material according to an embodiment.
  • an optical fiber unit 100 for an optical fiber composite processing line includes one or more optical fibers 110; An inner tube 114 into which the at least one optical fiber 110 is inserted; A filler 112 that is filled in the inner tube 114 to protect the at least one optical fiber 110; An outer tube 214 into which the inner tube 114 is inserted; And a composite material that is filled in the outer tube 214 to protect the at least one optical fiber 110 and the inner tube 114, and the composite material includes a fiber 120 and a resin 122.
  • the optical fiber 110 may be composed of one core or multiple cores as a core wire.
  • the optical fiber 110 may be a coated optical fiber.
  • the optical fiber 110 is collected and protected in a composite material.
  • the inner tube 114 may be made of a thermosetting resin, a photocurable resin, stainless steel, or aluminum, but is not limited thereto.
  • a thermosetting resin it may be suitable in terms of weight reduction, cost reduction, and simplification of the manufacturing process of the optical fiber unit.
  • the optical fiber unit 100 may include one or more inner tubes 114 into which the one or more optical fibers 110 are inserted.
  • the filler 112 can protect the optical fiber 110, there is no particular limitation.
  • the filler 112 may be a resin-based jelly compound, and may be suitable for preventing moisture from penetrating into the composite material.
  • the composite material serves to protect the at least one optical fiber, and may be a composite of the fibers 120 and the resin 122.
  • the fiber 120 may be one or more of carbon fiber, glass fiber, and alumina, but is not limited thereto.
  • the carbon fiber may have a diameter of 3 to 15 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the glass fiber may have a diameter of 5 to 20 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the outer tube 124 may be made of a thermosetting resin, a photocurable resin, stainless steel, or aluminum, but is not limited thereto.
  • a thermosetting resin it may be suitable in terms of weight reduction, cost reduction, and simplification of the manufacturing process of the optical fiber unit.
  • a jelly compound which is a filler 112 is filled.
  • fibers 120 such as carbon fiber and glass fiber are continuously supplied to the outer layer of the inner tube 114 through a pulley with a predetermined gap.
  • thermosetting resin or the like is supplied to the outer layer in a predetermined thickness and pultruded to form an outer tube 124 including a composite material.
  • the optical fiber composite processing line of the present application includes the optical fiber unit of the present application.
  • FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing optical fiber composite processing branch lines 200 and 300 including aluminum wires 210 and 310 according to another embodiment
  • FIGS. 3A and 3B are aluminum coated according to another embodiment. It is a cross-sectional view schematically showing the optical fiber composite processing branch lines 200' and 300' including the steel wires 210' and 310'.
  • the optical fiber composite processing line 200, 200', 300, 300' includes an aluminum wire layer, which is twisted and disposed on the outer surface of the optical fiber unit.
  • the aluminum wire layer may be formed by singly or a mixture of aluminum wires 210 and 310 and aluminum-clad steel wires 210 ′ and 310 ′. Mechanical and electrical properties such as tensile load or electrical resistance can be adjusted by selecting and combining aluminum wires 210 and 310 and aluminum-clad steel wires 210 ′ and 310 ′.
  • the cross section of the aluminum wires 210 and 310 or the aluminum-clad steel wires 210 ′ and 310 ′ may have a circular shape (FIGS. 2A and 3A) or a trapezoidal shape (FIGS. 2B and 3B ).
  • the aluminum wires 210 and 310 or the aluminum-coated steel wires 210 ′ and 310 ′ may be twisted and twisted at a predetermined pitch.
  • the aluminum wire (210, 310) or aluminum-coated steel wire (210', 310') is located on the outer periphery of the optical fiber unit in order to provide the mechanical and electrical properties of the optical fiber composite processing branch wire (200, 200', 300, 300'). It is stranded.
  • the aluminum wire layer may be formed of two or more layers. At this time, each layer of the aluminum wire layer may be formed by twisting them in opposite directions.
  • optical fiber composite processing branch lines 200, 200', 300, 300' of the present invention of the above configuration can protect the set of optical fibers 110 and serve as a tension line.
  • the optical fiber unit manufactured above is placed in the center to form the center unit, and an aluminum wire layer is formed by twisting an aluminum wire and/or an aluminum-coated steel wire at a constant pitch.
  • the aluminum wire or aluminum-clad steel wire is combined in one or two or more layers.
  • the aluminum wire or aluminum-clad steel wire is adjusted in consideration of mechanical and electrical properties such as desired tensile load or electrical resistance.
  • the optical fiber unit of the present application may protect the central optical fiber from external corrosion and impact by using a composite material of fiber and resin and serve as a center line for supporting the load of the cable.
  • optical fiber and the jelly compound as a filler were collected in the inner tube as a protective layer and filled.
  • Carbon fiber and resin were mixed and applied to the outer layer of the inner tube, and the surface portion was pultruded and cured with a thermosetting resin to prepare a 4.5 mm optical fiber unit.
  • the optical fiber unit manufactured as described above was placed in the center, and a 4.5mm equivalent diameter circular and trapezoidal wire (TW) made of aluminum was twisted at a predetermined pitch, and the optical fiber composite processing ground wire of Examples 1 and 2, respectively. was prepared.
  • TW circular and trapezoidal wire
  • Table 1 shows a comparison of the characteristics of the conventional optical fiber composite fabrication wire (heated wire) as a comparative example with Examples 1 and 2 of the optical fiber composite fabrication wire manufactured according to the present application.
  • TW Trapezodial Wire
  • SSLT Stainless Steel Loose Tube
  • AS Aluminum coated steel wire
  • CF Optical fiber unit including composite material
  • Al Aluminum wire
  • the weight of the optical fiber composite processing line of Examples 1 and 2 was 350 kg/km, which was about 15% less than that of 410 kg/km of Comparative Example. It is possible to minimize damage due to external environment such as wind pressure during use by being constructed by reducing the weight as described above, and it is possible to prevent damage to the optical fiber due to sagging of the optical fiber composite processing line during the construction and use process.
  • the optical fiber composite processing ground wires of Examples 1 and 2 exhibited very excellent performance in electrical properties such as electrical resistance.
  • the electrical resistance of the optical fiber composite processing ground wires of Examples 1 and 2 manufactured by the present application was 0.3028 ⁇ /km, which was reduced by about 80% to a level of about 20% compared to the electrical resistance of 1.528 ⁇ /km of the comparative example. This can reduce the electrical resistance by arranging the aluminum wire in a circular or trapezoidal shape under the same minimum tensile load, and this characteristic can increase the current capacity and thus can be used as an optical fiber composite processing branch line and a power line.

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 광섬유 유닛은, 1 이상의 광섬유가 삽입되며 경화성 수지로 구성되는 내부튜브 및 외부튜브와 함께, 카본파이버, 유리섬유 또는 알루미나로 구성되는 파이버 및 수지를 포함하는 복합소재를 포함한다. 또한 이러한 광섬유 유닛을 포함하는 광섬유 복합가공지선은, 그 외면에 2층 이상으로 형성되는 알루미늄 선재층을 더 포함함으로써 구조가 간단하면서 경량이며, 인장강도가 향상되고, 전기저항이 감소하는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 개시된 다양한 실시예들 이외의 다른 다양한 실시예가 가능하다.

Description

복합소재를 이용한 광섬유 복합가공지선
본 발명은 복합소재를 이용한 광섬유 복합가공지선에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 복합소재를 이용한 광섬유 유닛 및 이를 포함하여 구조가 간단하면서 경량이며 인장강도가 향상되고 전기저항이 감소한 광섬유 복합가공지선에 관한 것이다.
광섬유 복합가공지선(Optical Fiber Composite Ground Wire, OPGW)은 철탑에 송전선로와 함께 설치돼 고압 송전선로를 보호하는 가공지선의 기능과 광섬유를 이용한 통신선로를 제공하는 복합기능을 가지고 있다.
광섬유 복합가공지선은 가공지선의 기계적, 전기적 특성을 모두 만족시키기 위하여, 광섬유 유닛 위에 알루미늄 선재 및 알루미늄 피복강선이 연선하며, 태풍이나 낙뢰, 전력선 사고 등 극심한 외부 환경 변화에도 안정된 성능을 유지하여야 한다.
종래의 광섬유 복합가공지선은 타이트버퍼 타입(Tight Buffer Type)과 루즈튜브 타입(Loose Tube Type)으로 분류된다.
먼저, 타이트버퍼 타입의 광섬유 복합가공지선은 코팅된 광섬유, 튜브내 수분침투를 방지하기 위한 튜브내 젤리, 1심 또는 다심의 광섬유를 집합하는 루즈튜브, 광섬유를 외부의 충격 및 압축으로부터 광섬유를 보호하는 보호층, 보호층과 루즈튜브 사이를 충진하는 충진재, 및 광섬유 복합가공지선의 부족한 인장하중을 보강하는 알루미늄 피복강선, 및 전기적 특성을 위한 알루미늄 선재로 구성되어 있다.
다음, 루즈튜브 타입의 광섬유 복합가공지선은 광섬유를 루즈튜브로 감싸고, 루즈튜브 내에는 젤리로 충진된다. 광섬유가 삽입된 다수의 루즈튜브는 장벽층에 둘러싸이며, 장벽층은 또한 알루미늄 튜브로 둘러싸인다. 알루미늄 튜브의 주위에는 알루미늄 피복강선과 알루미늄선으로 둘러 싸여진다. 광섬유 손상에 의한 통신품질 저하를 방지하기 위해서, 종래에는 루즈튜브의 두께를 늘리거나 고강도의 재질을 사용함으로써 이러한 문제를 해결하려 했으며, 또한 인장선에 사용되는 알루미늄 피복강선 및 알루미늄을 세그먼트 형태로 만들어 브리지 효과를 극대화하고자 하였다.
이와 같은 종래의 광섬유 복합가공지선은 복잡한 구성에 의해 제작이 어려워 제조원가가 높다는 단점이 있다. 또한, 부피가 크고 무게가 많이 나가기 때문에 재료비의 부담이 클 뿐만 아니라 실제 적용시 자체 하중에 의해 선로가 밑으로 쳐지면서 광섬유에 필요 이상의 인장강도가 가해져 단선될 우려가 있다. 이와 같은 광섬유 복합가공지선은 케이블의 외경 및 중량 증가에 의해 철탑안전도가 감소하며, 포설 중 압축 충격으로 튜브 및 광섬유의 손상을 초래하기도 한다.
본 발명에 대한 배경기술로 대한민국 공개특허 제10-2003-0049587호에 광섬유 가공지선이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 광섬유에 가해지는 충격을 해소할 수 있는 고강도 복합소재를 이용하여 구조가 간단하면서 주변의 인장선을 필요로 하지 않는 광섬유 복합가공지선을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외경 및 중량이 작으며, 인장하중이 높고, 전기적 저항이 낮은 광섬유 복합가공지선을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 상세한 설명의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 측면에 의하면, 1 이상의 광섬유; 상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 외부튜브; 및 상기 외부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 복합소재;를 포함하고, 상기 복합소재는 파이버 및 수지를 포함하는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛이 제공된다.
다른 측면에 의하면, 1 이상의 광섬유; 상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 내부튜브; 상기 내부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 충진재; 상기 내부튜브가 삽입되는 외부튜브; 및 상기 외부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유 및 상기 내부튜브를 보호하는 복합소재;를 포함하고, 상기 복합소재는 파이버 및 수지를 포함하는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛이 제공된다.
일 실시예에 의하면, 상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 내부튜브가 1 이상 포함될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 내부튜브는 경화성 수지로 구성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 충진재는 젤리컴파운드일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 외부튜브는 경화성 수지로 구성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 파이버는 카본파이버, 유리섬유, 및 알루미나 중 1종 이상일 수 있다.
또 다른 측면에 의하면, 본원의 광섬유 유닛을 포함하는, 광섬유 복합가공지선이 제공된다.
일 실시예에 의하면, 상기 광섬유 복합가공지선은 연선되어 상기 광섬유 유닛의 외면에 배치되는, 알루미늄 선재층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 선재층은 알루미늄 선재 및 알루미늄 피복강선을 단독 또는 혼합하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 선재 및 알루미늄 피복강선의 단면은 원형 또는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 선재층은 2층 이상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 선재층의 각층은 서로 반대 반향으로 연선되어 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 파이버와 수지로 구성된 고강도 복합소재에 광섬유를 위치하여 구조가 간단하면서 광섬유에 가해지는 충격을 해소할 수 있고 주변의 인장선을 필요로 하지 않는 광섬유 복합가공지선을 제공할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 고강도 복합소재와 알루미늄 도체를 구성하여 연선하므로, 외경 및 중량이 작으며 인장하중이 높고 전기적 저항이 낮은 광섬유 복합가공지선을 제공할 수 있다.
따라서 기존의 광섬유 복합가공지선에 비하여 자중 및 장력에 의한 광섬유의 변형이 작아 케이블의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 고강도 복합소재에 의해 알루미늄 선재의 활용이 용이하여 케이블의 전기저항을 줄일 수 있다.
나아가 복합소재를 활용한 광코어의 높은 인장하중에 의해 광섬유의 심수를 증가할 수 있으므로 다심용 광섬유 복합가공지선 제조가 용이하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 튜브 및 광섬유 유닛을 이중으로 밀착하여 제조되므로, 수분침투 및 자외선이 완벽하게 차단되며 부식에 대한 저항이 증가하여 우수한 내부식성이 확보된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 또한 외부에 알루미늄 선재를 원형 또는 사다리꼴 형상으로 배치함으로 전기적 저항을 줄일 수 있다. 이러한 특성으로 전류용량을 높일 수 있으므로 광섬유 복합가공지선 및 전력선으로 사용할 수 있는 특징이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일 실시예에 따라 복합소재를 이용하여 제조된 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛의 횡단면도이다.
도 2a 및 2b는 다른 실시예에 따라 알루미늄 선재를 포함하는 광섬유 복합가공지선을 개략적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 3a 및 3b는 또 다른 실시예에 따라 알루미늄 피복강선을 포함하는 광섬유 복합가공지선을 개략적으로 나타내는 횡단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본원의 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛은, 1 이상의 광섬유; 상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 외부튜브; 및 상기 외부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 복합소재;를 포함하고, 상기 복합소재는 파이버 및 수지를 포함한다.
상기 광섬유는 심선으로 1심 또는 다심으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 광섬유는 코팅 광섬유일 수 있다. 상기 광섬유는 복합소재 내에 집합되어 보호된다.
상기 복합소재는 파이버 및 수지의 복합체로 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 역할을 한다.
상기 파이버는 카본파이버, 유리섬유, 및 알루미나 중 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카본 파이버는 3~15㎛의 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 3㎛ 미만 직경의 카본 파이버는 너무 작아서 취급하는데 어려움이 있으며, 가격이 비싸다. 또한, 15㎛ 초과 직경의 카본 파이버는 딱딱하고 부서지기 쉽다.
상기 유리섬유는 5~20㎛의 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 외부튜브는 열경화성 수지, 광경화성 수지, 스테인리스스틸 또는 알루미늄 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본원에서 열경화성 폴리머 수지 화합물이 사용될 수 있다. 즉, 상기 수지는 PEAR(Poly Ether Amide Resin), 비스말레이미드(Bismaleimide), 폴리이미드 등의 유사한 수지 재료를 바탕으로 한 고온 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다. 또는 알루미늄과 같은 금속계열에 의해 구성될 수도 있다. 상기 외부튜브가 열경화성 수지로 구성되면, 광섬유 유닛의 경량화, 원가절감, 및 제조공정의 단순화 면에서 적합할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일 실시예에 따라 복합소재를 이용하여 제조된 광섬유 유닛의 횡단면도이다.
상기 도 1a을 참조하면, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛(100)은, 1 이상의 광섬유(110); 상기 1 이상의 광섬유(110)가 삽입되는 내부튜브(114); 상기 내부튜브(114)에 채워져 상기 1 이상의 광섬유(110)를 보호하는 충진재(112); 상기 내부튜브(114)가 삽입되는 외부튜브(214); 및 상기 외부튜브(214)에 채워져 상기 1 이상의 광섬유(110) 및 상기 내부튜브(114)를 보호하는 복합소재;를 포함하고, 상기 복합소재는 파이버(120) 및 수지(122)를 포함한다.
상기 광섬유(110)는 심선으로 1심 또는 다심으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 광섬유(110)는 코팅 광섬유일 수 있다. 상기 광섬유(110)는 복합소재 내에 집합되어 보호된다.
상기 내부튜브(114)는 열경화성 수지, 광경화성 수지, 스테인리스스틸 또는 알루미늄 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 내부튜브(114)가 열경화성 수지로 구성되면, 광섬유 유닛의 경량화, 원가절감, 및 제조공정의 단순화 면에서 적합할 수 있다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유 유닛(100)은 상기 1 이상의 광섬유(110)가 삽입되는 내부튜브(114)를 1 이상 포함할 수 있다.
상기 충진재(112)는 상기 광섬유(110)를 보호할 수 있다면, 특별한 제한은 없다. 상기 충진재(112)는 수지계열의 젤리컴파운드일 수 있고, 복합소재 내에 수분이 침투하는 것을 방지하는 데 적합할 수 있다.
상기 복합소재는 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 역할을 하고, 파이버(120) 및 수지(122)의 복합체일 수 있다. 상기 파이버(120)는 카본파이버, 유리섬유, 및 알루미나 중 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 카본 파이버는 3~15㎛의 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유리섬유는 5~20㎛의 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 외부튜브(124)는 열경화성 수지, 광경화성 수지, 스테인리스스틸 또는 알루미늄 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 외부튜브(124)가 열경화성 수지로 구성되면, 광섬유 유닛의 경량화, 원가절감, 및 제조공정의 단순화 면에서 적합할 수 있다.
이하, 본원의 광섬유 유닛의 제조방법에 대해 설명한다.
우선, 상기 내부튜브(114) 내부에 광섬유(110)를 삽입한 후 충진재(112)인 젤리컴파운드를 채운다.
다음, 상기 내부튜브(114)의 외층으로 카본파이버 및 유리섬유 등의 파이버(120)를 일정 간극으로 연속적으로 풀리를 통하여 공급한다.
그 다음, 상기 외층에 열경화성 수지 등을 일정 두께로 공급하여 인발 성형하여 복합소재를 포함하는 외부튜브(124)를 형성한다.
한편, 본원의 광섬유 복합가공지선은 본원의 광섬유 유닛을 포함한다.
도 2a 및 도 2b는 다른 실시예에 따라 알루미늄 선재(210, 310)를 포함하는 광섬유 복합가공지선(200, 300)을 개략적으로 나타내는 횡단면도이고, 도 3a 및 3b는 또 다른 실시예에 따라 알루미늄 피복강선(210', 310')을 포함하는 광섬유 복합가공지선(200', 300')을 개략적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 2a 내지 도 3b를 참조하면, 상기 광섬유 복합가공지선(200, 200', 300, 300')은 연선되어 상기 광섬유 유닛의 외면에 배치되는, 알루미늄 선재층을 포함한다.
상기 알루미늄 선재층은 알루미늄 선재(210, 310) 및 알루미늄 피복강선(210', 310')을 단독 또는 혼합하여 형성될 수 있다. 인장하중이나 전기저항 등의 기계적, 전기적 특성은 알루미늄 선재(210, 310) 및 알루미늄 피복강선(210', 310')을 선택 및 조합하여 조절할 수 있다.
상기 알루미늄 선재(210, 310) 또는 알루미늄 피복강선(210', 310')의 단면은 원형(도 2a 및 도 3a) 또는 사다리꼴 형상(도 2b 및 도 3b)을 가질 수 있다.
상기 알루미늄 선재(210, 310) 또는 알루미늄 피복강선(210', 310')은 소정의 피치로 꼬여 연선되어 있을 수 있다. 상기 알루미늄 선재(210, 310) 또는 알루미늄 피복강선(210', 310')은 광섬유 복합가공지선(200, 200', 300, 300')의 기계적 특성과 전기적 특성을 제공하기 위해 광섬유 유닛의 외주에 연선된다.
상기 알루미늄 선재층은 2층 이상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 알루미늄 선재층의 각층은 서로 반대 반향으로 연선되어 형성될 수 있다.
상기 구성의 본원의 광섬유 복합가공지선(200, 200', 300, 300')은 광섬유(110)의 집합을 보호하고 인장선 역할을 할 수 있다.
이하, 본원의 광섬유 복합가공지선의 제조방법에 대해 설명한다.
상기에서 제조된 광섬유 유닛을 중심부에 배치하여 중심 유닛으로 하고 알루미늄 선재 및/또는 알루미늄 피복강선을 일정한 피치로 연선하여 알루미늄 선재층을 형성한다.
이때 알루미늄 선재 또는 알루미늄 피복강선을 1층 또는 2층 이상으로 연합한다. 소망하는 인장하중이나 전기 저항 등의 기계적 및 전기적 특성을 고려하여 상기 알루미늄 선재 또는 알루미늄 피복강선을 조절한다.
상기와 같이 본원의 광섬유 유닛은 파이버 및 수지의 복합소재를 이용하여 중심의 광섬유를 외부의 부식 및 충격으로부터 보호하고 케이블의 하중을 지지하는 중심선 역할을 할 수 있다. 또한, 본원의 고강도 복합소재에 의해 종래와 달리 인장선이 필요하지 않은 광섬유 복합가공지선을 제공할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
광섬유 복합가공지선의 제조
광섬유와 충진재인 젤리컴파운드를 보호층인 내부튜브에 집합하고, 충진하였다.
상기 내부튜브의 외층에 카본파이버와 수지를 혼합하여 적용하고, 표면부는 열경화성 수지로 인발경화하여 4.5mm의 광섬유 유닛을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 광섬유 유닛을 중심부에 배치하고 알루미늄으로 이루어진 등가경 4.5mm 원형 및 사다리꼴 선재(Trapezodial Wire, TW)를 소정의 피치로 연선하여, 각각 실시예 1 및 실시예 2의 광섬유 복합가공지선을 제조하였다.
본원에 따라 제조된 광섬유 복합가공지선의 실시예 1 및 실시예 2와 비교예로 기존 제품인 광섬유 복합가공지선(가온전선)의 특성을 비교해서 표 1에 나타내었다.
Figure PCTKR2020002372-appb-T000001
TW : 사다리꼴 선재(Trapezodial Wire), SSLT : 스테인리스스틸 루즈 튜브(Stainless Steel Loose Tube), AS : 알루미늄 피복강선, CF : 복합소재 포함 광섬유 유닛, Al : 알루미늄 선재
상기 표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 동일한 최소인장하중을 기준으로 비교하면 본원에 따라 제조된 실시예 1 및 실시예 2의 광섬유 복합가공지선의 단면적은 약 95mm2로 비교예 58mm2과 비하여 약 64% 증대하는 것이 가능하다.
또한, 실시예 1 및 실시예 2의 광섬유 복합가공지선에서 중량은 350kg/km로 비교예 410kg/km 보다 약 15% 정도 감소하였다. 상기와 같은 중량의 감소로 가설되어 사용 중에 풍압과 같은 외부 환경에 의한 손상을 최소화하는 것이 가능하며, 가설되어 사용되는 과정에서 광섬유 복합가공지선의 처짐에 의한 광섬유 손상을 방지하는 것이 가능하다.
특히 실시예 1 및 실시예 2의 광섬유 복합가공지선은 전기저항과 같은 전기적 특성에서 아주 우수한 성능을 나타냈다. 본원에 의해 제조된 실시예 1 및 2의 광섬유 복합가공지선의 전기저항은 0.3028Ω/km로 비교예의 전기저항 1.528Ω/km과 비교하여 약 20% 정도 수준으로 약 80% 정도 저감되었다. 이는 동일한 최소인장하중에서 알루미늄 선재를 원형 또는 사다리꼴 형상으로 배치함으로 전기적 저항을 줄일 수 있으며, 이러한 특성은 전류용량을 높일 수 있어 광섬유 복합가공지선 및 전력선으로 사용이 가능한 특징이 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
[부호의 설명]
100 : 광섬유 유닛
110 : 광섬유
112 : 젤리컴파운드
114 : 내부튜브
120 : 파이버
122 : 수지
124 : 외부튜브
200, 200', 300, 300' : 광섬유 복합가공지선
210, 310 : 알루미늄 선재
210', 310' : 알루미늄 피복강선
212, 312 : 강선
214, 314 : 피복

Claims (13)

1 이상의 광섬유;
상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 외부튜브; 및
상기 외부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 복합소재;를 포함하고,
상기 복합소재는 파이버 및 수지를 포함하는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
1 이상의 광섬유;
상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 내부튜브;
상기 내부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유를 보호하는 충진재;
상기 내부튜브가 삽입되는 외부튜브; 및
상기 외부튜브에 채워져 상기 1 이상의 광섬유 및 상기 내부튜브를 보호하는 복합소재;를 포함하고,
상기 복합소재는 파이버 및 수지를 포함하는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
제2항에 있어서,
상기 1 이상의 광섬유가 삽입되는 내부튜브가 1 이상 포함되는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
제2항에 있어서,
상기 내부튜브는 경화성 수지로 구성되는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
제2항에 있어서,
상기 충진재는 젤리컴파운드인, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부튜브는 경화성 수지로 구성되는, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 파이버는 카본파이버, 유리섬유, 및 알루미나 중 1종 이상인, 광섬유 복합가공지선용 광섬유 유닛.
제1항 또는 제2항에 기재된 광섬유 유닛을 포함하는, 광섬유 복합가공지선.
제8항에 있어서,
연선되어 상기 광섬유 유닛의 외면에 배치되는, 알루미늄 선재층을 포함하는, 광섬유 복합가공지선.
제9항에 있어서,
상기 알루미늄 선재층은 알루미늄 피복강선 및 알루미늄 선재를 단독 또는 혼합하여 형성되는, 광섬유 복합가공지선.
제10항에 있어서,
상기 알루미늄 피복강선 및 알루미늄 선재의 단면은 원형 또는 사다리꼴 형상을 가지는, 광섬유 복합가공지선.
제9항에 있어서,
상기 알루미늄 선재층은 2층 이상으로 형성되는, 광섬유 복합가공지선.
제12항에 있어서,
상기 알루미늄 선재층의 각층은 서로 반대 반향으로 연선되어 형성되는, 광섬유 복합가공지선.
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