KR102625952B1

KR102625952B1 - Power Cable including Welding Part Of Different Conductors, Welding Method Of Different Conductors And Connecting Joint Of Power Cable

Info

Publication number: KR102625952B1
Application number: KR1020180157592A
Authority: KR
Inventors: 김정익; 김상겸; 김현수
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: KR20200069967A

Abstract

본 발명은 이종 도체의 접합부의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이종 도체 접합구조, 이종 도체 접합방법 및 전력 케이블의 중간접속구조에 관한 것이다.The present invention relates to a heterogeneous conductor joining structure, a dissimilar conductor joining method, and an intermediate connection structure of a power cable that can improve the joint reliability of the joint of dissimilar conductors.

Description

Power cable including Welding Part Of Different Conductors, Welding Method Of Different Conductors And Connecting Joint Of Power Cable}

본 발명은 이종 도체 접합부를 포함하는 전력케이블, 이종 도체 접합방법 및 전력케이블 중간접속함에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 이종 도체의 접합부의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력케이블, 이종 도체 접합방법 및 이종 도체 전력케이블의 중간접속함에 관한 것이다.The present invention relates to a power cable including a dissimilar conductor joint, a dissimilar conductor joining method, and a power cable intermediate connection box. More specifically, the present invention relates to a power cable that can improve the joint reliability of the joint of dissimilar conductors, a method of joining dissimilar conductors, and an intermediate connection of dissimilar conductor power cables.

전력 공급을 위한 전력케이블은 구리 또는 알루미늄 계열의 도체, 절연층, 반도전층 및 외부자켓 등을 포함하여 구성될 수 있다.
전력 전송용 케이블은 도체와 절연체로 구성되어 있으며, 도체는 전기 에너지 손실 최소화를 위해 높은 전기 전도도 특성이 요구된다. 구리와 알루미늄은 전기 전도도가 우수하며, 가격 경쟁력까지 확보된 도체용 소재로 밀도를 제외한 전기적, 기계적 특성에서 구리가 더 우수하여, 전력 전송용 케이블용 도체에는 주로 구리가 적용되고, 경량화 특성이 중요하게 요구되는 가공 송전선 등에만 알루미늄 도체가 제한적으로 적용되어 왔다.,
구리 원자재 가격 상승에 따라 동일 중량의 알루미늄 대비 구리 가격이 4~6배 높게 형성되어, 전력 전송용 케이블에도 알루미늄 도체를 적용하고자 하는 요구가 증가하고 있다. 기존 케이블용 도체에 주로 구리가 적용되어 왔기 때문에, 알루미늄 적용의 확산에 따라 구리 도체와 알루미늄 도체의 직접 접합에 대한 요구도 증가할 것으로 기대된다.
도체의 재료인 구리의 경우 알루미늄에 비해 통전성이 좋으나 가격이 비싸고, 알루미늄은 구리에 비해 통전성이 떨어지지만 가격이 저렴하다는 특징이 있다.
그리고, 전력케이블의 도체는 유연성 등을 고려하여 원형 또는 평각 형상의 복수 개의 도체소선을 연선한 연선 도체가 주로 사용되며, 이종 도체를 구비한 전력케이블을 중간 접속하는 경우, 이종 도체의 용접 등의 방법에 의한 도체 접속을 고려할 수 있으나, 용접 과정에서 구리 연선 도체는 공극이 존재하고, 용융점이 더 높고, 고온 용접 환경에서 산화피막이 형성되어, 용접 부위의 품질이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
이에, 대한민국 등록특허번호 1128106 등에서는 구리 또는 알루미늄 등의 이종 연선 도체를 접합하기 위한 전용 슬리브 부재를 사용하여 도체를 접속하는 방법이 사용되었다. 상기 슬리브 부재는 구리 등으로 구성된 제1 도체를 삽입하는 삽입구 및 알루미늄 계열의 제2 도체가 Mig 또는 Tig 용접되는 접합면이 구비된 접합 금속으로 구성될 수 있다.
이러한 슬리브 부재의 일측 삽입구에 구리 등으로 구성된 제1 도체를 삽입하여 압착하고, 타측 접합면에 알루미늄 도체를 용접 등의 방법으로 접합할 수 있다.
이러한 접합 금속 형태의 슬리브 부재는 비용이 크고 슬리브 부재를 매개로 압착과 용접이라는 2가지 공정이 추가로 요구되므로 비용의 증가와 공정 추가라는 문제를 해결할 수 있는 새로운 방법이 요구된다.A power cable for power supply may be composed of a copper or aluminum-based conductor, an insulating layer, a semiconducting layer, and an external jacket.
Cables for power transmission are composed of conductors and insulators, and the conductors require high electrical conductivity characteristics to minimize electrical energy loss. Copper and aluminum have excellent electrical conductivity and are cost-competitive conductor materials. Copper is superior in electrical and mechanical properties except density, so copper is mainly applied to conductors for power transmission cables, and its lightweight properties are important. Aluminum conductors have been applied only to overhead power transmission lines where they are required.
As the price of copper raw materials rises, the price of copper is 4 to 6 times higher than that of aluminum of the same weight, and the demand to apply aluminum conductors to cables for power transmission is increasing. Since copper has been mainly applied to conductors for existing cables, the demand for direct bonding of copper conductors and aluminum conductors is expected to increase as the application of aluminum spreads.
Copper, a conductor material, has better electrical conductivity than aluminum, but is expensive, and aluminum has lower electrical conductivity than copper, but is cheaper.
In consideration of flexibility, the conductor of the power cable is mainly used as a stranded conductor made by twisting a plurality of conductor wires in a circular or square shape. In the case of intermediate connection of power cables with different types of conductors, welding of different types of conductors, etc. Conductor connection by method can be considered, but during the welding process, copper stranded conductors have voids, have a higher melting point, and an oxide film is formed in a high-temperature welding environment, which may cause problems such as deterioration in the quality of the welded area.
Accordingly, in Korean Patent No. 1128106, etc., a method of connecting conductors using a dedicated sleeve member for joining dissimilar stranded conductors such as copper or aluminum was used. The sleeve member may be made of a joint metal having an insertion hole for inserting a first conductor made of copper, etc., and a joint surface on which an aluminum-based second conductor is Mig or Tig welded.
A first conductor made of copper or the like can be inserted into the insertion hole on one side of the sleeve member and pressed, and an aluminum conductor can be bonded to the other side joint surface by a method such as welding.
This type of joined metal sleeve member is expensive and requires two additional processes, pressing and welding, through the sleeve member, so a new method is required to solve the problems of increased cost and additional processes.

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본 발명은 이종 도체 접합부의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력케이블, 이종 도체 접합방법 및 이종 도체 전력케이블의 중간접속함을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention aims to solve the problem of providing a power cable that can improve the joint reliability of dissimilar conductor joints, a dissimilar conductor joining method, and an intermediate junction box for dissimilar conductor power cables.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 전력케이블을 구성하는 제1 도체 및 제2 전력케이블을 구성하는 제2 도체가 상호 접합되어 구성되는 이종 도체 접합부를 포함하는 전력케이블에 있어서, 상기 제1 도체는 복수 개의 도체소선으로 이루어지고, 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공한 도체이며, 상기 제1 도체의 단부 측면과 상기 제2 도체의 단부 측면을 용접으로 접합하여 구성된 것을 특징으로 하는 이종 도체 접합부를 포함하는 전력케이블을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 도체의 용융점이 상기 제2 도체의 용융점보다 더 클 수 있다.
그리고, 상기 제2 도체도 복수 개의 도체소선으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제1 도체는 구리 또는 구리 합금 재질이며, 상기 제2 도체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질일 수 있다.
이 경우, 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률은 98% 이상으로 가공될 수 있다.
또한, 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률이 미리 결정된 크기 이상이 되도록 한 쌍의 제1 도체의 단부 측면을 용접으로 접합하여 접합부를 형성하고, 상기 접합부를 절단하여 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률이 미리 결정된 크기 이상이 되도록 가공될 수 있다.
그리고, 상기 제1 도체의 단부 측면과 상기 제2 도체의 단부 측면을 접합하는 용접 방법은 용융 저항 용접(upset butt welding)일 수 있다.
여기서, 상기 용융 저항 용접은 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체에 전류를 통전시켜 접합부를 용융시킨 후 가압하는 방법으로 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 도체와 상기 제2 도체의 용접을 위한 용접 지그에서 제1 도체의 노출 길이가 제2 도체의 노출 길이보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 도체의 직경이 상기 제2 도체의 직경보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 접합부에 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 직경 차이에 의한 단차를 경사면으로 마감하기 위한 외주면이 경사진 O-링이 함께 접합될 수 있다.
여기서, 상기 O-링은 상기 제1 도체가 관통되는 관통구를 구비하고, 상기 관통구에 상기 제1 도체의 단부를 장착한 상태에서 상기 제1 도체, 상기 O-링 및 상기 제2 도체를 접합할 수 있다.
이 경우, 상기 O-링은 제2 금속 재질로 구성되며, 상기 O-링의 접합 방향 측면과 상기 제2 도체의 단부 측면이 접합되고, 상기 O-링의 관통구 내주면은 상기 제1 도체의 외주면과 접합될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 이종 도체 접속구조; 상기 제1 전력케이블과 상기 제2 전력케이블의 XLPE 절연층의 단부를 연결하며, 상기 이종 도체 접속구조를 감싸는 코로나 실드; 상기 코로나 실드 외측에 장착되며, PMJ(Pre molded Joint) 형태의 탄성 수지 재질로 구성되는 슬리브 부재; 상기 슬리브 부재 외측에 장착되는 외함부재;를 포함하는 이종 도체 전력케이블의 중간접속함을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 전력케이블의 지절연층, 상기 제2 전력케이블의 지절연층 및 상기 이종 도체 접속구조 외측을 절연지를 감아 형성되는 보강 절연층;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 전력케이블을 구성하는 제1 도체 및 제2 전력케이블을 구성하는 제2 도체를 상호 접합하는 이종 도체 접합방법에 있어서, 연선으로 구성되는 제1 도체 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 가공하는 측면 가공단계; 상기 제1 도체의 단부를 미리 결정된 길이(d1) 노출하고, 상기 제1 도체보다 용융점이 낮은 제2 도체를 미리 결정된 길이(d2)로 노출시켜 용접용 지그에 장착하는 도체 장착단계; 상기 도체 장착단계에서 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 단부 측면을 용접으로 접합하는 도체 접합단계;를 포함하는 이종 도체 접합방법을 제공할 수 있다.
상기 제1 도체의 측면 가공단계는 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률이 미리 결정된 크기 이상이 되도록 한 쌍의 제1 도체의 단부 측면을 용접으로 접합하여 접합부를 형성하고, 상기 접합부를 절단하여 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률이 미리 결정된 크기 이상이 되도록 가공할 수 있다.
그리고, 상기 제1 도체의 측면 가공단계는 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률이 98% 이상이 되도록 수행될 수 있다.
여기서, 상기 도체 접합단계는 용융 저항 용접(Upset butt welding)으로 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 도체 접합단계의 용융 저항 용접은 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체에 전류를 통전시켜 접합부를 용융시킨 후 가압하는 방법으로 수행될 수 있다.
여기서, 상기 도체 장착단계에서 상기 제1 도체의 단부의 노출 길이(d1)가 상기 제2 도체의 노출 길이(d2)보다 작게 수행될 수 있다.In order to solve the above problem, the present invention provides a power cable including a dissimilar conductor joint formed by bonding a first conductor constituting a first power cable and a second conductor constituting a second power cable, 1 The conductor is made up of a plurality of conductor wires, and is a conductor processed to have an area ratio of the end side of the first conductor higher than a predetermined size, and the end side of the first conductor and the end side of the second conductor are welded. It is possible to provide a power cable including a heterogeneous conductor joint, which is constructed by joining.
Additionally, the melting point of the first conductor may be higher than the melting point of the second conductor.
Additionally, the second conductor may also be made of a plurality of conductor wires.
Here, the first conductor may be made of copper or a copper alloy, and the second conductor may be made of aluminum or an aluminum alloy.
In this case, the space factor of the end side of the first conductor can be processed to 98% or more.
In addition, the end sides of a pair of first conductors are joined by welding to form a joint so that the space factor of the end side of the first conductor is more than a predetermined size, and the joint is cut to form a joint at a point on the end side of the first conductor. It can be processed so that the moment is greater than or equal to a predetermined size.
Also, a welding method for joining the end side of the first conductor and the end side of the second conductor may be melt resistance welding (upset butt welding).
Here, the melt resistance welding may be performed by passing a current through the first conductor and the second conductor to melt the joint and then applying pressure.
In this case, in a welding jig for welding the first conductor and the second conductor, the exposed length of the first conductor may be smaller than the exposed length of the second conductor.
Additionally, the diameter of the first conductor may be smaller than the diameter of the second conductor.
Additionally, an O-ring with an inclined outer peripheral surface may be joined to the joint of the first conductor and the second conductor to close the step caused by the diameter difference between the first conductor and the second conductor with an inclined surface.
Here, the O-ring has a through hole through which the first conductor passes, and the first conductor, the O-ring, and the second conductor are connected with the end of the first conductor mounted on the through hole. It can be joined.
In this case, the O-ring is made of a second metal material, the side of the O-ring in the joining direction is joined to the end side of the second conductor, and the inner peripheral surface of the through hole of the O-ring is aligned with that of the first conductor. It can be joined to the outer circumference.
In addition, in order to solve the above problem, the present invention includes the above-described heterogeneous conductor connection structure; a corona shield connecting ends of the XLPE insulation layer of the first power cable and the second power cable and surrounding the heterogeneous conductor connection structure; A sleeve member mounted on the outside of the corona shield and made of an elastic resin material in the form of a PMJ (Pre molded joint); It is possible to provide an intermediate connection box for a heterogeneous conductor power cable including an enclosure member mounted on the outside of the sleeve member.
In addition, it may include a ground insulation layer of the first power cable, a ground insulation layer of the second power cable, and a reinforcing insulation layer formed by wrapping insulating paper around the outside of the heterogeneous conductor connection structure.
In addition, in order to solve the above problem, the present invention relates to a dissimilar conductor joining method for mutually joining the first conductor constituting the first power cable and the second conductor constituting the second power cable, the first conductor consisting of a stranded wire A side processing step of processing the area ratio of the side of the conductor end to a predetermined size or more; A conductor mounting step of exposing the end of the first conductor to a predetermined length (d1) and exposing a second conductor having a lower melting point than the first conductor to a predetermined length (d2) and mounting it on a welding jig; A conductor joining step of joining end sides of the first conductor and the second conductor by welding in the conductor mounting step. A dissimilar conductor joining method including a can be provided.
In the side processing step of the first conductor, the end sides of the pair of first conductors are joined by welding to form a joint so that the space ratio of the end side of the first conductor is more than a predetermined size, and the joint is cut to form the joint. It can be processed so that the space factor of the side surface of the end of the first conductor is greater than or equal to a predetermined size.
In addition, the side processing step of the first conductor may be performed so that the space ratio of the end side of the first conductor is 98% or more.
Here, the conductor joining step may be performed by upset butt welding.
In this case, the melt resistance welding in the conductor joining step may be performed by passing a current through the first conductor and the second conductor to melt the joint and then applying pressure.
Here, in the conductor mounting step, the exposed length (d1) of the end of the first conductor may be smaller than the exposed length (d2) of the second conductor.

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본 발명에 따른 이종 도체 접합부를 포함하는 전력케이블, 이종 도체 접합방법 및 이종 도체 전력케이블의 중간접속함에 의하면, 이종 도체의 접합부의 접합 품질을 향상시킬 수 있으며, 이종 및 이경 도체의 접합시에도 접합부의 접합 품질 향상과 전계 집중을 완화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이종 도체 접합부를 포함하는 전력케이블, 이종 도체 접합방법 및 이종 도체 전력케이블의 중간접속함에 의하면, 용융 저항 용접을 적용하여 이종 도체 접합의 작업성을 향상시킬 수 있다.According to the power cable including the heterogeneous conductor joint, the heterogeneous conductor joining method, and the intermediate connection of the heterogeneous conductor power cable according to the present invention, the joint quality of the joint of the heterogeneous conductor can be improved, and the joint quality can be improved even when joining heterogeneous and heterogeneous conductors. Bonding quality can be improved and electric field concentration can be alleviated.
In addition, according to the power cable including the dissimilar conductor joint, the dissimilar conductor joining method, and the intermediate connection of the dissimilar conductor power cable according to the present invention, the workability of dissimilar conductor joining can be improved by applying melt resistance welding.

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도 1은 한 쌍의 제1 도체로서의 구리 연선 도체를 각각 용접 지그에 장착한 상태를 도시한다.
도 2는 한 쌍의 제1 도체의 단부 측면을 저항 용접으로 접합하는 과정을 도시한다.
도 3은 접합된 제1 도체의 접합부에서 버를 제거하고 접합부의 커팅라인을 경계 커팅하는 공정을 도시한다.
도 4는 구리 연선 도체로서의 한 쌍의 제1 도체가 접합된 상태를 도시한다.
도 5는 제1 도체의 접합부에서 버가 제거된 상태를 도시한다.
도 6은 한 쌍의 제1 도체의 접합부가 절단되어 형성된 제1 도체의 새로운 단부 측면을 도시한다.
도 7은 한 쌍의 제1 도체로서의 구리 연선 도체 및 제2 도체로서의 알루미늄 연선 도체를 각각 용접 지그에 장착한 상태를 도시한다.
도 8은 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 단부 측면을 저항 용접으로 접합하는 과정을 도시한다.
도 9는 접합된 상기 제1 도체 및 상기 제2 도체의 접합부에서 버를 제거하고 접합이 완료된 상태를 도시한다.
도 10은 단부 측면이 점적률이 높게 가공된 제1 도체와 상기 제1 도체와 접합되는 알루미늄 연선으로 구성된 제2 도체를 도시한다.
도 11은 용융 저항 용접으로 접합된 제1 도체와 제2 도체를 도시한다.
도 12는 접합된 제1 도체와 제2 도체의 접합부에서 버가 제거된 도체 접합구조를 도시한다.
도 13는 본 발명의 제1 도체 및 제2 도체의 이종 도체 접합부를 길이방향으로 절단하여 접합부에서의 조직의 미세경도 시험의 결과를 도시한다.
도 14은 도 13에 도시된 접합부의 접합면 경계영역에서의 고체 확산 상태의 시험결과를 도시한다.
도 15는 본 발명의 구리 또는 알루미늄 계열의 도체와 XLPE 절연층을 구비한 전력케이블의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 도체 전력케이블의 중간접속함의 단면도를 도시한다.
도 17은 도 16에 도시된 이종 도체 전력케이블의 중간접속함에 구비된 도체 접합구조의 사시도를 도시한다.
도 18 내지 도 20은 도 17에 도시된 도체 접합구조의 도체 접합과정을 도시한다.Figure 1 shows a state in which a pair of copper stranded conductors as first conductors are respectively mounted on a welding jig.
Figure 2 shows a process of joining the end sides of a pair of first conductors by resistance welding.
Figure 3 shows a process of removing burrs from the joint of the joined first conductor and cutting the cutting line of the joint.
Figure 4 shows a state in which a pair of first conductors as copper stranded conductors are joined.
Figure 5 shows a state in which burrs have been removed from the joint of the first conductor.
Figure 6 shows a new end side view of a first conductor formed by cutting the joint of a pair of first conductors.
Figure 7 shows a state in which a pair of copper stranded conductors as the first conductor and an aluminum stranded conductor as the second conductor are each mounted on a welding jig.
Figure 8 shows a process of joining end sides of the first conductor and the second conductor by resistance welding.
Figure 9 shows a state in which burrs are removed from the joint portion of the first conductor and the second conductor and the joint is completed.
Figure 10 shows a first conductor whose end side surface is processed to have a high space factor and a second conductor made of an aluminum strand joined to the first conductor.
Figure 11 shows a first conductor and a second conductor joined by melt resistance welding.
Figure 12 shows a conductor joint structure in which burrs are removed from the joint portion of the joined first conductor and the second conductor.
Figure 13 shows the results of a microhardness test of the tissue at the joint by cutting the dissimilar conductor joint of the first and second conductors of the present invention in the longitudinal direction.
FIG. 14 shows the test results of the solid diffusion state in the joint surface boundary area of the joint shown in FIG. 13.
Figure 15 shows a perspective view of a multi-stage stripped power cable having a copper or aluminum-based conductor and an XLPE insulation layer of the present invention.
Figure 16 shows a cross-sectional view of an intermediate junction box of a heterogeneous conductor power cable according to an embodiment of the present invention.
Figure 17 shows a perspective view of the conductor joint structure provided in the intermediate junction box of the heterogeneous conductor power cable shown in Figure 16.
Figures 18 to 20 show the conductor joining process of the conductor joining structure shown in Figure 17.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure will be thorough and complete, and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

전력 케이블은 포설되는 환경(육상 또는 해저 등)에 따라 비용 등을 고려하여 도체의 적합성이 변경될 수 있다. 구간 별로 요구되는 전력 케이블의 도체 특성 등에 따라 전력 케이블을 구성하는 도체의 종류가 다른 경우에도 중간접속이 수행될 수 있다.Depending on the environment in which a power cable is laid (on land or under the sea, etc.), the suitability of the conductor may change in consideration of cost, etc. Intermediate connection can be performed even when the types of conductors constituting the power cable are different depending on the conductor characteristics of the power cable required for each section.

중간접속되는 전력 케이블의 도체의 종류가 다른 경우 용융점 등이 다르고 산화 피막 정도의 차이가 발생될 수 있으므로, 통상적인 접합 방법으로는 접합부에서의 접합 품질을 보장하기 어렵다.If the types of conductors of the intermediately connected power cable are different, the melting point, etc. may be different and the degree of oxide film may vary, so it is difficult to ensure the quality of the joint at the joint using a conventional joint method.

따라서, 본 발명은 제1 전력 케이블의 복수 개의 도체소선을 연선한 연선 도체로 구성되는 제1 도체 및 제2 전력 케이블의 복수 개의 도체소선을 연선한 연선 도체로 구성되는 제2 도체의 단부 측면이 접합되어 구성되며, 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공한 후 상기 제1 도체 단부 측면과 제2 도체의 단부 측면을 저항 용접(용융 저항 용접 등)으로 접합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이종 도체 접합구조를 제공한다.Therefore, in the present invention, the end side of the first conductor consisting of a stranded conductor obtained by stranding a plurality of conductor elements of the first power cable and the second conductor consisting of a stranded conductor obtained by stranding a plurality of conductor elements of the second power cable are It is constructed by joining, processing the area ratio of the end side of the first conductor to be higher than a predetermined size, and then joining the end side of the first conductor and the end side of the second conductor by resistance welding (melt resistance welding, etc.). Provides a heterogeneous conductor joint structure characterized by being.

도 1 내지 도 6은 제1 도체(10A)로서의 구리 연선 도체의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정의 개념도와 가공 과정에서의 이미지를 도시한다.1 to 6 show conceptual diagrams and images of the processing process for processing the area ratio of the end side of the copper stranded conductor as the first conductor 10A to be higher than a predetermined size.

상기 제1 도체는 구리 또는 구리합금 재료의 복수 개의 도체소선을 연선한 구리 연선 도체일 수 있고, 후술하는 제2 도체는 상대적으로 용융점이 낮은 알루미늄 연선 도체일 수 있다. 상기 제1 도체와 제2 도체를 저항 용접하는 경우, 제2 도체의 용융점이 낮기 때문에 제1 도체의 용융점과 제2 도체의 용융점 사이의 온도로 용접을 하는 과정에서 제1 도체의 단부 측면에 공극이 존재하고 각각의 공극을 따라 두터운 산화 피막이 형성되므로 접합부의 품질이 저하될 수 있다.The first conductor may be a copper stranded conductor obtained by stranding a plurality of conductor wires made of copper or copper alloy material, and the second conductor, which will be described later, may be an aluminum stranded conductor with a relatively low melting point. When resistance welding the first conductor and the second conductor, since the melting point of the second conductor is low, a gap is formed on the end side of the first conductor during the welding process at a temperature between the melting point of the first conductor and the melting point of the second conductor. Since this exists and a thick oxide film is formed along each pore, the quality of the joint may deteriorate.

따라서, 본 발명은 각각 연선 도체로 구성되는 제1 도체와 제2 도체를 저항 용접하기 전에 용융점이 높은 제1 도체(10A)의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정이 수행될 수 있다.Therefore, in the present invention, before resistance welding the first conductor and the second conductor, each composed of a stranded conductor, a process of processing the area ratio of the end side of the first conductor (10A), which has a high melting point, to a higher than a predetermined size is performed. It can be.

즉, 연선 도체로 구성된 제1 도체의 단부 측면을 공극 등이 제거 또는 최소화된 형태로 제공하여 용접시 발생될 수 있는 산화 피막 등의 발생을 억제하여 용접 등의 방법으로 접합된 접합부의 접합 품질을 향상시킬 수 있다.In other words, the end side of the first conductor composed of a stranded conductor is provided in a form in which voids, etc. are eliminated or minimized, thereby suppressing the occurrence of oxide films that may occur during welding, thereby improving the joint quality of joints joined by methods such as welding. It can be improved.

여기서, 전력 케이블을 구성하는 도체의 점적률이란 복수 개의 도체소선으로 구성된 도체의 외경에 따른 면적 중 소선의 면적이 차지하는 비율을 의미하는 것으로 점적률이 크면 도체 단면의 빈공간이 적음을 의미하며, 점적률이 100%란 의미는 빈틈없는 상태을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.Here, the space factor of the conductor constituting the power cable refers to the ratio of the area of the wire to the area according to the outer diameter of the conductor composed of a plurality of conductor wires. A large space factor means that the empty space in the cross section of the conductor is small, A 100% coverage ratio can be interpreted to mean that there are no gaps.

따라서, 본 발명의 제1 도체의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공한다는 의미는 구리 연선 도체로 구성되는 제1 도체의 측면 빈공간 비율을 미리 결정된 크기 이하로 감소시키는 공정을 의미한다.Accordingly, processing the space ratio of the first conductor of the present invention to be higher than a predetermined size means a process of reducing the side empty space ratio of the first conductor composed of a copper stranded conductor to less than a predetermined size.

상기 제1 도체의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 과정에 대하여 자세하게 설명한다.The process of processing the space ratio of the end side of the first conductor to be higher than a predetermined size will be described in detail.

도 1은 한 쌍의 제1 도체(10A)로서의 구리 연선 도체를 각각 용접 지그(1)에 장착한 상태를 도시하며, 도 2는 한 쌍의 제1 도체(10A)의 단부 측면을 저항 용접으로 접합하는 과정을 도시하며, 도 3은 접합된 제1 도체(10A)의 접합부(11)에서 버(b)를 제거하고 접합부(11)의 커팅라인(cl)을 경계 커팅하는 공정을 도시한다.Figure 1 shows a state in which copper stranded conductors as a pair of first conductors 10A are each mounted on a welding jig 1, and Figure 2 shows the end sides of a pair of first conductors 10A by resistance welding. The joining process is shown, and FIG. 3 shows the process of removing the burr (b) from the junction 11 of the joined first conductor 10A and border cutting the cutting line cl of the junction 11.

접합대상인 제1 도체와 제2 도체 중 용융점이 높은 제1 도체(10A)의 단부 측면(cs)의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 동일 재질의 제1 도체를 저항 용접으로 용접한 후 접합부(11)의 버(b)를 제거하고 접합부(11)를 절단하는 방법이 사용될 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 도체(10A)의 단부 측면의 용접은 용융 저항 용접의 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The process of processing the area ratio of the end side surface (cs) of the first conductor (10A), which has a high melting point among the first and second conductors to be joined, to a higher level than a predetermined size is as shown in FIGS. 1 to 3, A method of welding a first conductor of the same material by resistance welding, then removing the burr (b) of the joint 11 and cutting the joint 11 may be used. A melt resistance welding method may be used to weld the end sides of the pair of first conductors 10A, but is not limited thereto.

도 4는 구리 연선 도체로서의 한 쌍의 제1 도체(10A)가 접합된 상태를 도시하며, 도 5는 제1 도체(10A)의 접합부(11)에서 버(b)가 제거된 상태를 도시하며, 도 6은 한 쌍의 제1 도체(10A)의 접합부(11')가 절단되어 형성된 제1 도체(10A)의 새로운 단부 측면(cs)을 도시한다.Figure 4 shows a state in which a pair of first conductors 10A as copper stranded conductors are joined, and Figure 5 shows a state in which the burr b is removed from the joint 11 of the first conductor 10A. , FIG. 6 shows a new end side cs of the first conductor 10A formed by cutting the joint portion 11' of the pair of first conductors 10A.

도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 도체(10A)는 용융 저항 용접 등의 방법으로 압축 과정에서 버(b)를 형성하며 용접 및 재결정되고, 재결정된 접합부(11)를 절단하면 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 도체(10A)의 접합부(11)의 절단면은 연선 도체에 존재하는 공극이 거의 발견되지 않은 매끈한 금속 면으로 가공될 수 있다.As shown in FIG. 4, a pair of first conductors 10A are welded and recrystallized to form a burr (b) in the compression process using a method such as melt resistance welding, and when the recrystallized joint 11 is cut, the As shown in Fig. 6, the cut surface of the joint 11 of the first conductor 10A can be processed into a smooth metal surface in which almost no voids present in the stranded conductor are found.

이와 같이, 접합대상인 제1 도체와 제2 도체 중 용융점이 높은 제1 도체(10A)의 단부 측면(cs)의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정은 접합 영역에서의 연선 도체를 통도체화 하는 공정이라 볼 수 있다.In this way, the process of processing the area ratio of the end side surface (cs) of the first conductor 10A, which has a higher melting point among the first conductor and the second conductor to be joined, to a higher level than a predetermined size is performed by passing the stranded conductor in the joint area. It can be seen as an embodied process.

그리고, 상기 제1 도체(10A)의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정은 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 한 쌍의 제1 도체(10A)를 접합하고 접합부(11)를 절단하는 방법 이외에도 제1 도체(10A) 단부 측면을 용융점이 제1 도체(10A)보다 높은 가열용 지그 등으로 가열하여 제1 도체(10A) 단부 측면을 재결정시키는 방법 등이 사용될 수 있다.In addition, the process of processing the space ratio of the end side of the first conductor 10A to be higher than a predetermined size involves joining the same pair of first conductors 10A, as shown in FIGS. 1 to 6, and In addition to the method of cutting the joint 11, a method of recrystallizing the end side of the first conductor 10A by heating the end side of the first conductor 10A with a heating jig whose melting point is higher than that of the first conductor 10A may be used. You can.

도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 도체(10A)의 접합부(11')가 절단되어 형성된 제1 도체(10A)의 새로운 단부 측면(cs)은 점적률이 거의 100% 정도에 이르는 매끈한 표면을 구성하는 것으로 도시되나, 시험결과 상기 제1 도체(10A)의 새로운 단부 측면의 점적률은 일반적인 연선 도체의 점적률보다 높은 약 98 % 이상이 되면 알루미늄 연선 도체와의 저항 용접에 의한 접합부(11) 품질 문제가 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 6, the new end side surface cs of the first conductor 10A formed by cutting the joint portion 11' of the pair of first conductors 10A has a space factor of nearly 100%. It is shown as having a smooth surface, but as a result of the test, if the area ratio of the new end side of the first conductor (10A) is about 98% or more, which is higher than the area ratio of a general stranded conductor, the joint by resistance welding with the aluminum stranded conductor (11) It was confirmed that no quality problems occurred.

도 7 내지 도 14는 단부 측면의 점적률이 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공된 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)로서의 알루미늄 연선 도체의 접합 과정 및 접합 과정에서의 이미지를 도시한다.7 to 14 show images of the joining process and the joining process of aluminum stranded conductors as the first conductor 10A and the second conductor 10B, in which the space ratio of the end side is processed to be higher than a predetermined size.

도 7은 한 쌍의 제1 도체(10A)로서의 구리 연선 도체 및 제2 도체(10B)로서의 알루미늄 연선 도체를 각각 용접 지그(1)에 장착한 상태를 도시하며, 도 8은 상기 제1 도체(10A) 및 상기 제2 도체(10B)의 단부 측면을 저항 용접으로 접합하는 과정을 도시하며, 도 9는 접합된 상기 제1 도체(10A) 및 상기 제2 도체(10B)의 접합부(11)에서 버(b)를 제거하고 접합이 완료된 상태를 도시한다.Figure 7 shows a state in which a copper stranded conductor as a pair of first conductors 10A and an aluminum stranded conductor as a second conductor 10B are each mounted on a welding jig 1, and Figure 8 shows the first conductor ( 10A) and the end side of the second conductor 10B are joined by resistance welding, and FIG. 9 shows the joint portion 11 of the first conductor 10A and the second conductor 10B. The burr (b) is removed and the joining is completed.

도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)를 용접 지그(1)에 장착한 상태에서 접촉시키고 통전시키면 접촉면 근방에서 도체의 용융이 진행되고, 이때 도 8에 도시된 바와 같이, 양 도체를 접촉 방향으로 가압하면 버(b)가 형성되며 접합면 주변에 접합부(11)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 7, when each of the first conductors 10A and the second conductors 10B are brought into contact with each other while mounted on the welding jig 1 and energized, melting of the conductors proceeds near the contact surface, and at this time, FIG. As shown in Figure 8, when both conductors are pressed in the contact direction, a burr (b) is formed and a joint 11 can be formed around the joint surface.

도 8에 도시된 상기 제1 도체(10A)와 상기 제2 도체(10B)를 접합하는 용접 방법으로 용융 저항 용접(upset butt welding)이 사용될 수 있다. 용융 저항 용접은 전류 통전을 통한 줄열을 이용하여 접합부(11) 가열 및 소재 용융의 직접적인 열원으로 사용하는 접합 방법으로, 본 발명의 용융 저항 용접의 경우 전류 공급을 통한 통전 가열 공정과 접합계면에서 도체가 용융되기 시작하면 압착하는 가압 공정으로 구성될 수 있다.Upset butt welding may be used as a welding method to join the first conductor 10A and the second conductor 10B shown in FIG. 8. Melt resistance welding is a joining method that uses Joule heat through electric current as a direct heat source for heating the joint 11 and melting the material. In the case of melt resistance welding of the present invention, the electric current heating process through electric current supply and the conductor at the joint interface are used as a direct heat source for heating the joint 11 and melting the material. It may consist of a pressurizing process that compresses once it begins to melt.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도체(10A)와 상기 제2 도체(10B)는 각각의 용접 지그(1)에 장착된 상태에서 접합 방향으로 노출된 길이가 서로 다를 수 있다.And, as shown in FIG. 7, the exposed lengths of the first conductor 10A and the second conductor 10B in the joining direction when mounted on each welding jig 1 may be different from each other.

용융 저항 용접 방법으로 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)를 접촉시켜 통전시키는 경우, 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기로 높게 가공된 제1 도체(10A)보다 용융점이 낮은 알루미늄 재질의 제2 도체(10B)를 먼저 또는 더 많이 용융시켜 접합부(11)를 구성하는 것이 접합 품질 향상에 유리할 수 있다.When the first conductor (10A) and the second conductor (10B) are brought into contact with the melt resistance welding method to conduct electricity, an aluminum material with a lower melting point than the first conductor (10A) is processed to have a high space factor of the end side to a predetermined size. It may be advantageous to improve joint quality to form the joint 11 by first or more melting the second conductor 10B.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 도체(10B)의 노출 길이(d2)가 상기 제1 도체(10A)의 노출 길이(d1)보다 길게 구성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제2 도체(10B)의 노출 길이(d2)가 상기 제1 도체(10A)의 노출 길이(d1)의 2배 이상, 바람직하게는 10배 이상으로 구성될 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 7, it is preferable that the exposed length d2 of the second conductor 10B is longer than the exposed length d1 of the first conductor 10A. Specifically, the exposed length d2 of the second conductor 10B may be 2 times or more, preferably 10 times or more, the exposed length d1 of the first conductor 10A.

상기 제2 도체(10B)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있으며, 구리 재질의 제1 도체(10A)보다 용융점이 낮고 용접 지그 노출 길이가 더 크게 구성되므로, 상기 제2 도체(10B)는 연선 도체 상태로 용접되어도 충분히 용융되어 접합부(11)에서 균일하게 접합될 수 있다.The second conductor 10B may be aluminum or an aluminum alloy, and has a lower melting point and a larger welding jig exposed length than the first conductor 10A made of copper, so the second conductor 10B is a stranded conductor. Even if it is welded, it is sufficiently melted and can be joined uniformly at the joint 11.

그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 접합이 완료된 후 접합부(11) 외주면의 버(b)를 제거하면 도체 접합구조가 완성될 수 있다.And, as shown in FIG. 9, after the joining is completed, the conductor joining structure can be completed by removing the burr (b) on the outer peripheral surface of the joining part 11.

도 10은 단부 측면의 점적률을 높게 가공된 제1 도체(10A)와 상기 제1 도체(10A)와 접합되는 알루미늄 연선으로 구성된 제2 도체(10B)를 도시하며, 도 11은 용융 저항 용접으로 접합된 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)를 도시하며, 도 12는 접합된 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)의 접합부(11)에서 버(b)가 제공된 도체 접합구조를 도시한다.FIG. 10 shows a first conductor 10A processed to have a high space factor on the end side, and a second conductor 10B made of an aluminum strand joined to the first conductor 10A, and FIG. 11 shows a second conductor 10B formed by melt resistance welding. 12 shows a bonded first conductor 10A and a second conductor 10B, and FIG. 12 shows a conductor provided with a burr b at the junction 11 of the bonded first conductor 10A and the second conductor 10B. The joint structure is shown.

상기 제1 도체(10A)의 경우, 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공된 상태이며 용접 지그(1)에서 접합을 위하여 노출되는 길이가 제2 도체(10B)보다 짧다. 그러나, 상기 제2 도체(10B)는 연선 도체로 구성되고 용접 지그(1)에서의 노출길이가 길어 용융 저항 용접 중 연선 도체의 벌어짐이 발생될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 도체(10B)의 단부를 알루미늄 와이어(w) 등으로 고정한 상태로 작업이 수행될 수 있다. 상기 와이어(w)는 용융 저항 용접의 압축과정 또는 버(b) 제거과정에서 버(b)와 함께 제거되어 도 12에 도시된 바와 같은 이종 금속 도체 접합구조가 완성될 수 있다.In the case of the first conductor 10A, the space ratio of the end side is processed to be higher than a predetermined size, and the length exposed for joining in the welding jig 1 is shorter than that of the second conductor 10B. However, the second conductor 10B is composed of a stranded conductor and the exposed length in the welding jig 1 is long, so the stranded conductor may be spread during melt resistance welding. To prevent this, as shown in FIG. 10 Likewise, work can be performed with the end of the second conductor 10B fixed with an aluminum wire (w) or the like. The wire (w) may be removed along with the burr (b) during the compression process of melt resistance welding or the burr (b) removal process, thereby completing the dissimilar metal conductor joint structure as shown in FIG. 12.

도 13는 본 발명의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)의 이종 도체 접합구조를 길이방향으로 절단하여 접합부(11)에서의 조직의 미세경도 시험 결과를 도시한다.Figure 13 shows the results of a microhardness test of the structure at the joint 11 by cutting the dissimilar conductor joint structure of the first conductor 10A and the second conductor 10B of the present invention in the longitudinal direction.

접합부(11)의 경계영역인 접합면을 기준으로 각각 약 40 밀리미터(mm)를 경계로서 미세경도(Hv)가 점진적으로 변화된 결과를 도시한 것으로 미세경도의 변화를 통해 각각의 지점에서의 용융 및 재결정 여부를 확인할 수 있으며, 각각의 도체는 접합면에서 비슷한 범위(거리)까지 재결정 및 접합이 발생되었음을 확인할 수 있다.It shows the results of gradual changes in microhardness (Hv) at approximately 40 millimeters (mm) based on the joint surface, which is the boundary area of the joint 11. Melting and melting at each point through changes in microhardness are shown. Recrystallization can be confirmed, and it can be confirmed that recrystallization and bonding have occurred in each conductor to a similar range (distance) from the bonding surface.

즉, 단부 측면이 선가공된 연선으로 구성된 제1 도체(10A)와 연선으로 구성된 제2 도체(10B)를 용융 저항 용접하는 경우, 용융 및 재결정 범위가 유사하게 형성되어 위와 같은 도체 접합방법으로 접합된 접합부(11)의 접합 품질이 양호함을 확인할 수 있었다.That is, when the first conductor 10A, which is made of a stranded wire with pre-processed end sides, and the second conductor 10B, which is made of a stranded wire, are melt-resistance welded, the melting and recrystallization ranges are formed similarly, so that they can be joined by the conductor joining method as above. It was confirmed that the joint quality of the joint portion 11 was good.

도 14은 도 13에 도시된 접합부(11)의 접합면 경계영역(X)에서의 고체 확산 상태의 시험결과(EDS 프로파일 분석)를 도시한다. 상기 제1 도체(10A)와 상기 제2 도체(10B)의 접합면에서의 고체 확산 현상은 상기 접합면을 기준으로 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)와 다른 화합물이 생성되었음을 의미하는 것으로, 도체 접합된 양도체의 접합면에서의 화합물의 생성 및 성장은 원자의 확산에 의해 지배받으며, 원자의 확산은 아레니우스(Arrhenius) 식을 따르는 것으로 알려져 있다.FIG. 14 shows test results (EDS profile analysis) of the solid diffusion state in the joint surface boundary area (X) of the joint 11 shown in FIG. 13. The solid diffusion phenomenon at the joint surface of the first conductor (10A) and the second conductor (10B) means that a compound different from the first conductor (10A) and the second conductor (10B) is created based on the joint surface. In other words, the creation and growth of compounds at the junction of good conductors joined to conductors are governed by diffusion of atoms, and diffusion of atoms is known to follow the Arrhenius equation.

또한, 용융 저항 접합 방법으로 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
전력케이블은 포설되는 환경(육상 또는 해저 등)에 따라 비용 등을 고려하여 도체의 적합성이 변경될 수 있다. 구간 별로 요구되는 전력케이블의 도체 특성 등에 따라 전력케이블을 구성하는 도체의 종류가 다른 경우에도 중간접속이 수행될 수 있다.
중간접속되는 전력케이블의 도체의 종류가 다른 경우 용융점 등이 다르고 산화 피막 정도의 차이가 발생될 수 있으므로, 통상적인 접합 방법으로는 접합부에서의 접합 품질을 보장하기 어렵다.
따라서, 본 발명은 제1 전력케이블의 복수 개의 도체소선을 연선한 연선 도체로 구성되는 제1 도체 및 제2 전력케이블의 복수 개의 도체소선을 연선한 연선 도체로 구성되는 제2 도체의 단부 측면이 접합되어 구성되며, 상기 제1 도체 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공한 후 상기 제1 도체 단부 측면과 제2 도체의 단부 측면을 저항 용접(용융 저항 용접 등)으로 접합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력케이블을 제공한다.
도 1 내지 도 6은 제1 도체(10A)로서의 구리 연선 도체의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정의 개념도와 가공 과정에서의 이미지를 도시한다.
상기 제1 도체는 구리 또는 구리합금 재료의 복수 개의 도체소선을 연선한 구리 연선 도체일 수 있고, 후술하는 제2 도체는 상대적으로 용융점이 낮은 알루미늄 연선 도체일 수 있다. 상기 제1 도체와 제2 도체를 저항 용접하는 경우, 제2 도체의 용융점이 낮기 때문에 제1 도체의 용융점과 제2 도체의 용융점 사이의 온도로 용접을 하는 과정에서 제1 도체의 단부 측면에 공극이 존재하고 각각의 공극을 따라 두터운 산화 피막이 형성되므로 접합부의 품질이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은 각각 연선 도체로 구성되는 제1 도체와 제2 도체를 저항 용접하기 전에 용융점이 높은 제1 도체(10A)의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정이 수행될 수 있다.
즉, 연선 도체로 구성된 제1 도체의 단부 측면을 공극 등이 제거 또는 최소화된 형태로 제공하여 용접시 발생될 수 있는 산화 피막 등의 발생을 억제하여 용접 등의 방법으로 접합된 접합부의 접합 품질을 향상시킬 수 있다.
여기서, 전력케이블을 구성하는 도체의 점적률이란 복수 개의 도체소선으로 구성된 도체의 외경에 따른 면적 중 소선의 면적이 차지하는 비율을 의미하는 것으로 점적률이 크면 도체 단면의 빈공간이 적음을 의미하며, 점적률이 100%란 의미는 빈틈없는 상태을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 도체의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공한다는 의미는 구리 연선 도체로 구성되는 제1 도체의 측면 빈공간 비율을 미리 결정된 크기 이하로 감소시키는 공정을 의미한다.
상기 제1 도체의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 과정에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 한 쌍의 제1 도체(10A)로서의 구리 연선 도체를 각각 용접 지그(1)에 장착한 상태를 도시하며, 도 2는 한 쌍의 제1 도체(10A)의 단부 측면을 저항 용접으로 접합하는 과정을 도시하며, 도 3은 접합된 제1 도체(10A)의 접합부(11)에서 버(b)를 제거하고 접합부(11)의 커팅라인(cl)을 경계 커팅하는 공정을 도시한다.
접합대상인 제1 도체와 제2 도체 중 용융점이 높은 제1 도체(10A)의 단부 측면(cs)의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 동일 재질의 제1 도체를 저항 용접으로 용접한 후 접합부(11)의 버(b)를 제거하고 접합부(11)를 절단하는 방법이 사용될 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 도체(10A)의 단부 측면의 용접은 용융 저항 용접의 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 4는 구리 연선 도체로서의 한 쌍의 제1 도체(10A)가 접합된 상태를 도시하며, 도 5는 제1 도체(10A)의 접합부(11)에서 버(b)가 제거된 상태를 도시하며, 도 6은 한 쌍의 제1 도체(10A)의 접합부(11')가 절단되어 형성된 제1 도체(10A)의 새로운 단부 측면(cs)을 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 도체(10A)는 용융 저항 용접 등의 방법으로 압축 과정에서 버(b)를 형성하며 용접 및 재결정되고, 재결정된 접합부(11)를 절단하면 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 도체(10A)의 접합부(11)의 절단면은 연선 도체에 존재하는 공극이 거의 발견되지 않은 매끈한 금속 면으로 가공될 수 있다.
이와 같이, 접합대상인 제1 도체와 제2 도체 중 용융점이 높은 제1 도체(10A)의 단부 측면(cs)의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정은 접합 영역에서의 연선 도체를 통도체화 하는 공정이라 볼 수 있다.
그리고, 상기 제1 도체(10A)의 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공하는 공정은 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 한 쌍의 제1 도체(10A)를 접합하고 접합부(11)를 절단하는 방법 이외에도 제1 도체(10A) 단부 측면을 용융점이 제1 도체(10A)보다 높은 가열용 지그 등으로 가열하여 제1 도체(10A) 단부 측면을 재결정시키는 방법 등이 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 도체(10A)의 접합부(11')가 절단되어 형성된 제1 도체(10A)의 새로운 단부 측면(cs)은 점적률이 거의 100% 정도에 이르는 매끈한 표면을 구성하는 것으로 도시되나, 시험결과 상기 제1 도체(10A)의 새로운 단부 측면의 점적률은 일반적인 연선 도체의 점적률보다 높은 약 98 % 이상이 되면 알루미늄 연선 도체와의 저항 용접에 의한 접합부(11) 품질 문제가 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.
도 7 내지 도 14는 단부 측면의 점적률이 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공된 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)로서의 알루미늄 연선 도체의 접합 과정 및 접합 과정에서의 이미지를 도시한다.
도 7은 한 쌍의 제1 도체(10A)로서의 구리 연선 도체 및 제2 도체(10B)로서의 알루미늄 연선 도체를 각각 용접 지그(1)에 장착한 상태를 도시하며, 도 8은 상기 제1 도체(10A) 및 상기 제2 도체(10B)의 단부 측면을 저항 용접으로 접합하는 과정을 도시하며, 도 9는 접합된 상기 제1 도체(10A) 및 상기 제2 도체(10B)의 접합부(11)에서 버(b)를 제거하고 접합이 완료된 상태를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)를 용접 지그(1)에 장착한 상태에서 접촉시키고 통전시키면 접촉면 근방에서 도체의 용융이 진행되고, 이때 도 8에 도시된 바와 같이, 양 도체를 접촉 방향으로 가압하면 버(b)가 형성되며 접합면 주변에 접합부(11)가 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 상기 제1 도체(10A)와 상기 제2 도체(10B)를 접합하는 용접 방법으로 용융 저항 용접(upset butt welding)이 사용될 수 있다. 용융 저항 용접은 전류 통전을 통한 줄열을 이용하여 접합부(11) 가열 및 소재 용융의 직접적인 열원으로 사용하는 접합 방법으로, 본 발명의 용융 저항 용접의 경우 전류 공급을 통한 통전 가열 공정과 접합계면에서 도체가 용융되기 시작하면 압착하는 가압 공정으로 구성될 수 있다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 도체(10A)와 상기 제2 도체(10B)는 각각의 용접 지그(1)에 장착된 상태에서 접합 방향으로 노출된 길이가 서로 다를 수 있다.
용융 저항 용접 방법으로 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)를 접촉시켜 통전시키는 경우, 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기로 높게 가공된 제1 도체(10A)보다 용융점이 낮은 알루미늄 재질의 제2 도체(10B)를 먼저 또는 더 많이 용융시켜 접합부(11)를 구성하는 것이 접합 품질 향상에 유리할 수 있다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 도체(10B)의 노출 길이(d2)가 상기 제1 도체(10A)의 노출 길이(d1)보다 길게 구성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 제2 도체(10B)의 노출 길이(d2)가 상기 제1 도체(10A)의 노출 길이(d1)의 2배 이상, 바람직하게는 10배 이상으로 구성될 수 있다.
상기 제2 도체(10B)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있으며, 구리 재질의 제1 도체(10A)보다 용융점이 낮고 용접 지그 노출 길이가 더 크게 구성되므로, 상기 제2 도체(10B)는 연선 도체 상태로 용접되어도 충분히 용융되어 접합부(11)에서 균일하게 접합될 수 있다.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 접합이 완료된 후 접합부(11) 외주면의 버(b)를 제거하면 도체 접합구조가 완성될 수 있다.
도 10은 단부 측면의 점적률을 높게 가공된 제1 도체(10A)와 상기 제1 도체(10A)와 접합되는 알루미늄 연선으로 구성된 제2 도체(10B)를 도시하며, 도 11은 용융 저항 용접으로 접합된 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)를 도시하며, 도 12는 접합된 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)의 접합부(11)에서 버(b)가 제공된 도체 접합구조를 도시한다.
상기 제1 도체(10A)의 경우, 단부 측면의 점적률을 미리 결정된 크기 이상으로 높게 가공된 상태이며 용접 지그(1)에서 접합을 위하여 노출되는 길이가 제2 도체(10B)보다 짧다. 그러나, 상기 제2 도체(10B)는 연선 도체로 구성되고 용접 지그(1)에서의 노출길이가 길어 용융 저항 용접 중 연선 도체의 벌어짐이 발생될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 도체(10B)의 단부를 알루미늄 와이어(w) 등으로 고정한 상태로 작업이 수행될 수 있다. 상기 와이어(w)는 용융 저항 용접의 압축과정 또는 버(b) 제거과정에서 버(b)와 함께 제거되어 도 12에 도시된 바와 같은 이종 금속 도체 접합구조가 완성될 수 있다.
도 13는 본 발명의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)의 이종 도체 접합부를 길이방향으로 절단하여 접합부(11)에서의 조직의 미세경도 시험 결과를 도시한다.
접합부(11)의 경계영역인 접합면을 기준으로 각각 약 40 밀리미터(mm)를 경계로서 미세경도(Hv)가 점진적으로 변화된 결과를 도시한 것으로 미세경도의 변화를 통해 각각의 지점에서의 용융 및 재결정 여부를 확인할 수 있으며, 각각의 도체는 접합면에서 비슷한 범위(거리)까지 재결정 및 접합이 발생되었음을 확인할 수 있다.
즉, 단부 측면이 선가공된 연선으로 구성된 제1 도체(10A)와 연선으로 구성된 제2 도체(10B)를 용융 저항 용접하는 경우, 용융 및 재결정 범위가 유사하게 형성되어 위와 같은 도체 접합방법으로 접합된 접합부(11)의 접합 품질이 양호함을 확인할 수 있었다.
도 14은 도 13에 도시된 접합부(11)의 접합면 경계영역(X)에서의 고체 확산 상태의 시험결과(EDS 프로파일 분석)를 도시한다. 상기 제1 도체(10A)와 상기 제2 도체(10B)의 접합면에서의 고체 확산 현상은 상기 접합면을 기준으로 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)와 다른 화합물이 생성되었음을 의미하는 것으로, 도체 접합된 양도체의 접합면에서의 화합물의 생성 및 성장은 원자의 확산에 의해 지배받으며, 원자의 확산은 아레니우스(Arrhenius) 식을 따르는 것으로 알려져 있다.
또한, 용융 저항 접합 방법으로 형성된 Al-Cu 이종 도체 접합된 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)의 경우, Al-Cu 이종 도체 접합부(11) 가열 방법에 따라 열처리로를 이용하여 간접 가열한 경우와 비교하여, 본 발명에 따른 도체 접합방법에 따라 직류 전기로 직접 가열한 도체 접합된 양도체의 접합면에서의 화합물의 두께가 더 크다는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 고체 확산 범위로 규정될 수 있는 접합면에서의 화합물의 두께는 열처리로를 이용하여 200 ℃ 또는 235℃에서 장시간(수십시간) 직접 가열한 경우의 접합면 화합물에서의 두께는 0.7 μm 또는 1.0 μm 정도라고 알려져 있다
반면, 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 단부 측면이 선가공된 제1 도체와 제2 도체를 전류로 직접 가열한 경우 접합면에서의 화합물의 두께는 2 μm 정도임을 확인할 수 있고, 직접 열을 가하는 종래의 경우보다 접합면에서의 화합물의 두께가 크게 구성됨을 확인할 수 있다.
또한, 이와 같은 도체 접합면에서의 화합물의 두께는 도체 접합시 전력케이블 도체의 연성/취성 파괴의 임계 두께로 알려져 있는 2.5 μm 보다는 충분히 얇아 접합부의 연성 또는 취성 파괴의 위험이 낮을 수 있을 것으로 예상된다.
도 15는 본 발명의 구리 또는 알루미늄 계열의 도체와 XLPE 절연층을 구비한 전력케이블의 다단 탈피된 사시도를 도시한다.
도 15를 참조하면, 전력케이블(100)은 중심부에 도체(10)가 구비된다. 상기 도체(10)는 전류가 흐르는 통로 역할을 하게 되며, 예를 들어 구리 또는 알루미늄(알루미늄 합금 포함) 등으로 구성될 수 있다. 도체(10)는 유연성을 위하여 원형 또는 평각 형상의 복수 개의 도체소선을 연선하여 연선 구조로 구성될 수 있다.
도체(10)는 그 표면이 평활하지 않아 전계가 불균일할 수 있으며, 부분적으로 코로나 방전이 일어나기 쉽다. 또한 도체(10) 표면과 후술하는 절연층(14) 사이에 공극이 생기게 되면 절연성능이 저하될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도체(10) 외부를 반도전성 카본지와 같은 반도전성 물질 등으로 구성된 내부반도전층(12)이 구비될 수 있다.
내부반도전층(12)은 도체면의 전하분포를 고르게 하여 전계를 균일하게 하여 후술하는 절연층(14)의 절연내력을 향상시키게 된다. 나아가, 도체(10)와 절연층(14) 간의 간격형성을 방지하여 코로나 방전 및 이온화를 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
내부반도전층(12)의 외측에는 절연층(14)이 구비된다. 일반적으로 절연층(14)은 파괴전압이 높고, 절연성능이 장기간 안정적으로 유지될 수 있어야 한다. 나아가, 유전손실이 적으며 내열성 등의 열에 대한 저항 성능을 지니고 있어야 한다.
이러한 전력케이블의 절연층은 지절연 또는 수지 재질(XLPE 등)이 주로 적용된다.
수지 재질의 절연층(14)은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지가 사용되며, 폴리에틸렌 수지가 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 수지는 가교 수지일 수 있으며 가교제로서 실란 또는 유기 과산화물, 예를 들어, 다이큐밀퍼옥사이드(DCP) 등에 의해 제조될 수 있다. 도 15에 도시된 전력케이블의 절연층(14)은 XLPE 재질로 구성되는 예를 도시한다.
그리고, 절연층(14)의 외측에는 외부반도전층(16)이 구비된다. 상기 외부반도전층(16)은 접지되어 전술한 내부반도전층(12) 과의 사이에 전기력선의 분포를 등전위로 만들어 절연층(14)의 절연내력을 향상시키는 역할을 하게 된다. 또한, 외부반도전층(16)은 케이블에 있어서 절연층(14)의 표면을 평활하게 하여 전계집중을 완화시켜 코로나 방전을 방지할 수 있다.
외부반도전층(16)의 외측에는 케이블의 종류에 따라 금속시스(18) 등이 구비된다. 상기 금속시스(18)는 전기적 차폐 및 단락전류의 귀로로 활용될 수 있으며, 상기 금속시스(18)는 중성선 형태로 구성되는 차폐층으로 대체될 수도 있다.
전력케이블(100)의 최외측에는 외부자켓(20)이 구비된다. 상기 외부자켓(20)는 케이블(100)의 최외측에 구비되어 전력케이블(100)의 내부 구성을 보호할 수 있다. 따라서, 상기 외부자켓(20)은 일반적으로 PVC(Polyvinyl chloride; 폴리염화비닐) 또는 PE(Polyethylene: 폴리에틸렌) 등으로 구성될 수 있다.
이러한 전력케이블(100)의 도체는 전술한 바와 같이 연선 구조를 가질 수 있고, 구리 또는 알루미늄이나 각각의 합금 재질로 구성될 수 있으며, 구리의 경우 통전성이 좋고 알루미늄의 경우 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 그리고 전력케이블을 포설하는 경우 수백 미터 또는 수 킬로미터 간격으로 중간접속이 수행될 수 있다.
도 1 내지 도 12에 도시된 이종 도체 접합부는 양 전력케이블의 도체는 이종이지만, 직경은 동일한 경우를 예로 들어 설명하였다. 도체의 직경이 동일하므로, 제1 도체인 구리가 구비된 전력케이블이 발열이 적고 통전 능력이 크지만, 육지 구간과 해저 구간을 연결하는 케이블 중 해저 구간에서는 발열이 크게 문제가 되지 않으므로, 해저 구간에서는 알루미늄 계열 도체가 적용된 전력케이블을 배치하고 육지 구간에는 구리 계열의 도체가 적용된 전력케이블을 배치하고 그 경계영역에서 중간접속되는 경우 비용 감소와 안정성 향상이라는 효과를 모두 얻을 수 있다.
그러나, 위와 같은 특수한 경계 영역 이외에도 한 쌍의 이종 도체를 구비한 양 전력케이블을 중간 접속할 필요가 있고, 이 경우 통전 능력 또는 발열 차이에 의하여 도체의 직경 및 그에 따른 케이블 직경이 다른 전력케이블을 중간 접속해야 하는 경우가 있다.
구체적으로, 통전 능력 또는 발열로 인해, 구리 연선 도체인 제1 도체(10A)와 알루미늄 연선 도체인 제2 도체(10B)의 직경은 다를 수 있다.
본 발명은 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)의 직경이 다른 경우(이경 및 이종 도체)에도 적용이 가능한 도체 접합구조를 제공할 수 있다. 도 16 및 도 17을 참조하여, 이경 및 이종 도체의 접속구조와 이를 포함하는 전력케이블의 중간접속함에 대하여 설명한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 도체 전력케이블의 중간접속함의 단면도를 도시하며, 도 17은 도 16에 도시된 이종 도체 전력케이블의 중간접속함에 구비된 도체 접합구조의 사시도를 도시한다.
도 16에 도시된 실시예에서, 상기 제1 도체(10A)는 구리 연선으로 구성되고, 상기 제2 도체(10B)는 알루미늄 연선으로 구성되는 예를 들어 설명한다.
도 16를 참조하면, 상기 중간접속함(300)은 한 쌍의 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B), 상기 제1 도체(10A) 및 상기 제2 도체(10B) 단부에 함께 접합되는 O-링(30), 상기 한 쌍의 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)의 절연층(14A, 14B)과 연결되어 상기 도체 접합구조를 감싸도록 구성되는 코로나 실드(320) 및 상기 한 쌍의 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B) 외측을 감싸며 상온에서 수축가능한 탄성 수지 재질로 이루어지며, PMJ(Pre molded Joint) 형태의 슬리브 부재(360)를 포함할 수 있다. 상기 슬리브 부재(360)는 중공형 형태를 가질 수 있다.
상기 코로나 실드(320)는 제1 전력케이블(100A)의 절연층(14A)에서 제2 전력케이블(100B)의 절연층(14B)을 향해 연장 형성된다. 이 경우, 상기 코로나 실드(320)는 평평한 외면을 가지고, 상기 O-링(30)을 둘러싸도록 구성되며, 양측의 마주보는 한 쌍의 절연층(14A, 14B)의 표면과의 단차없이 연속적인 면을 형성하여 전계 집중을 방지 또는 완화한다.
또한, O-링(30)에 의해 접속된 한 쌍의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)와 슬리브 부재(360) 사이에서 발생할 수 있는 코로나 방전을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 서로 직경이 다른 한 쌍의 케이블(100A, 100B)을 연결하게 되므로 코로나 실드(320)도 양쪽의 직경이 다른 구조로 구성되며, 외측은 직경이 상대적으로 큰 제2 전력케이블(100B)에서 직경이 상대적으로 작은 제1 전력케이블(100A)을 향해 경사진 구조를 가질 수 있다.
상기 슬리브 부재(360)는 상기 코로나 실드(320)의 외측에 구비되고, 구리 재질로 구성되어 상대적으로 도체의 직경이 작은 제1 전력케이블(100A)의 단부가 삽입되는 제1 단부(330A)와 알루미늄 재질로 구성되어 상대적으로 직경이 큰 제2 전력케이블(100B)의 단부가 삽입되는 제2 단부(330B)를 구비하는 제1 전극(330), 상기 제1 전극(330)과 이격되어 대향하도록 구비되는 한 쌍의 제2 전극(340) 및 상기 제1 전극(330), 제2 전극(340) 및 상기 한 쌍의 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)의 절연층(14A, 14B)을 감싸는 슬리브 절연층(350)을 포함할 수 있다. 상기 슬리브 절연층(350)은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 또는 액상 실리콘 고무(LSR : Liquid Silicon Rubber)로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(330)은 반도전 물질로 이루어지고 전력케이블의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)와 전기적으로 연결되어, 소위 고압전극(electrode)의 역할을 한다. 상기 제2 전극(340)도 마찬가지로 반도전 물질로 이루어지며 전력케이블의 외부반도전층(16A, 16B)과 연결되어 소위 차폐전극(Deflector)의 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 중간접속함(300) 내부에서 전계분포는 상기 제1 전극(330)과 상기 제2 전극(340) 사이를 따라 분포되며, 상기 제1 전극(330) 및 제2 전극(340)은 그 사이에서 전계가 국부적으로 집중되지 않고 골고루 퍼지도록 하는 역할을 하게 된다.
구체적으로, 상기 제1 전극(330)은 반도전 물질로 이루어지고 전력케이블의 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)와 전기적으로 연결되어, 소위 고압전극(electrode)의 역할을 한다. 상기 제2 전극(340)도 마찬가지로 반도전 물질로 이루어지며 전력케이블의 외부반도전층(16A, 16B)과 연결되어 소위 차폐전극(Deflector)의 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 중간접속함(300) 내부에서 전계분포는 상기 제1 전극(330)과 상기 제2 전극(340) 사이를 따라 분포된다.
이때, 상기 제1 전극(330)은 상기 제1 단부(330A) 위치의 케이블 중심에서 외부 표면까지의 거리(D1)와 상기 제2 단부(330B)의 중심에서 외부 표면까지의 거리(D2)는 서로 동일하고, 상기 제1 단부(330A) 및 제2 단부(330B)에서 각 중심에서 내부 표면까지의 각 거리(L1, L2)와 상기 각 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)의 절연층(14A, 14B)의 표면에서 외부 표면까지의 거리(P1, P2)는 서로 상이하게 결정될 수 있다.
상기 제1 도체(100A) 및 상기 제2 도체(100B)는 재질과 직경이 다르고, 그에 따라 케이블 중심으로부터 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)의 절연층(14A, 14B) 외주면까지의 거리가 다르지만 상기 제1 단부(330A) 및 제2 단부(330B)에서 각 중심에서 내부 표면까지의 각 거리(L1, L2)와 상기 각 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)의 절연층(14A, 14B)의 표면에서 외부 표면까지의 거리(P1, P2)를 다르게 하여 상기 제1 전극(330)은 상기 제1 단부(330A) 위치의 케이블 중심에서 외부 표면까지의 거리(D1)와 상기 제2 단부(330B)의 중심에서 외부 표면까지의 거리(D2)를 일치시킬 수 있다.
나아가, 상기 중간접속함(300)은 상기 슬리브 부재(360)를 감싸는 소위 '코핀박스(coffin box)' 또는 '금속 케이싱(metal casing)'으로 이루어진 외함부재(200)를 구비한다. 이 때, 상기 하우징(200)과 상기 슬리브 부재(360) 사이의 공간에는 방수재(미도시) 등이 충진될 수 있다.
도 16은 이종 및 이경 도체를 구비하는 한 쌍의 전력케이블의 예로서 XLPE 재질의 절연층을 구비하는 전력케이블을 접속하는 중간접속함을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 도체 접속구조로 도체가 접속되는 전력케이블은 지절연 케이블이어도 무방하다.
즉, 도 1 내지 도 14를 참조한 본 발명의 이종 도체 접속구조 및 이종 도체 접속방법은 전술한 동경 도체의 접속, O-링이 함께 접합된 이경 도체의 접속에 적용이 가능하고, 중간접속되는 전력케이블의 절연층 종류에 따라 도체 접속구조 외측에 코로나 실드와 슬리브 부재가 장착되는 중간접속함 외에도 도체 접속구조 외측에 절연지를 감아 양 지절연 전력케이블의 지절연층과 연결되도록 구성되는 보강 절연층을 구비하는 중간접속함에도 적용이 가능하며, 이러한 지절연 중간접속함의 경우 외함부재를 구비하는 리지드 중간접속함(Rigid Joint)이나, 외함부재가 생략되고 보강 절연층 외측에 각각의 케이블 층을 복원하는 방식의 유연한 중간접속함(Flexible Joint)에도 적용이 가능함을 유의해야 한다.
전술한 바와 같이, 구리와 알루미늄 등 이종 도체로 구성된 전력케이블을 중간 접속하는 경우에 통전 용량 또는 발열 문제를 해소하기 위해서는 도체 및 케이블의 직경이 다르게 구성되어야 한다. 이하, 이경 및 이종 도체로 구성되는 한 쌍의 전력케이블을 중간 접속하는 방법을 검토한다.
이하 도면을 참조하여 중간접속함(300)에 의해 도체의 직경이 서로 상이한 한 쌍의 제1 전력케이블(100A) 및 제2 전력케이블(100B)을 서로 연결하는 순서 및 상기 중간접속함(300)에 대해서 상세히 살펴보기로 한다.
도 17을 참조하면, 이경 및 이종 도체를 접합하기 위하여 접합부(11)를 감싸도록 O-링(30)이 구비될 수 있다.
상기 O-링(30)은 제1 도체(10A)가 삽입되어 장착되며, 상기 O-링(30)의 최대 외경은 제2 도체(10B)의 외경과 일치되고 최소 외경(관통구 직경)은 제1 도체(10A)의 외경과 일치되도록 구성될 수 있다.
따라서, 상기 O-링(30)이 장착된 상태에서 용융 저항 용접이 완료되면, 상기 O-링(30)의 최대 외경 부위(B) 측면은 상기 제2 도체(10B) 단부 측면에 접합되고, 상기 O-링(30)의 관통구의 내주면은 제1 도체(10A)의 외주면에 접합될 수 있다.
따라서, 상기 O-링(30)의 관통구의 직경은 제1 도체(10A)의 직경에 대응되는 크기로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조로, 이경 및 이종 도체인 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)의 각각의 단부 측면이 접합됨과 동시에 상기 O-링(30)의 관통구 내주면과 단부 측면이 각각 제1 도체(10A)의 외주면과 제2 도체(10B) 단부 측면에 접합되어 일체화될 수 있다.
상기 O-링(30)은 제2 전력케이블(100B)의 제2 도체(10B)와 제1 전력케이블의 제1 도체(10A)의 직경 차이를 보상하여, 접합부(11)에서의 단차를 제거하기 위한 목적으로 구비될 수 있다. 따라서, 상기 O-링(30)의 단면은 각각 직각 삼각형 또는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다. 상기 O-링(30)은 테이퍼진 외주면을 구비하여 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)의 접합부(11)에서의 단차를 제거할 수 있고, 단차 등에서의 전계 집중 등을 방지 또는 완화할 수 있다.
상기 O-링(30)의 재질은 제1 제1 도체(10A) 또는 제2 도체(10B)의 재료와 동일하게 구성될 수 있으나, 바람직하게는 용융점이 낮은 제2 도체(10B)의 재질과 동일한 재질로 구성될 수 있다.
도 18 내지 도 20은 도 17에 도시된 도체 접합구조의 도체 접합과정을 도시한다.
도 18 내지 도 20에 도시된 도체 접합구조의 도체 접합 과정은 접합부(11)에서의 전계 집중을 완화하기 위하여 O-링(30)을 적용한다는 점 이외에는 도 7 내지 도 9를 참조한 이종 동경 도체 접합과정과 동일하다. 따라서, 도 7 내지 도 9를 참조한 이종 동경 도체 접합과정과 중복된 설명은 생략한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 직경이 다른 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)를 용접 지그(1', 1'')에 장착하는 경우, 상기 제1 도체(10A)의 단부에 O-링(30)을 장착할 수 있다. 따라서, 도 18에 도시된 용접 지그(1')는 O-링(30)이 장착된 제1 도체(10A)를 장착할 수 있도록 O-링(30) 수용부를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 O-링(30)은 용융점이 낮은 제2 도체(10B)인 알루미늄 계열로 구성되어, 도 19에 도시된 바와 같이, 통전 및 가압시 제1 도체(10A) 및 제2 도체(10B)와 함께 용융 및 재결정되어 접합될 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 O-링(30)을 제1 도체(10A)와 동일한 구리 계열 금속으로 구성하는 방법도 가능하지만, 상기 O-링(30)과 상기 O-링(30)의 관통구 내주면과 상기 관통구에 삽입된 제1 도체(10A)의 접합성을 향상시키기 위하여, 상기 O-링(30)을 용융점이 낮은 제2 도체(10B) 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 방법으로 접합된 제1 도체(10A), 제2 도체(10B) 및 O-링(30)의 접합부(11)는 도 20에 도시된 바와 같이 제2 도체(10B)에 제1 도체(10A)의 단부가 삽입된 형태로 접합이 완료될 수 있으며, 접합부(11)의 외주면은 O-링(30)의 외주면으로 대체되어 이경 도체임에도 불구하고 단차가 아닌 경사면으로 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 O-링(30)의 외주면의 최소 외경 부위(A)에서의 외경은 상기 제1 도체(10A)의 외경과 일치되고, 상기 최대 외경 부위(B) 에서의 외경은 상기 제2 도체(10B)의 외경과 일치되어 직경이 다른 제1 도체(10A)와 제2 도체(10B)의 직경 차이에 따라 발생될 수 있는 도체 접속구조에서의 단차를 완만한 경사면화하여 전계 집중 등의 문제를 완화할 수 있는 효과가 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.In addition, preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings as a melt resistance bonding method. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure will be thorough and complete, and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
Depending on the environment in which the power cable is laid (on land or under the sea, etc.), the suitability of the conductor may change in consideration of cost, etc. Intermediate connection can be performed even when the types of conductors constituting the power cable are different depending on the conductor characteristics of the power cable required for each section.
If the types of conductors of the intermediately connected power cable are different, the melting point, etc. may be different and the degree of oxide film may vary, so it is difficult to ensure the quality of the joint at the joint using a conventional joint method.
Therefore, in the present invention, the end side of the first conductor composed of a stranded conductor obtained by stranding a plurality of conductor elements of the first power cable and the second conductor composed of a stranded conductor obtained by stranding a plurality of conductor elements of the second power cable are It is constructed by joining, processing the area ratio of the end side of the first conductor to be higher than a predetermined size, and then joining the end side of the first conductor and the end side of the second conductor by resistance welding (melt resistance welding, etc.). Provides a power cable characterized in that:
1 to 6 show conceptual diagrams and images of the processing process for processing the area ratio of the end side of the copper stranded conductor as the first conductor 10A to be higher than a predetermined size.
The first conductor may be a copper stranded conductor obtained by stranding a plurality of conductor wires made of copper or copper alloy material, and the second conductor, which will be described later, may be an aluminum stranded conductor with a relatively low melting point. When resistance welding the first conductor and the second conductor, since the melting point of the second conductor is low, a gap is formed on the end side of the first conductor during the welding process at a temperature between the melting point of the first conductor and the melting point of the second conductor. Since this exists and a thick oxide film is formed along each pore, the quality of the joint may deteriorate.
Therefore, in the present invention, before resistance welding the first conductor and the second conductor, each composed of a stranded conductor, a process of processing the area ratio of the end side of the first conductor (10A), which has a high melting point, to a higher than a predetermined size is performed. It can be.
In other words, the end side of the first conductor composed of a stranded conductor is provided in a form in which voids, etc. are eliminated or minimized, thereby suppressing the occurrence of oxide films that may occur during welding, thereby improving the joint quality of joints joined by methods such as welding. It can be improved.
Here, the space factor of the conductor constituting the power cable refers to the ratio of the area of the wire to the area according to the outer diameter of the conductor composed of a plurality of conductor wires. A large space factor means that the empty space in the cross section of the conductor is small, A 100% coverage ratio can be interpreted to mean that there are no gaps.
Accordingly, processing the space ratio of the first conductor of the present invention to be higher than a predetermined size means a process of reducing the side empty space ratio of the first conductor composed of a copper stranded conductor to less than a predetermined size.
The process of processing the space ratio of the end side of the first conductor to be higher than a predetermined size will be described in detail.
Figure 1 shows a state in which copper stranded conductors as a pair of first conductors 10A are each mounted on a welding jig 1, and Figure 2 shows the end sides of a pair of first conductors 10A by resistance welding. The joining process is shown, and FIG. 3 shows the process of removing the burr (b) from the junction 11 of the joined first conductor 10A and border cutting the cutting line cl of the junction 11.
The process of processing the area ratio of the end side surface (cs) of the first conductor (10A), which has a high melting point among the first and second conductors to be joined, to a higher level than a predetermined size is as shown in FIGS. 1 to 3, A method of welding a first conductor of the same material by resistance welding, then removing the burr (b) of the joint 11 and cutting the joint 11 may be used. A melt resistance welding method may be used to weld the end sides of the pair of first conductors 10A, but is not limited thereto.
Figure 4 shows a state in which a pair of first conductors 10A as copper stranded conductors are joined, and Figure 5 shows a state in which the burr b is removed from the joint 11 of the first conductor 10A. , FIG. 6 shows a new end side cs of the first conductor 10A formed by cutting the joint portion 11' of the pair of first conductors 10A.
As shown in FIG. 4, a pair of first conductors 10A are welded and recrystallized to form a burr (b) in the compression process using a method such as melt resistance welding, and when the recrystallized joint 11 is cut, the As shown in Fig. 6, the cut surface of the joint 11 of the first conductor 10A can be processed into a smooth metal surface in which almost no voids present in the stranded conductor are found.
In this way, the process of processing the area ratio of the end side surface (cs) of the first conductor 10A, which has a higher melting point among the first conductor and the second conductor to be joined, to a higher level than a predetermined size is performed by passing the stranded conductor in the joint area. It can be seen as an embodied process.
In addition, the process of processing the space ratio of the end side of the first conductor 10A to be higher than a predetermined size involves joining the same pair of first conductors 10A, as shown in FIGS. 1 to 6, and In addition to the method of cutting the joint 11, a method of recrystallizing the end side of the first conductor 10A by heating the end side of the first conductor 10A with a heating jig whose melting point is higher than that of the first conductor 10A may be used. You can.
As shown in FIG. 6, the new end side surface cs of the first conductor 10A formed by cutting the joint portion 11' of the pair of first conductors 10A has a space factor of nearly 100%. It is shown as having a smooth surface, but as a result of the test, if the area ratio of the new end side of the first conductor (10A) is about 98% or more, which is higher than the area ratio of a general stranded conductor, the joint by resistance welding with the aluminum stranded conductor (11) It was confirmed that no quality problems occurred.
7 to 14 show images of the joining process and the joining process of aluminum stranded conductors as the first conductor 10A and the second conductor 10B, in which the space ratio of the end side is processed to be higher than a predetermined size.
Figure 7 shows a state in which a copper stranded conductor as a pair of first conductors 10A and an aluminum stranded conductor as a second conductor 10B are each mounted on a welding jig 1, and Figure 8 shows the first conductor ( 10A) and the end side of the second conductor 10B are joined by resistance welding, and FIG. 9 shows the joint portion 11 of the first conductor 10A and the second conductor 10B. The burr (b) is removed and the joining is completed.
As shown in FIG. 7, when each of the first conductors 10A and the second conductors 10B are brought into contact with each other while mounted on the welding jig 1 and energized, melting of the conductors proceeds near the contact surface, and at this time, FIG. As shown in Figure 8, when both conductors are pressed in the contact direction, a burr (b) is formed and a joint 11 can be formed around the joint surface.
Upset butt welding may be used as a welding method to join the first conductor 10A and the second conductor 10B shown in FIG. 8. Melt resistance welding is a joining method that uses Joule heat through electric current as a direct heat source for heating the joint 11 and melting the material. In the case of melt resistance welding of the present invention, the electric current heating process through electric current supply and the conductor at the joint interface are used as a direct heat source for heating the joint 11 and melting the material. It may consist of a pressurizing process that compresses once it begins to melt.
And, as shown in FIG. 7, the exposed lengths of the first conductor 10A and the second conductor 10B in the joining direction when mounted on each welding jig 1 may be different from each other.
When the first conductor (10A) and the second conductor (10B) are brought into contact with the melt resistance welding method to conduct electricity, an aluminum material with a lower melting point than the first conductor (10A) is processed to have a high space factor of the end side to a predetermined size. It may be advantageous to improve joint quality to form the joint 11 by first or more melting the second conductor 10B.
Therefore, as shown in FIG. 7, it is preferable that the exposed length d2 of the second conductor 10B is longer than the exposed length d1 of the first conductor 10A. Specifically, the exposed length d2 of the second conductor 10B may be 2 times or more, preferably 10 times or more, the exposed length d1 of the first conductor 10A.
The second conductor 10B may be aluminum or an aluminum alloy, and has a lower melting point and a larger welding jig exposed length than the first conductor 10A made of copper, so the second conductor 10B is a stranded conductor. Even if it is welded, it is sufficiently melted and can be joined uniformly at the joint 11.
And, as shown in FIG. 9, after the joining is completed, the conductor joining structure can be completed by removing the burr (b) on the outer peripheral surface of the joining part 11.
FIG. 10 shows a first conductor 10A processed to have a high space factor on the end side, and a second conductor 10B made of an aluminum strand joined to the first conductor 10A, and FIG. 11 shows a second conductor 10B formed by melt resistance welding. 12 shows a bonded first conductor 10A and a second conductor 10B, and FIG. 12 shows a conductor provided with a burr b at the junction 11 of the bonded first conductor 10A and the second conductor 10B. The joint structure is shown.
In the case of the first conductor 10A, the space ratio of the end side is processed to be higher than a predetermined size, and the length exposed for joining in the welding jig 1 is shorter than that of the second conductor 10B. However, the second conductor 10B is composed of a stranded conductor and the exposed length in the welding jig 1 is long, so the stranded conductor may be spread during melt resistance welding. To prevent this, as shown in FIG. 10 Likewise, work can be performed with the end of the second conductor 10B fixed with an aluminum wire (w) or the like. The wire (w) may be removed along with the burr (b) during the compression process of melt resistance welding or the burr (b) removal process, thereby completing the dissimilar metal conductor joint structure as shown in FIG. 12.
Figure 13 shows the results of a microhardness test of the tissue at the joint 11 by cutting the dissimilar conductor joint of the first conductor 10A and the second conductor 10B in the longitudinal direction of the present invention.
It shows the results of gradual changes in microhardness (Hv) at approximately 40 millimeters (mm) based on the joint surface, which is the boundary area of the joint 11. Melting and melting at each point through changes in microhardness are shown. Recrystallization can be confirmed, and it can be confirmed that recrystallization and bonding have occurred in each conductor to a similar range (distance) from the bonding surface.
That is, when the first conductor 10A, which is made of a stranded wire with pre-processed end sides, and the second conductor 10B, which is made of a stranded wire, are melt-resistance welded, the melting and recrystallization ranges are formed similarly, so that they can be joined by the conductor joining method as above. It was confirmed that the joint quality of the joint portion 11 was good.
FIG. 14 shows test results (EDS profile analysis) of the solid diffusion state in the joint surface boundary area (X) of the joint 11 shown in FIG. 13. The solid diffusion phenomenon at the joint surface of the first conductor (10A) and the second conductor (10B) means that a compound different from the first conductor (10A) and the second conductor (10B) is created based on the joint surface. In other words, the creation and growth of compounds at the junction of good conductors joined to conductors are governed by diffusion of atoms, and diffusion of atoms is known to follow the Arrhenius equation.
In addition, in the case of the first conductor 10A and the second conductor 10B formed by joining Al-Cu dissimilar conductors formed by the melt resistance joining method, indirect heat treatment is performed using a heat treatment furnace according to the heating method of the Al-Cu dissimilar conductor joint 11. Compared to the case of heating, it can be confirmed that the thickness of the compound at the joint surface of the good conductor directly heated with direct current electricity according to the conductor joining method according to the present invention is greater.
That is, as shown in Figure 14, the thickness of the compound at the joint surface, which can be defined as the solid diffusion range, is the thickness of the compound at the joint surface when directly heated at 200°C or 235°C for a long time (tens of hours) using a heat treatment furnace. The thickness is known to be about 0.7 μm or 1.0 μm.
On the other hand, as shown in Figure 14, when the first conductor and the second conductor on which the end side of the present invention has been pre-processed are directly heated with electric current, it can be confirmed that the thickness of the compound at the joint surface is about 2 μm, and the direct heat It can be seen that the thickness of the compound at the joint surface is larger than in the conventional case of applying .
In addition, the thickness of the compound at the conductor joint surface is sufficiently thinner than 2.5 μm, which is known as the critical thickness for ductile/brittle fracture of power cable conductors when joining conductors, so the risk of ductile or brittle fracture of the joint is expected to be low. .
Figure 15 shows a perspective view of a multi-stage stripped power cable including a copper or aluminum-based conductor and an XLPE insulation layer of the present invention.
Referring to Figure 15, the power cable 100 is provided with a conductor 10 at the center. The conductor 10 serves as a path through which electric current flows, and may be made of, for example, copper or aluminum (including aluminum alloy). For flexibility, the conductor 10 may be configured in a stranded structure by stranding a plurality of circular or square conductor wires.
The surface of the conductor 10 is not smooth, so the electric field may be non-uniform, and corona discharge is likely to occur locally. Additionally, if a gap is created between the surface of the conductor 10 and the insulating layer 14, which will be described later, the insulating performance may deteriorate. In order to solve the above problems, an internal semiconducting layer 12 made of a semiconducting material such as semiconducting carbon paper may be provided on the outside of the conductor 10.
The internal semiconducting layer 12 improves the dielectric strength of the insulating layer 14, which will be described later, by equalizing the electric field by evenizing the charge distribution on the conductor surface. Furthermore, it can perform the function of preventing corona discharge and ionization by preventing the formation of a gap between the conductor 10 and the insulating layer 14.
An insulating layer 14 is provided outside the internal semiconducting layer 12. In general, the insulating layer 14 must have a high breakdown voltage and maintain its insulating performance stably for a long period of time. Furthermore, it must have low dielectric loss and have heat resistance properties such as heat resistance.
The insulation layer of these power cables is mainly made of ground insulation or resin materials (XLPE, etc.).
The insulating layer 14 made of resin is made of polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, and polyethylene resin is preferred. The polyethylene resin may be a crosslinking resin and may be prepared using silane or an organic peroxide, such as dicumyl peroxide (DCP), as a crosslinking agent. The insulating layer 14 of the power cable shown in FIG. 15 shows an example made of XLPE material.
And, an external semiconducting layer 16 is provided outside the insulating layer 14. The outer semiconducting layer 16 is grounded and serves to improve the dielectric strength of the insulating layer 14 by creating an equipotential distribution of electric field lines between the inner semiconducting layer 12 and the aforementioned inner semiconducting layer 12. Additionally, the outer semiconducting layer 16 can prevent corona discharge by smoothing the surface of the insulating layer 14 in the cable and alleviating electric field concentration.
On the outside of the outer semiconducting layer 16, a metal sheath 18 or the like is provided depending on the type of cable. The metal sheath 18 can be used as an electrical shield and a return path for short-circuit current, and the metal sheath 18 can also be replaced with a shielding layer composed of a neutral wire.
An outer jacket 20 is provided on the outermost side of the power cable 100. The outer jacket 20 is provided on the outermost side of the cable 100 to protect the internal structure of the power cable 100. Therefore, the outer jacket 20 may generally be made of PVC (Polyvinyl chloride) or PE (Polyethylene).
The conductor of this power cable 100 may have a stranded wire structure as described above and may be made of copper or aluminum or their respective alloy materials. Copper has the advantage of good conductivity and aluminum has the advantage of being inexpensive. . And when laying power cables, intermediate connections can be performed at intervals of hundreds of meters or several kilometers.
The heterogeneous conductor junction shown in FIGS. 1 to 12 is explained by taking the case where the conductors of both power cables are of different types but have the same diameter. Since the diameter of the conductor is the same, the power cable with copper, which is the first conductor, generates less heat and has a greater current carrying capacity. However, heat generation is not a major problem in the underwater section of the cable connecting the land section and the submarine section, so it is used in the submarine section. If power cables with aluminum-based conductors are deployed in the land section and power cables with copper-based conductors are placed in the onshore section, and intermediate connections are made in the boundary area, the effects of both cost reduction and improved stability can be obtained.
However, in addition to the above special boundary area, it is necessary to intermediately connect two power cables with a pair of different conductors. In this case, due to differences in current carrying capacity or heat generation, power cables with different conductor diameters and corresponding cable diameters must be intermediately connected. There are times when you have to do it.
Specifically, due to current conduction capacity or heat generation, the diameters of the first conductor 10A, which is a copper stranded conductor, and the second conductor 10B, which is an aluminum stranded conductor, may be different.
The present invention can provide a conductor joint structure that can be applied even when the first conductor 10A and the second conductor 10B have different diameters (different diameters and dissimilar conductors). With reference to FIGS. 16 and 17, the connection structure of different diameters and different conductors and the intermediate connection box of the power cable including the same will be described.
Figure 16 shows a cross-sectional view of the intermediate junction box of the heterogeneous conductor power cable according to an embodiment of the present invention, and Figure 17 shows a perspective view of the conductor joint structure provided in the intermediate junction box of the heterogeneous conductor power cable shown in Figure 16. .
In the embodiment shown in FIG. 16, the first conductor 10A is composed of a copper strand and the second conductor 10B is an aluminum strand.
Referring to FIG. 16, the intermediate connection box 300 includes a first conductor 10A and a second conductor 10B of a pair of first power cable 100A and a second power cable 100B, and the first conductor 10B. O-ring 30 bonded together to the ends of the conductor 10A and the second conductor 10B, and insulating layers 14A and 14B of the pair of first power cables 100A and second power cables 100B. ) is connected to the corona shield 320 and is configured to surround the conductor joint structure and surrounds the outside of the pair of first power cables (100A) and second power cables (100B) and is made of an elastic resin material that can be contracted at room temperature. and may include a sleeve member 360 in the form of a PMJ (Pre-molded Joint). The sleeve member 360 may have a hollow shape.
The corona shield 320 extends from the insulating layer 14A of the first power cable 100A toward the insulating layer 14B of the second power cable 100B. In this case, the corona shield 320 has a flat outer surface, is configured to surround the O-ring 30, and is continuous without a step with the surfaces of the pair of insulating layers 14A and 14B facing each other. Forms a surface to prevent or alleviate electric field concentration.
Additionally, it is possible to prevent corona discharge that may occur between the pair of first conductors 10A and second conductors 10B connected by the O-ring 30 and the sleeve member 360.
In one embodiment of the present invention, since a pair of cables (100A, 100B) with different diameters are connected, the corona shield 320 is also composed of a structure with different diameters on both sides, and the outer side is a second power cable with a relatively large diameter. The cable 100B may have a structure inclined toward the first power cable 100A, which has a relatively small diameter.
The sleeve member 360 is provided on the outside of the corona shield 320, and is made of copper and has a first end 330A into which the end of the first power cable 100A, which has a relatively small conductor diameter, is inserted. A first electrode 330 made of aluminum and having a second end 330B into which the end of a relatively large diameter second power cable 100B is inserted, spaced apart from and facing the first electrode 330. A pair of second electrodes 340 and an insulating layer of the first electrode 330, the second electrode 340, and the pair of first power cables 100A and 100B are provided ( It may include a sleeve insulating layer 350 surrounding (14A, 14B). The sleeve insulating layer 350 may be formed of Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) or Liquid Silicon Rubber (LSR).
The first electrode 330 is made of a semiconducting material and is electrically connected to the first conductor 10A and the second conductor 10B of the power cable, thereby serving as a so-called high-voltage electrode. The second electrode 340 is also made of a semiconducting material and is connected to the outer semiconducting layers 16A and 16B of the power cable to serve as a so-called shielding electrode (Deflector). Therefore, the electric field distribution inside the intermediate connection box 300 is distributed between the first electrode 330 and the second electrode 340, and the first electrode 330 and the second electrode 340 are In between, it plays a role in ensuring that the electric field is spread evenly rather than concentrated locally.
Specifically, the first electrode 330 is made of a semiconducting material and is electrically connected to the first conductor 10A and the second conductor 10B of the power cable, thereby serving as a so-called high-voltage electrode. The second electrode 340 is also made of a semiconducting material and is connected to the outer semiconducting layers 16A and 16B of the power cable to serve as a so-called shielding electrode (Deflector). Accordingly, the electric field distribution inside the intermediate connection box 300 is distributed between the first electrode 330 and the second electrode 340.
At this time, the first electrode 330 has a distance (D1) from the center of the cable at the position of the first end (330A) to the outer surface and a distance (D2) from the center of the second end (330B) to the outer surface. The distances (L1, L2) from the center to the inner surface of the first end (330A) and the second end (330B) and the distances (L1, L2) of the first and second power cables (100A and 100B) are the same as each other. ) The distances (P1, P2) from the surface of the insulating layers (14A, 14B) to the outer surface may be determined differently.
The first conductor (100A) and the second conductor (100B) have different materials and diameters, and accordingly, the insulation layers (14A, 14B) of the first power cable (100A) and the second power cable (100B) are separated from the center of the cable. Although the distance to the outer peripheral surface is different, the respective distances (L1, L2) from each center to the inner surface at the first end (330A) and the second end (330B) and each of the first power cable (100A) and the second power cable By varying the distance (P1, P2) from the surface of the insulating layer (14A, 14B) of (100B) to the outer surface, the first electrode 330 extends from the center of the cable at the first end 330A to the outer surface. The distance D1 and the distance D2 from the center of the second end 330B to the outer surface may be matched.
Furthermore, the intermediate connection box 300 is provided with an enclosure member 200 made of a so-called 'coffin box' or 'metal casing' that surrounds the sleeve member 360. At this time, the space between the housing 200 and the sleeve member 360 may be filled with a waterproofing material (not shown).
Figure 16 is an example of a pair of power cables having conductors of different types and diameters, and is explained by taking an intermediate connection box for connecting power cables with an insulating layer of XLPE material as an example. However, with the conductor connection structure according to the present invention, the conductors The connected power cable may be a geo-insulated cable.
That is, the dissimilar conductor connection structure and dissimilar conductor connection method of the present invention with reference to FIGS. 1 to 14 can be applied to the connection of the above-described same-diameter conductors and the connection of different-diameter conductors with O-rings joined together, and the intermediately connected power Depending on the type of insulation layer of the cable, in addition to the intermediate connection box in which the corona shield and sleeve member are mounted on the outside of the conductor connection structure, a reinforcing insulation layer is constructed to connect to the ground insulation layer of the double-insulated power cable by wrapping insulation around the outside of the conductor connection structure. It can also be applied to an intermediate junction box provided with a ground-insulated intermediate junction box. In the case of such a ground-insulated intermediate junction box, a rigid intermediate junction box is provided with an enclosure member, or a method in which the enclosure member is omitted and each cable layer is restored outside the reinforcing insulation layer. It should be noted that it can also be applied to flexible joints.
As described above, when connecting power cables made of dissimilar conductors such as copper and aluminum, the diameters of the conductors and cables must be different in order to solve problems with current carrying capacity or heat generation. Hereinafter, we will examine a method of intermediately connecting a pair of power cables composed of different diameters and different conductors.
Referring to the following drawings, the order of connecting a pair of first power cables (100A) and second power cables (100B) with different conductor diameters through the intermediate connection box 300 and the intermediate connection box 300. Let's look at this in detail.
Referring to FIG. 17, an O-ring 30 may be provided to surround the joint 11 to join different diameters and different conductors.
The O-ring 30 is mounted by inserting the first conductor 10A, and the maximum outer diameter of the O-ring 30 matches the outer diameter of the second conductor 10B and the minimum outer diameter (diameter of the through hole) is It may be configured to match the outer diameter of the first conductor 10A.
Therefore, when melt resistance welding is completed with the O-ring 30 installed, the side of the largest outer diameter portion (B) of the O-ring 30 is joined to the end side of the second conductor 10B, The inner peripheral surface of the through hole of the O-ring 30 may be joined to the outer peripheral surface of the first conductor 10A.
Therefore, it is preferable that the diameter of the through hole of the O-ring 30 is configured to have a size corresponding to the diameter of the first conductor 10A.
With this structure, the end sides of the first conductor 10A and the second conductor 10B, which are different diameters and different conductors, are joined, and at the same time, the inner peripheral surface of the through hole and the end side of the O-ring 30 are each connected to the first conductor 10A and the second conductor 10B. It can be integrated by joining the outer peripheral surface of the conductor 10A to the end side of the second conductor 10B.
The O-ring 30 compensates for the difference in diameter between the second conductor 10B of the second power cable 100B and the first conductor 10A of the first power cable, eliminating the step at the joint 11. It may be provided for this purpose. Accordingly, the cross-section of the O-ring 30 may each have a right triangle or tapered shape. The O-ring 30 has a tapered outer peripheral surface and can eliminate steps at the junction 11 of the first conductor 10A and the second conductor 10B, and prevent electric field concentration at the steps, etc. It can be alleviated.
The material of the O-ring 30 may be the same as that of the first conductor 10A or the second conductor 10B, but is preferably made of the material of the second conductor 10B with a low melting point. It may be composed of the same material.
Figures 18 to 20 show the conductor joining process of the conductor joining structure shown in Figure 17.
The conductor bonding process of the conductor bonding structure shown in FIGS. 18 to 20 is similar to the same as that of the same-diameter conductor bonding with reference to FIGS. 7 to 9 except that the O-ring 30 is applied to alleviate the electric field concentration at the joint 11. The process is the same. Therefore, descriptions that overlap with the process of joining heterogeneous conductors of the same diameter with reference to FIGS. 7 to 9 will be omitted.
As shown in FIG. 18, when the first conductor 10A and the second conductor 10B of different diameters are mounted on the welding jigs 1' and 1'', the end of the first conductor 10A An O-ring (30) can be installed. Accordingly, the welding jig 1' shown in FIG. 18 may be configured to include an O-ring 30 receiving portion so as to mount the first conductor 10A on which the O-ring 30 is mounted. .
In addition, the O-ring 30 is made of aluminum-based material, which is the second conductor 10B with a low melting point, and as shown in FIG. 19, the first conductor 10A and the second conductor 10B are connected when energized and pressurized. ) can be configured to be melted and recrystallized and bonded together. It is also possible to construct the O-ring 30 from the same copper-based metal as the first conductor 10A, but the O-ring 30 and the inner peripheral surface of the through-hole of the O-ring 30 and the through-hole In order to improve the bonding properties of the first conductor 10A inserted therein, it is preferable that the O-ring 30 is made of a material of the second conductor 10B having a low melting point.
The joint portion 11 of the first conductor 10A, the second conductor 10B, and the O-ring 30 joined in this way is connected to the first conductor 10B to the second conductor 10B, as shown in FIG. 20. The joint can be completed with the end of the joint 10A) inserted, and the outer peripheral surface of the joint 11 can be replaced with the outer peripheral surface of the O-ring 30, so that although it is a conductor of different diameters, it can be composed of an inclined surface rather than a step.
As described above, the outer diameter at the minimum outer diameter portion (A) of the outer peripheral surface of the O-ring 30 coincides with the outer diameter of the first conductor (10A), and the outer diameter at the maximum outer diameter portion (B) is Concentrates the electric field by gently sloping the step in the conductor connection structure that may occur due to the difference in diameter between the first conductor (10A) and the second conductor (10B), which have different diameters that match the outer diameter of the second conductor (10B). It has the effect of alleviating problems such as:
Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims described below. It will be possible to implement it. Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, it should be considered to be included in the technical scope of the present invention.

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10A : 제1 도체
100A : 제1 전력케이블
10B : 제2 도체
100B : 제2 전력케이블
30 : O-링
300 : 중간접속함
10A: 1st conductor
100A: 1st power cable
10B: second conductor
100B: 2nd power cable
30: O-ring
300: middle connection box

Claims

In a power cable including a dissimilar conductor joint formed by bonding a first conductor constituting a first power cable and a second conductor constituting a second power cable,
The first conductor is made of a plurality of conductor wires, and is a conductor processed to have a space ratio of the end side of the first conductor higher than a predetermined size,
It is constructed by joining the end side of the first conductor and the end side of the second conductor by welding,
Forming a joint by welding the end sides of a pair of first conductors so that the melting point of the first conductor is greater than the melting point of the second conductor and the space factor of the end sides of the first conductor is greater than a predetermined size. A power cable, characterized in that the joint is cut and processed so that the space factor of the side surface of the end of the first conductor is greater than or equal to a predetermined size.

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According to paragraph 1,
A power cable including a heterogeneous conductor joint, wherein the second conductor is also made of a plurality of conductor wires.

According to paragraph 1,
A power cable including a dissimilar conductor joint, wherein the first conductor is made of copper or a copper alloy material, and the second conductor is made of aluminum or an aluminum alloy material.

According to paragraph 1,
A power cable including a heterogeneous conductor joint, wherein the space ratio of the side surface of the end of the first conductor is processed to be 98% or more.

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According to paragraph 1,
A power cable including a dissimilar conductor joint, wherein the welding method for joining the end side of the first conductor and the end side of the second conductor is melt resistance welding (upset butt welding).

In clause 7,
The melt resistance welding is a power cable including a dissimilar conductor joint, characterized in that it is performed by passing a current through the first conductor and the second conductor to melt the joint and then pressurizing it.

In clause 7,
A power cable including a dissimilar conductor joint, wherein the exposed length of the first conductor is smaller than the exposed length of the second conductor in the welding jig for welding the first conductor and the second conductor.

According to paragraph 1,
A power cable including a dissimilar conductor joint, wherein the diameter of the first conductor is smaller than the diameter of the second conductor.

According to clause 10,
A heterogeneous conductor, characterized in that an O-ring with an inclined outer peripheral surface is joined to the joint of the first conductor and the second conductor to close the step caused by the diameter difference between the first conductor and the second conductor with an inclined surface. A power cable containing a joint.

According to clause 11,
The O-ring has a through hole through which the first conductor passes, and the first conductor, the O-ring, and the second conductor are joined with the end of the first conductor mounted on the through hole. A power cable including a heterogeneous conductor joint, characterized in that.

According to clause 12,
The O-ring is made of a second metal material, the side of the O-ring in the joining direction is joined to the end side of the second conductor, and the inner peripheral surface of the through hole of the O-ring is joined to the outer peripheral surface of the first conductor. A power cable including a heterogeneous conductor joint, characterized in that:

A power cable including a dissimilar conductor joint according to any one of claims 1, 3, 4, 5, and 7 to 13;
a corona shield connecting ends of the XLPE insulation layer of the first power cable and the second power cable and surrounding the heterogeneous conductor connection structure;
A sleeve member mounted on the outside of the corona shield and made of an elastic resin material in the form of a PMJ (Pre molded joint);
An intermediate connection box for a heterogeneous conductor power cable including an enclosure member mounted on the outside of the sleeve member.

A power cable including a dissimilar conductor joint according to any one of claims 1, 3, 4, 5, and 7 to 13;
An intermediate connection box of heterogeneous conductor power cables comprising a ground insulation layer of the first power cable, a ground insulation layer of the second power cable, and a reinforcing insulation layer formed by wrapping insulating paper around the outside of the heterogeneous conductor connection structure.

In a dissimilar conductor joining method for joining a first conductor constituting a first power cable and a second conductor constituting a second power cable,
A side processing step of processing the area ratio of the end side of the first conductor, which has a higher melting point than the second conductor composed of a stranded wire, to a predetermined size or more;
A conductor mounting step of exposing the end of the first conductor to a predetermined length (d1) and exposing a second conductor having a lower melting point than the first conductor to a predetermined length (d2) and mounting it on a welding jig;
A conductor joining step of joining end sides of the first conductor and the second conductor by welding in the conductor mounting step,
In the side processing step of the first conductor, the end sides of the pair of first conductors are joined by welding to form a joint so that the space ratio of the end side of the first conductor is more than a predetermined size, and the joint is cut to form the joint. A method for joining heterogeneous conductors, characterized in that the space ratio of the side surface of the end of the first conductor is processed to be more than a predetermined size.

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According to clause 16,
A method of joining dissimilar conductors, characterized in that the step of processing the side of the first conductor is performed so that the area ratio of the side of the end of the first conductor is 98% or more.

According to clause 16,
A method for joining dissimilar conductors, characterized in that the conductor joining step is performed by upset butt welding.

According to clause 19,
A method of joining dissimilar conductors, characterized in that the melt resistance welding in the conductor joining step is performed by passing a current through the first conductor and the second conductor to melt the joint and then applying pressure.

According to clause 16,
A method of joining heterogeneous conductors, characterized in that in the conductor mounting step, the exposed length (d1) of the end of the first conductor is made smaller than the exposed length (d2) of the second conductor.