KR20140041802A - 해중 케이블, 그 차수층용 복층 테이프 및 해중 케이블의 피로특성 향상방법 - Google Patents

해중 케이블, 그 차수층용 복층 테이프 및 해중 케이블의 피로특성 향상방법 Download PDF

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Abstract

해중 케이블(3) 내부의 전력용 선심(13)은 도체부(15), 절연부(17), 쉴드층(19), 차수층(21), 방식층(22) 등으로 구성된다. 도체부(15)의 외주부에는 절연부(17)가 형성된다. 절연부(17)는 예를 들어 가교 폴리에틸렌으로 구성된다. 절연부(17)의 외주에는, 쉴드층(19)이 형성된다. 쉴드층(19)의 외주부에는 차수층(21)이 형성된다. 차수층(21)은, 금속층(31)이 수지층(33a, 33b) 사이에 삽입된 복층 테이프(30)에 의해 구성된다. 차수층(21)의 외주부에는 방식층(22)이 설치된다. 또한, 복층 테이프(31)의 단면형상은 금속층(31)이 파형을 가진다.

Description

해중 케이블, 그 차수층용 복층 테이프 및 해중 케이블의 피로특성 향상방법{UNDERSEA CABLE, MULTILAYER TAPE FOR WATER SHIELDING LAYER OF UNDERSEA CABLE, AND METHOD FOR IMPROVING FATIGUE CHARACTERISTICS OF UNDERSEA CABLE}
본 발명은, 해상 부유 설비용 해중 케이블 등에 관한 것이다.
최근, 지구온난화 대책이라는 점에서, 재생가능 에너지의 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어, 해상 부유 설비인 발전용풍차에서 송전하는 부유식 해상 풍력 발전의 실용화가 이루어지고 있다.
해상 부유 설비에서 송전하기 위해서는, 해중 케이블이 사용된다. 해중 케이블은, 전력용 선심을 3상교류 송전용으로 3개 집합연선하고, 다시 코어의 외주에 케이블 하중을 지지하기 위한 개장 케이블을 마련하고, 다시 그 외부에 외상방지용 플라스틱층을 압출 피복한 구조이다.
이와 같은 해중 케이블로는, 예를 들어, 케이블 선심과 비틀림 보강선 복수 개를 1 방향으로 연선한 선형상 집합체의 외주에, 그 케이블 선심 및 비틀림 보강선 연선방향과 반대방향으로 개장 케이블을 연선한 개장체를 형성하고, 선형상 집합체와 개장체에 작용하는 비틀림 토크를 없애 토크 밸런스시킨 해중 케이블이 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1 : 특개 2004-192831호 공보
이와 같은 해중 케이블은 바다 속에 부설되기 때문에, 내부의 전력용 선심에는 높은 차수성(遮水性)이 요구된다. 따라서, 전력용 선심에서의 절연체(쉴드층)의 외주에는 차수층이 형성된다.
한편, 이와 같은 해중 케이블은 해상에서 요동을 반복하는 해상 부유 설비로부터 바다 속에 매달려 내려간다. 이 때문에, 파랑이나 조류에 의한 유체력과 부유체 요동에 의해 해중 케이블은 항상 변형이 반복된다. 따라서, 전력용 선심에도 반복된 변형이 부여된다.
그러나, 전력용 선심의 차수성을 금속 테이프 등의 금속층으로 구성하려고 하면, 이 반복의 변형을 따르는 것이 곤란하다. 이 때문에, 차수층을 구성하는 금속층이 손상될 우려가 있어, 종래 차수층 구조에서의 피로수명은, 바다 기상조건에 따라 다르지만, 5년 ~ 7년 정도라고 한다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 충분한 가요성과, 높은 차수성을 양립시키는 것이 가능한 차수층의 굽힘 피로특성이 우수한 해중 케이블 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 제1 발명은, 해상 부유 설비용 해중 케이블로서, 도체상에 절연층, 쉴드층, 제1 차수층 및 방식층이 형성되는 전력용 선심과, 복수 개의 상기 전력용 선심의 전체 외주측에, 상기 전력용 선심의 전체 외주 둘레방향으로 복수 개의 선재가 배치되고, 상기 선재가 상기 전력용 선심의 축방향으로 나선상으로 마련되어 형성되는 개장부(鎧裝部)와, 상기 개장부의 외주측에 형성되는 외부 방식층을 적어도 구비하고, 상기 제1 차수층은, 금속층을 수지 사이에 넣은 복층 테이프에 의해 형성되며, 상기 복층 테이프의 금속층은, 단면형상이 파형 또는 요철 형상인 것을 특징으로 하는 해중 케이블이다.
상기 금속층의 요철 형상이, 상기 복층 테이프의 평면에서, 다른 2 방향을 향하여, 요철 형상의 산부 또는 골부가 교대로 연속적으로 반복하여 형성되는 것이 바람직하다. 또는, 상기 복층 테이프의 평면에서, 파형에서의 파정부(波頂部)가 1 방향을 향해 형성되어 있어도 된다.
상기 금속층의 상기 파형 또는 상기 요철 형상이, 완만한 곡선상의 파형, 사다리꼴형의 구형파, 삼각형상의 물결 중 어느 하나이며, 각 형상에서 파정부 혹은 파저부(波底部)의 근방이 완만한 곡선으로 형성된 것이고, 또한 상기 파형 또는 상기 요철 형상의 신축 방향이 해중 케이블의 축방향과 대략 일치하는 것이 바람직하다.
상기 금속층의 상기 파형 또는 상기 요철 형상의 높이가 0.2mm ~ 0.6mm이고, 상기 금속층의 상기 파형 또는 상기 요철 형상의 피치는 1.5mm ~ 4mm인 것이 바람직하다.
상기 복층 테이프의 적어도 내면측 수지는, 상기 쉴드층과 도통하는 도전성 수지층이고, 또한, 상기 복층 테이프의 외면측 수지는, 상기 방식층과 상용성을 가지며, 상기 방식층보다 저융점의 수지여도 된다.
상기 복층 테이프의 외면측 수지의 외면에, 다시 접착층이 형성되어, 상기 접착층과 상기 방식층이 접착되어도 된다.
상기 외부 방식층의 내면에는 다시 제2 차수층이 형성되고, 상기 제2 차수층은 상기 복층 테이프에 의해 형성되어도 된다.
상기 복층 테이프는, 상기 복층 테이프의 길이방향이 상기 전력용 선심의 축방향과 대략 일치하고, 상기 복층 테이프의 폭방향이 상기 전력용 선심의 둘레방향에 일치하도록, 상기 복층 테이프의 폭방향 양단부가 래핑되어 권취되고, 상기 복층 테이프의 래핑부가 상기 전력용 선심의 축방향으로 연장되며, 상기 파형의 파정부 또는 상기 요철 형상의 형성 방향이, 상기 전력용 선심의 둘레방향과 대략 일치해도 된다.
상기 복층 테이프는, 상기 복층 테이프의 길이방향이 상기 전력용 선심의 축방향에 대해 소정 각도가 되도록 나선상으로 권취되고, 상기 파형의 파정부 또는 상기 요철 형상의 형성 방향이, 상기 전력용 선심의 둘레방향과 대략 일치해도 된다.
제1 발명에 의하면, 차수층이 금속층을 수지 사이에 끼운 복층 테이프로 구성된다. 이 때문에, 외부로부터의 수분 침입을 확실하게 차폐할 수 있다. 따라서, 수분에 의한 케이블의 절연성능 열화를 장기간에 걸쳐 방지할 수 있다.
또한, 금속층이 수지 사이에 있기 때문에, 차수층 구축시에 금속층이 깨지거나 구부러지거나 하는 일이 없다. 이 때문에, 확실하게 차수층을 구축할 수 있다. 그리고, 금속층에 의해, 내부의 쉴드층이 손상되는 일이 없다.
또한, 금속층이 복층 테이프의 단면형상이 파형 또는 요철 형상을 가지기 때문에, 복층 테이프가 감긴 상태에서, 복층 테이프(금속층)가 파형 또는 요철 형상의 형성 방향으로 변형 가능하다. 이 때문에, 복층 테이프가 감긴 상태에서, 복층 테이프가, 해중 케이블(전력용 선심)의 가요성에 대해, 변형에 방해가 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 해중 케이블은 굽힘뿐만 아니라 둘레방향으로의 팽창·수축도 반복한다. 예컨대, 해상 풍력 발전에서의 발전량 변화에 따라, 해중 케이블을 흐르는 전류가 변동하고, 이것에 의해 도체에서의 발열량이 변화한다. 특히, 기후 이상시의 강풍에 의해 부하가 증대하는 경우에는, 케이블의 도체에는 큰 발열이 생긴다. 따라서, 이러한 온도변화에 수반되어, 해중 케이블에는, 직경방향으로의 팽창·수축이 생긴다. 이때, 복층 테이프는, 직경방향으로의 팽창·수축에 대응하여, 원주방향으로 팽창·수축을 반복한다. 그리고, 해류나 조류에 의해, 해중 케이블이 바다 속에서 요동치며 불안정한 움직임을 반복하는 경우가 있다. 이 경우에는, 굽힘 응력 외에, 다소의 비틀림 응력이 가해지는 일이 있다.
그러나, 복층 테이프의 금속층의 단면형상이 파형 또는 요철 형상을 가지기 때문에, 차수층은, 굽힘 방향의 변형뿐만 아니라, 직경방향의 변형에도 추종할 수 있다. 따라서, 금속층에 생기는 응력을 완화시켜, 내피로특성을 향상시킬 수 있다.
특히, 복층 테이프의 금속층의 단면형상이 2 방향의 요철 형상을 가지면, 차수층은, 굽힘 방향의 변형뿐만 아니라, 직경방향의 변형에도 더욱 확실하게 추종할 수 있다. 그리고, 2 방향의 요철 형상을 가지면, 비록 케이블이 받는 변형이 축방향 굽힘 변형뿐인 경우에도, 결과적으로 케이블의 변형에 의한 변형이 일부 둘레방향으로도 분산평균화되기 때문에, 축방향의 변형의 분산성도 향상된다. 따라서, 금속층에 생기는 응력을 완화시켜, 내피로특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같이 복층 테이프의 금속층의 단면형상이 2 방향의 요철 형상을 가지고 있는 경우, 풍력발전 발전량의 급격한 부하 변동이나 해수온도의 계절 변동에 따른 직경방향의 팽창 수축에 의한 변형이나, 해류나 조류에 의한 비틀림 응력에 대해서도, 이것들을 흡수하여 완화시키는 효과를 나타낸다. 물론, 케이블 팽창 수축에 의한 둘레방향의 피로특성도 개선하는 효과도 있다.
여기서, 본 발명에 있어서, 산부 또는 골부가 격자모양 위치로 형성된다는 것은, 다른 2 방향으로 산부 또는 골부가 교대로 연속적으로 반복 형성되고, 그 결과 산부 또는 골부의 중심이 주기구조의 각 격자점 위치에 오도록 배치되는 것을 말한다. 이 경우, 금속층의 두께가 일정하지는 않고, 금속층의 두께 변화를 동반하는 산부에서 골부에 이르는 판두께의 변화도 「격자모양 배치」에 포함되며, 이른바 파형 이외의 요철 형상도 「격자모양 배치」에 포함되는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 파정부가 1 방향을 향해 형성된다는 것은, 복층 테이프의 어떤 단면에서는, 파형이 되지는 않고, 이것과 직행하는 단면에서 소정 피치의 파형이 되는 것을 말한다. 즉, 파정부(파형의 산부 또는 골부)가 1 방향으로 연속되고, 다른 방향으로는, 산부와 골부가 반복되는 형태를 가리킨다. 이 경우, 금속층의 두께가 일정하지는 않고, 금속층의 두께 변화를 동반하는 산부에서 골부에 이르는 판두께의 요철도 당연히 파형에 포함되는 것이다.
또한, 복층 테이프의 길이방향이 해중 케이블의 축방향과 대략 일치하고, 복층 테이프의 폭방향이 해중 케이블의 둘레방향이 되도록 감아, 원주방향으로 감은 권취부의 선단을 서로 래핑시킴으로써, 케이블 전체길이에 대한 금속층간의 래핑 길이를 짧게 할 수 있다. 즉, 금속층간의 간극이 형성될 우려가 있는 래핑부의 길이를 케이블 전체길이에 대해 짧게 할 수 있다. 또한, 종방향 권취로 함으로써, 래핑부가 해중 케이블의 축방향으로 똑바르게 형성되기 때문에, 래핑을 원주상의 일부로 할 수 있고, 래핑부의 융착이 용이해져, 제조성이 우수하다.
또한, 복층 테이프의 내면측 수지가 도전성 수지층이라면, 쉴드층과 도통시킬 수 있다. 이 때문에, 해중 케이블 단부에서의 쉴드층 어스와, 복층 테이프 내의 금속층을 도통시킬 수 있다.
또한, 금속층의 파형 또는 요철 형상의 피치가 1.5mm ~ 4mm이고, 금속층의 파형 또는 요철 형상의 높이가 0.2~0.6mm이면, 굴곡특성 및 굽힘 피로특성이 우수한 동시에, 가공시에서의 파형 파괴 등이 억제되기 때문에, 복층 테이프의 제조성도 우수하다.
또한, 외부 방식층에 대해서도, 차수층을 형성하고, 이 차수층도 상기한 전력용 선심에 형성되는 차수층과 마찬가지로, 복층 테이프로 형성하면, 가요성이 우수하고, 내피로특성도 우수한 차수층을 얻을 수 있다.
또한, 차수층을 구축하는 수지가, 방식층과 상용성을 가지며, 방식층보다 융점이 낮은 재질이 이용되면, 방식층을 압출피복할 때, 방식층과 당해 수지부가 열융착에 의해 일체화되어, 굽힘이나 비틀림에 대해서도 어긋날 걱정이 없다. 또한, 이러한 어긋남 방지에는, 차수층을 구축하는 수지와 방식층을 접착해도 된다.
제2 발명은, 해중 케이블의 차수층용 복층 테이프로서, 금속층과, 상기 금속층을 사이에 둔 수지피복부를 구비하고, 상기 금속층은 단면형상이 파형 또는 요철 형상인 것을 특징으로 하는 해중 케이블의 차수층용 복층 테이프이다.
복층 테이프의 평면에서, 상기 금속층의 요철 형상이, 다른 2 방향을 향하여, 요철 형상의 산부 또는 골부가 교대로 주기적으로 형성된 격자모양 배열 또는 지그재그모양 배열로 형성되는 것이 바람직하다. 또는, 복층 테이프의 평면에서, 파형에서의 파정부가 1 방향을 향해 형성되어 있어도 된다.
제2 발명에 의하면, 이와 같은 제2 발명에 관련된 차수용 복층 테이프를 이용하여, 해중 케이블의 차수층을 형성할 수 있다. 즉, 해중 케이블에 감아 차수층을 형성했을 때, 외부로부터의 수분 침입을 확실하게 차폐할 수 있다. 따라서, 수분에 의한 케이블의 절연성능 열화를 장기간에 걸쳐 방지할 수 있다. 또한, 복층 테이프가 감긴 상태로, 복층 테이프가, 해중 케이블의 가요성에 대해, 변형에 방해가 되는 것을 억제할 수 있다.
제3 발명은, 제1 발명에 관련된 해중 케이블에 있어서, 상기 복층 테이프의 둘레방향으로 배치된 요철 형상이, 직경방향의 팽창 수축에 의한 피로특성을 향상시키고, 상기 복층 테이프의 길이방향으로 배치된 요철 형상이, 축방향의 피로특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 해중 케이블의 피로특성 향상 방법이다.
여기서, 해중 케이블의 피로특성(피로수명)은, 종래 라이저 케이블의 수명을 감안하면, 적어도 종래의 3~5배 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로는 변형 2%의 굽힘 피로시험에서의 피로특성이 1×105회 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 변형 2%의 굽힘 피로시험에서의 피로특성이 1×105회 이상이라는 것은, 2%의 변형량을 반복하여 부여했을 때, 1×105회 이상에서도 파단되지 않는 것을 말한다.
제3 발명에 의하면, 복층 테이프의 금속층의 단면형상이 다른 2 방향으로 형성된 파형을 가지기 때문에, 차수층은, 굽힘 방향의 변형뿐만 아니라, 직경방향의 변형에도 추종할 수 있어, 금속층에 생기는 응력을 완화시키고 내피로특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 충분한 가요성과, 높은 차수성을 양립시키는 것이 가능한 차수층의 굽힘 피로특성이 우수한 해중 케이블 등을 제공할 수 있다.
도 1은 해중 케이블(3)의 부설상태를 도시하는 도면.
도 2는 해중 케이블(3)을 나타내는 단면도.
도 3은 복층 테이프(30)의 구성을 도시하는 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 단면도이고 (a)에서 A 화살표 방향으로 본 도면.
도 4는 복층 테이프(30a)를 나타내는 수지피복층의 투시도이며, (a)는 사시도, (b)는 평면도.
도 5는 복층 테이프(30d)의 실시형태를 나타내는 수지피복층의 투시 평면도.
도 6은 복층 테이프(30b, 30c)의 실시형태를 도시하는 도면.
도 7은 복층 테이프(30)를 종방향 권취한 권취 상태를 도시하는 도면.
도 8은 복층 테이프(30)를 나선 권취한 권취 상태를 도시하는 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 정면 모식도.
도 9는 복층 테이프(30a)를 나선 권취한 권취 상태를 나타내는 정면 모식도.
도 10은 복층 테이프(30)의 변형 상태를 도시하는 도면.
도 11은 차수층(21)의 효과를 도시하는 도면.
도 12는 굽힘 특성 평가장치(40)를 도시하는 도면.
도 13은 굽힘 피로특성 평가장치(50)를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 해중 케이블 등에 대해 설명한다. 도 1은 해중 케이블(3)의 부설상태를 도시하는 도면이다. 해상에는 해상 부유 설비(1)가 배치된다. 해상 부유 설비(1)는, 예를 들어 부유식 해상 풍력 발전장치이다. 해상 부유 설비(1)는 해상에 떠 있는 상태이며, 하부가 해저에 계류삭(係留索)(11)으로 고정된다.
예컨대, 복수의 해상 부유 설비(1)가 해상에 배치된다. 해상 부유 설비(1)는 접속부(5c)에 의해 해중 케이블(3)과 접속된다. 또한, 해중 케이블(3)끼리는 해저에 설치된 접속부(5a)에서 접속된다. 즉, 각각의 해상 부유 설비(1)끼리는 해중 케이블(3)로 접속된다.
또한, 해중 케이블(3)의 해상 부유 설비(1)와 접속부(5b) 사이에는 부이(9)가 접속된다. 즉, 해중 케이블(3)은 부이(9)에 의해 바다 속에서 부유된 상태가 된다. 해중 케이블(3)의 자세한 것은 뒤에 서술한다.
지상측 해중 케이블(3)은 해저에 설치된 접속부(5a)에 의해 해저 케이블(7)과 접속된다. 해저 케이블(7)은 해중 케이블(3)과 대략 동일한 구성이다. 해저 케이블(7)은 지상의 전력송전설비 등과 접속된다. 즉, 해상 부유 설비(1)에 의해 발전된 전기는 해중 케이블(3) 및 해저 케이블(7)에 의해 지상에 송전된다.
여기서, 해상 부유 설비(1)는 해상의 파랑이나 조류 등에 의해 크게 요동친다. 따라서, 해상 부유 설비(1)와 접속되는 해중 케이블(3)은, 해상 부유 설비(1)의 요동에 추종하여, 바다 속에서 반복적인 큰 굽힘 변형을 받는다. 다만, 해중 케이블(3)은 부이(9)에 의해 바다 속에 부유되기 때문에, 해저로 끌려가는 일이 없고, 또한, 조수간만이나 해류에 대해 해중 케이블(3)에 국소적인 응력이 부여되는 것이 방지된다.
다음으로, 해중 케이블(3)의 구조에 대해 설명한다. 도 2는 해중 케이블(3)의 단면도이다. 해중 케이블(3)은 주로 전력용 선심(13), 개장(鎧裝)(23a, 23b), 외부 방식층(25) 등으로 구성된다.
전력용 선심(13)은 도체부(15), 절연부(17), 쉴드층(19), 차수층(21), 방식층(22) 등으로 구성된다. 도체부(15)는 예를 들어 구리소선을 연선하여 구성된다.
도체부(15)의 외주부에는 절연부(17)가 형성된다. 절연부(17)는 예를 들어 가교 폴리에틸렌으로 구성된다. 또한, 절연부(17)는 내부반도전층, 절연체층, 외부반도전층의 3층 구조로 해도 된다. 내부반도전층, 절연체층, 외부반도전층의 3층 구조로 함으로써, 부분방전현상인 물트리 열화 억제와 절연체와 금속층의 기계적 완충층으로서의 효과를 얻을 수 있다.
예컨대, 도체와 절연체, 쉴드와 절연체가 직접 접하고 있는 경우, 접촉계면에 돌기 등이 있으면, 그곳에 전계가 집중하여, 물트리나 부분방전의 발생 기점이 된다. 그래서 반도전 수지를 사이에 위치시킴으로써, 접촉계면의 전계를 완화시킬 수 있다. 또한, 이 내부 및 외부반도전층을 「전계완화층」이라고 부르기도 한다.
또한, 내부반도전층이나 외부반도전층이 없는 경우, 도체나 쉴드의 금속층 등이 절연체에 직접 파고들어갈 우려가 있다. 충전부인 금속층이 절연체에 파고들어가면 전계집중에 의해 부분방전 발생이 일어나 절연파괴의 원인이 된다. 이 때문에, 절연체와 금속층 사이에 반도전 수지층을 형성함으로써 이러한 문제를 억제하는 것이 가능해진다.
절연부(17)의 외주에는 쉴드층(19)이 형성된다. 쉴드층(19)은 도전성 부재에 의해 구성되며, 예컨대 금속제, 도전성 수지제, 도전성 섬유제이다. 또한, 해중 케이블(3)의 단부에서 쉴드층(19)은 어스와 접속된다.
쉴드층(19)의 외주부에는 차수층(21)이 형성된다. 차수층(21)은 금속층과 수지층이 적층된 복층 테이프에 의해 구성된다. 복층 테이프의 구성에 대해서는 뒤에 서술한다.
차수층(21)의 외주부에는 방식층(22)이 형성된다. 방식층(22)은, 예를 들어 차수층(21)의 외주에 압출피복되는 수지제이다. 방식층(22)은 내부의 각 층을 보호하기 위한 것이다. 방식층(22)은, 예를 들어, 폴리에틸렌, 에틸렌-1-부텐 공중합체, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 에틸렌-아크릴산에틸 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 3원공중합체, 나일론 6, 6, 나일론 12, 나일론 11 등의 폴리아미드 수지, 폴리알릴레이트 수지, 폴리염화비닐 수지의 비가교 타입을 사용할 수 있다.
이와 같이 하여 구성되는 전력용 선심(13)이 3상교류 송전용으로 3개 집합연선된다. 또한, 3개의 전력용 선심(13)을 연선한 후, 간극에 수지 끈 등의 개재층(27)을 형성하여 대략 원형의 코어를 형성한다. 얻어진 코어의 외주에 해중 케이블(3)의 하중을 지지하는 개장부(鎧裝部)가 설치된다. 또한, 개재층(27)에는 필요에 따라 광케이블(29) 등의 통신 케이블을 설치해도 된다. 여기서, 해중 케이블의 변형에 의한 굽힘 변형의 영향을 가능한 한 적게 하기 위해, 광케이블은 개재층(27)의 인접하는 케이블 도체의 2개의 방식층(22)에 접하는 3개소의 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 배치로 함으로써, 통신 케이블의 배치를 안정시킬 수 있는 동시에, 통신 케이블을 중심에 가까운 위치에 배치할 수 있다는 점에서 통신 케이블에 작용하는 응력을 작게 할 수 있다.
개장부는, 예를 들어 개장(23a, 23b)의 2층 구조이다. 개장(23a, 23b)은, 예를 들어 금속선(강선 또는 스테인리스선)이나 섬유보강 플라스틱제의 선재이다. 개장부는, 각각 둘레방향에 병설된 복수의 개장(23a, 23b)이 코어의 외주에 긴 피치로 간극없이 감긴다. 즉, 개장(23a, 23b)은 개장(23a, 23b)의 외경에 대해 권취 피치가 충분히 길어지도록 형성된다. 또한, 내주측 개장(23a)과 외주측 개장(23b)은 코어의 외주에 서로 반대방향으로 나선 권취된다.
개장부(개장(23a, 23b))의 외주에는, 필요에 따라 차수층(24)이 형성된다. 또한, 차수층(24)의 외주에는 외부 방식층(25)이 형성된다. 또한, 차수층(24)을 형성하지 않고 개장부의 외주에 직접 외부 방식층(25)을 형성해도 된다. 외부 방식층(25)은 예를 들어 개장부의 외주에 압출피복되는 수지제이다. 외부 방식층(25)을 구성하는 수지로는, 예를 들어 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지(폴리아미드 11, 폴리아미드 12 등)를 사용할 수 있다.
다음으로 차수층(21)을 구성하는 복층 테이프(30)에 대해 설명한다. 도 3은 복층 테이프(30)를 도시하는 도면이며, 도 3(a)는 사시도, 도 3(b)는 도 3(a)에서 A 화살표 방향으로 본 도이고, 복층 테이프(30)의 단면도이다. 복층 테이프(30)는 금속층(31), 수지피복부(33a, 33b)에 의해 구성된다. 금속층(31)은 수지피복부(33a, 33b) 사이에 끼워진다.
금속층(31)은 필름형상으로 얇고 가공이 용이한 것이며, 내식성이 우수한 것이면 된다. 예컨대, 스테인리스, 알루미늄, 구리, 납이나 외면을 내식성이 좋은 재질로 클래드한 클래드강 등을 사용할 수 있다. 여기서, 경량화를 중시하는 경우에는 스테인리스, 알루미늄, 클래드강 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속층(31)은, 예를 들어 0.05mm 정도의 두께이고, 복층 테이프(30) 전체로는, 예를 들어 0.2~1.0mm 정도이면 된다.
수지피복부(33a, 33b)는 수지제 부재이며, 차수층(21) 구축시에 금속층(31)의 절곡이나 파손, 주름 등의 발생을 방지할 수 있다. 수지피복부(33a, 33b)의 재질에 대해서는 뒤에 서술한다.
도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 금속층(31)의 단면형상은 1 방향의 파형을 가진다. 이러한 금속층(31)은, 예를 들어, 표면에 파형이 형성된 롤에 금속필름을 통과시켜, 금속필름이 롤을 통과하는 것에 의해, 금속필름의 표면에 파형을 형성하는 방법을 적용할 수 있다. 또한, 금속필름에 소정 간격마다 프레스 성형에 의해 파형을 형성해도 된다. 또한, 파형을 순방향 프레스(트랜스퍼 프레스)에 의해 몇 단계로 형성하여, 그 때의 파정부 또는 파저부를 국부적인 변형의 집중을 막으면서 형성해도 된다.
복층 테이프(30)는, 예를 들어, 파형으로 가공된 금속필름에 수지를 압출피복하여 제조할 수 있다. 또는, 파형의 금속필름을 대응하는 금형에 설치하여 수지를 사출에 의해 일체화시켜도 된다. 또는, 각각 따로따로 형성된, 대응하는 파형을 갖는 수지부재와 금속필름을 접착이나 압착 등 공지의 기술로 일체화한 것이어도 된다. 또한, 미리 표면이 파형으로 형성된 수지부재에 금속층을 증착 등에 의해 형성할 수도 있다.
여기서 금속층(31)은 산부와 골부를 가지는 파형을 가지는데, 산부 (또는 골부)의 정상부를 파정부(35)라 칭한다.
파형의 파고로는 0.2~0.6mm가 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.3~0.5mm이다. 파고가 너무 낮으면, 파형으로 한 효과가 작고, 또한, 파고를 너무 크게 하면, 두께 변화가 커져 오히려 내구성이 떨어지고, 또한 제조시에 물결의 변형이 생기기 때문이다.
또한, 파형의 물결 피치로는 1.5~4mm가 바람직하다. 물결 피치가 너무 좁으면 파형 가공시에 극부적으로 변형이 집중하기 때문에 가공성이 저하되고, 너무 넓으면 파형 간격이 크기 때문에, 물결형성 가공은 용이하지만, 파형에 의한 변형의 흡수효과는 작아, 내구성 향상 효과가 적기 때문이다.
여기서, 도 3(a)는 수지피복부를 투시한 도이며, 도면 내의 점선은 파형 및 파정부(35)를 나타낸다. 파정부(35)는 복층 테이프(30)의 길이방향에 대해, 대략 수직으로 연속하여 형성된다. 다만, 본 발명에서는 파정부(35)(파부)의 방향은 도시한 바와 같이 복층 테이프(30)의 길이방향에 대략 수직이 아니어도 되고, 소정 각도로 형성해도 되지만, 파정부(35)의 방향을 복층 테이프(30)의 길이방향에 대해 대략 수직으로 하는 것이 파부에 의한 변형의 흡수 효과가 커지는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 발명에서는 도 4에 나타내는 복층 테이프(30a)를 이용할 수도 있다. 도 4(a)는 복층 테이프(30a)의 사시도(수지피복부(33a)의 투시도), 도 4(b)는 금속층(31)의 평면개념도이다. 복층 테이프(30a)는 복층 테이프(30)와 대략 동일한 구성이지만, 금속층의 요철 형상이 다르다.
도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 복층 테이프(30a)는 적어도 다른 2 방향(도 4(b)의 S방향 및 T방향)에 대해 파형이 형성된다. 따라서, 산부(37)와 골부(39)(파정부)가 격자모양으로 형성된다. 여기서, 적어도 2 방향으로 파형이 형성된다는 것은, 평면에서 볼 때 가장 가까운 파정부끼리를 잇는 직선이, 적어도 2 방향으로 형성되는 것을 말한다. 그리고, 다른 2 방향은 서로 직교할 필요는 없다.
또한, 도 4(b)의 R-R선 단면도는 도 3(b)와 같다. 즉, 복층 테이프(30a) 단면에서의 파형은, 예를 들어 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 요철 형상이 곡선으로 완만하게 연속하여 반복되는 파형이다. 또한, 요철 형상의 높이 및 피치는 전술한 복층 테이프(30)와 동일하다.
또한, 복층 테이프(30a)에서는, 금속필름에 수지피복하는 방법으로, 도 5에 나타내는 바와 같은 엠보싱 가공이 실시된 금속필름에 수지를 압출피복해도 된다. 또한, 미리 표면이 엠보싱 가공에 의해, 요철 형상으로 형성된 수지 부재에, 금속층을 증착에 의해 형성할 수도 있다.
또한, 다른 2 방향으로 형성되는 각 물결의 피치는, 서로 대략 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 다른 2 방향으로 파형이 형성되는 예로는, 도 4에 나타내는 것에 한정되지 않고, 도 5에 나타내는 복층 테이프(30d)와 같이, 파형의 형성 방향이 길이방향 및 폭방향이 되도록 형성해도 된다.
다만, 전술한 바와 같이, 복층 테이프에 대한 다른 2 방향 파형의 형성 방향은, 둘 중 어떤 방향이라도 동일한 효과를 얻을 수 있지만, 통상, 금속층(31)을 구성하는 금속 테이프는, 그 길이방향과 폭방향에서 기계적 성질이 다르다. 따라서, 금속 테이프의 길이방향에 대해, 다른 방향으로 파형을 형성하면, 각 방향에서의 파형의 피로특성 등이 달라질 우려가 있다.
이 때문에, 각 방향의 파형의 특성을 균일하게 형성하기 위해서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 예컨대 복층 테이프(30a)(금속층(31)을 구성하는 금속 테이프)의 길이방향을 중심으로 하여 평면에서 보아 좌우 동일한 각도(예컨대, ±45°)를 향해 구성하는 것이 바람직하다.
복층 테이프(30a, 30d)를 이용해도, 복층 테이프(30)를 이용한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 금속층(31)에 있어서 다른 2개의 방향으로 파형이 형성되기 때문에, 어떤 방향에 대해서도 변형에 추종할 수 있어, 복층 테이프의 제조성도 우수하다.
또한, 금속층(31)의 파형은, 전술한 정현파 등의 연속된 곡선으로 형성되는 예에 한정되지 않고, 예컨대 도 6(a)에 나타내는 복층 테이프(30b)와 같이, 단면에서의 파형은 사다리꼴형의 구형파여도 된다. 또한, 도 6(b)에 나타내는 복층 테이프(30c)처럼, 파형은 삼각파여도 된다.
또한, 도 6(a), 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 사다리꼴형의 구형파나 삼각파인 경우에는, 요철 형상의 연결부에 응력이 집중하는 것을 방지하기 위해, 전술한 바와 같이, 각 형상에서의 파정부 혹은 파저부의 근방이 완만한 곡선으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 형상으로 하는 것에 의해, 사다리꼴형의 구형파나 삼각파의 가공이 가능해진다. 여기서, 완만한 곡선의 길이와 직선부의 길이, 나아가 직선부의 판평면으로부터의 상승각도(도 6의 각도 A1, A2)는, 모두 이것을 조합하여 소정 피치를 만족하도록 적절히 설계할 수 있지만, 예컨대 사다리꼴형의 구형파인 경우의 상승각도는 30~80°, 삼각파인 경우의 상승각도는 10~45°의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
이러한 복층 테이프(30b, 30c)에 의해서도, 복층 테이프(30, 30a, 30d)와 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 파형은 이러한 실시형태에 한정되지 않고, 신축 가능한 형태이면 된다.
다음으로, 복층 테이프(30)의 권취 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 복층 테이프(30)를 이용한 예에 대해 설명하지만, 다른 복층 테이프(30a, 30b, 30c, 30d)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
도 7은 복층 테이프(30)를 쉴드층(19)이 형성된 전력용 선심(13)에 종방향 권취로 감을 때의 포밍공정을 도시하는 도면이다. 미리, 도체부(15)의 외주에 절연부(17)를 형성하고 그 외주에 쉴드층(19)을 형성한다. 쉴드층(19)의 외주에는 복층 테이프(30)가 감긴다.
여기서, 복층 테이프(30)는 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 종방향 권취되는 것이 바람직하다. 이 경우, 복층 테이프(30)는, 복층 테이프(30)의 길이방향이 전력용 선심(13)의 축방향과 대략 동일한 방향이 되도록 전력용 선심(13)에 제공된다. 이때, 복층 테이프(30)의 양측은 전력용 선심(13)(쉴드층(19)) 전체를 덮도록 U자 형상으로 구부러진다.
그리고, 복층 테이프(30)에 의해 전력용 선심(13)(쉴드층(19))이 싸인다. 즉, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 복층 테이프(30)의 양측 단부끼리를 쉴드층(19)의 외주부에서 래핑시켜, 복층 테이프(30)로 쉴드층(19)을 감싼다. 즉, 래핑부(38)가 전력용 선심(13)의 축방향을 따라 형성된다. 이상과 같이 하여, 복층 테이프(30)가 전력용 선심(13)(쉴드층(19))에 종방향 권취로 감겨, 차수층(21)이 형성된다.
이와 같이, 복층 테이프(30)의 길이방향이 전력용 선심(13)의 축방향과 대략 일치하고, 복층 테이프(30)의 폭방향이 전력용 선심(13)의 둘레방향이 되도록 감아, 둘레방향으로 감긴 권취부의 선단을 서로 래핑시킴으로써, 전력용 선심(13)의 전체길이에 대한 복층 테이프(30) 간의 래핑길이를 짧게 할 수 있다.
즉, 래핑부(38)에서는 금속층(31)들 사이에 약간 간극이 형성되지만, 래핑부의 길이를 짧게 함으로써, 전력용 선심(13)의 전체길이에 대해, 금속층(31)들 사이의 간극을 줄일 수 있다. 또한, 종방향 권취로 함으로써, 래핑부(38)가 전력용 선심(13)의 축방향으로 똑바르게 형성되기 때문에, 래핑부의 융착이 용이해지고, 제조성도 우수하다.
이와 같이 하여 형성된 차수층(21)의 외주에 방식층(22)이 압출 피복된다. 이상에 의해, 전력용 선심(13)이 형성된다.
또한, 복층 테이프(30)의 권취 방법은 상기한 종방향 권취에 한정되지 않으며, 예컨대, 도 8(a)에 나타내는 바와 같은 나선 권취여도 된다. 도 8의 예에서, 복층 테이프(30)는, 예를 들어, 복층 테이프(30)의 폭방향 단부가 서로 겹치도록, 래핑부(38)로 래핑시켜 감긴다.
또한, 복층 테이프(30)의 폭방향 단부가 서로 겹치지 않도록(래핑되지 않도록) 약간의 간극을 형성하여 감는 갭 권취여도 된다. 이 경우, 다시 그 외주에, 하층(내층)의 복층 테이프(30)의 간극을 덮도록, 권취 위치를 어긋나게 하여 상층(외층)에 복층 테이프(30)를 동일한 방법으로 감아도 된다. 이 경우, 복층 테이프의 권취는 하층(내층)의 테이프와 상층(외층)의 테이프를 서로 같은 방향으로 감는다. 상기와 같이 갭 권취로 하여, 테이프 두께를 더 두껍게 감고자 하는 경우에는, 복층 테이프를 2장 겹쳐 감는 것이 바람직하다.
도 8(b)는 복층 테이프(30)가 나선상으로 감긴 상태를 나타내는 모식도이다(다만, 간단히 하기 위해 래핑부(38)의 도시는 생략함). 본 실시예에서는 파형의 파정부(35)가 1 방향으로 형성된다. 여기서, 파정부(35)의 형성 방향이란, 파정부(35)가 연속하여 연장되는 방향이며, 이 방향에 대해서는, 단면에서 금속층(31)은 파형이 되지는 않는다. 이때, 파형의 형성 방향(파정부(35)의 형성 방향에 대해 수직인 방향)이 전력용 선심의 축방향으로 배열되는 것이 바람직하다. 전력용 선심에 굽힘력이 부여되었을 때, 전력용 심선의 표면에서의 축방향의 신축에 더 추종하기 쉽기 때문이다.
예컨대, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 전력용 선심의 정면도(또는 평면도)에 있어서, 복층 테이프(30)가 쉴드층의 외주에 나선상으로 감긴 상태에서는, 전력용 선심의 축방향(H)과 전력용 선심의 둘레방향(G)은 수직이 된다. 또한, 전력용 선심의 둘레방향(G)과, 복층 테이프(30)의 권취 방향(I)이 이루는 각도를 J라 한다. 또한, 복층 테이프(30)의 권취 방향(I)은 복층 테이프(30)의 길이방향과 일치한다.
이때, 복층 테이프(30)의 길이방향(I)에 대한 파정부(35) 형성 방향의 형성 각도를 K라 한다. 이 경우에, 복층 테이프(30)의 권취 방향(I)과 전력용 선심의 둘레방향(G)이 이루는 각도(J)와, 복층 테이프(30)의 길이방향(I)에 대한 파정부(35) 형성 방향의 각도(K)의 차는 작게 하는 것이 바람직하다(다만, 도면에서는 각도(J)와 각도(K)가 대략 일치한 예를 나타낸다).
이와 같이 함으로써, 파형의 형성 방향을 전력용 선심의 축방향에 접근시킬 수 있다. 즉, 복층 테이프(30)의 권취각도를 미리 설정하고, 평면도에서 이에 대응한 각도로 경사진 파정부가 반복되는 복층 테이프(30)를 이용함으로써, 파형의 요철 형성 방향을 전력용 선심(해중 케이블)의 축방향에 접근시킬 수 있다. 여기서, 해중 케이블의 축방향과 파형의 요철 형성 방향을 어긋나게 함으로써, 파형의 해중 케이블의 축방향으로부터 본 피치를 크게 할 수 있다. 또한, 복층 테이프(30)의 권취 방향(I)과 전력용 선심의 둘레방향(G)이 이루는 각도(J)는, 80° 이상 90° 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 다른 2 방향으로 파형을 가지는 복층 테이프(30a)의 경우에는, 길이방향(I)에 대한 파형의 직교방향(다른 2 방향의 파형 중 한쪽 파형의 직교방향)의 형성각도를 K라 한다. 예컨대, 도 4(b)에서는 약 45°이다. 이 경우, 복층 테이프(30a)의 권취 방향(I)과 전력용 선심의 둘레방향(G)이 이루는 각도(J)와, 복층 테이프(30a)의 길이방향(I)에 대한 파형의 직교각도(K)의 차는 작게 하는 것이 바람직하다(다만, 도면에서는 각도(J)와 각도(K)가 대략 일치한 예를 나타낸다).
이와 같이 함으로써, 다른 2 방향으로 파형을 가지는 복층 테이프(30a)여도, 파형의 형성 방향(도면 중 L)을 전력용 선심의 축방향에 접근시킬 수 있다. 따라서, 전력용 선심(13)의 둘레방향에 대한 물결 피치(둘레방향 단면형상이 나타나는 파형의 피치)보다, 전력용 선심(13)의 축방향에 대한 물결 피치(축방향 단면에서 나타나는 파형의 피치)를 작게 할 수 있다.
즉, 전력용 선심(13)의 둘레방향에 대한 물결 피치(둘레방향 단면형상이 나타나는 파형의 피치)에 대해, 전력용 선심(13)의 축방향에 대한 물결 피치(축방향 단면에서 나타나는 파형의 피치)는 동일하거나 작게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 보다 효율적으로 전력용 선심(13)의 변형에 대해 파형을 변형시켜 추종시키는 것이 가능해진다.
또한, 차수층(21)을 구성하는 수지피복부(33a)(감겼을 때, 외주측에 위치하고, 방식층(22)과 접촉하는 측의 수지부)의 융점은, 방식층(22)을 구성하는 수지의 융점보다 낮고, 수지피복부(33a)를 구성하는 수지와, 방식층(22)을 구성하는 수지가 상용성을 가져도 된다. 수지피복부(33a)와 방식층(22)이 상용성을 가지고, 수지피복부(33a)의 융점이 방식층(22)의 융점보다 낮으면, 방식층(22)의 수지를 압출했을 때, 방식층(22)과 복층 테이프(30) 등을 서로 일체화하기 쉽다. 이 때문에, 방식층(22)이 형성되었을 때, 차수층(21)과 방식층(22) 사이에서 어긋남 등이 일어나는 일이 없다.
이러한 관계를 가지는 재질로는, 수지피복부(33a)를 예컨대 나일론 12로 하고, 방식층(22)을 나일론 11로 하면 된다. 혹은, 수지피복부를 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 방식층(22)을 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 하면 된다.
또한, 수지피복부(33a)(의 표면)를 고무 재료(예컨대, 에틸렌고무, 에틸렌프로필렌고무, 실리콘고무, 우레탄고무, 부틸고무 등)로 구성할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 방식층(22)과 수지피복부(33a)(복층 테이프(30)) 간의 마찰계수가 커진다. 이 때문에, 방식층(22)과 복층 테이프(30) 등이 밀착되어 어긋나는 일이 없다.
다만, 수지피복부(33a) 전체를 고무 재료로 하면 금속층(31)과의 접착성이 떨어질 우려가 있다. 이 때문에, 수지피복부(33a)를 복층으로 해도 된다. 즉, 수지피복부(33a)가 금속층(31)과의 접착성이 우수한 수지층이 내층에 형성되고, 그 외층만 고무 재료에 의해 형성되어도 된다.
또한, 수지피복부(33a)의 외주에, 추가로 접착층을 형성해도 된다. 접착층을 형성함으로써, 수지피복부(33a)와 방식층(22)을 접착할 수 있다. 이 때문에, 방식층(22)과 복층 테이프(30) 등이 접착되어 어긋나는 일이 없다.
또한, 차수층(21)을 구성하는 수지피복부(33b)(감겼을 때, 내주측에 위치하고, 쉴드층(19)과 접촉하는 측의 수지부)를 도전성 수지로 구성해도 된다. 도전성 수지는, 예를 들어 EEA(에틸렌·에틸아크릴레이트 공중합체), PVC(폴리염화비닐), EVA(에틸렌-아세트산비닐 공중합) 수지 등에 도전성 필러 등을 혼입시킨 것을 사용할 수 있다. 도전성 필러로는 예를 들어 카본을 사용할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 내부의 쉴드층(19)과 수지피복부(33b)를 도통시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 쉴드층(19)은 해중 케이블(3)의 단부에서 어스와 접속된다. 한편, 금속층(31)이 전력용 선심(13)의 단면에서 부유된 상태이면, 대전될 우려가 있다. 그러나, 내면측의 수지피복부(33b)를 도전성 수지로 구성함으로써, 금속층(31)을 쉴드층(19)과 도통시킬 수 있다. 따라서, 금속층(31)을 어스에 접속할 수 있다.
도 10은 해중 케이블(3)을 변형시킨 상태를 도시하는 도면이다. 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 해중 케이블(3)을 굽힘 변형시키면(도면 중 화살표 M 방향), 해중 케이블(3) 내부의 전력용 선심(13)도 동일한 방향으로 구부러진다. 이때, 전력용 선심(13)의 굽힘 외주측에서는 인장변형이 된다.
도 10(b)는, 전력용 선심(13)의 인장변형부에서 복층 테이프(30)의 상태를 나타내는 모식도이다. 전력용 선심(13)이 굽힘 변형하여, 국부적으로 인장변형이 생기면, 그 부위에 권취는 복층 테이프(30)에도 인장변형이 생겨, 전력용 선심(13)의 굽힘에 추종하려고 한다(도면 중 화살표 Q 방향). 이때, 수지피복부(33a, 33b)는 수지의 탄성변형능에 의해 용이하게 추종 변형 가능하다.
한편, 금속층(31)은 파형이기 때문에 물결의 신축에 의해 용이하게 변형에 추종 가능하다. 특히, 파형이 전력용 선심(13)의 축방향으로 반복되도록 형성되기 때문에, 파형에 의한 신축변형방향은, 전력용 선심(13)의 축방향에 대응한다. 이 때문에, 전력용 선심(13)의 굽힘 변형에 대해, 복층 테이프(30)(차수층(21))는 용이하게 추종하여 변형할 수 있다. 즉, 금속층(31)을 가지는 복층 테이프(30)를 감는 것이, 전력용 선심(13)의 가요성(변형)에 방해가 되지 않는다. 따라서, 해중 케이블(3)의 굽힘 변형에 대해, 전력용 선심(13)이 추종할 수 있다.
또한, 감긴 상태의 금속층(31)은, 파형을 가지기 때문에, 케이블의 직경방향에 대해서도 신축이 가능하다. 예컨대, 전력용 선심(13)이 직경방향으로 팽창하여 둘레방향으로 인장이 생긴 경우에도, 복층 테이프(30)는 이 변형에 추종 가능하다. 따라서, 해중 케이블(3)의 온도변화 등에 수반되는 직경방향의 팽창·신축에 대해서도, 전력용 선심(13)이 추종할 수 있다. 그리고, 전력용 선심(13)은 조류나 해류에 의해 요동하여 비틀림 변형도 받게 되지만, 이것에 대해서도 본 발명의 케이블을 이용하면, 축방향과 원주방향 양쪽의 변형에 대해서도 추종할 수 있다.
다음으로, 차수층(21)의 기능에 대해 설명한다. 도 11은 전력용 선심(13)의 단면을 나타내는 도이고, 도 11(a)는 축방향의 단면도, 도 11(b)는 차수층(21)을 구성하는 복층 테이프(30)의 확대도이다. 전술한 바와 같이, 해중 케이블(3)은, 예를 들어 보통 바다 속에 가라앉히거나, 또는 부유시켜서 사용된다.
또한, 외부 방식층(25) 및 방식층(22)은 수지제이기 때문에, 어느 정도의 방수성은 가지고 있지만, 수지 자체가 약간이지만 흡수성을 가진다. 이 때문에, 방식층(22) 내에도 해수성분이 약간이지만 침투한다. 특히, 해저에서는 높은 수압이 부여되고, 장시간 사용시에는 방식층(22) 내로 해수성분이 침투할 우려가 크다(도면 중 화살표 O 방향).
그러나, 본원발명에 관련된 전력용 선심(13)은, 방식층(22)의 내주면에 차수층(21)이 형성된다. 따라서, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 차수층(21)은, 내부의 금속층(31)이 외부로부터의 물의 침입을 확실하게 차폐한다(도면 중 화살표 P 방향). 따라서, 절연부(17)에 대해 물의 침입으로 인한 절연파괴의 우려가 없다.
이상 설명한 바와 같이, 쉴드층(19)의 외주에 차수층(21)이 형성되기 때문에, 외부로부터의 물의 침입에 의해, 절연파괴되는 일이 없다. 또한, 차수층(21)은 금속층(31)을 수지피복부(33a, 33b) 사이에 끼운 복층 테이프(30) 등으로 구성되기 때문에, 외부로부터 들어온 물이 관체 직경방향(관체 중심방향)으로 흐르는 것을, 금속층(31)에 의해 확실하게 차폐할 수 있다.
또한, 금속층(31)이 수지피복부(33a, 33b) 사이에 끼워져 있기 때문에, 차수층(21) 구축시에 금속층(31)이 깨지거나 구부러지거나 하는 일이 없어, 확실하게 차수층(21)을 구축할 수 있다. 그리고, 금속층(31)이 직접 쉴드층(19)에 접촉하지 않기 때문에, 제조시에 각 층을 손상시키는 일이 없다.
또한, 복층 테이프(30)의 금속층(31)의 단면형상이 파형을 가지기 때문에, 복층 테이프(30)가 감긴 상태에서, 복층 테이프(30)(금속층(31))가 파형 방향으로 용이하게 신축 변형 가능하다. 또한, 금속층(31)을 파형으로 함으로써, 해중 케이블(3)(전력용 선심(13))을 구부렸을 때, 금속층(31)에 발생하는 국소적인 응력집중을 완화시킬 수 있다. 이 때문에, 장기적인 반복 굽힘 피로특성을 향상시킬 수 있어, 장기신뢰성이 우수한 가요성 관을 얻을 수 있다.
특히, 복층 테이프(30)가 감긴 상태에서 파정부(35)의 연신방향을, 전력용 선심(13)의 둘레방향과 대략 일치시킬 수 있다. 따라서, 해중 케이블(3)(전력용 선심(13)) 굽힘시의 변형방향에 대해 복층 테이프(30)(금속층(31))가 용이하게 추종하여, 높은 가요성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 복층 테이프(30)가 감긴 상태에서 파정부(35)의 형성 방향을, 전력용 선심(13)의 둘레방향과 대략 일치시킬 필요는 없지만, 전력용 선심(13)의 둘레방향에 대한 물결 피치(둘레방향 단면형상이 나타나는 파형의 피치)보다, 전력용 선심(13)의 축방향에 대한 물결 피치(축방향 단면에서 나타나는 파형의 피치)를 작게 하는 것이 바람직하다. 즉, 전력용 선심(13)의 축방향에 대해, 보다 많은 물결을 배치하는 것이 바람직하다. 전력용 선심(13) 표면의 인장에 대해 보다 유효하기 때문이다.
또한, 외부 방식층(25)의 내주측에 차수층(24)을 형성하는 경우에는, 차수층(24)에 대해서도, 복층 테이프(30)를 이용할 수 있다. 이 경우, 차수층(24)을 구성하는 복층 테이프 외주측의 수지부가, 외부 방식층(25) 등과 상용성을 가지며, 그 융점이 외부 방식층(25)을 구성하는 수지의 융점보다 낮은 것이 바람직하다.
실시예
다음으로, 금속층의 파정부가 1 방향 및 2 방향을 향해 각각 형성되고, 파형의 산부 또는 골부가 파정부의 형성 방향에 수직인 방향으로 형성되는 복층 테이프의 금속층의 물결 형태(피치 및 높이)에 대해, 복층 테이프의 굽힘 특성 및 굽힘 피로내구성 등에 대해 평가를 실시했다. 복층 테이프의 요철 형상으로는, 파형, 사다리꼴형의 구형파, 삼각파인 것을 준비하고, 파형은 싸인파, 사다리꼴형의 구형파의 상승각도(도 6(a)의 각도 A1)는 60°, 삼각파의 상승각도(도 6(b)의 각도 A2)는 25°인 것을 이용하여, 각 변을 완만한 곡선으로 연결한 것으로 했다.
또한, 굽힘 특성은 도 12에 나타내는 굽힘 특성 평가장치(40)에 의해 평가했다. 굽힘 특성 평가장치(40)는, 상면에 일정한 곡률을 가지는 굽힘판(43)에 의해 구성된다. 굽힘판(43) 상면의 곡률은 120mmR로 했다. 이 표면에, 굽힘판(43)의 곡률을 따라 시험편(41)을 눌러서 변형시켰다. 시험편(41)은, 각각 15mmΦ 케이블의 외주에 복층 테이프(파형은 도 3 또는 도 4에 나타내는 것)를 종방향 권취(도 7에 나타내는 권취 방법)한 것을 이용했다. 시험편(41)을 굽혔을 때, 복층 테이프 외면의 주름 또는 균열의 발생을 육안으로 평가했다.
또한, 굽힘 피로특성은 도 13에 나타내는 굽힘 피로특성 평가장치(50)를 이용하여 평가했다. 굽힘 피로특성 평가장치(50)는 고정부(53), 가동부(55) 등으로 이루어진다. 고정부(53) 및 가동부(55)는 소정 거리(C)를 두고, 서로 평행하게 배치된다. 고정부(53)와 가동부(55)에는 시험편(51)의 단부가 서로 반대방향으로 고정된다. 즉, 시험편(51)의 중앙부는 180° 굴곡된다.
고정부(53)를 고정한 상태로, 가동부(55)는 그 축방향으로 왕복 동작한다(도면 중 화살표 B 방향). 따라서, 시험편(51)에 반복적인 굽힘 변형이 부여된다. 또한, 고정부(53)와 가동부(55)의 거리(C)(즉 시험편(51)의 굽힘 반경의 2배)는 반복된 굽힘일 때의 굽힘 변형이 2%가 되도록 조정했다.
또한, 시험편(51)은 폭 10mm인 금속층의 파형에서의 파정부가 1 방향 또는 2 방향을 향해 형성되는 복층 테이프를 이용했다. 복층 테이프의 금속 테이프의 두께는 0.05mm로, 금속 테이프의 파고는 0.2mm 내지 0.8mm의 범위인 것을 성형했다. 이상의 장치에 의해, 반복된 굽힘일 때의 변형량이 2%가 되도록 반복 굽힘시험을 실시하여, 복층 테이프가 파단될 때까지의 반복횟수를 계수했다.
이상에 의해 평가한 결과를 표 1, 표 2에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
표 1은 도 3에 나타내는 바와 같이, 파정부를 1 방향을 향해 형성한 것이고, 표 2는 도 4에 나타내는 바와 같이, 파정부를 2 방향을 향해 형성한 것이다. 금속층 두께는 복층 테이프를 구성하는 금속 테이프의 두께이다. 파고는 금속층 파형의 높이(골부에서부터 산부의 높이)이다. 물결 피치는 인접한 파정부 사이의 거리이다.
표 중의 「요철 형상」은, 복층 테이프의 단면에서, 도 3(b)에 나타내는 바와 같은 곡선상으로 요철 형상이 반복되는 형상을 「파형」이라고 나타냈다. 또한, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 사다리꼴형의 구형파인 것을 「사다리꼴」이라고 나타냈다. 또한, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 삼각파 형상인 것을 「삼각형」이라고 나타냈다.
굽힘 특성은, 도 12에 나타내는 굽힘 특성 평가장치(40)에 의한 평가 결과이며, 복층 테이프의 표면에 주름이 보이는 것을 「×」로 하고, 주름이 보이지 않는 것을 「○」로 했다.
굽힘 피로내구성은, 도 13에 나타내는 굽힘 피로특성 평가장치(50)에 의한 평가 결과이며, 변형량 2%에 대해, 1×106회를 넘는 반복수까지 파단되지 않는 것을 「◎」로 하고, 1×105회부터 1×106회 사이에 파단된 것을 「○」로 하고, 1×104회부터 1×105회 사이에 파단된 것을 「△」로 하고, 1×104회가 되기 전에 파단된 것을 「×」로 했다.
복층 테이프 제조성은, 수지로 금속층을 라미네이트가공할 때, 금속층의 변형(특히 파형부의 변형)이 생기는 일이 없었던 것을 「○」로 하고, 변형이 생긴 것을 「×」로 했다.
또한, 종합평가로는, 상기한 「굽힘 특성」, 「굽힘 피로특성」, 「복층 테이프 제조성」의 각 평가에 대해, 가장 낮은 평가 결과를 나타냈다.
표 1에 있어서 No. 1은 금속층에 파형을 갖지 않기 때문에, 굽힘 특성에 있어서, 주름이 발생하고, 또한, 반복 굽힘에 있어서 1×104회 이하에서 파단되었다. 이에 반해 No. 2 ~ No. 10은, 굽힘 특성에 있어서 주름의 발생이 없고, 굽힘 피로특성도 우수하다. 특히, No. 3 ~ No. 7 및 No. 9는, 파고가 0.3mm ~ 0.6mm의 범위이며, 굽힘 피로내구성이 특별히 우수하여 「○」로 평가되었다.
단, No. 6 ~ No. 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명은 금속 테이프의 요철 형상에 상관없이, 파형, 구형파, 삼각파 모두에서 동일한 효과를 얻을 수 있었다.
한편 No. 2는 파고가 낮기 때문에, 굽힘 피로특성이 「△」가 되었다. 또한, No. 8은 파고가 너무 높기 때문에, 제조시에 물결의 변형이 보임과 동시에 굽힘 피로특성이 「△」가 되었다. 또한, No. 10은 물결 피치가 4mm로 크기 때문에, 굽힘 피로특성이 「△」가 되었지만, 물결 피치가 4mm인 경우에서도 금속층에 파형을 가지지 않는 No. 1에 비해 대폭적인 피로특성의 향상 효과가 인정되었다.
또한, 표 중에 결과는 생략했지만, 표 중 No. 2 ~ No. 10에 나타내는 요철 형상(파고 및 물결 피치)을 가지는 복층 테이프를, 종방향 권취가 아니라 나선 권취한 것(도 6에 나타내는 권취 방법으로, 단부를 래핑시켜 1겹 감은 것)을 이용하여 동일한 평가를 실시했더니, 종방향 권취에서의 결과(표에 나타내는 표 중 No. 2 ~ No. 10의 결과)와 동일한 결과가 얻어졌다.
또한, 표 2에 있어서, No. 11은 금속층에 파형을 갖지 않기 때문에, 굽힘 특성에 있어서 주름이 발생하고, 또한, 반복 굽힘에 있어서 1×104회 이하에서 파단되었다. 이에 반해, No. 12 ~ No. 17, No. 21은, 굽힘 특성에 있어서 주름의 발생이 없고, 굽힘 피로특성도 우수하다. 특히, No. 13, 14, 21은 파고가 0.3mm ~ 0.5mm의 범위이며, 굽힘 피로 내구성이 특별히 우수하여, 「◎」로 평가되었다. 이와 같이, 파형(요철 형상)을 2 방향을 향해 형성함으로써, 보다 높은 굽힘 피로특성을 얻을 수 있다.
다만, No. 15 ~ No. 17(또는 No. 18 ~ No. 20)에 나타내는 바와 같이, 본 발명은, 금속 테이프의 요철 형상에 상관없이, 파형, 구형파, 삼각파 모두에서 동일한 효과를 얻을 수 있었다.
한편, No. 18 ~ No. 20은 파고가 너무 높기 때문에, 제조시에 물결의 변형이 보였다. 또한, No. 22는, 물결 피치가 4mm로 크기 때문에, 굽힘 피로특성이 「△」가 되었지만, 물결 피치가 4mm인 경우에서도 금속층에 파형을 가지지 않는 No. 11에 비해 대폭적인 피로특성의 향상 효과가 인정되었다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 실시형태에 좌우되지 않는다. 당업자라면 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예에 도달할 수 있는 것은 분명하며, 그것에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적범위에 속하는 것으로 이해된다.
1: 해상 부유 설비 3: 해중 케이블
5a, 5b, 5c: 접속부 7: 해저 케이블
9: 부이 11: 계류삭
13: 전력용 선심 15: 도체부
17: 절연부 19: 쉴드층
21: 차수층 22: 방식층
23a, 23b: 개장 24: 차수층
25: 외부 방식층 27: 개재층
29: 광케이블 30, 30a, 30b, 30c: 복층 테이프
31: 금속층 33a, 33b: 수지피복부
35: 파정부 38: 래핑부
40: 굽힘 특성 평가장치 41: 시험편
43: 굽힘판 50: 굽힘 피로특성 평가장치
51: 시험편 53: 고정부
55: 가동부

Claims (15)

  1. 해상 부유 설비용 해중 케이블로서,
    도체상에 절연층, 쉴드층, 제1 차수층 및 방식층이 형성되는 전력용 선심과,
    복수 개의 상기 전력용 선심의 전체 외주측에, 상기 전력용 선심의 전체 외주 둘레방향으로 복수 개의 선재가 배치되고, 상기 선재가 상기 전력용 선심의 축방향으로 나선상으로 마련되어 형성되는 개장부(鎧裝部)와,
    상기 개장부의 외주측에 형성되는 외부 방식층
    을 적어도 구비하고,
    상기 제1 차수층은, 금속층을 수지 사이에 넣은 복층 테이프에 의해 형성되며,
    상기 복층 테이프의 금속층은, 단면형상이 파형 또는 요철 형상인 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 요철 형상이, 상기 복층 테이프의 평면에서, 다른 2 방향을 향하여, 요철 형상의 산부 또는 골부가 교대로 연속적으로 반복하여 형성되는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복층 테이프의 평면에서, 파형에서의 파정부가 1 방향을 향해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 상기 파형 또는 상기 요철 형상이, 완만한 곡선상의 파형, 사다리꼴형의 구형파, 삼각형상의 물결 중 어느 하나이며, 각 형상에서 파정부 혹은 파저부의 근방이 완만한 곡선으로 형성된 것이고, 또한 상기 파형 또는 상기 요철 형상의 신축 방향이 해중 케이블의 축방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 상기 파형 또는 상기 요철 형상의 높이가 0.2mm ~ 0.6mm이고, 상기 금속층의 상기 파형 또는 상기 요철 형상의 피치는 1.5mm ~ 4mm인 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복층 테이프의 적어도 내면측 수지는, 상기 쉴드층과 도통하는 도전성 수지층이고, 또한, 상기 복층 테이프의 외면측 수지는, 상기 방식층과 상용성을 가지며, 상기 방식층보다 저융점의 수지인 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복층 테이프의 외면측 수지의 외면에, 다시 접착층이 형성되어, 상기 접착층과 상기 방식층이 접착되는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외부 방식층의 내면에는, 다시 제2 차수층이 형성되고, 상기 제2 차수층은, 상기 복층 테이프에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복층 테이프는, 상기 복층 테이프의 길이방향이 상기 전력용 선심의 축방향과 대략 일치하고, 상기 복층 테이프의 폭방향이 상기 전력용 선심의 둘레방향에 일치하도록, 상기 복층 테이프의 폭방향의 양단부가 래핑되어 권취되고, 상기 복층 테이프의 래핑부가, 상기 전력용 선심의 축방향으로 연장되며,
    상기 파형의 파정부 또는 상기 요철 형상의 형성 방향이, 상기 전력용 선심의 둘레방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복층 테이프는, 상기 복층 테이프의 길이방향이 상기 전력용 선심의 축방향에 대해 소정 각도가 되도록 나선상으로 권취되고, 상기 파형의 파정부 또는 상기 요철 형상의 형성 방향이, 상기 전력용 선심의 둘레방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  11. 해중 케이블의 차수층용 복층 테이프로서,
    금속층과,
    상기 금속층을 사이에 둔 수지피복부
    를 구비하고,
    상기 금속층은, 단면형상이 파형 또는 요철 형상인 것을 특징으로 하는 해중 케이블의 차수층용 복층 테이프.
  12. 제11항에 있어서,
    복층 테이프의 평면에서, 상기 금속층의 요철 형상이, 다른 2 방향을 향하여, 요철 형상의 산부 또는 골부가 교대로 주기적으로 형성된 격자모양 배열 또는 지그재그모양 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 해중 케이블의 차수층용 복층 테이프.
  13. 제11항에 있어서,
    복층 테이프의 평면에서, 파형에서의 파정부가 1 방향을 향해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 해중 케이블의 차수층용 복층 테이프.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 차수용 복층 테이프를 이용하여 차수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 해중 케이블.
  15. 제2항에 기재된 해중 케이블에 있어서, 상기 복층 테이프의 둘레방향으로 배치된 요철 형상이 직경방향의 팽창 수축에 의한 피로특성을 향상시키고, 상기 복층 테이프의 길이방향으로 배치된 요철 형상이 축방향의 피로특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 해중 케이블의 피로특성 향상 방법.
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