WO2021182820A1 - 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 - Google Patents

가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선 Download PDF

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WO2021182820A1
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overhead power
transmission line
central tension
aluminum
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PCT/KR2021/002840
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English (en)
French (fr)
Inventor
박지용
권민석
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LS Cable and Systems Ltd
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LS Cable and Systems Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
    • H02G7/02—Devices for adjusting or maintaining mechanical tension, e.g. take-up device

Definitions

  • the present invention relates to a central tension wire for an overhead power transmission line and an overhead power transmission line including the same.
  • the present invention has excellent tensile strength of the central tension line, so that it not only has excellent sag characteristics to prevent the overhead power transmission line from sagging downward, but also has sufficient flexibility of the central tension line to improve the workability of the wire and at the same time improve the workability of the central tension line.
  • Methods of supplying electricity from power plants to cities or factories through substations include an overhead transmission method using an overhead transmission line connected to a pylon and an underground transmission method using an underground transmission line buried underground. occupies
  • a conventional overhead power transmission line is generally used as an aluminum conductor steel reinforced (ACSR) overhead power transmission line in which several aluminum alloy conductors are stranded on the outer periphery of a central tension line for realizing high tension characteristics.
  • ACSR aluminum conductor steel reinforced
  • the steel core aluminum stranded wire (ACSR) overhead power transmission line has a large sag because the load of the steel core itself used as the central tension line is large, and there is a limit to increasing the weight of the aluminum conductor to increase the transmission amount of the overhead transmission line.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a conventional overhead power transmission line having a central tension line including a fiber-reinforced composite material.
  • a conventional overhead power transmission line may include a central tension line 10 and a conductor wire 20 disposed on the periphery thereof, and the central tension line 10 is an inner layer made of a carbon fiber reinforced composite material. (11) and to suppress corrosion of the conductor wire 20 by dissimilar metal contact corrosion between (11) and the inner layer 11 and the conductor wire 20, that is, galvanic corrosion, made of a glass fiber reinforced composite material It may include an outer layer 12 made of.
  • the high specific gravity of the glass fiber reinforced composite material constituting the outer layer 12 of the central tension line 10 for example, a specific gravity of about 2.0 g / cm3
  • the weight reduction of the overhead power transmission line there is a limit to the weight reduction of the overhead power transmission line. and thus the ear canal characteristics may be deteriorated, and the conductor wire 20 disposed around the central tension line and in contact with and rubbing the outer layer 12 is damaged due to the high hardness of the glass fiber reinforced composite material, As a result, problems of increasing resistance and reducing power transmission amount due to a decrease in the cross-sectional area of the conductor line 20 may occur.
  • the manufacturing cost of the overhead power transmission line is increased by the application of the relatively expensive glass fiber reinforced composite material.
  • the tensile strength of the central tension line is excellent, so it has excellent sag characteristics to prevent the overhead power transmission line from sagging downward, and the flexibility of the central tension line is sufficient to improve the workability of the wire and at the same time improve the workability of the central tension line. It is possible to suppress corrosion and damage of the disposed conductor wires, thereby avoiding or minimizing the increase in resistance of the overhead power transmission line and consequent reduction in the amount of power transmission, and a central tension line for overhead transmission lines that enables weight reduction and manufacturing cost reduction of the overhead transmission line There is an urgent need for an overhead power transmission line including this.
  • the present invention provides a central tension line for an overhead power transmission line that has excellent tensile strength and thus has excellent sag properties to prevent the overhead power transmission line from sagging downward and has sufficient flexibility to improve wiring workability, and an overhead power transmission line including the same aims to provide
  • the present invention can suppress corrosion and damage to the conductor wire disposed around the central tension line, thereby avoiding or minimizing the increase in the resistance of the overhead power transmission line and the reduction of the power transmission amount accordingly, and a central tension line for an overhead power transmission line comprising the same
  • the purpose is to provide an overhead power transmission line.
  • an object of the present invention is to provide a central tension wire for an overhead power transmission line capable of reducing the weight and manufacturing cost of the overhead power transmission line, and an overhead power transmission line including the same.
  • a central tension wire for an overhead power transmission line comprising an inner layer comprising carbon fiber-reinforced plastic containing carbon fibers in a thermosetting resin matrix, and an outer layer comprising synthetic fiber-reinforced plastic enclosing the inner layer and containing synthetic fibers in a thermosetting resin matrix and, based on the total volume of the inner layer, the total volume ratio of the carbon fibers is greater than 75% and less than 85%, and based on the cross-sectional area at any cross-section of the central tension line, the cross-sectional area ratio of the inner layer is 73 to 83 %, and the cross-sectional area ratio of the outer layer is 17 to 27%, providing a central tension line for overhead power transmission lines.
  • the total volume ratio of the synthetic fibers provides a central tension line for overhead power transmission lines, characterized in that 50 to 85%.
  • the outer layer provides a central tension wire for an overhead power transmission line, characterized in that the hardness is 10 to 30 HV (Vickers hardness).
  • the synthetic fiber has a tensile strength of 0.01 to 1.0 GPa, an elastic modulus of 0.6 to 17 GPa, an elongation of 20% or more, and a shrinkage rate of less than 1.5% when maintained at 190 ° C. for 15 minutes. Provides joists.
  • the synthetic fiber provides a central tension line for an overhead power transmission line, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers and polyurethane fibers.
  • thermosetting resin matrix provides a central tension line for overhead power transmission lines, characterized in that it includes a base resin having a glass transition temperature (Tg) of 205° C. or higher.
  • Tg glass transition temperature
  • the base resin provides a central tension wire for an overhead power transmission line, characterized in that it contains an epoxy resin.
  • the carbon fiber includes a high-strength continuous fiber having a diameter of 3 to 35 ⁇ m, a tensile strength of 3.5 to 5.0 GPa, an elastic modulus of 140 to 600 GPa, and a coefficient of thermal expansion of 0 ⁇ m/m° C. or less, characterized in that, We provide a center tension wire for overhead power transmission lines.
  • a central tension wire for an overhead power transmission line which wraps the outer layer and further comprises a cover layer made of a metal material having an electrical conductivity of 55 to 64% IACS.
  • the metal material includes an aluminum material
  • the thickness of the cover layer is 0.3 to 2.5 mm, and provides a central tension line for an overhead power transmission line.
  • the central tension wire for the overhead power transmission line provides an overhead power transmission line comprising a conductor in which a plurality of aluminum alloy or aluminum wire rods are combined, which is disposed around the central tension line for the overhead power transmission line.
  • the aluminum alloy or aluminum wire may be made of 1000 series aluminum, and the tensile strength before heat treatment is 15 to 25 kgf/mm2 and the elongation is less than about 5%, the tensile strength after heat treatment is less than 9 kgf/mm2, and the elongation is It provides an overhead power transmission line, characterized in that about 20% or more.
  • the surface hardness reinforcing layer provides an overhead power transmission line, characterized in that it is additionally coated with a fluororesin polymer coating layer.
  • the thickness of the surface hardness reinforcing layer provides an overhead power transmission line, characterized in that 5 ⁇ m or more.
  • the surface hardness reinforcing layer provides an overhead power transmission line, characterized in that the aluminum oxide film and the plating film are both formed, and the thickness ratio of the aluminum oxide film and the plating film is 3:1 to 5:1.
  • the central tension wire for an overhead power transmission line has excellent tensile strength through a combination of a carbon fiber layer and a synthetic fiber layer, and thus has excellent sag characteristics to prevent the overhead power transmission line from sagging downward, as well as sufficient flexibility. It shows an excellent effect of improving workability.
  • the central tension line for overhead power transmission line can suppress corrosion and damage of the conductor wire due to the synthetic fiber layer with excellent insulating properties and its low hardness, thereby avoiding or minimizing the increase in resistance of the overhead power line and the reduction in power transmission amount accordingly It shows an excellent effect that can be done.
  • the central tension wire for overhead power transmission line according to the present invention exhibits an excellent effect of enabling weight reduction and manufacturing cost reduction of the overhead power transmission line by the synthetic fiber layer having low specific gravity and manufacturing cost.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a conventional overhead power transmission line.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional structure of an embodiment of a central tension line for an overhead power transmission line according to the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional structure of another embodiment of a central tension line for an overhead power transmission line according to the present invention.
  • FIG. 4 schematically shows a cross-sectional structure according to an embodiment of an overhead power transmission line according to the present invention including the central tension line shown in FIG. 2 .
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional structure of an embodiment of a central tension line for an overhead power transmission line according to the present invention.
  • the central tension line 100 for an overhead power transmission line may include an inner layer 110 disposed at the center and an outer layer 120 surrounding the inner layer 110 .
  • the inner layer 110 may be formed of a fiber-reinforced plastic including carbon fibers 112 as reinforcing fibers in the thermosetting resin matrix 111 .
  • the thermosetting resin matrix 111 has a glass transition temperature (Tg) of 205 ° C. or higher is a base resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a bis maleate resin, or a polyimide resin, preferably an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator , and may be formed by adding an additive such as a release agent.
  • Tg glass transition temperature
  • the glass transition temperature (Tg) of the base resin is less than 200°C, the heat resistance of the central tension line 100 is insufficient and thus cannot be applied to an overhead power transmission line having an operating temperature of about 180°C.
  • the glass transition temperature (Tg) of the base resin may be evaluated using a DMA (Dynamic Maechanical Analyzer), and the evaluation equipment may use a DMA equipment of TA Instruments, but is not limited thereto.
  • DMA Dynamic Maechanical Analyzer
  • the epoxy resin may include a diglycidyl ether bisphenol A type epoxy resin, a polyfunctional epoxy resin, a diglycidyl ether bisphenol F type resin, and the like, and preferably a mixture of these three types of epoxy resins.
  • may include When the above three types of epoxy resins are mixed and used, heat resistance can be improved, flexural properties and flexibility can be improved relatively compared to the case of using diglycidyl ether bisphenol A-type epoxy resin alone.
  • the curing agent is an acid anhydride-based curing agent such as methyl tetrahydrophthalic anhydride (MTHPA), tetrahydrophthalic anhydride (THPA), hexahydrophthalic anhydride (HHPA), or nadic methyl anhydride (NMA).
  • MTHPA methyl tetrahydrophthalic anhydride
  • THPA tetrahydrophthalic anhydride
  • HHPA hexahydrophthalic anhydride
  • NMA nadic methyl anhydride
  • methyl tetrahydrophthalic anhydride or nadic methyl anhydride or an alicyclic polyamine-based compound such as mentaindiamine (MDA), isoprondiamine (IPDA), diaminodiphenylsulfone (DDS)
  • MDA mentaindiamine
  • IPDA isoprondiamine
  • DDS diaminodiphenylsulfone
  • an amine-based curing agent such as an aliphatic amine-based compound such as diaminodiphenylmentane (DDM) may include a liquid curing agent.
  • the content of the acid anhydride-based curing agent is 70 to 150 parts by weight
  • the content of the amine-based curing agent may be 20 to 50 parts by weight
  • the content of the acid anhydride-based curing agent is 70 parts by weight If the content of the amine-based curing agent is less than 20 parts by weight, heat resistance may be reduced due to insufficient curing during curing of the thermosetting resin matrix, and the content of the acid anhydride-based curing agent is greater than 150 parts by weight or the amine-based curing agent
  • the unreacted curing agent remains in the thermosetting resin matrix and acts as an impurity, thereby reducing heat resistance and other physical properties of the thermosetting resin matrix.
  • the curing accelerator accelerates the curing of the thermosetting resin matrix 111 by the curing agent.
  • the curing agent is an acid anhydride curing agent
  • an imidazole curing accelerator is used
  • the curing agent is an amine curing agent
  • boron trifluoride is used. It is preferable to use an ethylamine-based curing accelerator.
  • the content of the imidazole-based curing accelerator is 1 to 3 parts by weight
  • the content of the boron trifluoride ethylamine-based curing accelerator may be 2 to 4 parts by weight
  • the imidazole-based curing accelerator When the content of the curing accelerator is less than 1 part by weight or the content of the boron trifluoride ethylamine-based curing accelerator is less than 2 parts by weight, the fully cured thermosetting resin matrix 111 cannot be obtained, whereas the imidazole-based curing accelerator When the content is more than 3 parts by weight or the content of the boron trifluoride ethylamine-based curing accelerator is more than 4 parts by weight, the curing time is shortened at a fast reaction rate and the viscosity of the thermosetting resin matrix 111 is rapidly increased, so workability There is a problem of this deterioration.
  • the release agent serves to facilitate the molding process by reducing the frictional force with the molding die during molding of the thermosetting resin matrix 111 , and for example, zinc stearate and the like may be used.
  • the content of the release agent may be 1 to 5 parts by weight, and when the content of the release agent is less than 1 part by weight, the workability of the thermosetting resin matrix 111 may be reduced, whereas 5 When the amount is more than 1 part by weight, the workability of the thermosetting resin matrix 111 cannot be further improved and only the manufacturing cost is increased.
  • the carbon fiber 112 is a high-strength continuous fiber having a diameter of 3 to 35 ⁇ m, and has a tensile strength of 3.5 to 5.0 GPa, an elastic modulus of 140 to 600 GPa, and a coefficient of thermal expansion close to 0 or less than 0 ⁇ m/m°C. have.
  • the diameter of the carbon fiber is less than 3 ⁇ m, manufacturing is difficult and uneconomical, whereas when it exceeds 35 ⁇ m, tensile strength may be greatly reduced.
  • the carbon fiber 112 may be surface-treated to improve compatibility with the base resin of the thermosetting resin matrix 111 .
  • the coupling agent for treating the surface of the carbon fiber 112 is not particularly limited as long as it can treat the surface of the high-strength fiber.
  • it may include a titanate-based, silane-based, or zirconate-based coupling agent. and these may be used alone or in combination of two or more.
  • a plurality of reactors are introduced to the surface of the carbon fiber surface-treated with the coupling agent, and these reactors react with the polymer resin to prevent aggregation between fibers, thereby removing bubbles or defects affecting the physical properties of the final product. , thereby improving the interfacial bonding property between the high-strength carbon fiber and the thermosetting resin and the dispersibility of the high-strength carbon fiber.
  • the total volume ratio of the carbon fibers 112 may be greater than 75% and less than 85%, preferably 78 to 83%, based on the total volume of the inner layer 110 .
  • the total volume ratio of the carbon fibers 112 may be defined as follows.
  • Total volume ratio of carbon fiber (%) (total volume of carbon fiber/total volume of inner layer) * 100
  • the tensile strength of the central tension line 100 is insufficient, so that the ear canal characteristics before overhead transmission and transmission may be deteriorated, whereas when it is 85% or more, the central tension line 100 Insufficient flexibility of (100) may reduce the workability of the overhead power transmission line, and the aggregation between carbon fibers may increase, resulting in bubbles or cracking inside the inner layer 110, which may significantly decrease physical properties and workability. have.
  • the outer layer 120 may be formed of a fiber-reinforced plastic including synthetic fibers 121 in a thermosetting resin matrix.
  • the thermosetting resin matrix may be the same as the thermosetting resin matrix 111 of the inner layer 110 .
  • the outer layer 120 is provided between the inner layer 110 including carbon fiber and the conductor wire disposed on the periphery of the central tension line 100 to prevent dissimilar metal contact corrosion therebetween. , by improving the flexibility of the central tension line 100 to improve the wiring workability of the overhead power transmission line, and by a relatively low specific gravity, for example, a specific gravity of about 1.55 g / cm3 And a relatively low hardness, for example, 10 to 30 HV (Vickers hardness) by the hardness of the outer layer 120, and performs a function of avoiding or minimizing damage to the conductor wires rubbing each other.
  • a relatively low specific gravity for example, a specific gravity of about 1.55 g / cm3
  • a relatively low hardness for example, 10 to 30 HV (Vickers hardness) by the hardness of the outer layer 120, and performs a function of avoiding or minimizing damage to the conductor wires rubbing each other.
  • the synthetic fiber 121 may have a tensile strength of 0.01 to 1.0 GPa, an elastic modulus of 0.6 to 17 GPa, particularly an elongation of 20% or more, and a shrinkage rate of less than 1.5% when maintained at 190°C for 15 minutes. That is, since the synthetic fiber has a sufficient elongation, it contributes to the improvement of flexibility so that the bending characteristics of the central tension line 100 can be secured, and the shape can be maintained without shrinking even in the high-temperature process of forming the outer layer 120 .
  • the synthetic fibers 121 may include, for example, polyester fibers, nylon fibers, acrylic fibers, polyurethane fibers, and the like.
  • the total volume ratio of the synthetic fibers 121 may be 50 to 85%, preferably 70 to 75%, based on the total volume of the outer layer 120 .
  • the total volume ratio of the synthetic fibers 121 may be defined as follows.
  • Total volume ratio of synthetic fibers (total volume of synthetic fibers/total volume of outer layer) * 100
  • the volume ratio of the synthetic fiber 121 is less than 50%, the flexibility of the central tension line 100 may be insufficient, so that the workability of the overhead power transmission line may be reduced, whereas if it exceeds 85%, aggregation between synthetic fibers As the phenomenon is increased, bubbles or cracks may occur inside the outer layer 120 , thereby greatly reducing physical properties and workability.
  • the central tension line in which the volume ratio of the synthetic fiber in the outer layer is precisely controlled to 50% to 85% does not damage the aluminum conductor surrounding the central tension line by friction with the hardness of the outer layer being less than 40 HV, which is the aluminum hardness.
  • the cross-sectional area ratio of the inner layer 110 may be 73 to 83%, and the outer layer 120 . ) may have a cross-sectional area ratio of 17 to 27%.
  • the cross-sectional area ratio of the inner layer 110 and the cross-sectional area ratio of the outer layer 120 may be defined as follows.
  • Cross-sectional area ratio of inner layer (cross-sectional area of inner layer / cross-sectional area at any cross-section of the central tension line) * 100
  • Cross-sectional area ratio of outer layer (%) (cross-sectional area of outer layer / cross-sectional area at any cross-section of the central tension line) * 100
  • the cross-sectional area ratio of the inner layer 110 is less than 73% and the cross-sectional area ratio of the outer layer 120 is more than 27%, the tensile strength of the central tension line 100 is insufficient, so that the ear canal characteristic before overhead transmission is lowered
  • the cross-sectional area ratio of the inner layer 110 is more than 83% and the cross-sectional area ratio of the outer layer 120 is less than 17%, the flexibility of the central tension line 100 is insufficient, so that the overhead power transmission line workability is insufficient. may be lowered.
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional structure of another embodiment of a central tension line for an overhead power transmission line according to the present invention.
  • the central tension line 100 may further include a cover layer 140 surrounding the outer layer 120 .
  • the cover layer 140 may have a configuration included in the central tension line 100 , but may also have a configuration included in the conductor together with the aluminum wire 200 to be described later.
  • the cover layer 140 can further suppress damage to the conductor wire due to contact and friction between the outer layer 120 and the conductor wire, and has excellent electrical conductivity, for example, electrical conductivity of 55 to When it is made of a 64% IACS metal material, preferably the same aluminum material as the conductor wire, it conducts electricity with the conductor wire disposed around the central tension line 100, thereby reducing the overall resistance of the overhead power transmission line and consequently improving the power transmission amount can be additionally performed.
  • the thickness of the cover layer 140 may be 0.3 to 2.5 mm, and when the thickness of the cover layer 140 is less than 0.3 mm, the effect of reducing the overall resistance of the overhead power transmission line is insignificant, whereas when it exceeds 2.5 mm, the central There is a difficulty in manufacturing the joist 100, and since the outer diameters of the inner layer 110 and the outer layer 120 are reduced based on the central tension line 100 of the same outer diameter, the tensile strength of the central tension line 100 is increased. It is degraded and there is a problem that the low-acidity characteristic cannot be implemented.
  • a gap 130 may be formed between the outer layer 120 and the cover layer 140 .
  • the cover layer 140 may be formed by a method such as conform extrusion of a metal rod such as aluminum or welding a metal tape such as aluminum, and in particular, through the conform extrusion of an aluminum rod, the cover layer ( 140) can be formed, so that the cover layer 140 can be formed in a long length, so that productivity can be improved, and the formation and control of the gap 130 can be facilitated.
  • the center tension line 100 or an overhead power transmission line having the same can be manufactured, erected or erected after It is possible to prevent galvanic corrosion from occurring due to damage to the seam due to bending stress acting on the central tension line 100 .
  • the cover layer 140 and the gap 130 may be formed by extruding a metal material or the like in the form of a tube. Specifically, the metal material surrounding the outer layer 120 and having an inner diameter greater than the outer diameter of the outer layer 120 is extruded and formed in a tube shape, and then the diameter is reduced in stages to form the cover layer 140, , the size of the gap 130 may be adjusted, and for example, the total cross-sectional area of the gap 130 may be about 0.15 to 7.1 mm 2 .
  • FIG. 4 schematically shows a cross-sectional structure according to an embodiment of an overhead power transmission line according to the present invention including the central tension line shown in FIG. 2 .
  • the overhead power transmission line according to the present invention may be formed by arranging a conductor in which a plurality of aluminum alloys or aluminum wires 200 are combined around the central tension line 100 .
  • the aluminum wire 200 may be made of 1000 series aluminum or an aluminum-zinc alloy such as 1050, 1100, 1200, etc., and the tensile strength before heat treatment is about 15 to 25 kgf / mm 2 and the elongation is less than about 5%, and after heat treatment The tensile strength may be less than about 9 kgf/mm 2 and the elongation may be about 20% or more.
  • the aluminum wire 200 has a trapezoidal cross section, and the area ratio of the conductor is significantly increased compared to the aluminum wire of the conventional overhead power transmission line having a circular cross section, thereby maximizing the power transmission amount and power transmission efficiency of the overhead power transmission line.
  • a conventional conductor including an aluminum wire having a circular cross-section may have an area ratio of about 75%
  • a conductor including an aluminum wire having a trapezoidal cross-section may have an area ratio of about 95% or more.
  • the aluminum wire 200 may have a trapezoidal cross-section by confirmation extrusion or wire drawing using a trapezoidal die.
  • a separate heat treatment is unnecessary because it is naturally heat-treated during the extrusion process.
  • the aluminum wire 200 is heat-treated in the conform extrusion process or is subsequently heat-treated after drawing, so that it is possible to release a region where stress is concentrated that is formed in the aluminum structure by torsion in the extrusion or drawing process, etc. and prevents the flow of electrons. , whereby the electrical conductivity of the aluminum wire 200 is improved, and as a result, the power transmission amount and power transmission efficiency of the overhead power transmission line can be improved.
  • the cross-sectional area and number of the aluminum wire 200 may be appropriately selected according to the standard of the overhead power transmission line, for example, the cross-sectional area of the aluminum wire 200 may be 3.14 to 50.24 mm 2 , and the cross-section is trapezoidal aluminum When the wire 200 is converted into an aluminum wire having the same cross-sectional area and a circular cross-section, the converted aluminum wire may have a cross-sectional diameter of 2 to 8 mm.
  • the number of the aluminum wire 200 may be, for example, 12 to 40, and preferably may have a multilayer structure including 8 in the inner layer and 12 in the outer layer.
  • the aluminum wire 200 may be heat-treated to improve electrical conductivity.
  • the surface becomes vulnerable to scratches due to softening, so during the manufacturing, transportation, and construction of the overhead power line, external A number of scratches may be generated on the surface of the aluminum wire 200 by the pressure or impact of
  • the aluminum wire 200 may have a surface hardness reinforcing layer formed on the surface to suppress the generation of scratches on the surface.
  • the thickness of the surface hardness reinforcing layer may be 5 ⁇ m or more, preferably more than 10 ⁇ m and less than or equal to 50 ⁇ m.
  • the surface hardness of the aluminum wire 200 cannot be sufficiently improved. While a number of scratches may be generated on the surface of 200, if the thickness exceeds 50 ⁇ m, the surface hardness reinforcing layer may be locally damaged or cracks may occur when bending, such as when the overhead power transmission line is wound on a bobbin.
  • the aluminum wire 200 has the surface hardness reinforcing layer formed on its surface to further improve the tensile strength of the overhead power transmission line, and as a result, the sag of the overhead power transmission line can be further suppressed.
  • the surface hardness reinforcing layer may be formed on the entire surface of the plurality of aluminum wires 200 constituting the overhead power transmission line, and preferably, the aluminum wires 200 present in the outermost layer among the plurality of aluminum wires 200 . It may be formed on the entire surface of each, and more preferably, it may be formed on the outer surface forming the outer periphery of the overhead power transmission line among the surfaces of each of the aluminum wire rods 200 present in the outermost layer.
  • the surface hardness reinforcing layer is not particularly limited as long as it can suppress scratch generation by improving the hardness of the surface of the aluminum wire 200, for example, an aluminum oxide film formed by anodizing treatment, or nickel (Ni) ), and may include a plating film such as tin (Sn).
  • the anodizing treatment method of the surface of the aluminum wire 200 includes degreasing to remove organic contaminants such as oils and fats present on the surface of the aluminum wire 200, and washing the surface of the aluminum wire 200 with clean water. (rinsing), etching to remove aluminum oxide present on the surface of the aluminum wire 200 with sodium hydroxide, etc., and desmutting to dissolve and remove alloy components remaining on the surface of the aluminum wire 200 after etching ), rinsing to clean the surface of the aluminum wire 200 again with clean water, and anodizing performed while applying a voltage of 20 to 40 V to form a dense and stable aluminum oxide film on the surface of the aluminum wire 200 ), washing the surface of the aluminum wire 10 again with clean water (rinsing), air drying at room temperature, etc. may include processes such as drying.
  • the surface hardness reinforcing layer includes an aluminum oxide film by anodizing
  • the insulating property of the aluminum oxide film is excellent, power loss can be reduced due to the insulating effect between the aluminum wires 200, and the aluminum oxide Due to the high radiation characteristics of the film, the current capacity can be increased by rapidly discharging Joule heat generated during power transmission to the atmosphere.
  • the surface hardness reinforcing layer may be additionally coated with a polymer resin such as a fluororesin.
  • the polymer resin imparts a super water-repellent effect to the aluminum oxide film, thereby suppressing the adsorption of dust or contaminants in the air to the surface of the overhead power transmission line, accumulation of snow in winter, or generation of ice.
  • the surface hardness reinforcing layer may include both an aluminum oxide film by anodizing and a plating film such as nickel (Ni), tin (Sn), or the like.
  • a plating film such as nickel (Ni), tin (Sn), or the like.
  • the aluminum oxide film may be disposed on a lower portion and the plating film may be disposed on the aluminum oxide film, and the aluminum oxide film and the plating film
  • the thickness ratio of may be about 3:1 to 5:1.
  • the thickness ratio of the aluminum oxide film and the plating film is 3:1 to 5:1
  • the hardness of the surface of the aluminum wire 200 can be sufficiently improved by the aluminum oxide film having a relatively thick and relatively excellent surface hardness improvement effect.
  • the plating film which is disposed on the outside and has a relatively low risk of cracking and damage due to bending, local cracks, damage, etc. of the surface hardness reinforcing layer can be effectively suppressed.
  • the tensile strength and flexural properties of the central tension line according to the cross-sectional area ratio of the inner layer and the outer layer were evaluated.
  • the inner layer is made of fiber-reinforced plastic having a volume ratio of carbon fibers of 79%
  • the outer layer is made of fiber-reinforced plastic having a volume ratio of polyester (PET) fibers of 75%.
  • PET polyester
  • the bending inner diameter means the average value of the inner diameter that can be formed at the bend when the central tension line is bent by 180°
  • the flexural characteristic is the value obtained by dividing the bending inner diameter (mm) by the total outer diameter (mm) The smaller the characteristic, the better the flexibility.
  • the central tension line of Examples 1 to 5 satisfies both tensile strength and flexibility through adjustment of the cross-sectional area ratio of the inner layer and the outer layer, whereas the central tension line of Comparative Examples 1 to 3 showed less flexibility. It was confirmed that the tensile strength of the central tension line of Comparative Example 4 was significantly lowered.
  • the tensile strength and flexural properties of the central tension line according to the volume ratio of carbon fibers in the inner layer were evaluated.
  • the outer layer of the central tension line is made of fiber-reinforced plastic with a volume ratio of 75% polyester (PET) fibers.
  • PET polyester
  • the bending inner diameter means the average value of the inner diameter that can be formed at the bend when the central tension line is bent by 180°
  • the flexural characteristic is the value obtained by dividing the bending inner diameter (mm) by the overall outer diameter (mm) The smaller the characteristic, the better the flexibility.
  • Example 5 8.5 0.63 75 25 2,098 416.5 49
  • Example 6 8.5 0.63 78 22 2,474 425.0 50
  • Example 7 8.5 0.63 79 21 2,600 425.0 50
  • Example 8 8.5 0.63 81 19 2,725 484.5 57
  • Example 9 8.5 0.63 82 18 2,850 510.0 60
  • Example 10 8.5 0.63 83 17 2,976 535.5 63 Comparative Example 6 8.5 0.63 85 15 3,227 544.0 64
  • the central tension line of Examples 6 to 10 in which the volume ratio of carbon fibers in the inner layer was precisely controlled, had sufficient tensile strength and flexibility, while the central tension line of Comparative Example 5 had the carbon fiber volume ratio While the tensile strength was significantly lowered due to the substandard, it was confirmed that the central tension line of Comparative Example 6 had insufficient flexibility due to the carbon fiber volume ratio exceeding the standard.
  • the hardness is the Vickers hardness (HV), and when a diamond press in the form of a right-angled pyramid having a square base with a prescribed angle (between angle) between the vertices and faces facing each other is 136 degrees, pressed into the surface of the test piece with a test load, the presser It was measured by dividing the surface area of the indentation indentation concave part.
  • HV test load (F) / surface area of indentation (S)
  • Example 7 Volume percentage of synthetic fibers (%) Hardness (HV) of the outer layer of the central tension line Comparative Example 7 45 7 Example 11 50 10 Example 12 53 13 Example 13 58 16 Example 14 60 17 Example 15 64 19 Example 16 70 22 Example 17 75 25 Example 18 85 30 Comparative Example 8 90 40
  • the central tension line of Examples 11 to 18, in which the volume ratio of the synthetic fiber in the outer layer is precisely controlled is less than 40 HV, which is the aluminum hardness of the outer layer. While not expected to be damaged by friction, the central tension line of Comparative Example 8, in which the volume ratio of synthetic fibers in the outer layer exceeds the standard, damages the aluminum conductor surrounding it by friction, and the volume ratio of the synthetic fibers in the outer layer is The central tension line of Comparative Example 7, which is less than the standard, is expected to deteriorate the physical properties.

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Abstract

본 발명은 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 중심인장선의 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 동시에, 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있으며, 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다.

Description

가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선
본 발명은 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 중심인장선의 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 동시에, 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있으며, 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선에 관한 것이다.
발전소에서 변전소를 통해 도시나 공장 등에 전기를 공급하는 방법에는 철탑으로 연결되는 가공송전선을 이용하는 가공 송전식과 지하에 매설된 지하 송전선을 이용하는 지중 송전식이 있으며, 가공 송전식이 국내 송전 방식의 약 90%를 차지하고 있다.
종래 가공송전선은 고장력 특성을 구현하기 위한 중심인장선 외주에 여러 가닥의 알루미늄 합금 도체를 연선한 강심 알루미늄 연선(Aluminum Conductor Steel Reinforced; ACSR) 가공송전선이 일반적으로 사용된다.
그러나, 상기 강심 알루미늄 연선(ACSR) 가공송전선은 중심인장선으로 사용되는 강심 자체의 하중이 커서 이도(sag)가 크며, 가공송전선의 송전량을 늘리기 위해 알루미늄 도체 중량을 늘리는데도 한계가 있고, 가공송전선의 이도를 줄이거나 동일한 이도 대비 송전량을 증가시키기 위해 중심인장선에 섬유강화복합재를 사용하여 가공송전선을 경량화하려는 시도가 있었다.
도 1은 섬유강화복합재를 포함하는 중심인장선을 구비한 종래 가공송전선의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 가공송전선은 중심인장선(10) 및 이의 둘레에 배치된 도체선(20)을 포함할 수 있고, 상기 중심인장선(10)은 탄소섬유강화복합재로 이루어진 내층(11) 및 상기 내층(11)과 상기 도체선(20) 사이의 이종금속접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)에 의한 상기 도체선(20)의 부식을 억제하기 위한 것으로 유리섬유강화복합재로 이루어진 외층(12)을 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 종래 가공송전선은 상기 중심인장선(10)의 외층(12)을 구성하는 유리섬유강화복합재의 높은 비중, 예를 들어, 2.0 g/㎤ 정도의 비중에 의해 가공송전선의 경량화에 한계가 있고 이에 따라 이도 특성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유리섬유강화복합재의 높은 경도에 의해 상기 중심인장선의 둘레에 배치되어 상기 외층(12)과 접촉 및 마찰하는 도체선(20)이 손상되어, 결과적으로 상기 도체선(20)의 단면적 감소에 의한 저항증가 및 송전량 저감의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상대적으로 고가인 유리섬유강화복합재의 적용에 의해 가공송전선의 제조비용이 증가하는 문제도 있다.
따라서, 중심인장선의 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 중심인장선의 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 동시에, 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있으며, 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 중심인장선 둘레에 배치되는 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 가공송전선용 중심인장선 및 이를 포함하는 가공송전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
가공송전선용 중심인장선으로서, 열경화성 수지 매트릭스에 탄소 섬유가 포함된 탄소섬유강화플라스틱을 포함하는 내층, 및 상기 내층을 감싸고 열경화성 수지 매트릭스에 합성 섬유가 포함된 합성섬유강화플라스틱을 포함하는 외층을 포함하고, 상기 내층의 총 체적을 기준으로, 상기 탄소 섬유의 총 체적율은 75% 초과 85% 미만이며, 상기 중심인장선의 임의의 횡단면에서의 단면적을 기준으로, 상기 내층의 단면적 비율이 73 내지 83%이고, 상기 외층의 단면적 비율이 17 내지 27%인, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 외층의 총 체적을 기준으로, 상기 합성 섬유의 총 체적율은 50 내지 85%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 외층은 경도가 10 내지 30 HV(비커스경도)인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
그리고, 상기 합성 섬유는 인장강도가 0.01 내지 1.0 GPa, 탄성율이 0.6 내지 17 GPa, 연신율이 20% 이상, 190℃에서 15분 동안 유지시 수축율이 1.5% 미만인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
나아가, 상기 합성 섬유는 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유 및 폴리우레탄 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 열경화성 수지 매트릭스는 유리전이온도(Tg)가 205℃ 이상인 베이스 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 탄소 섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유를 포함하고, 인장강도가 3.5 내지 5.0 GPa, 탄성률이 140 내지 600 GPa, 열팽창계수가 0 ㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
그리고, 상기 외층을 감싸고 전기전도성이 55 내지 64%IACS인 금속 소재로 이루어진 커버층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
여기서, 상기 금속 소재는 알루미늄 소재를 포함하고, 상기 커버층의 두께는 0.3 내지 2.5 mm인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
또한, 상기 외층과 상기 커버층 사이에 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선을 제공한다.
한편, 상기 가공송전선용 중심인장선; 및 상기 가공송전선용 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선을 제공한다.
여기서, 상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재는 1000계 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 열처리 전의 인장강도는 15 내지 25 kgf/㎟이고 신율은 약 5% 미만이며, 열처리 후의 인장강도는 9 kgf/㎟ 미만이고 신율은 약 20% 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
또한, 상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재의 표면에는 산화알루미늄 피막, 니켈(Ni)이나 주석(Sn) 또는 이들 모두의 도금 피막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 표면경도 보강층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
그리고, 상기 표면경도 보강층은 불소수지 고분자 코팅층으로 추가 코팅되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
나아가, 상기 표면경도 보강층의 두께는 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
한편, 상기 표면경도 보강층이 상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막이 모두 형성되고, 상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막의 두께비가 3:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는, 가공송전선을 제공한다.
본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 탄소섬유층과 합성섬유층의 조합을 통해 인장강도가 우수하여 가선된 가공송전선이 아래로 늘어지지 않도록 하는 이도(sag) 특성이 우수할 뿐만 아니라 유연성이 충분하여 가선 작업성을 향상시키는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 절연 특성이 우수한 합성섬유층 및 이의 낮은 경도에 의해 도체선의 부식 및 손상을 억제할 수 있어 가공송전선의 저항 증가 및 이에 따른 송전량 저감을 회피하거나 최소화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
그리고, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선은 비중 및 제조비용이 낮은 합성섬유층에 의해 가공송전선의 경량화 및 제조비용 절감을 가능하게 하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 가공송전선의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 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 2는 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선(100)은 중심에 배치된 내층(110) 및 상기 내층(110)을 감싸는 외층(120)을 포함할 수 있다.
상기 중심인장선(100)은 이의 둘레에 배치되는 도체선을 포함하는 가공송전선이 철탑 사이에 가설되는 경우 상기 중심인장선(100)의 길이방향으로 인장력이 작용하게 되므로 상기 가공송전선의 길이방향으로 연속적으로 연장되도록 형성하여 충분한 항장력을 확보할 수 있다.
상기 내층(110)은 열경화성 수지 매트릭스(111)에 보강 섬유로서 탄소 섬유(112)가 포함된 섬유강화플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)는 유리전이온도(Tg)가 205℃ 이상인 에폭시계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비스 말레이드 수지, 폴리이미드 수지 등의 베이스 수지, 바람직하게는 에폭시 수지에 경화제, 경화촉진제, 이형제 등의 첨가제가 첨가됨으로써 형성될 수 있다. 상기 베이스 수지의 유리전이온도(Tg)가 200℃ 미만인 경우 상기 중심인장선(100)의 내열성이 불충분하여 운용 온도가 약 180℃인 가공송전선에 적용할 수 없다.
한편, 상기 베이스 수지의 유리전이온도(Tg)는 DMA(Dynamic Maechanical Analyzer)를 이용하여 평가할 수 있으며, 평가 설비는 TA Instrument사의 DMA 설비를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 에폭시 수지는 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 A형 에폭시 수지, 다관능기 에폭시 수지, 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 F형 수지 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 이들 3종의 에폭시 수지의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 3종의 에폭시 수지를 혼합하여 사용하는 경우 다이 글리시딜 에테르 비스페놀 A형 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 경우에 비해 상대적으로 내열성이 향상되고, 굴곡특성 및 유연성이 향상될 수 있다.
상기 경화제는 메틸 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드(MTHPA), 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드(THPA), 헥사하이드로 프탈릭 안하이드라이드(HHPA), 나딕 메틸 안하이드라이드(NMA) 같은 산무수물계 경화제, 바람직하게는 메틸 테트라하이드로 프탈릭 안하이드라이드 또는 나딕 메틸 안하이드라이드, 또는 멘테인다이아민(MDA), 이소프론다이아민(IPDA) 같은 지환족 폴리아민계 화합물, 다이아미노다이페닐설폰(DDS), 다이아미노다이페닐멘테인(DDM) 같은 지방족 아민계 화합물 등의 아민계 경화제로서 액상인 경화제를 포함할 수 있다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 산무수물계 경화제의 함량은 70 내지 150 중량부이고, 상기 아민계 경화제의 함량은 20 내지 50 중량부일 수 있고, 상기 산무수물계 경화제의 함량이 70 중량부 미만이거나 상기 아민계 경화제의 함량이 20 중량부 미만인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스의 경화시 불충분한 경화에 의해 내열성이 저하될 수 있고, 상기 산무수물계 경화제의 함량이 150 중량부 초과이거나 상기 아민계 경화제의 함량이 50 중량부 초과인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스 내에 미반응 경화제가 잔존하여 불순물로 작용함으로써 상기 열경화성 수지 매트릭스의 내열성 및 기타 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 경화촉진제는 상기 경화제에 의한 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)의 경화를 촉진하는 것으로서, 상기 경화제가 산무수물계 경화제인 경우 이미다졸계 경화촉진제를, 상기 경화제가 아민계 경화제인 경우 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 이미다졸계 경화촉진제의 함량은 1 내지 3 중량부이고, 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제의 함량은 2 내지 4 중량부일 수 있고, 상기 이미다졸계 경화촉진제의 함량이 1 중량부 미만이거나 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제의 함량이 2 중량부 미만인 경우 완전 경화된 열경화성 수지 매트릭스(111)를 얻을 수 없는 반면, 상기 이미다졸계 경화촉진제의 함량이 3 중량부 초과이거나 상기 보론 트리플로라이드 에틸아민계 경화촉진제의 함량이 4 중량부 초과인 경우 빠른 반응 속도로 경화 시간이 짧아져서 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)의 점도가 급격히 상승하므로 작업성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 이형제는 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)의 성형시 성형 다이와의 마찰력을 줄여 성형 가공을 용이하게 하는 작용을 하며, 예를 들어, 스테아린산 아연 등을 사용할 수 있다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 이형제의 함량은 1 내지 5 중량부일 수 있고, 상기 이형제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)의 작업성이 저하될 수 있는 반면, 5 중량부 초과인 경우 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)의 작업성을 추가로 향상시킬 수 없고 제조비용을 증가시킬 뿐이다.
상기 탄소 섬유(112)는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유로서 3.5 내지 5.0 GPa의 인장강도, 140 내지 600 GPa의 탄성률, 0에 가깝거나 0 ㎛/m℃ 이하인 열팽창계수를 보유할 수 있다. 상기 탄소 섬유의 직경이 3 ㎛ 미만인 경우 제조가 어려워 비경제적인 반면, 35 ㎛ 초과인 경우 인장강도가 크게 저하될 수 있다.
상기 탄소 섬유(112)는 상기 열경화성 수지 매트릭스(111)의 베이스 수지와의 상용성 향상을 위해 표면처리될 수 있다. 상기 탄소 섬유(112)의 표면을 처리하는 커플링제로서는 고강도 섬유의 표면을 처리할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 티타네이트계, 실란계, 지르코네이트계 커플링제 등을 포함할 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 커플링제로 표면처리된 탄소 섬유의 표면에는 다수의 반응기가 도입되게 되는데, 이러한 반응기들은 고분자 수지와 반응함으로써 섬유간의 뭉침현상을 막아주어 최종제품의 물성에 영향을 주는 기포나 결점을 제거하게 되고, 이로써 고강도 탄소 섬유와 열경화성 수지와의 계면 결합성 및 고강도 탄소 섬유의 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 탄소 섬유(112)의 총 체적율은 상기 내층(110)의 총 체적을 기준으로 75% 초과 85% 미만, 바람직하게는 78 내지 83%일 수 있다. 여기서, 상기 탄소 섬유(112)의 총 체적율은 아래와 같이 정의할 수 있다.
탄소섬유의 총 체적율(%) = (탄소섬유의 총 체적/내층의 총 체적) * 100
여기서, 상기 탄소 섬유(112)의 체적율이 75% 이하인 경우 상기 중심인장선(100)의 인장강도가 불충분하여 가공송선전의 이도 특성이 저하될 수 있는 반면, 85% 이상인 경우 상기 중심인장선(100)의 유연성이 불충분하여 가공송전선의 가선 작업성이 저하될 수 있고, 탄소 섬유간의 뭉침현상이 증가되어 상기 내층(110) 내부에 기포나 갈라짐 현상이 일어나 물성과 작업성이 크게 저하될 수 있다.
상기 외층(120)은 열경화성 수지 매트릭스에 합성 섬유(121)가 포함된 섬유강화플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 열경화성 수지 매트릭스는 상기 내층(110)의 열경화성 수지 매트릭스(111)와 동일할 수 있다.
상기 외층(120)은 탄소 섬유를 포함하는 상기 내층(110)과 상기 중심인장선(100)의 둘레에 배치되는 도체선 사이에 구비되어 이들 사이의 이종금속접촉부식을 방지하는 기능을 수행하는 동시에, 상기 중심인장선(100)의 유연성을 향상시켜 가공송전선의 가선 작업성을 향상시키고, 상대적으로 낮은 비중, 예를 들어, 1.55 g/㎤ 정도의 비중에 의해 가공송전선의 경량화 및 이도 특성 향상, 그리고 상대적으로 낮은 경도, 예를 들어 10 내지 30 HV(비커스경도)의 경도에 의해 상기 외층(120)에 접촉하고 서로 마찰하는 도체선의 손상을 회피하거나 최소화하는 기능을 수행한다.
상기 합성 섬유(121)는 인장강도가 0.01 내지 1.0 GPa이고, 탄성율이 0.6 내지 17 GPa일 수 있으며, 특히 연신율이 20% 이상이고, 190℃에서 15분 동안 유지시 수축율이 1.5% 미만일 수 있다. 즉, 상기 합성 섬유는 충분한 연신율을 갖기 때문에 중심인장선(100)의 굴곡 특성이 확보될 수 있도록 유연성 향상에 기여하며, 외층(120)을 형성하는 고온 공정에서도 수축되지 않고 형상을 유지할 수 있다. 상기 합성 섬유(121)는 예를 들어 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 폴리우레탄 섬유 등을 포함할 수 있다.
상기 합성 섬유(121)의 총 체적율은 상기 외층(120)의 총 체적을 기준으로 50 내지 85%, 바람직하게는 70 내지 75%일 수 있다. 여기서, 상기 합성 섬유(121)의 총 체적율은 아래와 같이 정의할 수 있다.
합성섬유의 총 체적율(%) = (합성섬유의 총 체적/외층의 총 체적) * 100
여기서, 상기 합성 섬유(121)의 체적율이 50% 미만인 경우 상기 중심인장선(100)의 유연성이 불충분하여 가공송전선의 가선 작업성이 저하될 수 있는 반면, 85% 초과인 경우 합성 섬유간의 뭉침현상이 증가되어 상기 외층(120) 내부에 기포나 갈라짐 현상이 일어나 물성과 작업성이 크게 저하될 수 있다.
또한, 외층에서 합성 섬유의 체적율이 50% 내지 85%로 정밀하게 조절된 중심인장선은 외층의 경도가 알루미늄 경도인 40 HV 미만으로 상기 중심인장선을 감싸는 알루미늄 도체를 마찰에 의해 손상시키지 않는다. 반면, 외층에서 합성 섬유의 체적율이 85%를 초과하는 중심인장선은 이를 감싸는 알루미늄 도체를 마찰에 의해 손상시키고, 외층에서 함성 섬유의 체적율이 50% 미만인 중심인장선은 물성이 저하되는 문제가 있다.
상기 내층(110) 및 외층(120)으로 이루어진 중심인장선(100)의 임의의 횡단면에서의 단면적을 기준으로, 상기 내층(110)의 단면적 비율은 73 내지 83%일 수 있고, 상기 외층(120)의 단면적 비율은 17 내지 27%일 수 있다. 여기서, 상기 내층(110)의 단면적 비율 및 상기 외층(120)의 단면적 비율은 아래와 같이 정의할 수 있다.
내층의 단면적 비율(%) = (내층의 단면적/중심인장선의 임의의 횡단면에서의 단면적) * 100
외층의 단면적 비율(%) = (외층의 단면적/중심인장선의 임의의 횡단면에서의 단면적) * 100
여기서, 상기 내층(110)의 단면적 비율이 73% 미만이고 상기 외층(120)의 단면적 비율이 27% 초과인 경우 상기 중심인장선(100)의 인장강도가 불충분하여 가공송선전의 이도 특성이 저하될 수 있는 반면, 상기 내층(110)의 단면적 비율이 83% 초과이고 상기 외층(120)의 단면적 비율이 17% 미만인 경우 상기 중심인장선(100)의 유연성이 불충분하여 가공송전선의 가선 작업성이 저하될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 가공송전선용 중심인장선의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중심인장선(100)은 상기 외층(120)을 감싸는 커버층(140)을 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 커버층(140)은 상기 중심인장선(100)에 포함되는 구성일 수 있지만, 후술하는 알루미늄 선재(200)와 함께 도체에 포함되는 구성일 수도 있다.
상기 커버층(140)은 상기 외층(120)과 상기 도체선 사이의 접촉 및 마찰에 의해 상기 도체선이 손상되는 것을 추가로 억제할 수 있고, 전기전도성이 우수한, 예를 들어 전기전도성이 55 내지 64%IACS인 금속 소재, 바람직하게는 도체선과 동일한 알루미늄 소재로 이루어지는 경우 상기 중심인장선(100)의 둘레에 배치되는 도체선과 통전함으로써 가공송전선의 전체 저항을 저감시키고 결과적으로 송전량을 향상시키는 기능을 추가로 수행할 수 있다.
여기서, 상기 커버층(140)의 두께는 0.3 내지 2.5 mm일 수 있고, 상기 커버층(140)의 두께가 0.3 mm 미만인 경우 가공송전선의 전체 저항 저감효과가 미미한 반면, 2.5 mm 초과인 경우 중심인장선(100)의 제조에 어려움이 있고, 동일 외경의 중심인장선(100)을 기준으로 상기 내층(110) 및 상기 외층(120)의 외경이 작아지므로 상기 중심인장선(100)의 인장강도가 저하되고 저이도 특성이 구현될 수 없는 문제가 있다.
상기 중심인장선(100)이 상기 커버층(140)을 추가로 포함하는 경우, 상기 외층(120)과 상기 커버층(140) 사이에 간극(130)이 형성될 수 있다. 상기 커버층(140)은 알루미늄 같은 금속 로드(rod)를 컨펌 압출(conform extrusion)하거나 알루미늄 같은 금속 테이프를 용접하는 등의 방법으로 형성될 수 있고, 특히 알루미늄 로드의 컨펌 압출을 통해 상기 커버층(140)을 형성할 수 있기 때문에 장조장으로 상기 커버층(140)을 형성할 수 있어 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 상기 간극(130)의 형성 및 조절이 용이할 수 있다.
또한, 컨펌 압출을 하는 경우, 용접부 등의 이음매가 없이 연속 형성된 면을 가지는 커버층(140)을 형성할 수 있으므로, 상기 중심인장선(100) 또는 이를 구비한 가공송전선의 제조, 가설 내지 가설 후에 상기 중심인장선(100)에 작용하는 굽힘 응력(bending stress)에 의해 이음매 부분이 파손되어 갈바닉 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 커버층(140) 및 상기 간극(130)은 금속 소재 등을 튜브 형태로 압출하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 외층(120)를 둘러싸며 상기 외층(120)의 외경보다 큰 내경을 가지는 상기 금속 소재를 튜브형태로 압출하여 형성한 후, 단계적으로 축경하여 커버층(140)을 형성할 수 있고, 상기 간극(130)의 크기를 조절할 수 있고, 예를 들어, 상기 간극(130)의 총 단면적은 약 0.15 내지 7.1 ㎟일 수 있다.
따라서, 상기 커버층(140)의 형성을 위한 알루미늄 로드의 컨펌 압출시의 열이 상기 외층(120)으로 전달되는 것을 억제하여 상기 외층(120)의 열화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 가공송전선용 중심인장선(100)에 굽힙응력(bending stress)이 인가되는 경우 상기 간극(130)으로 인해 상기 내층(110) 및 외층(120)과 상기 커버층(140)이 별도로 거동하도록 함으로써, 상기 굽힘응력 중 대부분이 상대적으로 인장강도가 큰 섬유강화플라스틱 선재를 포함하는 상기 내층(110) 및 상기 외층(120)에 인가되도록 하여 가공송전선의 저이도 특성을 구현하는 동시에, 상대적으로 인장강도가 낮은 알루미늄 소재 등으로 이루어진 상기 커버층(140)에 인가되는 응력을 최소화하여 가공송전선의 제조 또는 가설을 위한 보빈, 드럼, 풀리 등에 대한 권취시 상기 중심인장선(100)이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 중심인장선을 포함하는 본 발명에 따른 가공송전선의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공송전선은 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재(200)가 연합된 도체가 상기 중심인장선(100) 둘레에 배치됨으로써 형성될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 1050, 1100, 1200 등 1000계 알루미늄 또는 알루미늄-아연계 합금으로 이루어질 수 있고, 열처리 전의 인장강도는 약 15 내지 25 kgf/㎟이고 신율은 약 5% 미만이며, 열처리 후의 인장강도는 약 9 kgf/㎟ 미만이고 신율은 약 20% 이상일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 선재(200)는 단면이 사다리꼴 형상으로서 종래 단면이 원형인 종래 가공송전선의 알루미늄 선재에 비해 도체의 점적율이 현저히 증가함으로써 가공송전선의 송전량 및 송전효율이 극대화될 수 있다. 예를 들어, 종래 단면이 원형인 알루미늄 선재를 포함하는 도체의 점적율은 약 75%인 반면, 단면이 사다리꼴인 알루미늄 선재를 포함하는 도체의 점적율은 약 95% 이상일 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 사다리꼴형 다이스를 이용하는 컨펌 압출 또는 신선가공에 의해 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 상기 알루미늄 선재(200)는 컨펌 압출에 의해 형성되는 경우 압출 과정에서 자연스럽게 열처리되기 때문에 별도의 열처리가 불필요하나 신선 공정에 의해 형성되는 경우 별도의 열처리가 후속적으로 수행될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 컨펌 압출 과정에서 열처리 되거나 신선 후 후속적으로 열처리 됨으로써, 압출 또는 신선 과정에서의 비틀림 등에 의해 알루미늄 조직 내부에 형성되고 전자의 흐름을 방해하는 응력이 집중된 영역을 풀어줄 수 있고, 이로써 상기 알루미늄 선재(200)의 전기전도도가 향상되고, 결과적으로 상기 가공송전선의 송전량 및 송전효율이 향상될 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)의 단면적 및 갯수는 상기 가공송전선의 규격에 따라 적절히 선택될 수 있고, 예를 들어, 상기 알루미늄 선재(200)의 단면적은 3.14 내지 50.24 ㎟일 수 있고, 단면이 사다리꼴인 알루미늄 선재(200)를 동일한 단면적을 갖고 단면이 원형인 알루미늄 선재로 환산한 경우 상기 환산된 알루미늄 선재의 단면 직경은 2 내지 8 mm일 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 선재(200)는 이의 갯수는 예를 들어 12 내지 40개일 수 있고, 바람직하게는 내층에 8개, 외층에 12개가 포함되는 복층 구조를 가질 수 있다.
상기 알루미늄 선재(200)는 앞서 기술한 바와 같이 전기전도도 향상을 위해 열처리될 수 있는데, 이렇게 열처리되는 경우 연질화됨으로써 표면이 스크래치에 취약해짐에 따라, 상기 가공송전선의 제조, 운송, 가설 과정에서 외부의 압력이나 충격 등에 의해 상기 알루미늄 선재(200)의 표면에 다수의 스크래치가 생성될 수 있으며, 이로써 상기 가공송전선의 운용시 코로나 방전이 발생해 고주파 소음이 유발될 수 있다.
따라서, 상기 알루미늄 선재(200)는 표면의 스크래치 생성을 억제하기 위해 표면에 표면경도 보강층이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 표면경도 보강층의 두께는 5 ㎛ 이상, 바람직하게는 10 ㎛를 초과하고 50 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 표면경도 보강층의 두께가 5 ㎛ 미만인 경우 상기 알루미늄 선재(200)의 표면경도가 충분히 향상될 수 없기 때문에 상기 가공송전선의 제조, 이송, 가설 등의 과정에서 외부의 압력이나 충격 등에 의해 상기 알루미늄 선재(200)의 표면에 다수의 스크래치가 생성될 수 있는 반면, 50 ㎛ 초과인 경우 상기 가공송전선이 보빈에 권취되는 등 굴곡시 상기 표면경도 보강층이 국소적으로 파손되거나 크랙이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 알루미늄 선재(200)는 이의 표면에 상기 표면경도 보강층이 형성됨으로써 상기 가공송전선의 인장강도가 추가로 향상되어, 결과적으로 상기 가공송전선의 이도(sag)가 추가로 억제될 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 상기 가공송전선을 구성하는 복수개의 알루미늄 선재(200) 전체의 표면에 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 복수개의 알루미늄 선재(200) 중 최외층에 존재하는 알루미늄 선재(200)들 각각의 전체 표면에 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 최외층에 존재하는 알루미늄 선재(200)들 각각의 표면 중 상기 가공송전선의 외주를 형성하는 외측 표면에 형성될 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 상기 알루미늄 선재(200) 표면의 경도를 향상시킴으로써 스크래치 생성을 억제할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 아노다이징(anodizing) 처리에 의해 형성되는 산화알루미늄 피막, 또는 니켈(Ni), 주석(Sn) 등의 도금 피막 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 알루미늄 선재(200) 표면의 아노다이징 처리방법은 상기 알루미늄 선재(200) 표면에 존재하는 유지 등 유기오염물을 제거하는 탈지(cleaning), 상기 알루미늄 선재(200) 표면을 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 상기 알루미늄 선재(200) 표면에 존재하는 산화알루미늄을 수산화나트륨 등으로 제거하는 에칭(etching), 에칭 후 알루미늄 선재(200) 표면에 잔존하는 합금성분을 용해 및 제거하는 디스멋(desmutting), 알루미늄 선재(200) 표면을 다시 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 알루미늄 선재(200) 표면에 치밀하고 안정된 산화알루미늄 피막을 형성하기 위해 20 내지 40 V의 전압을 인가하면서 수행하는 아노다이징(anodizing), 알루미늄 선재(10) 표면을 다시 깨끗한 물로 세척하는 수세(rinsing), 상온에서 에어 건조하는 건조(drying) 등의 공정을 포함할 수 있다.
상기 표면경도 보강층이 아노다이징 처리에 의한 산화알루미늄 피막을 포함하는 경우, 상기 산화알루미늄 피막의 절연특성이 우수하기 때문에 알루미늄 선재(200) 사이의 절연효과로 인하여 전력손실이 감소될 수 있고, 상기 산화알루미늄 피막의 높은 복사 특성에 의해 송전 중 발생하는 줄(Joule)열을 신속하게 대기로 방출함으로써 전류용량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 표면경도 보강층은 불소수지 등의 고분자 수지에 의해 추가로 코팅될 수 있다. 상기 고분자 수지는 상기 산화알루미늄 피막에 초발수 효과를 부여함으로써, 상기 가공송전선 표면에 대기 중의 먼지나 오염물질이 흡착되거나 겨울철 눈이 쌓이거나 얼음이 생성되는 것을 억제할 수 있다.
상기 표면경도 보강층은 아노다이징 처리에 의한 산화알루미늄 피막과 니켈(Ni), 주석(Sn) 등의 도금 피막을 모두 포함할 수 있다. 상기 표면경도 보강층이 산화알루미늄 피막과 도금 피막을 모두 포함하는 경우, 상기 산화알루미늄 피막은 하부에 배치되고 상기 도금 피막은 상기 산화알루미늄 피막의 상부에 배치될 수 있고, 상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막의 두께비는 약 3:1 내지 5:1일 수 있다.
상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막의 두께비가 3:1 내지 5:1인 경우, 상대적으로 두껍고 상대적으로 표면경도 향상효과가 우수한 산화알루미늄 피막에 의해 상기 알루미늄 선재(200) 표면의 경도를 충분히 향상시킬 수 있는 동시에, 외측에 배치되고 상대적으로 굴곡에 대한 크랙, 파손 등이 발생할 위험이 적은 상기 도금 피막에 의해 상기 가공송전선이 보빈 등에 권취되는 등 굴곡되는 경우 표면경도 보강층의 국소적인 크랙, 파손 등을 효과적으로 억제할 수 있다.
[실시예]
1. 중심인장선의 내층과 외층의 단면적 비율에 따른 물성 평가
아래 표 1에 기재된 바와 같은 내층과 외층의 단면적 비율에 따른 중심인장선의 인장강도 및 굴곡 특성을 평가했다. 상기 내층은 탄소 섬유의 체적비가 79%인 섬유강화플라스틱으로 이루어지고, 상기 외층은 폴리에스테르(PET) 섬유의 체적비가 75%인 섬유강화플라스틱으로 이루어진다. 아래 표 1에서 굴곡내경은 중심인장선을 180°굴곡시키는 경우 굴곡부에서 형성 가능한 내경의 평균값을 의미하고, 굴곡특성은 굴곡내경(mm)을 전체 외경(mm)으로 나눈값으로, 굴곡내경과 굴곡특성은 작을수록 유연성이 우수한 것이다.
전체 외경
(mm)		 외층 두께
(mm)		 내층 단면적
비율(%)		 외층 단면적
비율(%)		 인장강도
(MPa)		 굴곡내경
(mm)		 굴곡특성
비교예1 8.5 0.21 90 10 2,988 527.0 62
비교예2 8.5 0.30 86 14 2,900 527.0 62
비교예3 8.5 0.33 85 15 2,872 518.5 61
실시예1 8.5 0.38 83 17 2,824 510.0 60
실시예2 8.5 0.40 82 18 2,805 510.0 60
실시예3 8.5 0.50 78 22 2,713 476.0 56
실시예4 8.5 0.60 74 26 2,623 442.0 52
실시예5 8.5 0.63 73 27 2,600 425.0 50
비교예4 8.5 0.70 70 30 2,535 416.5 49
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 중심인장선은 내층과 외층의 단면적 비율의 조절을 통해 인장강도와 유연성이 동시에 만족스러운 반면, 비교예 1 내지 3의 중심인장선은 유연성이 불충분하고, 비교예 4의 중심인장선은 인장강도가 크게 저하된 것으로 확인되었다.
2. 중심인장선의 내층에서의 탄소 섬유 체적비에 따른 물성 평가
아래 표 2에 기재된 바와 같은 내층에서의 탄소 섬유의 체적비에 따른 중심인장선의 인장강도 및 굴곡 특성을 평가했다. 중심인장선의 외층은 폴리에스테르(PET) 섬유의 체적비가 75%인 섬유강화플라스틱으로 이루어진다. 아래 표 2에서 굴곡내경은 중심인장선을 180°굴곡시키는 경우 굴곡부에서 형성 가능한 내경의 평균값을 의미하고, 굴곡특성은 굴곡내경(mm)을 전체 외경(mm)으로 나눈값으로, 굴곡내경과 굴곡특성은 작을수록 유연성이 우수한 것이다.
전체 외경
(mm)		 외층 두께
(mm)		 탄소섬유
체적비(%)		 열경화성 수지
매트릭스
체적비(%)		 인장강도
(MPa)		 굴곡내경
(mm)		 굴곡특성
비교예 5 8.5 0.63 75 25 2,098 416.5 49
실시예 6 8.5 0.63 78 22 2,474 425.0 50
실시예 7 8.5 0.63 79 21 2,600 425.0 50
실시예 8 8.5 0.63 81 19 2,725 484.5 57
실시예 9 8.5 0.63 82 18 2,850 510.0 60
실시예 10 8.5 0.63 83 17 2,976 535.5 63
비교예 6 8.5 0.63 85 15 3,227 544.0 64
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 내층에서 탄소 섬유의 체적비가 정밀하게 조절된 실시예 6 내지 10의 중심인장선은 인장강도 및 유연성이 모두 충분한 반면, 비교예 5의 중심인장선은 탄소 섬유 체적비가 기준 미달로 인장강도가 크게 저하된 반면, 비교예 6의 중심인장선은 탄소 섬유 체적비가 기준 초과로 유연성이 불충분한 것으로 확인되었다.
3. 중심인장선 외층의 경도 평가
아래 표 3에 기재된 바와 같은 외층에서의 합성 섬유의 체적율에 따른 중심인장선의 경도를 평가했다.
상기 경도는 비커스 경도(HV)로서, 꼭지점에서 마주보는 면 사이에 규정된 각도(사이각)가 136도인 정사각형의 기저부를 갖는 직각 피라미드 형태의 다이아몬드 누르개를 시험편 표면에 시험 하중으로 압입하였을 때, 누르개의 압입자국 오목부 표면적으로 나눈 값으로 측정하였다.
HV = 시험하중 (F) / 압입자국의 표면적 (S)
합성 섬유의 체적율(%) 중심인장선 외층의 경도(HV)
비교예 7 45 7
실시예 11 50 10
실시예 12 53 13
실시예 13 58 16
실시예 14 60 17
실시예 15 64 19
실시예 16 70 22
실시예 17 75 25
실시예 18 85 30
비교예 8 90 40
상기 표 3에 기재된 바와 같이, 외층에서 합성 섬유의 체적율이 정밀하게 조절된 실시예 11 내지 18의 중심인장선은 외층의 경도가 알루미늄 경도인 40 HV 미만으로 상기 중심인장선을 감싸는 알루미늄 도체를 마찰에 의해 손상시키지 않을 것이라 예상되는 반면, 외층에서 합성 섬유의 체적율이 기준을 초과하는 비교예 8의 중심인장선은 이를 감싸는 알루미늄 도체를 마찰에 의해 손상시키고, 외층에서 함성 섬유의 체적율이 기준 미만인 비교예 7의 중심인장선은 물성이 저하될 것으로 예상된다.
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 (18)

  1. 가공송전선용 중심인장선으로서,
    열경화성 수지 매트릭스에 탄소 섬유가 포함된 탄소섬유강화플라스틱을 포함하는 내층, 및
    상기 내층을 감싸고 열경화성 수지 매트릭스에 합성 섬유가 포함된 합성섬유강화플라스틱을 포함하는 외층을 포함하고,
    상기 내층의 총 체적을 기준으로, 상기 탄소 섬유의 총 체적율은 75% 초과 85% 미만이며,
    상기 중심인장선의 임의의 횡단면에서의 단면적을 기준으로, 상기 내층의 단면적 비율이 73 내지 83%이고, 상기 외층의 단면적 비율이 17 내지 27%인, 가공송전선용 중심인장선.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외층의 총 체적을 기준으로, 상기 합성 섬유의 총 체적율은 50 내지 85%인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외층은 경도가 10 내지 30 HV(비커스경도)인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 합성 섬유는 인장강도가 0.01 내지 1.0 GPa, 탄성율이 0.6 내지 17 GPa, 연신율이 20% 이상, 190℃에서 15분 동안 유지시 수축율이 1.5% 미만인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 합성 섬유는 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유 및 폴리우레탄 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지 매트릭스는 유리전이온도(Tg)가 205℃ 이상인 베이스 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 섬유는 3 내지 35 ㎛의 직경을 가지는 고강도 연속섬유를 포함하고, 인장강도가 3.5 내지 5.0 GPa, 탄성률이 140 내지 600 GPa, 열팽창계수가 0 ㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외층을 감싸고 전기전도성이 55 내지 64%IACS인 금속 소재로 이루어진 커버층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속 소재는 알루미늄 소재를 포함하고,
    상기 커버층의 두께는 0.3 내지 2.5 mm인 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 외층과 상기 커버층 사이에 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선용 중심인장선.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 가공송전선용 중심인장선; 및
    상기 가공송전선용 중심인장선 둘레에 배치되는 복수개의 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재가 연합된 도체를 포함하는, 가공송전선.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재는 1000계 알루미늄으로 이루어질 수 있고, 열처리 전의 인장강도는 15 내지 25 kgf/㎟이고 신율은 약 5% 미만이며, 열처리 후의 인장강도는 9 kgf/㎟ 미만이고 신율은 약 20% 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재의 표면에는 산화알루미늄 피막, 니켈(Ni)이나 주석(Sn) 또는 이들 모두의 도금 피막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 표면경도 보강층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 상기 알루미늄 합금 또는 알루미늄 선재는 단면이 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 표면경도 보강층은 불소수지 고분자 코팅층으로 추가 코팅되는 것을 특징으로 하는, 가공송전선,
  17. 제15항에 있어서,
    상기 표면경도 보강층의 두께는 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는, 가공송전선.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 표면경도 보강층이 상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막이 모두 형성되고,
    상기 산화알루미늄 피막과 상기 도금 피막의 두께비가 3:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는, 가공송전선.
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