JP2020518108A - 超高圧直流電力ケーブル - Google Patents

Abstract

本発明は超高圧直流電力ケーブルに関するものである。具体的に、本発明は絶縁体内の空間電荷（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）蓄積による電界歪みと直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができる超高圧直流電力ケーブルに関するものである。

Description

本発明は超高圧直流電力ケーブルに関するものである。具体的に、本発明は絶縁体内の空間電荷（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）蓄積による電界歪みと直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができる超高圧直流電力ケーブルに関するものである。

一般に、大容量及び長距離の送電が要求される大型電力系統では、電力損失の減少、建設用地の問題、送電容量の増大などの観点で送電電圧を高める高圧送電が必須だと言える。

送電方式は、大別して交流送電方式と直流送電方式に区分されることができる。このうち、直流送電方式は直流で電気エネルギーを伝送することを言う。具体的に、前記直流送電方式は、まず送電側の交流電力を適当な電圧に変え、順変換装置によって直流に変換した後、送電線路を介して受電側に伝送すれば、受電側では逆変換装置によって直流電力を再び交流電力に変換する方式である。

特に、前記直流伝送方式は、大容量の電力を長距離輸送するのに有利であり、非同期電力系統の相互連携が可能であるという利点があるだけではなく、長距離送電において直流が交流より電力損失が少なくて安定度が高いので多く用いられている実情である。

前記直流送電方式に使われる（超）高圧直流送電ケーブルの絶縁体は絶縁油に含浸された絶縁紙又はポリオレフィン樹脂をベース樹脂とする絶縁組成物から形成されることができる。最近には、相対的に高温でケーブルを作動させることができて送電容量を増加させることができ、絶縁油の漏油のおそれがないポリオレフィン樹脂を含む絶縁組成物から形成された絶縁体が多く使われている。

しかし、前記ポリオレフィン樹脂は線状分子鎖の構造を持っているため、架橋過程を経て機械的及び熱的特性を向上させてケーブル絶縁層に適用され、前記架橋過程で架橋剤が分解し、不可避に発生する架橋副産物の影響によってケーブル絶縁層に空間電荷の蓄積する問題があり、前記空間電荷は（超）高圧直流送電ケーブル絶縁体内の電場を歪ませて最初設計の絶縁破壊電圧より低い電圧で絶縁破壊を引き起こすことがある。

送電方向の転換のために極性反転が必要な電流型直流送電（ＬＣＣ）に使われるケーブルの場合には、上述した問題を解決するために、酸化マグネシウムなどの無機添加剤がケーブル絶縁層に均一に分散されており、直流電場の下で前記無機添加剤が分極化しながら空間電荷をトラップ（ｔｒａｐ）して、空間電荷蓄積による電界歪みを最小化することができる。しかし、電圧型直流送電（ＶＳＣ）の場合には、極性反転が不要であり、ケーブル絶縁体が受ける電気的応力に最適化するように有機添加剤が添加された絶縁組成物を使うが、絶縁層における空間電荷含量を精密に制御する必要がある。

したがって、絶縁体内の空間電荷（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）蓄積による電界歪みと直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができ、特に電圧型直流送電（ＶＳＣ）に使うのに適した超高圧直流電力ケーブルが切実に要求されている実情である。

本発明は絶縁体内の空間電荷（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）蓄積による電界歪みと直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができる超高圧直流電力ケーブルを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、超高圧直流電力ケーブルであって、複数の素線が撚線されて形成された導体と、前記導体を取り囲む内部半導電層と、前記内部半導電層を取り囲む絶縁層と、前記絶縁層を取り囲む外部半導電層とを含み、前記絶縁層はポリオレフィン樹脂及び架橋剤を含む絶縁組成物から形成され、前記絶縁層は、その厚さを３等分して内層、中層及び外層に区分され、前記内層に含まれた架橋副産物のうちα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）の総含量、前記中層に含まれた架橋副産物のうちα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）の総含量、及び前記外層に含まれた架橋副産物のうちα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）の総含量の平均値が４，０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

ここで、前記絶縁層のうち前記内層に含まれた前記３種の特定架橋副産物の総含量が３，９９０ｐｐｍ以下であることを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

また、下記の式１によって定義される電界集中係数（Ｆｉｅｌｄ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆａｃｔｏｒ；ＦＥＦ）が１４０％以下であることを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。
前記式１で、
前記絶縁試片は前記絶縁層を形成する絶縁組成物の架橋によって製造され、厚さが１２０μｍである試片であり、
前記絶縁試片に印加された電界は前記絶縁試片において互いに向き合う面にそれぞれ連結された電極に印加された直流電界で、５０ｋＶ／ｍｍであり、
前記絶縁試片で最大に増加した電界は前記絶縁試片に１時間の間に５０ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加する過程で増加した電界の最大値である。

また、前記ポリオレフィン樹脂はポリエチレン樹脂を含むことを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

そして、前記架橋剤は過酸化物系架橋剤であることを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

ここで、前記過酸化物系架橋剤は、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキシド、ジ（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン及びジ−ｔ−ブチルペルオキシドからなる群から選択される１種以上を含むことを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

また、前記絶縁組成物は、酸化防止剤、押出性向上剤及び架橋助剤からなる群から選択される１種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

一方、前記内部及び外部半導電層を形成する半導電組成物は、そのベース樹脂１００重量部を基準に、架橋剤の含量が０．１〜５重量部であることを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

ここで、前記ベース樹脂は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレンメチルアクリレート（ＥＭＡ）、エチレンメチルメタクリレート（ＥＭＭＡ）、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）、エチレンエチルメタクリレート（ＥＥＭＡ）、エチレン（イソ）プロピルアクリレート（ＥＰＡ）、エチレン（イソ）プロピルメタクリレート（ＥＰＭＡ）、エチレンブチルアクリレート（ＥＢＡ）及びエチレンブチルメタクリレート（ＥＢＭＡ）からなる群から選択される１種以上を含むことを特徴とする超高圧直流電力ケーブルを提供する。

本発明による超高圧直流電力ケーブルは、絶縁層を形成する絶縁組成物に添加される架橋剤の含量とベース樹脂の適切なゲジルによる架橋度調節によって架橋時に生成される特定の架橋副産物の含量を精密に制御することにより、絶縁体内の空間電荷蓄積による電界歪みと直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができる優れた効果を示す。

超高圧直流電力ケーブルの縦断面を概略的に示す図である。 実施例において電界集中係数（ＦＥＦ）を測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介する実施例は開示する内容が徹底的で完全になることができるように、かつ当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供するものである。明細書全般にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

図１は本発明による超高圧直流電力ケーブルの縦断面を概略的に示す図である。

図１を参照すると、電力ケーブル２００は、複数の素線が撚線されて形成された導体２１０、前記導体を取り囲む内部半導電層２１２、前記内部半導電層２１２を取り囲む絶縁層２１４、及び前記絶縁層２１４を取り囲む外部半導電層２１６を含み、前記導体２１０に沿ってケーブルの長手方向にのみ電力を伝送し、ケーブルの半径方向には電流が漏洩しないようにするケーブルコア部を備える。

前記導体２１０は電力を伝送するために電流が流れる通路の役割をし、電力損失を最小化することができるように、導電率に優れてケーブルの製造及び使用に適切な強度と柔軟性を有する素材、例えば銅又はアルミニウムなどから構成されることができる。前記導体２１０は複数の円形素線を撚線して円形に圧縮した円形圧縮導体であってもよく、円形の中心素線２１０Ａと前記円形中心素線２１０Ａを取り囲むように撚線された平角素線２１０Ｂからなる平角素線層２１０Ｃを備え、全体的に円形の断面を有する平角導体であってもよく、前記平角導体は円形圧縮導体に比べて空間率が相対的に高くてケーブルの外径を縮小することができる利点がある。

ところが、導体２１０は複数の素線を撚線することによって形成されるので、その表面が平滑ではなくて電界が不均一になることができ、部分的にコロナ放電が発生しやすい。また、導体２１０の表面と後述する絶縁層２１４との間に空隙が生じれば絶縁性能が低下することができる。前記のような問題点を解決するために、導体２１０の外部には内部半導電層２１２が形成される。

前記内部半導電層２１２は、絶縁性物質にカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノプレート、グラファイトなどの導電性粒子が添加されて半導電性を有するようになり、前記導体２１０と後述する絶縁層２１４との間に急激な電界変化が発生することを防止して絶縁性能を安定化する機能を果たす。また、導体面の不均一な電荷分布を抑制することによって電界を均一にし、導体２１０と絶縁層２１４間の空隙の形成を防止してコロナ放電、絶縁破壊などを抑制する役割も果たす。

前記内部半導電層２１２の外側には絶縁層２１４が備えられ、導体２１０に沿って流れる電流が外部に漏洩しないように外部から電気的に絶縁させる。一般的に、前記絶縁層２１４は破壊電圧が高く、絶縁性能が長期間安定的に維持されなければならない。さらに、誘電損失が少なく、耐熱性などのように熱に対する抵抗性能を持っていなければならない。したがって、前記絶縁層２１４はポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が使われることができ、ひいてはポリエチレン樹脂が好ましい。ここで、前記ポリエチレン樹脂は架橋樹脂からなることができる。

前記絶縁層２１４の外部には外部半導電層２１６が備えられる。前記外部半導電層２１６は、内部半導電層２１２と同様に、絶縁性物質に導電性粒子、例えばカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノプレート、グラファイトなどが添加されて半導電性を有する物質から形成され、前記絶縁層２１４と後述する金属シース２２間の不均一な電荷分布を抑制して絶縁性能を安定化する。また、前記外部半導電層２１６は、ケーブルにおいて、絶縁層２１４の表面を平滑にして電界集中を緩和させてコロナ放電を防止し、前記絶縁層２１４を物理的に保護する機能も果たす。

前記ケーブルコア部、特に前記内部半導電層２１２、絶縁層２１４乃至外部半導電層２１６は前述した空間電荷の生成、蓄積又は注入による電界歪み及びこれによる絶縁破壊が最も気になる部分であり、これについての具体的な説明は別に後述する。

前記コア部は、ケーブルに水分が浸透することを防止するための水分吸収層をさらに備えることができる。前記水分吸収層は撚線された素線の間及び／又は導体２１０の外部に形成されることができ、ケーブルに浸透した水分を吸収する速度が早く、吸収状態を維持する能力に優れた高吸水性樹脂（ｓｕｐｅｒ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ；ＳＡＰ）を含む粉末、テープ、コーティング層又はフィルムなどの形態に構成され、ケーブルの長手方向に水分が浸透することを防止する役割をする。また、前記水分吸収層は、急激な電界変化を防止するために半導電性を有することができる。

前記コア部の外部には保護シース部が備えられ、海底のように水分に多く露出される環境に敷設される電力ケーブルは外装部をさらに備える。前記保護シース部及び外装部は、ケーブルの電力伝送性能に影響を及ぼし得る水分浸透、機械的外傷、腐食などの多様な環境要因から前記ケーブルコア部を保護する。

前記保護シース部は金属シース層２１８と内部シース２２０を含み、事故電流、外力又はその他の外部環境要因から前記ケーブルコア部を保護する。

前記金属シース層２１８は、電力ケーブルの端部が接地されて地絡又は短絡などの事故が発生するとき、電流が流れる通路の役割をし、外部の衝撃からケーブルを保護し、電界がケーブルの外部に放電されないようにすることができる。また、海底などの環境に敷設されるケーブルの場合、前記金属シース層２１８が前記コア部をシーリングするように形成されることにより、水分のような異物が浸入して絶縁性能が低下することを防止することができる。例えば、前記コア部の外部に溶融金属を押出しして継ぎ目のない連続的な外面を有するように形成して遮水性能を向上させることができる。前記金属としては、鉛（Ｌｅａｄ）又はアルミニウムを使い、特に海底ケーブルの場合には、海水に対する耐食性に優れた鉛を使うことが好ましく、機械的性質を補うために金属元素を添加した鉛合金（Ｌｅａｄ ａｌｌｏｙ）を使うことがより好ましい。

また、前記金属シース層２１８は、ケーブルの耐食性、遮水性などをさらに向上させ、前記内部シース２２０との接着力を向上させるために、表面に耐食性コンパウンド、例えば、ブローンアスファルトなどが塗布されることができる。それだけでなく、前記金属シース層２１８と前記コア部との間には銅線織込テープ（図示せず）又は水分吸収層がさらに備えられることができる。前記銅線織込テープは銅線（Ｃｏｐｐｅｒ ｗｉｒｅ）と不織布テープなどから構成され、外部半導電層２１６と金属シース層２１８間の電気的接触を円滑にする作用をし、前記水分吸収層はケーブルに浸透した水分を吸収する速度が早くて吸収状態を維持する能力に優れた高吸水性樹脂（ｓｕｐｅｒ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ；ＳＡＰ）を含む粉末、テープ、コーティング層又はフィルムなどの形態に構成されることにより、ケーブルの長手方向に水分が浸透することを防止する役割をする。また、前記水分吸収層での急激な電界変化を防止するために、水分吸収層に銅線を含ませて構成することもできる。

前記金属シース層２１８の外部にはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの樹脂から構成された内部シース２２０が形成されることにより、ケーブルの耐食性、遮水性などを向上させ、機械的外傷、熱、紫外線などのその他の外部環境要因からケーブルを保護する機能をすることができる。特に、海底に敷設される電力ケーブルの場合には遮水性に優れたポリエチレン樹脂を使うことが好ましく、難燃性が要求される環境ではポリ塩化ビニル樹脂を使うことが好ましい。

前記保護シース部は、半導電性不織布テープなどからなり、電力ケーブルに加わる外力を緩衝する金属補強層、ポリ塩化ビニル又はポリエチレンなどの樹脂から構成される外部シースをさらに備えて電力ケーブルの耐食性、遮水性などを一層向上させ、機械的外傷、熱、紫外線などのその他の外部環境要因からケーブルをさらに保護することができる。

また、海底に敷設される電力ケーブルは船舶の錨などによって外傷を受けやすく、海流、波などによる曲げ力、海底面との摩擦力などによっても破損されることがあるので、これを防ぐために、前記保護シース部の外部には外装部が形成されることができる。

前記外装部は、アーマー層及びサービング層を含むことができる。前記アーマー層は鋼鉄、亜鉛メッキ鋼、銅、黄銅、青銅などからなり、断面形態が円形、平角形などのワイヤを横巻きして少なくとも１層以上に構成することができる。前記アーマー層は、ケーブルの機械的特性及び性能を強化する機能をするだけでなく、外力からケーブルをさらに保護する。ポリプロピレンヤーンなどから構成される前記サービング層は前記アーマー層の上部及び／又は下部に１層以上に形成されてケーブルを保護し、最外側に形成されるサービング層は色相の異なる２種以上の材料から構成され、海底に敷設されたケーブルの可視性を確保することができる。

上述した内部半導電層２１２及び外部半導電層２１６は、ベース樹脂にカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノプレート、グラファイトなどの伝導性粒子が分散されており、架橋剤、酸化防止剤、スコッチ抑制剤などがさらに添加された半導電組成物の押出しによって形成される。

ここで、前記ベース樹脂は、前記半導電層２１２、２１６と前記絶縁層２１４間の層間接着力のために、前記絶縁層２１４を形成する絶縁組成物のベース樹脂と類似した系のオレフィン樹脂を使うことが好ましく、より好ましくは前記伝導性粒子との相溶性を考慮して、オレフィンと極性単量体、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレンメチルアクリレート（ＥＭＡ）、エチレンメチルメタクリレート（ＥＭＭＡ）、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）、エチレンエチルメタクリレート（ＥＥＭＡ）、エチレン（イソ）プロピルアクリレート（ＥＰＡ）、エチレン（イソ）プロピルメタクリレート（ＥＰＭＡ）、エチレンブチルアクリレート（ＥＢＡ）、エチレンブチルメタクリレート（ＥＢＭＡ）などを使うことが好ましい。

また、前記架橋剤は、前記半導電層２１２、２１６に含まれたベース樹脂の架橋方式によってシラン系架橋剤、又はジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキシド、ジ（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ジ−ｔ−ブチルペルオキシドなどの有機過酸化物系架橋剤であってもよい。

そして、前記内部及び外部半導電層２１２、２１６を形成する半導電性組成物は、そのベース樹脂１００重量部を基準に、カーボンブラックなどの伝導性粒子を４５〜７０重量部含むことができる。前記伝導性粒子の含量が４５重量部未満の場合、十分な半導電特性が具現できない反面、７０重量部を超える場合、前記内部及び外部半導電層２１２、２１６の押出性が低下して表面特性が低下するかケーブルの生産性が低下する問題がある。

また、前記内部及び外部半導電層２１２、２１６を形成する半導電組成物は、そのベース樹脂１００重量部を基準に、前記架橋剤の含量が０．１〜５重量部、好ましくは０．１〜１．５重量部に精密に調節されることができる。

ここで、前記架橋剤の含量が５重量部を超える場合、前記半導電組成物に含まれたベース樹脂の架橋時に必須に生成される架橋副産物の含量が余りにも多く、このような架橋副産物が前記半導電層２１２、２１６と前記絶縁層２１４間の界面を通して前記絶縁層１４の内部に移動して異種電荷（ｈｅｔｅｒｏｃｈａｒｇｅ）を蓄積して電界の歪みを加重させて前記絶縁層２１４の絶縁破壊電圧を低下させる問題を引き起こすことができる反面、０．１重量部未満の場合、架橋度が十分でなくて前記半導電層２１２、２１６の機械的特性、耐熱性などが不十分になることがある。

前記絶縁層２１４は、例えばベース樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂であってもよく、好ましくはポリエチレン樹脂を含む絶縁組成物の押出しによって形成されることができる。

前記ポリエチレン樹脂は、超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線形低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、又はこれらの組合せであってもよい。また、前記ポリエチレン樹脂は、単独重合体、エチレンとプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテンなどのα−オレフィンとランダム又はブロック共重合体、又はこれらの組合せであってもよい。

また、前記絶縁層２１４を形成する絶縁組成物は架橋剤を含むことにより、前記絶縁層２１４は、押出しの際又は押出しの後、別途の架橋工程によって架橋ポリオレフィン（ＸＬＰＯ）、好ましくは架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）からなることができる。また、前記絶縁組成物は、酸化防止剤、押出性向上剤、架橋助剤などのその他の添加剤をさらに含むことができる。

前記絶縁組成物に含まれる架橋剤は前記半導電組成物に含まれる架橋剤と同一であってもよく、例えば前記ポリオレフィンの架橋方式によって、シラン系架橋剤、又はジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキシド、ジ（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ジ−ｔ−ブチルペルオキシドなどの有機過酸化物系架橋剤であってもよい。ここで、前記絶縁組成物に含まれる架橋剤は、前記絶縁組成物の総重量を基準に、１重量％未満、例えば、０．１重量％以上かつ１重量％未満の含量で含まれることができる。

本発明者らは、前記絶縁層２１４の架橋時に不可避に生成される架橋副産物のうち空間電荷の生成を誘発する特定の架橋副産物がα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）であることを実験的に確認し、前記絶縁層２１４を形成する絶縁組成物に含まれる架橋剤の含量を１重量％未満に制限し、前記絶縁層２１４の架橋後、脱ガス化（ｄｅｇａｓｉｎｇ）によって前記特定の架橋副産物の含量を制限することができ、特に絶縁層の厚さにおいて位置別に前記特定の架橋副産物の含量を制限することができ、このような特定架橋副産物の含量の制限によって空間電荷の生成と電界歪みを格段に低減させることができ、結果的に前記絶縁層２１４の直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができることを実験的に確認することによって本発明を完成した。

また、本発明者らは、架橋剤の含量が１重量％未満に制限されることによって絶縁層２１４の架橋度が低下し、結果的に前記絶縁層２１４の機械的及び熱的特性が低下することができる問題は、前記絶縁層２１４を形成する絶縁組成物に含まれるベース樹脂のビニル基の含量を増加させて架橋度を６０％以上、例えば６０〜７０％にして解決することができることを実験的に確認することによって本発明を完成した。

具体的に、前記絶縁層２１４は、その厚さを３等分して、導体2１０の直上に配置される下層である内層、前記内層上に配置される中層及び前記中層上に配置される外層に区分する場合、各層に含まれた前記３種の特定架橋副産物の総含量の平均値が３，８９０ｐｐｍ以下に調節されて前記絶縁層２１４内の空間電荷の生成が抑制されることにより、前記絶縁層２１４内での電界歪み程度を示す下記の式１の電界集中係数（Ｆｉｅｌｄ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆａｃｔｏｒ；ＦＥＦ）が約１４０％以下に調節され、結果的に前記絶縁層２１４の直流絶縁耐力の低下及びインパルス破壊強度の低下を同時に防止するか最小化することができる。
前記式１で、
前記絶縁試片は、前記絶縁層２１４を形成する絶縁組成物の架橋によって製造され、厚さが１２０μｍの試片であり、
前記絶縁試片に印加された電界は前記絶縁試片において互いに向き合う面にそれぞれ連結された電極に印加された直流電界で、５０ｋＶ／ｍｍであり、
前記絶縁試片で最大に増加した電界は、前記絶縁試片に１時間の間に５０ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加する過程に増加した電界の最大値である。

また、前記絶縁層２１４のうち、前記内層は導体２１０直上に配置されて内部半導電層２１２との異種界面を形成し、相対的に高電界が印加されて絶縁に弱い部分なので、前記内層に含まれた前記３種の特定の架橋副産物の総含量が３，９９０ｐｐｍ以下に調節されることがもっと好ましい。

［実施例］
１．モデルケーブルの製造例
内部半導電層、絶縁及び外部半導電層を含めて絶縁厚さが約４ｍｍであり、導体の断面積が約４００ＳＱであるモデルケーブルとして、前記絶縁層に添加された架橋剤の含量を調節し、架橋及び脱ガス化によって架橋副産物の含量を調節することにより、前記絶縁層の厚さを３等分して区分される内層、中層及び外層の層別／架橋副産物種類別の架橋副産物の含量が下記の表１に示したように調節された実施例乃至比較例のモデルケーブルをそれぞれ製造した。前記架橋副産物の含量は前記各層別に中間の任意の地点で試片を採取して測定した。

２．電界集中係数（ＦＥＦ）の測定
前記比較例及び実施例のそれぞれのモデルケーブルの絶縁層から厚さが約１２０μｍの絶縁試片を採取した後、ＰＥＡ（ｐｕｌｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏ ａｃｏｕｓｔｉｃ）システムに基づいて前記絶縁試片に直流電界５０ｋＶ／ｍｍを１時間の間に印加しながら式１の電界集中係数（ＦＥＦ）を測定した。測定結果は下記の表２及び図２に示した通りであり、架橋副産物の含量と電界集中係数間の相関関係の確認のために、架橋副産物含量の測定と同一時点に電界集中係数（ＦＥＦ）を測定した。

前記表２及び図２に示したように、３種の特定の架橋副産物の含量が調節されていない比較例１〜３の絶縁試片は空間電荷の生成による電界歪みを示す電界集中係数（ＦＥＦ）が１６０％に近くに高く現れ、これにより絶縁耐力が大きく低下することに予測された。

一方、本発明による実施例１〜３の絶縁試片は３種の特定の架橋副産物の含量が精密に制御されることにより、空間電荷の生成が抑制され、これにより電界歪みを示す電界集中係数（ＦＥＦ）が１４０％以下に低く調節され、結果的に絶縁耐力の低下が最小化することに予測された。

本明細書は本発明の好適な実施例を参照して説明したが、当該技術分野の当業者は以下で記述する特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更して実施することができるであろう。したがって、変形実施が基本的に本発明の特許請求範囲の構成要素を含むならばいずれも本発明の技術的範疇に含まれると見なさなければならない。

Claims (9)

1. 超高圧直流電力ケーブルであって、
   複数の素線が撚線されて形成された導体と、
   前記導体を取り囲む内部半導電層と、
   前記内部半導電層を取り囲む絶縁層と、
   前記絶縁層を取り囲む外部半導電層とを含み、
   前記絶縁層はポリオレフィン樹脂及び架橋剤を含む絶縁組成物から形成され、
   前記絶縁層は、その厚さを３等分して内層、中層及び外層に区分され、前記内層に含まれた架橋副産物のうちα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）の総含量、前記中層に含まれた架橋副産物のうちα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）の総含量、及び前記外層に含まれた架橋副産物のうちα−クミルアルコール（α−ｃｕｍｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；α−ＣＡ）、アセトフェノン（ａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ；ＡＰ）及びα−メチルスチレン（α−ｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ；α−ＭＳ）の総含量の平均値が４，０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする、超高圧直流電力ケーブル。
2. 前記絶縁層のうち前記内層に含まれた前記３種の特定の架橋副産物の総含量が３，９９０ｐｐｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の超高圧直流電力ケーブル。
3. 下記の式１によって定義される電界集中係数（Ｆｉｅｌｄ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆａｃｔｏｒ；ＦＥＦ）が１４０％以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の超高圧直流電力ケーブル。
   前記式１で、
   前記絶縁試片は前記絶縁層を形成する絶縁組成物の架橋によって製造され、厚さが１２０μｍである試片であり、
   前記絶縁試片に印加された電界は前記絶縁試片において互いに向き合う面にそれぞれ連結された電極に印加された直流電界で、５０ｋＶ／ｍｍであり、
   前記絶縁試片で最大に増加した電界は前記絶縁試片に１時間の間に５０ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加する過程で増加した電界の最大値である。
4. 前記ポリオレフィン樹脂はポリエチレン樹脂を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の超高圧直流電力ケーブル。
5. 前記架橋剤は過酸化物系架橋剤であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の超高圧直流電力ケーブル。
6. 前記過酸化物系架橋剤は、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ｔ−ブチルクミルペルオキシド、ジ（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン及びジ−ｔ−ブチルペルオキシドからなる群から選択される１種以上を含むことを特徴とする、請求項５に記載の超高圧直流電力ケーブル。
7. 前記絶縁組成物は、酸化防止剤、押出性向上剤及び架橋助剤からなる群から選択される１種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の超高圧直流電力ケーブル。
8. 前記内部及び外部半導電層を形成する半導電組成物は、そのベース樹脂１００重量部を基準に、架橋剤の含量が０．１〜５重量部であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の超高圧直流電力ケーブル。
9. 前記ベース樹脂は、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、エチレンメチルアクリレート（ＥＭＡ）、エチレンメチルメタクリレート（ＥＭＭＡ）、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）、エチレンエチルメタクリレート（ＥＥＭＡ）、エチレン（イソ）プロピルアクリレート（ＥＰＡ）、エチレン（イソ）プロピルメタクリレート（ＥＰＭＡ）、エチレンブチルアクリレート（ＥＢＡ）及びエチレンブチルメタクリレート（ＥＢＭＡ）からなる群から選択される１種以上を含むことを特徴とする、請求項８に記載の超高圧直流電力ケーブル。