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KR20170042167A - 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터 - Google Patents

도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터 Download PDF

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KR20170042167A
KR20170042167A KR1020150141786A KR20150141786A KR20170042167A KR 20170042167 A KR20170042167 A KR 20170042167A KR 1020150141786 A KR1020150141786 A KR 1020150141786A KR 20150141786 A KR20150141786 A KR 20150141786A KR 20170042167 A KR20170042167 A KR 20170042167A
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South Korea
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conductor
bolt
sleeve
insertion groove
cable connector
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최진욱
이덕규
정근영
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 케이블 커넥터용 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 케이블 커넥터의 도체 접속부에서의 저항증가 및 발열문제를 해결할 수 있고, 케이블 접속시공을 용이하게 할 수 있는 케이블 케넉테용 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터에 관한 것이다.

Description

도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터{Conductor sleeve and cable connector having the same}
본 발명은 케이블 커넥터용 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 케이블 커넥터의 도체 접속부에서의 저항증가 및 발열문제를 해결할 수 있고, 케이블 접속시공을 용이하게 할 수 있는 케이블 케넉테용 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터에 관한 것이다.
전력 케이블은 통상 도체로서 구리(Cu) 도체를 사용한다. 한편, 도전율이 구리(Cu)의 약 66%로 낮지만 가볍고 가격이 저렴한 알루미늄(Al) 도체의 사용이 증가하는 추세에 있다.
도 1은 케이블 도체의 단면 형태에 관한 다양한 실시예들을 개략적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1a는 단면이 원형인 복수개의 소선을 전체적으로 원형으로 연합한 원형 연선 도체, 도 1b는 단면이 원형인 복수개의 소선을 전체적으로 원형으로 압축한 원형 압축 도체, 그리고 도 1c는 단면이 원형인 복수개의 소선으로 이루어지고 부채꼴 형상으로 압축된 복수개의 섹션을 함께 전체적으로 원형으로 연합한 분할 압축 원형 도체의 단면을 각각 개략적으로 도시한 것이다.
이러한 케이블 도체의 접속 방법으로 도 2에 도시된 볼트 커넥터용 도체 슬리브, 도 3에 도시된 압착 커넥터용 도체 슬리브 등을 이용한 방법이 있다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 접속되는 케이블(200a,200b,200a',200b') 각각의 접속 부분은 도체(210a,210b,210a',210b')가 볼트 커넥터용 도체 슬리브(300) 또는 압착 커넥터용 도체 슬리브(300')의 도체 삽입홈(320,320')에 삽입될 수 있도록 절연체(220a,220b,220a',220b'), 외부반도전층(230a,230b,230a',230b') 및 시스자켓(240a,240b,240a'240b')이 부분적으로 제거된다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 볼트 커넥터용 도체 슬리브(300)는 상기 도체(210a,210b)가 각각 삽입되는 도체 삽입홈(320), 상기 도체(210a,210b)가 일정 길이로 삽입될 수 있도록 하는 중간 격벽(330), 삽입된 상기 도체(210a,210b)를 눌러 고정하는 볼트(400)가 삽입되는 복수의 볼트 체결구(310) 등을 포함할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압착 커넥터용 도체 슬리브(300')는 상기 도체(210a',210b')가 각각 삽입되는 도체 삽입홈(320'), 상기 도체(210a',210b')가 일정 길이로 삽입될 수 있도록 하는 중간 격벽(330') 및 삽입된 상기 도체(210a',210b')를 고정하기 위해 압착기에 의해 형성된 복수의 압착홈(310') 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 4는 도 2에서 파선 부분을 확대 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도체 슬리브(300)의 도체 삽입홈(320)에 각각 삽입된 도체(210a,210b)는 상기 볼트(400)의 누름에 의해 상기 도체(210a,210b)를 구성하는 일부 소선들이 굴곡되고, 이로써 상기 소선들이 상기 도체 슬리브(300)의 중간 격벽(330)으로부터 이격되어, 상기 도체(210a,210b)와 상기 도체 슬리브(300) 사이에 전류 패스가 감소하게 되고, 결과적으로 케이블 접속부에서의 저항 증가 및 발열 문제가 유발될 수 있다.
도 3에 도시된 도체 슬리브(300')에서도 도체 삽입홈(320')에 각각 삽입된 도체(210a',210b')는 압착에 의한 누름에 의해 일부 소선들이 굴곡되고, 이로써 상기 소선들이 상기 도체 슬리브(300')의 중간 격벽(330')으로부터 이격되어 동일한 문제가 유발될 수 있다.
따라서, 케이블 접속부에서의 저항증가 및 발열문제를 해결할 수 있는 새로운 방식의 도체 접속 방법 및 이에 사용되는 케이블 커넥터가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 케이블 접속부에서의 저항증가 및 발열문제를 해결할 수 있는 새로운 방식의 케이블 커넥터용 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 케이블 접속시공이 용이한 케이블 커넥터용 도체 슬리브 및 이를 포함하는 케이블 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
케이블 커넥터용 도체 슬리브로서, 접속되는 케이블의 도체가 삽입되는 2개 이상의 도체 삽입홈; 상기 도체 삽입홈에 삽입된 도체를 고정하는 도체 고정부; 상기 도체 삽입홈에 삽입되는 도체가 일정 길이로 삽입될 수 있도록 하는 삽입 조절부; 및 상기 도체 삽입홈에 삽입되는 도체의 말단과 상기 삽입 조절부를 물리적으로 연결시키는 중간 연결부를 포함하는, 도체 슬리브를 제공한다.
여기서, 상기 삽입 조절부는 중간 격벽이고, 상기 중간 연결부는 전기전도성 소재로 이루어진 코팅층 또는 전기전도성 소재로 이루어지고 탄성을 갖는 탄성층인 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
또한, 상기 탄성층은 복수개의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
그리고, 상기 스프링은 직경이 2.7 mm 이하이고, 길이가 5 mm 이상인 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
한편, 구리, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
또한, 상기 도체 슬리브의 외경이 상기 케이블의 절연층 외경 + 5 mm 이하이고, 단면이 원형인 도체 삽입홈의 직경은 1.01×도체외경+α이며, 상기 α는 상기 도체의 단면적이 800 내지 1,600 ㎟인 경우 1.7 이하이고, 상기 도체의 단면적이 1,800 내지 2,500 ㎟인 경우 1.6 이하인 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
그리고, 상기 도체는 단면이 원형인 복수의 소선으로 이루어지고 부채꼴 형상으로 압축된 복수개의 섹션을 함께 전체적으로 원형으로 연합한 분할 압축 원형 도체이고, 상기 도체 고정부는 상기 도체 삽입홈에 삽입된 도체를 고정시키는 볼트가 삽입되는 볼트 체결구가 상기 분할 압축 원형 도체의 상기 섹션의 수 이상으로 상기 도체 슬리브의 둘레 방향을 따라 일렬로 배열된 하나 이상의 볼트 체결구 열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
여기서, 상기 도체 삽입홈 각각에 배치된 상기 볼트 체결구 열 중 적어도 하나 이상의 볼트 체결구 열에 포함된 복수의 볼트 체결구 각각에 삽입되는 볼트 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 각각의 섹션의 중심 소선에 도달하는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
또한, 하나의 볼트 체결구 열에 포함된 볼트 체결구의 갯수가 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 상기 섹션의 갯수와 동일하고, 상기 하나의 볼트 체결구 열에 포함된 복수의 볼트 체결구는 등간격으로 배치되며, 상기 도체 삽입홈 각각에 배치된 복수의 볼트 체결구 열 중 인접한 볼트 체결구 열들 사이의 열간 회전 각도(θ)는 아래 수학식 1에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브를 제공한다.
[수학식 1]
열간 회전 각도(θ) = {(360/X)+Z}/(Y+1)
상기 수학식 1에서,
X는 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 갯수이고,
Y는 도체 삽입홈 각각에 배치되고 볼트 체결구가 일렬로 배치된 볼트 체결구 열의 갯수이고,
Z는 (도체 삽입홈에 삽입된 도체의 길이/삽입된 도체의 피치)×360로 정의되는 회전 각도이다.
상기 도체 슬리브 및 상기 복수개의 볼트 체결구 각각에 체결된 복수개의 볼트를 포함하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
여기서, 상기 볼트는 상기 볼트 체결구에 삽입되도록 하는 기구 또는 장비에 체결될 수 있는 헤드, 상기 볼트 체결구 내벽의 암나사에 대응하는 수나사를 갖는 나사산부, 상기 나사산부 하단에 배치되고 상기 도체를 구성하는 연합된 소선들 사이로 삽입될 수 있는 돌출부 및 상기 헤드와 상기 나사산부 사이에 배치되고 상기 볼트에 예정된 토크(torque)가 인가되어 파단되는 파단부를 포함하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
또한, 상기 나사산부와 상기 파단부 사이에 배치되고 상기 볼트의 삽입을 억제하여 상기 볼트에 인가되는 토크를 증가시키는 스토퍼(stopper)를 추가로 포함하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
그리고, 상기 돌출부는 전체적으로 또는 부분적으로 단면적이 점차 감소하게 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
나아가, 상기 돌출부의 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 상기 섹션의 중심 소선과 접촉할 때, 상기 파단부가 파단되는 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
또한, 상기 예정된 토크는 50 내지 150 N·m인 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
한편, 상기 볼트는 구리 또는 인장강도가 250 MPa 이상이고 전기전도도가 순수구리 대비 25%(@20℃)인 황동 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
그리고, 상기 볼트는 적어도 상기 나사산부, 상기 돌출부 및 상기 스토퍼가 주석으로 도금된 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터를 제공한다.
본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브는 삽입되는 도체와 중간 격벽의 충분한 물리적 접촉을 통한 전류 패스 증가로 케이블 접속부에서의 저항증가 및 발열문제를 해결하는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브는 상기 도체 슬리브의 외경과 절연 외경을 유사하게 맞추기 위한 코로나 쉴드를 사용하지 않을 수 있기 때문에 케이블 접속시공을 용이하게 하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 케이블 도체의 단면 형태에 관한 다양한 실시예들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래 볼트 커넥터에 의해 인접한 케이블의 도체가 서로 접속된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 종래 압착 커넥터에 의해 인접한 케이블의 도체가 서로 접속된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 2에서 파선 부분을 확대 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브에서 중간 연결부로서 스프링의 실시예들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브에서 중간 연결부에 관한 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 도 5에서 BB' 및 CC' 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 케이블 커넥터에 사용되는 전단 볼트의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 도 5에 도시된 도체 슬리브에 케이블의 도체가 삽입되고 상기 도체를 고정하고 이와 통전하는 볼트가 삽입된 케이블 커넥터의 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브의 실시예를 도시한 것이다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브(500)는 삽입되는 도체의 단면에 상응하는 단면을 갖는 2개 이상의 도체 삽입홈(520), 상기 도체 삽입홈(520)에 각각 삽입된 도체를 고정하는 도체 고정부(510), 상기 도체 삽입홈(520)에 각각 삽입되는 도체가 일정 길이로 삽입될 수 있도록 하는 삽입 조절부(530) 및 상기 도체 삽입홈(520)에 각각 삽입되는 도체의 말단과 상기 삽입 조절부(530)를 물리적으로 연결시키는 중간 연결부(540)를 포함할 수 있다.
상기 도체 슬리브(500)는 이의 도체 삽입홈(520)에 각각 삽입되는 도체의 단면이 원형인 경우 전체적으로 원통형 기둥의 형상을 가질 수 있고, 소재는 전기적 특성이 우수한 구리 또는 구리 합금이거나 가볍고 경량인 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 도체 슬리브(500)의 외경은 접속되는 케이블의 절연층 외경 + 5 mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 접속되는 케이블의 절연층 외경이 120 mm인 경우 도체 슬리브의 외경은 125 mm 이하일 수 있다. 케이블 접속시공시 상기 도체 슬리브(500)의 절연을 위해 실리콘 튜브 등으로 상기 도체 슬리브(500) 및 접속되는 케이블의 절연층을 함께 덮는데 상기 도체 슬리브(500)의 외경이 상기 케이블의 절연층 외경에 비해 과도하게 큰 경우 실리콘 튜브로 이들을 함께 덮는 작업이 곤란하거나 실리콘 튜브가 손상될 수 있다.
그리고, 상기 도체 슬리브(500)의 전체 길이는 케이블 접속부에서의 목적한 저항에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기 도체 슬리브(500)의 길이가 짧을수록 케이블 커넥터 전체 길이가 짧아지므로 가격이나 시공적인 측면에서 유리하나, 상기 도체 슬리브(500)의 길이가 과도하게 짧은 경우 케이블의 도체와 상기 도체 슬리브(500)와의 접촉 단면적이 줄어들어 저항이 증가할 수 있다. 상기 도체 슬리브(500)의 전체 길이는 예를 들어 약 20 내지 30 cm일 수 있다.
상기 삽입 조절부(530)는 상기 도체 슬리브(500)의 도체 삽입홈(520)에 각각 삽입되는 도체의 삽입길이를 제한할 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같은 격벽일 수 있다.
또한, 상기 중간 연결부(540)는 접속되는 케이블의 도체가 상기 도체 슬리브(500)의 도체 삽입홈(520)에 각각 삽입된 후 상기 도체 고정부(510)에 의한 누름으로 일부 도체 소선들이 굴곡되어 이들의 말단이 상기 삽입 조절부(530)로부터 이격되는 경우 상기 삽입 조절부(530)와 이로부터 이격된 일부 도체 소선들을 물리적으로 접촉시켜 연결시키는 기능을 수행한다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이 전기전도성 소재로 이루어진 코팅층이나 탄성을 갖는 스폰지 같은 탄성층, 특히 도 5c에 도시된 바와 같은 복수개의 스프링일 수 있다.
본 발명에 따른 도체 슬리브는 상기 중간 연결부(540)에 의해 상기 도체 슬리브(500)에 삽입된 도체의 말단과 상기 삽입 조절부(530)의 충분한 물리적 접촉 및 이로 인한 전류 패스 극대화가 가능하기 때문에 케이블 접속부에서의 저항증가 및 발열문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
특히, 상기 중간 연결부(540)가 도 5c에 도시된 바와 같은 복수개의 스프링을 포함하는 경우, 상기 복수개의 스프링들은 상기 도체가 상기 도체 슬리브(500)의 도체 삽입홈(520)에 삽입될 때 수축하고, 상기 도체가 상기 도체 고정부(510)에 의한 눌림으로 일부 도체 소선들이 굴곡하여 상기 삽입 조절부(530)로부터 이격될 때 이격되는 상기 도체 소선들과 물리적으로 접촉한 일부 스프링들이 상기 도체 소선들과의 물리적 접촉을 유지하면서 팽창할 수 있다.
상기 중간 연결부(540)로서 상기 스프링은 예를 들어 도 6a 내지 6c에 도시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다. 상기 스프링은 도 6a에 도시된 바와 같이 단면이 원형 또는 도 6b에 도시된 바와 같이 단면이 각형이고 전체적으로 원형으로 굴곡되어 형성되거나, 도 6c에 도시된 바와 같이 단면이 각형이고 전체적으로 각형으로 굴곡되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 스프링은 직경이 상기 도체 소선의 직경 미만일 수 있고, 예를 들어, 약 2.7 mm 이하일 수 있으며, 상기 스프링의 길이는 약 5 mm 이상일 수 있다. 그리고, 상기 스프링은 철, 구리, 알루미늄 또는 이들이 포함된 합금과 같이 도전성 금속으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 케이블 커넥터용 도체 슬리브에서 중간 연결부에 관한 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 중간 연결부(540)로서 굴곡 구조를 갖고 탄성을 갖는 재질로 이루어진 하나 이상의 탄성부재가 구비될 수 있다. 상기 탄성부재는 상기 도체가 상기 도체 슬리브(500)의 도체 삽입홈(520)에 삽입될 때 굴곡된 각도가 감소하고, 상기 도체가 상기 도체 고정부(510)에 의한 눌림으로 일부 도체 소선들이 굴곡하여 상기 삽입 조절부(530)로부터 이격될 때 이격되는 상기 도체 소선들과 물리적으로 접촉한 일부 탄성부재들이 상기 도체 소선들과의 물리적 접촉을 유지하면서 굴곡된 강도가 증가할 수 있다.
상기 도체 고정부(510)는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이 상기 도체를 누르거나 상기 도체 사이에 삽입되어 이와 통전하는 전단 볼트가 삽입되는 복수개의 볼트 체결구를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 도체 고정부(510)로서 상기 볼트 체결구는 전단 볼트가 체결될 수 있도록 전단 볼트의 수나사에 대응하는 암나사가 내측면에 형성되고, 상기 도체 슬리브(500) 둘레 방향으로 하나의 열에 복수개가 배치될 수 있으며, 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520) 각각에 배치되고 상기 복수개의 볼트 체결구가 일렬로 포함되는 볼트 체결구 열이 복수개 존재할 수 있다.
또한, 상기 도체 슬리브(500)에 삽입되는 도체가 도 1c에 도시된 바와 같은 분할 압축 원형 도체인 경우 상기 하나의 볼트 체결구 열에 배치되는 볼트 체결구의 갯수는 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 수 이상일 수 있다.
이러한 경우, 상기 하나의 볼트 체결구 열에 배치된 복수개의 볼트 체결구에 각각 삽입되는 복수개의 전단 볼트 각각의 말단이 상기 각각의 섹션의 중심 소선에 도달해 상기 도체와 상기 전단 볼트 사이의 충분한 전류 패스가 형성됨으로써 케이블 접속부에서의 저항을 저감시키고 저항증가로 인한 발열문제를 추가로 해결할 수 있다.
도 8은 도 5a에서 BB' 단면 및 CC' 단면을 도시한 것이다.
상기 하나의 볼트 체결구 열에 배치된 복수개의 볼트 체결구의 갯수와 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 갯수가 동일한 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 도체 슬리브(500)의 삽입 조절부(530)로서 중간 격벽을 기준으로 일측에서, 상기 볼트 체결구 열에 포함된 복수개의 볼트 체결구들은 등간격으로 배치되고, 복수개의 볼트 체결구가 일렬로 배치된 인접한 볼트 체결구 열들은 서로 중첩되지 않도록 일정한 간격으로 배치되며, 상기 인접한 볼트 체결구 열들 사이의 열간 회전 각도(θ)는 아래 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 1]
열간 회전 각도(θ) = {(360/X)+Z}/(Y+1)
상기 수학식 1에서,
X는 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 갯수이고,
Y는 도체 삽입홈 각각에 배치되고 볼트 체결구가 일렬로 배치된 볼트 체결구 열의 갯수이고,
Z는 (도체 삽입홈에 삽입된 도체의 길이/삽입된 도체의 피치)×360로 정의되는 회전 각도이다.
예를 들어, 도체 슬리브(500) 일측에 삽입된 도체의 길이가 100 mm이고, 삽입된 도체의 피치가 1,600 mm라고 가정할 때, 도체 슬리브(500) 일측에 삽입된 도체의 회전 각도(Z)는 22.8°이고, 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 갯수(X)가 4개이고 볼트 체결구가 일렬로 배치된 볼트 체결구 열의 갯수(Y)가 5줄인 경우 열간 회전 각도(θ)는 {(360/4)+22.8}/(5+1)=18.8°이며, 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 갯수(X)가 6개이고 볼트 체결구가 일렬로 배치된 볼트 체결구 열의 갯수(Y)가 6줄인 경우 열간 회전 각도(θ)는 {(360/6)+22.8}/(6+1)=11.8°이다.
즉, 상기 도체 슬리브(500)에 배치되는 볼트 체결구의 갯수와 위치가 상기 열간 회전 각도(θ)와 상기 볼트 체결구 열의 갯수(Y) 사이의 상관 관계식인 상기 수학식 1을 만족하는 경우 상기 복수개의 볼트 체결구 열 중에서 적어도 하나 이상의 열에서 볼트 체결구에 각각 삽입되는 전단 볼트 각각의 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 중심 소선에 도달하여 충분한 전류 패스를 형성하게 되고, 결과적으로 케이블 접속부에서의 저항을 케이블의 도체 저항 대비 90% 이하로 저감시키고 저항증가로 인한 발열문제를 추가로 해결할 수 있다.
접속되는 케이블 각각의 도체가 삽입되는 도체 삽입홈(520)은 상기 도체의 단면형상에 상응하는 단면을 갖고, 상기 도체의 단면이 원형인 경우 이에 상응하는 원형의 단면을 갖는 상기 도체 삽입홈(520)의 직경은 1.01×도체외경+α일 수 있다. 여기서, α는 도체단면적에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 도체단면적이 800 내지 1,600 ㎟인 경우 1.7 이하, 1,800 내지 2,500 ㎟인 경우 1.6 이하일 수 있다.
상기 도체 삽입홈(520)의 직경이 1.01×도체외경+α 미만인 경우 상기 도체 고정부(510)로서 볼트 체결구를 통해 전단 볼트가 삽입되기 위한 공간이 부족할 수 있는 반면, 상기 도체 삽입홈(520)의 직경이 1.01×도체외경+α 초과인 경우 상기 볼트 체결구를 통해 삽입된 전단 볼트가 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 중심 소선에 도달하지 못해 충분한 전류 패스가 형성될 수 없어 저항이 증가하고 발열문제가 유발될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 케이블 커넥터에 사용되는 전단 볼트의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전단 볼트(100)는 상기 전단 볼트(100)를 상기 도체 슬리브(500)의 도체 고정부(520)로서 볼트 체결구에 삽입하는 기구 또는 장비에 체결될 수 있는 헤드(110), 상기 볼트 체결구 내벽의 암나사에 대응하는 수나사가 적용된 나사산부(120), 상기 헤드(110)와 상기 나사산부(120) 사이에 배치되고 상기 전단 볼트(100)에 일정 수준 이상의 토크(torque)가 인가되면 파단하는 파단부(130), 및 상기 나사산부(120)와 상기 파단부(130) 사이에 배치되고 상기 전단 볼트(100)의 삽입을 억제하여 상기 전단 볼트(100)에 인가되는 토크를 증가시키는 스토퍼(stopper)(140), 상기 나사산부(120) 하단에 배치되고 상기 도체 슬리브(500)에 삽입되는 케이블의 도체를 구성하는 소선들 사이로 삽입될 수 있도록 전체적으로 또는 부분적으로 단면적이 점차 감소하게 경사진 형상을 갖는 돌출부(150) 등을 포함할 수 있다.
또한, 도 10은 도 5에 도시된 도체 슬리브에 케이블의 도체가 삽입되고 상기 도체를 고정하고 이와 통전하는 전단 볼트(100)가 삽입된 케이블 커넥터의 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전단 볼트(100)는 상기 도체 슬리브(500)의 도체 고정부(510)로서 상기 볼트 체결구에 삽입될 때 상기 돌출부(150)가 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520)에 삽입된 도체(210b)를 구성하는 연합된 도체 소선들 사이로 삽입되어 상기 전단 볼트(100)의 진행 방향과 수직인 좌우 방향으로 상기 도체 소선들을 밀어낸다.
이로써, 상기 도체(210b)를 구성하는 연합된 도체 소선들이 서로 긴밀하게 접촉하고, 특히 상기 소선들 중 최외곽에 배치된 도체 소선들이 상기 도체 슬리브(500)의 내벽과 물리적으로 긴밀하게 접촉하며, 나아가 상기 전단 볼트(100)와 상기 도체 소선들 사이의 접촉면적이 증가하여, 상기 도체(210b), 상기 도체 슬리브(500) 및 상기 전단 볼트(100)를 연결하는 전류 패스(current path)가 형성됨으로써, 저항 증가가 추가로 회피되거나 최소화될 수 있다.
또한, 상기 전단 볼트(100)의 돌출부(150)가 상기 도체(210b)를 구성하는 연합된 도체 소선들 사이로 삽입되어 상기 도체 소선들을 밀어냄으로써, 상기 돌출부(150)와 상기 도체 소선들 또는 상기 도체 소선들 사이의 마찰을 유발하고, 이로써 상기 알루미늄 소선들 표면의 산화피막을 제거하여 상기 산화피막에 의한 저항 증가를 회피하거나 최소화할 수 있다.
결과적으로, 상기 전단 볼트(100)는 상기 도체 슬리브(500)에 의한 도체 접속부에서의 충분한 전류 패스를 형성하고, 상기 도체(210b)를 구성하는 도체 소선들 표면의 산화피막에 의한 저항 증가를 회피하거나 최소화함으로써, 케이블 도체의 접속 부위에서의 국부적인 저항 증가에 의한 발열 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
구체적으로, 상기 전단 볼트(100)는 인장강도 약 250 MPa 이상, 그리고 전기전도도가 순수구리 대비 약 25%(@20℃) 이상인 금속 소재로 이루어질 수 있다. 상기 전단 볼트(100)의 인장강도가 250 MPa 미만인 경우 상기 도체를 구성하는 연합된 도체 소선들 사이로 삽입되기 전에 파단됨으로써 충분한 전류 패스를 형성하는 것이 곤란할 수 있고, 또한 상기 전단 볼트(100)의 전기전도도가 순수구리 대비 25%(@20℃) 미만인 경우에는 케이블의 도체 접속 부위에서의 저항이 크게 증가할 수 있다. 여기서, 상기 전단 볼트(100)는 예를 들어 구리, 황동 또는 전기전도도가 황동보다 우수한 알루미늄 합금과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 나사산부(120)는 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 고정부(510)로서 상기 볼트 체결구(510) 내벽의 암나사에 대응하는 수나사가 형성되어 있고, 상기 수나사가 상기 암나사에 맞물려 회전함으로써 상기 전단 볼트(100)가 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520) 내에 삽입된 도체(210b) 방향으로 진행하도록 하고, 결과적으로 상기 전단 볼트(100)의 상기 돌출부(150)가 상기 도체(210b)를 구성하는 연합된 도체 소선들 사이로 삽입됨으로써 상기 도체 소선들을 상기 전단 볼트(100)의 진행방향과 수직인 측면 방향으로 밀어내도록 한다.
상기 나사산부(120)에 형성된 나사산의 규격은 상기 전단 볼트(100)의 상기 돌출부(150)가 상기 도체(210b)를 구성하는 연합된 소선들 사이에 충분히 삽입되어 충분한 전류 패스가 형성될 수 있다면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 수나사의 최대 외경은 Φ12 내지 Φ20이고, 나사산의 피치는 1 내지 3 mm이며, 단위길이(1인치)당 나사산의 개수는 8 내지 26개일 수 있다.
또한, 상기 나사산부(120)의 길이는 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520)에 삽입되는 도체(210b)를 구성하는 소선들의 연합 방식에 따라 상이할 수 있다.
예를 들어, 상기 나사산부(120)는 상기 도체(210b)가 도 1c에 도시된 분할 압축 원형 도체인 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 전단 볼트(100)의 돌출부(150) 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 각각의 섹션의 중심 소선에 접촉할 수 있도록 하는 길이를 가질 수 있다.
그리고, 상기 나사산부(120)는 후술하는 파단부(130)의 파단시 상기 도체 슬리브(500)의 표면보다 돌출하지 않도록 하는 길이를 가질 수 있다. 상기 파단부(130)의 파단시 상기 나사산부(120)가 상기 도체 슬리브(500)의 외측 표면보다 돌출하는 경우 상기 도체 슬리브(500) 상부를 실리콘 등의 재질로 이루어진 고무 튜브 등으로 감싸는 작업이 곤란할 수 있다.
상기 돌출부(150)는 상기 전단 볼트(100)의 상기 나사산부(120)를 구성하는 수나사가 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 고정부(510)로서 상기 볼트 체결구 내벽의 암나사와 맞물려 회전함으로써 상기 전단 볼트(100)가 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520)에 삽입된 도체(210b) 방향으로 진행할 때 상기 도체(210b)를 구성하는 연합된 도체 소선들 사이로 삽입될 수 있다면 그 형상에 대한 특별한 제한은 없다.
예를 들어, 상기 돌출부(150)는 도 9a, 9b 및 9d에 도시된 바와 같이 전체적으로는 단면적이 점차 감소하는 원뿔 형상이고 원뿔의 말단은 반경이 2.5 내지 8 mm인 반구 또는 원인 형상이거나, 도 9c에 도시된 바와 같이 전체적으로 원기둥 형상이고 원기둥의 말단은 단면적이 점차 감소하는 원뿔 형상일 수 있다.
또한, 상기 돌출부(150)의 길이는 상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520)에 삽입되는 도체(210b)를 구성하는 소선들의 연합 방식에 따라 상이할 수 있다.
예를 들어, 상기 돌출부(150)는 상기 도체(210b)가 도 1c에 도시된 분할 압축 원형 도체인 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 상기 전단 볼트(100)의 돌출부(130) 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 각각의 섹션의 중심 소선에 접촉할 수 있도록 하는 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 돌출부(130)의 길이는 4 내지 10 mm일 수 있다.
그리고, 상기 돌출부(150)는 후술하는 파단부(130)의 파단시 상기 나사산부(120)가 상기 도체 슬리브(500)의 표면보다 돌출하지 않도록 하는 길이를 가질 수 있다. 상기 파단부(130)의 파단시 상기 나사산부(120)가 상기 도체 슬리브(500)의 외측 표면보다 돌출하는 경우 상기 도체 슬리브(500) 상부를 실리콘 등의 재질로 이루어진 고무 튜브 등으로 감싸는 작업이 곤란할 수 있다.
상기 파단부(130)는 상기 전단 볼트(100)의 상기 돌출부(150)의 말단이 도 1c에 도시된 분할 압축 원형 도체를 구성하는 섹션 각각의 중심 소선에 접촉할 때, 상기 전단 볼트(100)에 인가되는 특정 토크에 의해 파단됨으로써, 상기 전단 볼트(100)가 더이상 삽입될 수 없도록 제어하는 기능을 수행한다. 여기서, 상기 파단부(130)의 파단시 상기 전단 볼트(100)에 인가되는 예정된 토크는 약 50 내지 150 N·m일 수 있다.
상기 파단부(130)는 예정된 토크가 인가될 때 파단되는 기능을 수행할 수 있다면 그 형상에 대한 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 상기 파단부(130)는 점차적으로 직경이 감소하는 원뿔 형상을 가질 수 있고, 상기 파단부(130)를 구성하는 재질에 따라 직경이 상이할 수 있지만 상기 파단부(130)가 황동으로 이루어진 경우 직경이 Φ8 내지 Φ14일 수 있다.
상기 전단 볼트(100)의 상기 돌출부(150)의 말단이 도 1a에 도시된 원형 연선 도체 또는 도 1b에 도시된 원형 압축 도체의 중심 소선에 접촉할 때, 또는 도 1c에 도시된 분할 압축 원형 도체를 구성하는 하나의 섹션의 중심 소선에 도달할 때, 상기 스토퍼(140)에 의해 상기 전단 볼트(100)의 삽입이 억제되고, 이로써 상기 전단 볼트(100)에 인가되는 토크가 증가하게 되며, 상기 토크가 예정된 특정 토크값에 도달하면 상기 파단부(130)가 파단됨으로써, 상기 파단부(130) 및 상기 헤드(110)는 분리된다. 여기서, 상기 파단부(130)의 파단시 상기 전단 볼트(100)에 인가되는 예정된 토크는 약 50 내지 150 N·m일 수 있다.
상기 도체 슬리브(500)의 상기 도체 삽입홈(520)에 삽입되는 도체(210b)가 분할 압축 원형 도체이고, 복수의 전단 볼트(100)가 상기 분할 압축 원형 도체의 각각의 섹션의 중심 소선을 향해 순차적으로 삽입되는 경우, 삽입되는 전단 볼트(100)의 개수가 늘어감에 따라 상기 도체 삽입홈(320) 내부의 빈공간은 점점 더 감소하게 된다.
즉, 먼저 삽입되는 전단 볼트(100)의 삽입에 대한 상기 도체의 저항력이 나중에 삽입되는 전단 볼트(100)의 삽입에 대한 상기 도체의 저항력에 비해 작고, 따라서 먼저 삽입되는 전단 볼트(100)가 나중에 삽입되는 전단 볼트(100)에 비해 더욱 용이하게 삽입되어 더욱 깊이 삽입되게 된다.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 도체 슬리브(500)에 복수의 전단 볼트(100)가 삽입되는 경우에는, 삽입되는 모든 전단 볼트(100), 특히 먼저 삽입되는 전단 볼트(100)의 돌출부(150) 말단이 분할 압축 원형 도체를 구성하는 각각의 섹션의 중심 소선에 접촉된 후 더이상 삽입되지 않도록 이를 제어할 필요가 있고, 상기 스토퍼(140)가 이러한 제어 기능을 수행하게 된다.
즉, 상기 스토퍼(140)는 상기 전단 볼트(100)의 돌출부(150) 말단이 분할 압축 원형 도체를 구성하는 하나 이상의 섹션의 중심 소선에 접촉된 상태에서 상기 전단 볼트(100)의 삽입을 억제하여 상기 전단 볼트(100)에 인가되는 토크를 증가시킴으로써 상기 파단부(130)를 파단하는 기능을 수행할 수 있다.
이로써, 상기 전단 볼트(100)의 상기 돌출부(150) 말단이 분할 압축 원형 도체를 구성하는 하나의 섹션의 중심 소선에 접촉할 때, 상기 전단 볼트(100)의 삽입을 중단시켜, 상기 도체(210b), 상기 도체 슬리브(500) 및 상기 전단 볼트(100) 사이의 최적의 전류 패스의 형성 및 저항 저감을 추가로 달성할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 전단 볼트(100)에 있어서, 적어도 상기 나사산부(120), 상기 스토퍼(140) 및 상기 돌출부(150)는 주석으로 도금될 수 있다. 상기 전단 볼트(100)와 상기 도체 슬리브(500) 또는 상기 도체(210b)가 이종 금속인 경우, 이들의 접촉면에서 이종금속 접촉부식, 즉 갈바닉 부식(galvanic corrosion)이 발생할 수 있기 때문에, 이러한 갈바닉 부식을 억제하기 위한 희생 금속으로 주석을 도금하는 것이다.
상기 주석 도금은 상기 전단 볼트(100), 상기 도체(210b), 상기 도체 슬리브(500) 등의 부식을 억제할 뿐만 아니라, 상기 나사산부(120)의 수나사와 상기 도체 슬리브(500)의 상기 볼트 체결구 내벽의 암나사 사이의 미세한 빈공간을 충전하는 등 상기 전단 볼트(100)와 상기 도체 슬리브(500) 사이의 접촉 면적을 증가시킴으로써 충분한 전류 패스를 형성하고 추가로 저항을 저감시키는 효과를 나타낼 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 전단 볼트 200 : 케이블
300,300',500 : 도체 슬리브 400 : 볼트

Claims (17)

  1. 케이블 커넥터용 도체 슬리브로서,
    접속되는 케이블의 도체가 삽입되는 2개 이상의 도체 삽입홈;
    상기 도체 삽입홈에 삽입된 도체를 고정하는 도체 고정부;
    상기 도체 삽입홈에 삽입되는 도체가 일정 길이로 삽입될 수 있도록 하는 삽입 조절부; 및
    상기 도체 삽입홈에 삽입되는 도체의 말단과 상기 삽입 조절부를 물리적으로 연결시키는 중간 연결부를 포함하는, 도체 슬리브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 조절부는 중간 격벽이고, 상기 중간 연결부는 전기전도성 소재로 이루어진 코팅층 또는 전기전도성 소재로 이루어지고 탄성을 갖는 탄성층인 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄성층은 복수개의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스프링은 직경이 2.7 mm 이하이고, 길이가 5 mm 이상인 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    구리, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체 슬리브의 외경이 상기 케이블의 절연층 외경 + 5 mm 이하이고, 단면이 원형인 도체 삽입홈의 직경은 1.01×도체외경+α이며,
    상기 α는 상기 도체의 단면적이 800 내지 1,600 ㎟인 경우 1.7 이하이고, 상기 도체의 단면적이 1,800 내지 2,500 ㎟인 경우 1.6 이하인 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체는 단면이 원형인 복수의 소선으로 이루어지고 부채꼴 형상으로 압축된 복수개의 섹션을 함께 전체적으로 원형으로 연합한 분할 압축 원형 도체이고,
    상기 도체 고정부는 상기 도체 삽입홈에 삽입된 도체를 고정시키는 볼트가 삽입되는 볼트 체결구가 상기 분할 압축 원형 도체의 상기 섹션의 수 이상으로 상기 도체 슬리브의 둘레 방향을 따라 일렬로 배열된 하나 이상의 볼트 체결구 열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도체 삽입홈 각각에 배치된 상기 볼트 체결구 열 중 적어도 하나 이상의 볼트 체결구 열에 포함된 복수의 볼트 체결구 각각에 삽입되는 볼트 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 각각의 섹션의 중심 소선에 도달하는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
  9. 제7항에 있어서,
    하나의 볼트 체결구 열에 포함된 볼트 체결구의 갯수가 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 상기 섹션의 갯수와 동일하고,
    상기 하나의 볼트 체결구 열에 포함된 복수의 볼트 체결구는 등간격으로 배치되며,
    상기 도체 삽입홈 각각에 배치된 복수의 볼트 체결구 열 중 인접한 볼트 체결구 열들 사이의 열간 회전 각도(θ)는 아래 수학식 1에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는, 도체 슬리브.
    [수학식 1]
    열간 회전 각도(θ) = {(360/X)+Z}/(Y+1)
    상기 수학식 1에서,
    X는 분할 압축 원형 도체를 구성하는 부채꼴 형상의 섹션의 갯수이고,
    Y는 도체 삽입홈 각각에 배치되고 볼트 체결구가 일렬로 배치된 볼트 체결구 열의 갯수이고,
    Z는 (도체 삽입홈에 삽입된 도체의 길이/삽입된 도체의 피치)×360로 정의되는 회전 각도이다.
  10. 제7항의 도체 슬리브 및 상기 복수개의 볼트 체결구 각각에 체결된 복수개의 볼트를 포함하는, 케이블 커넥터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 볼트는 상기 볼트 체결구에 삽입되도록 하는 기구 또는 장비에 체결될 수 있는 헤드, 상기 볼트 체결구 내벽의 암나사에 대응하는 수나사를 갖는 나사산부, 상기 나사산부 하단에 배치되고 상기 도체를 구성하는 연합된 소선들 사이로 삽입될 수 있는 돌출부 및 상기 헤드와 상기 나사산부 사이에 배치되고 상기 볼트에 예정된 토크(torque)가 인가되어 파단되는 파단부를 포함하는, 케이블 커넥터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 나사산부와 상기 파단부 사이에 배치되고 상기 볼트의 삽입을 억제하여 상기 볼트에 인가되는 토크를 증가시키는 스토퍼(stopper)를 추가로 포함하는, 케이블 커넥터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 돌출부는 전체적으로 또는 부분적으로 단면적이 점차 감소하게 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 돌출부의 말단이 상기 분할 압축 원형 도체를 구성하는 상기 섹션의 중심 소선과 접촉할 때, 상기 파단부가 파단되는 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 예정된 토크는 50 내지 150 N·m인 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 볼트는 구리 또는 인장강도가 250 MPa 이상이고 전기전도도가 순수구리 대비 25%(@20℃)인 황동 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 볼트는 적어도 상기 나사산부, 상기 돌출부 및 상기 스토퍼가 주석으로 도금된 것을 특징으로 하는, 케이블 커넥터.
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