CN111276291B - 超高压直流电力电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超高压直流电力电缆。具体而言，本发明涉及一种能够同时防止或最小化因绝缘体内的空间电荷(space charge)积累引起的电场畸变以及高温体积电阻和直流介电强度的下降的超高压直流电力电缆。

Description

超高压直流电力电缆
技术领域
本发明涉及超高压直流电力电缆。具体而言，本发明涉及一种能够同时防止或最小化因绝缘体内的空间电荷(space charge)积累而引起的电场畸变以及高温体积电阻和直流介电强度的下降的超高压直流电力电缆(High Voltage direct current powercable)。
背景技术
通常，在需要大容量和长距离送电的大型电力系统中，从电力损失的减小、建设用地问题、送电容量增大等观点考虑，可以说提高送电电压的高压送电是必不可少的。
送电方式大致可划分为交流送电方式和直流送电方式，其中直流送电方式是指以直流方式传送电能。具体而言，所述直流送电方式是按如下方式进行送电以及收电，首先将送电侧的交流电力变为适当的电压并通过整流装置变换为直流之后经由送电线路向收电侧发送，收电侧通过逆变装置重新将直流电力变换为交流电力。
尤其，所述直流传送方式有利于长距离输送大容量的电力，不仅有能够异步电力系统的互连的优点，而且在长距离送电中，与交流传送相比直流传送电力损失少且稳定度高，从而在现实中被广泛使用。
在所述直流送电方式中使用的(超)高压直流送电电缆的绝缘体可由被绝缘油浸渍的绝缘纸或以聚烯烃树脂作为基础树脂的绝缘组合物形成，然而最近，广泛使用由绝缘组合物形成的绝缘体，所述绝缘组合物含有可在高温下使电缆动作并能够增大送电容量且没有绝缘油泄漏隐患的聚烯烃树脂。
但是，由于所述聚烯烃树脂具有直线型分子链结构，从而通过交联过程来提高机械、热特性并应用于电缆绝缘层，由于在所述交联过程中受到因交联剂分解而必然产生的交联副产物的影响，存在电缆绝缘层中积累空间电荷的问题，由此所述空间电荷可能会使(超)高压直流送电电缆绝缘体内的电场畸变并在以低于最初设计的绝缘击穿电压的电压发生击穿绝缘。
因此，目前迫切需要能够同时防止或最小化因绝缘体内的空间电荷(spacecharge)积累引起的电场畸变和高温体积电阻以及直流介电强度的下降的超高压直流电力电缆。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够同时防止或最小化因绝缘体内的空间电荷(space charge)积累引起的电场畸变以及高温体积电阻和直流介电强度的下降的超高压直流电力电缆。
为了解决上述课题，本发明提供一种超高压直流电力电缆，其特征在于，包括：
多个导线绞合而形成的导体；包裹所述导体的内部半导电层；包裹所述内部半导电层的绝缘层；以及包裹所述绝缘层的外部半导电层，所述绝缘层由包含聚烯烃树脂、无机粒子以及交联剂的绝缘组合物形成，所述绝缘层将其的厚度三等分而划分为内层、中层以及外层，所述内层包含的交联副产物中α-枯基醇(α-cumyl alcohol；α-CA)、苯乙酮(acetophenone；AP)以及α-甲基苯乙烯(α-methyl styrene；α-MS)的总含量，所述中层包含的交联副产物中α-枯基醇(α-cumyl alcohol；α-CA)、苯乙酮(acetophenone；AP)以及α-甲基苯乙烯(α-methyl styrene；α-MS)的总含量以及所述外层包含的α-枯基醇(α-cumylalcohol；α-CA)、苯乙酮(acetophenone；AP)以及α-甲基苯乙烯(α-methyl styrene；α-MS)的总含量的平均值为9300ppm以下。
在此，提供由下面公式1定义的电场增强因子(Field Enhancement Factor；FEF)为140％以下的超高压直流电力电缆。
公式1
FEF＝(在绝缘试片中增加到最大的电场/绝缘试片的电场)*100
在所述公式1中，
所述绝缘试片通过形成所述绝缘层的绝缘组合物的交联来制造，且厚度在100um至200um范围内，
施加到所述绝缘试片的电场是，施加到与在所述绝缘试中片彼此相向的面分别连接的电极的直流电场，其值在20kV/mm至50kV/mm范围内，
在所述绝缘试片中增加到最大的电场是，在对所述绝缘试片施加一个小时的20kV/mm至50kV/mm直流电场期间所增加到的电场中的最大值。
本发明的超高压直流电力电缆中，当平均电场为20kV/mm时，所述绝缘层在70℃条件下的体积电阻为1.0×1015Ω·cm以上，所述绝缘层在90℃条件下的体积电阻为1.0×1014Ω·cm以上，与在70℃条件下的体积电阻对比所述绝缘层在90℃条件下的体积电阻，减小率为950％以下。
另一方面，超高压直流电力电缆中，以所述绝缘组合物的总重量为基准，所述交联剂的含量为0.1重量％以上且小于1重量％。
另外，超高压直流电力电缆中，以所述基础树脂100重量份为基准，所述无机粒子的含量为0.01至10重量份。
并且，超高压直流电力电缆中，所述交联剂是过氧化物交联剂。
在此，超高压直流电力电缆特征还在于，所述过氧化物交联剂包括：选自于由过氧化二枯基、过氧化苯甲酰、月桂酰过氧化物、叔过氧化叔丁基异丙苯、二(叔丁基过氧异丙基)苯，2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷以及二-叔丁基过氧化物组成的组中的一种以上。
另外，超高压直流电力电缆的特征还在于，所述无机粒子包括选自于由硅酸铝、硅酸钙、碳酸钙、氧化镁、碳纳米管以及石墨组成的组中的一种以上的无机粒子。
在此，超高压直流电力电缆的特征还在于，所述无机粒子被选自于由乙烯基硅烷、硬脂酸、油酸以及氨基聚硅氧烷组成的组中的一种以上的表面改性剂表面改性。
根据本发明的超高压直流电力电缆，通过调节在形成绝缘层的绝缘组合物中添加的交联剂的含量和基于基础树脂的适当的改性的交联度，来精密地控制在交联时产生的特定交联副产物的含量，从而具有能够同时防止或最小化因绝缘体内的空间电荷积累而引起的电场畸变以及高温体积电阻和直流介电强度的下降的效果。
附图说明
图1是概略示出超高压直流电力电缆的纵向剖视图的图。
附图标记的说明
210：导体 212：内部半导电层
214：绝缘层 216：外部半导电层
218：金属护套层 220：内部护套
具体实施方式
以下，详细说明本发明的优选实施例。但是，本发明不限定于在此说明的实施例，也可以以其他方式实现。在此介绍的实施例是用于使公开的内容彻底、完整，并且为了充分地将本发明的思想传达给本领域技术人员而提供。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。
图1是概略示出本发明的超高压直流电力电缆的纵向剖视图的图。
参照图1，电力电缆200具备电缆芯部，该电缆芯部包括：多个导线绞合而形成的导体210；包裹所述导体的内部半导电层212；包裹所述内部半导电层212的绝缘层214；以及包裹所述绝缘层214外部半导电层216，该电缆芯部使电力仅沿着所述导体210向电缆长度方向传送，并使电流不向电缆的径向泄漏。
所述导体210发挥使电流流动的通路的作用以传送电力，可由导电率优异且具有适合电缆的制造和使用的强度和柔软性的材料构成，以使电力损失最小化，例如可由铜或铝等构成。所述导体210可以是绞合多个圆形导线并压缩为圆形的圆形压缩导体，也可以是设置有由圆形的中心导线210A和绞合为包裹所述圆形中心导线210A的平角导线210B形成的平角导线层210C且整体上具有圆形剖面的平角导体，所述平角导体相对于圆形压缩导体占空比高，从而具有能够缩小电缆外径的优点。
但是，由于导体210是多个导线绞合而形成，因此其表面不平滑，从而电场可能会不均匀并容易产生局部性的电晕放电。另外，若在导体210表面与后述的绝缘层214之间形成空隙，则绝缘性能可能会下降。为了解决如上所述的问题点，而在导体210外部形成有内部半导电层212，并在构成所述导体210的绞线之间使用防水化合物或在所述导体210与所述内部半导电层212之间使用防水胶带，由此能够额外的实现导体防水功能。
所述内部半导电层212在绝缘物质中添加炭黑、碳纳米管、碳纳米板、石墨等导电性粒子，由此具有半导电性，并防止在所述导体210与后述的绝缘层214之间发生急剧的电场变化，从而发挥稳定绝缘性能的功能。另外，通过抑制导体面的不均匀的电荷分布，起到使电场均匀的作用，通过防止导体210与绝缘层214之间形成空隙，还起到抑制电晕放电、介电击穿等的作用。
在所述内部半导电层212的外侧设置有绝缘层214，以与外部电绝缘，由此使沿导体210流动的电流不向外部泄漏。通常，所述绝缘层214需要击穿电压高且绝缘性能保持长期稳定。此外，还需要介电损耗少并具备耐热性等对热的阻抗特性。因此，所述绝缘层214可使用聚乙烯以及聚丙烯等聚烯烃树脂，优选使用聚乙烯树脂。在此，所述聚乙烯树脂可由交联树脂构成。
在所述绝缘层214的外部设置有外部半导电层216。所述外部半导电层216可与内部半导电层212相同地、通过在绝缘性物质中添加导电性粒子来形成，例如添加炭黑、碳纳米管、碳纳米板、石墨等而形成为具有半导电性的物质，并抑制所述绝缘层214与后述的金属护套22之间的不均匀的电荷分布，由此稳定绝缘性能。另外，在电缆中，所述外部半导电层216使绝缘层214的表面平滑，由此缓和电场集中，进而防止电晕放电，并且还发挥保护所述绝缘层214的功能。
所述电缆芯部，尤其所述内部半导电层212、绝缘层214以及外部半导电层216是最担心发生因此前所述的空间电荷的产生、积累或注入引起的电场畸变以及由此引发的介电击穿的部分，对其的详细说明，将在后面另外叙述。
所述电缆芯部还可以额外地设置有用于防止水分渗透到电缆中的水分吸收层。所述水分吸收层可形成于绞合的导线之间以及/或导体210的外部，可以形成为包含吸收渗透到电缆的水分的速度快且保持吸水状态的能力优异的高吸水性树脂(super absorbentpolymer；SAP)的粉末、带、涂层或膜等形态，并起到防止水分沿电缆长度方向渗透的作用。另外，所述水分吸收层可具有半导电性，以防止发生急剧的电场变化。
在所述电缆芯部的外部设置有保护护套部，布设于像海底一样暴露在水分多的环境的电力电缆额外地设置有外包装部。所述保护护套部和外包装部从能够影响电缆的电力传送性能的水分渗透、机械性损伤、腐蚀等多种环境因素方面保护所述电缆芯部。
所述保护护套部包括金属护套层218和内部护套220，从故障电流、外力或其他外部环境因素方面保护所述电缆芯部。
所述金属护套层218通过电力电缆端部接地，在发生通地或短路等事故时发挥使故障电流流过的通路的作用，并从外部的冲击方面保护电缆，且能够使电场不向电缆外部放电。另外，在布设于海底等环境的电缆的情况下，所述金属护套层218形成为密封所述电缆芯部，从而能够防止因如水分的异物侵入而降低绝缘性能。例如，可通过在所述电缆芯部外部挤出熔融的金属来形成具有无接缝的连续的外表面，使得止水性能优异。作为所述金属使用铅(Lead)或铝，尤其在海底电缆的情况下优选使用针对海水的耐腐蚀性优异的铅，更优选使用添加金属元素的铅合金(Lead alloy)，以加强机械性能。
另外，所述金属护套层218进一步提高电缆的耐腐蚀性、止水性等，并为了提高与所述内部护套220的粘接力，可在所述金属护套层218表面涂布腐蚀防止化合物，例如可涂布吹制沥青等。不仅如此，在所述金属护套层218与所述电缆芯部之间可额外地设置有铜线直入带(未图示)或水分吸收层。所述铜线直入带由铜线(Copper wire)和无纺布带等构成，起到使外部半导电层216与金属护套层218之间的电接触顺畅的作用，所述水分吸收层形成为包含吸收渗透到电缆的水分的速度快且保持吸水状态的能力优异的高吸水性树脂(super absorbent polymer；SAP)的粉末、带、涂层或膜等形态，并起到防止水分沿电缆长度方向渗透的作用。另外，水分吸收层可包括铜线，以防止在所述水分吸收层发生急剧的电场变化。
在所述金属护套层218的外部形成有如聚氯乙烯(PVC：Poly vinyl chloride)、聚乙烯(polyethylene)等的树脂构成的内部护套220，由此提高电缆的耐腐蚀性、止水性等，并能够发挥从机械性损伤和热、紫外线等其他外部环境因素方面保护电缆的功能。尤其，在布设于海底的电力电缆的情况下优选使用止水性优异的聚乙烯树脂，在要求阻燃性的环境中优选使用聚氯乙烯树脂或难燃聚烯烃化合物。
所述保护护套部由半导电性无纺布带形成，并且还具备用于缓冲施加到电力电缆的外力的、由金属加强层、聚氯乙烯或聚乙烯等树脂构成的外部护套，由此进一步提高电力电缆的耐腐蚀性、止水性等，并能够进一步从机械性损伤、热以及紫外线等其他外部环境因素方面保护电缆。
另外，布设于海底的电力电缆容易因船舶的锚等而受损伤，并且可能会因海流或波浪等的弯曲力、与海底面的摩擦力等而破损，因此在所述保护护套部的外部形成有外包装部，以防止发生上述情况。
所述外包装部可包括铠装层和胶层。所述铠装层可由钢铁、镀锌钢、铜、黄铜、青铜等构成，并可通过将剖面形成为圆形、平角形的金属丝交叉卷绕而形成为至少一层以上。所述铠装层不仅发挥加强电缆的机械特性的功能，而且还额外地从外力方面保护电缆。由聚丙烯纱线等构成的所述胶层在所述铠装层的上部以及/或下部形成为一层以上并保护电缆，形成于最外廓的胶层由不同颜色的两种以上的材料构成，由此能够确保布设于海底的电缆的可视性。
就上述内部半导电层212和外部半导电层216而言，基础树脂中分散有炭黑、碳纳米管、碳纳米板、石墨等导电性粒子，并且通过添加有交联剂、抗氧化剂、烧焦抑制剂等的半导电组合物的挤出来形成。
在此，为了所述半导电层212、216与所述绝缘层214之间的粘接力，所述基础树脂优选使用与形成所述绝缘层214的绝缘组合物的基础树脂类似系列的烯烃树脂，考虑到与所述导电性粒子的相容性，更优选使用烯烃和极性单体，例如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA：Ethylene vinyl acetate)，乙烯丙烯酸甲酯(EMA：Ethylene methyl acrylate)，异丁烯酸乙烯甲酯(EMMA：Ethylene methyl meth acrylate)，异丁烯酸乙烯甲酯(EEA：Ethyleneethyl acrylate)，乙烯基甲基丙烯酸乙酯(EEMA：Ethylene ethyl meth acrylate)，丙烯酸乙烯(异)丙酯(EPA：Ethylene(iso)propyl acrylate)，乙烯(异)丙基甲基丙烯酸酯(EPMA：Ethylene(iso)propyl meth acrylate)，乙烯丙烯酸丁酯(EBA：Ethylene butylacrylate)，乙烯基丁基甲基丙烯酸酯(EBMA：Ethylene butyl meth acrylate)等。
另外，根据所述半导电层212、216所包含的基础树脂的交联方式，所述交联剂可以是硅烷系交联剂或过氧化二枯基，过氧化苯甲酰，月桂酰过氧化物，叔过氧化叔丁基异丙苯，二(叔丁基过氧异丙基)苯，2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷，二-叔丁基过氧化物等有机过氧化物交联剂。
并且，形成所述内部半导电层212和外部半导电层216的半导电组合物以其的基础树脂100重量份为基准包含45至70重量份的炭黑等导电性粒子。在所述导电性粒子的含量小于45重量份的情况下，无法实现充分的半导电特性，相反、当超过70重量份时，存在因所述内部半导电层212和外部半导电层216的挤出性下降导致表面特性或电缆的生产效率下降的问题。
另外，形成所述内部半导电层212和外部半导电层216的半导电组合物可调节为以其的基础树脂100重量份为基准所述交联剂的含量为0.1至5重量份，优选可精密地调节为0.1至1.5重量份。
在此，在所述交联剂的含量超过5重量份的情况下，将包含于所述半导电组合物的基础树脂交联时必须产生的交联副产物的含量会过多，这种交联副产物通过所述半导电层212、216与所述绝缘层214之间的界面移动到所述绝缘层214内部，导致积累异种电荷(hetero charge)，由此加重电场的畸变，从而可能会引发降低所述绝缘层214的高温体积电阻和介电击穿电压的问题，相反，若小于0.1重量份，则交联度不充分，从而所述半导电层212、216的机械特性、耐热性等可能会不充分。
例如，所述绝缘层214作为基础树脂包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂，优选包括聚乙烯树脂，并可通过挤出包含无机粒子、交联剂等的绝缘组合物来形成。
所述聚乙烯树脂可以是超低密度聚乙烯(ULDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)，或者他们的组合。另外，所述聚乙烯树脂可以是与单独聚合物、乙烯和丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯等α-烯烃的随机或嵌段共聚物，或者它们的组合。
另外，形成所述绝缘层214的绝缘组合物包含交联剂，因此所述绝缘层214可在挤出时或挤出之后通过另外的交联工程来形成为交联聚烯烃(XLPO)，优选形成为交联聚乙烯(XLPE)。另外，所述绝缘组合物可额外地包含抗氧化剂、挤出性提高剂、交联助剂等其他添加剂。
所述绝缘组合物中包含的交联剂可与所述半导电组合物中包含的交联剂相同，例如，根据所述聚烯烃的交联方式，可以是硅烷系交联剂，或过氧化二枯基，过氧化苯甲酰，月桂酰过氧化物，叔过氧化叔丁基异丙苯，二(叔丁基过氧异丙基)苯，2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷，二-叔丁基过氧化物等有机过氧化物交联剂。在此，所述绝缘组合物中包含的交联剂含量可以是以所述绝缘组合物的总重量为基准小于2重量％，例如，包含的含量可以是0.1重量％以上且小于2重量％。
所述绝缘组合物中包含的无机粒子可使用纳米大小的硅酸铝、硅酸钙、碳酸钙、氧化镁、碳纳米管、石墨等。但是，从所述绝缘层214的冲击强度方面来看，作为所述无机粒子优选氧化镁。虽然所述氧化镁可从天然矿石获得，但是也可以从利用海水中的镁盐的人工合成原料制造，具有能够以高纯度且品质或物理性质稳定的材料供给的优点。
所述氧化镁基本上具有面心立方结构的晶体结构，但是可根据合成方法具有多种形态、纯度、结晶度、物理性质等。具体而言，所述氧化镁区分为正六面体形(cubic)、层叠形(terrace)、杆形(rod)、多孔形(porous)、球形(spherical)，可根据各个特异的物理性质以多种方式使用，在基体树脂和无机粒子的边界形成有势阱(potential well)，由此起到抑制电荷的移动和空间电荷积累的效果。
另外，包含所述石墨的纳米碳粒子或碳纳米管也可以具有多种形态，并保持绝缘性能的同时能够清除在超高压直流送电电缆内产生的空间电荷，通过清除空间电荷，能够使绝缘电压下降现象最小化，所述绝缘电压下降现象是在电压低于高压直流送电电缆绝缘体最初设计的介电击穿电压的情况下产生介电击穿的现象。尤其，一部分被碳化的石墨纳米纤维因剩余的PAN结构而没有被电连接，因此具备绝缘性的同时通过一部分石墨结构和外部电场而充分地形成极化，从而可起到能够清除空间电荷的陷阱的作用。
当对电缆施加电场时，以这种氧化镁为代表的无机粒子在基体树脂与无机粒子的边界形成势阱(potential well)，由此起到抑制电荷的移动和空间电荷积累的效果。
就所述氧化镁为代表的无机粒子而言，优选可用乙烯基硅烷、硬脂酸、油酸、氨基聚硅氧烷等进行表面改性。通常，氧化镁等无机粒子具有高表面能的亲水性，相反聚乙烯等基体树脂具有低表面能的疏水性，因此氧化镁等无机粒子针对聚乙烯等基体树脂的分散性差，电特性也会受到不好的影响。因此，为了解决这种问题而优选对氧化镁等无机粒子进行表面改性。
当对所述氧化镁等无机粒子不进行表面改性时，无机粒子与聚乙烯等基体树脂之间产生间隙(gap)，因此不仅降低机械性能，而且还会引发降低介电击穿强度等。相反，通过用乙烯基硅烷等进行表面改性，氧化镁等无机粒子对聚乙烯等基体树脂表现出更优异的分散性和改善的电特性。乙烯基硅烷等水解基团通过聚合反应与氧化镁等表面化学结合，由此形成表面改性的无机粒子。因此，可通过用所述乙烯基硅烷进行表面改性的无机粒子的硅烷基与聚乙烯等基体树脂进行反应来确保优异的分散性。
另外，所述氧化镁等无机粒子可具有单晶或多晶形态，并以基础树脂100重量份为基准，绝缘组合物包含所述氧化镁等无机粒子的含量可以为0.01至10重量份。在所述无机粒子的含量小于0.01重量份的情况下，空间电荷积累下降效果可能会不充分，在超过10重量份的情况下，可能会降低冲击强度、机械特性、连续挤出性等。
本发明发明者通过实验确认了在所述绝缘层214的交联时必须产生的交联副产物中引发空间电荷的特定交联副产物为α-枯基醇(α-cumyl alcohol；α-CA)、苯乙酮(acetophenone；AP)以及α-甲基苯乙烯(α-methyl styrene；α-MS)，可通过将形成所述绝缘层214的绝缘组合物中包含的交联剂的含量限制为小于2重量％以及将无机粒子的含量限制为小于10重量份并最大化所述基础树脂内的所述无机粒子的分散性，且在所述绝缘层214的交联之后进行脱气(degasing)来限制所述特定的交联副产物的含量，尤其可在绝缘层的厚度上按位置限定所述特定的交联副产物的含量，通过限制这种特定交联副产物的含量，能够显著地降低空间电荷产生和电场畸变，最终用实验确认到了能够同时防止或最小化所述绝缘层214的高温体积电阻和直流介电强度，并完成了本发明。
具体地说，当所述绝缘层214将其的厚度三等分而划分为配置于作为导体10正上方的下层的内层、配置于所述内层之上的中层以及配置于所述中层之上的外层时，通过将各个层所包含的所述三种特定的交联副产物的总含量的各层平均值调节为9300ppm以下来抑制所述绝缘层214内的空间电荷，由此表示在所述绝缘层214的电场畸变的程度的下面公式1的电场增强因子(Field Enhancement Factor；FEF)被调节为约140％以下，例如被调节为100％至140％，结果能够同时防止或最小化所述绝缘层214的高温体积电阻和直流介电强度的下降。
公式1
FEF＝(在绝缘试片中增加到最大的电场/绝缘试片的电场)×100
在所述公式1中，所述绝缘试片通过形成所述绝缘层214的绝缘组合物的交联来制造，且厚度在100um至200um范围内，施加到所述绝缘试片的电场是施加到与在所述绝缘试片彼此相向的面分别连接的电极的直流电场，其值在20kV/mm至50kV/mm范围内，在所述绝缘试片中增加到最大的电场是，在对所述绝缘试片施加一小时20kV/mm至50kV/mm的直流电场期间所增加到的电场中的最大值。
由此，所述绝缘层214在平均电场为20kV/mm时，在高温条件下，例如在70℃条件下的体积电阻为1.0×1015Ω·cm以上，在90℃条件下的体积电阻为1.0×1014Ω·cm以上，尤其相对于在70℃条件下的体积电阻，在90℃条件下的体积电阻减小率，即{(在70℃条件下的体积电阻-在90℃条件下的体积电阻)/在70℃条件下的体积电阻}×100为100％以下，优选高温体积电阻的下降被最小化为95％以下，由此能够防止或最小化直流介电强度的下降
[实施例]
电缆的制造例
作为包括内部半导电层、绝缘层以及外部半导电层的电缆，通过调节添加到所述绝缘层的交联剂的含量和无机粒子的含量，并且通过交联和脱气来调节交联副产物的含量，由此，分别制造了将所述绝缘层的厚度三等分而区分的内层、中层以及外层的各交联副产物种类的交联副产物的含量的各层平均值调节为如表1的实施例和比较例的电缆。所述交联副产物含量是在所述各个层中间任意部位提取试片并对其进行的测量。
【表1】
Figure BDA0001981605130000111
Figure BDA0001981605130000121
体积电阻评价
从所述比较例和实施例的各个电缆的绝缘层提取厚度为约170um的绝缘试片之后，通过参考规格ASTMD257制作的电极，向所述绝缘试片施加直流电场20kV/mm，并在24小时期间按不同的温度测量了体积电阻。测量结果如表2。
【表2】
Figure BDA0001981605130000122
如上面表2所示，没有调节三种特定交联副产物的含量的比较例1至比较例3的绝缘试片，高温体积电阻因产生空间电荷而引起的电场畸变，导致大幅度下降，由此预测到了介电强度可能会大幅度下降。
相反，根据本发明的实施例1至实施例3的绝缘试片通过精密地控制三种特定交联副产物的含量，抑制了空间电荷的产生，由此最小化了表示电场畸变的高温体积电阻的下降。
本说明书参照本发明的优选实施例进行了说明，但是对于本领域普通技术人员而言，在不脱离权利要求书中记载的发明思想范围内，能够作出各种修正和变更。因此，若变形的实施方式基本包括本发明权利要求书中的构成要素，则应当理解为属于本发明。

Claims (8)

1.一种超高压直流电力电缆，其特征在于，包括：
多根导线绞合而形成的导体；
包裹所述导体的内部半导电层；
包裹所述内部半导电层的绝缘层；以及
包裹所述绝缘层的外部半导电层，
所述绝缘层由包含聚烯烃树脂、无机粒子以及交联剂的绝缘组合物形成，
所述绝缘层通过对所述绝缘层的厚度进行三等分而划分为内层、中层以及外层，在所述内层所包含的交联副产物中α-枯基醇、苯乙酮以及α-甲基苯乙烯的总含量，在所述中层所包含的交联副产物中α-枯基醇、苯乙酮以及α-甲基苯乙烯的总含量，以及在所述外层所包含的α-枯基醇、苯乙酮以及α-甲基苯乙烯的总含量的各层平均值为9300ppm以下，
由下述公式1定义的电场增强因子为140％以下，
公式1
电场增强因子＝(在绝缘试片中增加到最大的电场/绝缘试片的电场)×100
在所述公式1中，
所述绝缘试片通过形成所述绝缘层的绝缘组合物的交联来制造，该绝缘试片的厚度在100um至200um范围内，
施加到所述绝缘试片的电场是施加到与在所述绝缘试片中彼此相向的面分别连接的电极的直流电场，所述施加到所述绝缘试片的电场的值在20kV/mm至50kV/mm范围内，
在所述绝缘试片中增加到最大的电场是在对所述绝缘试片施加一小时的20kV/mm至50kV/mm的直流电场期间所增加到的电场中的最大值。
2.根据权利要求1所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
当平均电场为20kV/mm时，所述绝缘层在70℃条件下的体积电阻为1.0×1015Ω·cm以上，所述绝缘层在90℃条件下的体积电阻为1.0×1014Ω·cm以上，所述绝缘层中，相对于在70℃条件下的体积电阻，在90℃条件下的体积电阻的减小率为95％以下。
3.根据权利要求1或2所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
以所述绝缘组合物的总重量为基准，所述交联剂的含量为0.1重量％以上且小于2重量％。
4.根据权利要求1或2所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
以所述聚烯烃树脂100重量份为基准，所述无机粒子的含量为0.01至10重量份。
5.根据权利要求3所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
所述交联剂为过氧化物交联剂。
6.根据权利要求5所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
所述过氧化物交联剂包括选自于由过氧化二枯基(dicumylperoxide)、过氧化苯甲酰(benzoylperoxide)、月桂酰过氧化物(lauroylperoxide)、叔过氧化叔丁基异丙苯(t-butyl cumyl peroxide)，二(叔丁基过氧异丙基)苯(di(t-butylperoxy isopropyl)benzene)，2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane)以及二-叔丁基过氧化物(di-t-butylperoxide)组成的组中的一种以上。
7.根据权利要求4所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
所述无机粒子包括选自于由硅酸铝、硅酸钙、碳酸钙、氧化镁、碳纳米管以及石墨组成的组中的一种以上的无机粒子。
8.根据权利要求7所述的超高压直流电力电缆，其特征在于，
所述无机粒子通过选自于由乙烯基硅烷(vinyl silane)、硬脂酸(stearic acid)、油酸(oleic acid)以及氨基聚硅氧烷(amino polysiloxane)组成的组中的一种以上的表面改性剂而表面改性。
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