KR101318457B1 - 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블 - Google Patents

직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블 Download PDF

Info

Publication number
KR101318457B1
KR101318457B1 KR1020120106779A KR20120106779A KR101318457B1 KR 101318457 B1 KR101318457 B1 KR 101318457B1 KR 1020120106779 A KR1020120106779 A KR 1020120106779A KR 20120106779 A KR20120106779 A KR 20120106779A KR 101318457 B1 KR101318457 B1 KR 101318457B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
parts
power cable
inorganic particles
butyl
Prior art date
Application number
KR1020120106779A
Other languages
English (en)
Inventor
이원석
남진호
박영호
김윤진
하손퉁
유익현
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스전선 주식회사 filed Critical 엘에스전선 주식회사
Priority to KR1020120106779A priority Critical patent/KR101318457B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101318457B1 publication Critical patent/KR101318457B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0025—Crosslinking or vulcanising agents; including accelerators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables

Abstract

본 발명은 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 공간전하(space charge) 축적에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임펄스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있는 개선된 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블{Insulating composition for DC power cable and DC power cable prepared by using the same}
본 발명은 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 공간전하(space charge) 축적에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임펄스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있는 개선된 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블에 관한 것이다.
일반적인 전력 케이블의 단면구조는 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같다. 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 전력 케이블은 도체(1)를 중심으로 내부 반도전층(2), 절연층(3), 외부 반도전층(4), 쉬스층(5) 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 전력 케이블에 직류 고전압이 인가되는 경우 도체(1)로부터 내부 반도전층(2), 절연층(3) 등으로 전하가 주입되고 이의 영향으로 절연층(3) 내에 공간전하가 형성된다. 상기 형성된 공간전하는 케이블의 사용시간에 따라 절연층(3) 내에 축적되고 이렇게 축적된 공간전하는 케이블에 임펄스 전압이 인가되거나 케이블에 인가된 직류전압의 극성이 급격하게 반전되는 경우 도체(1) 근방의 전계강도를 급격히 상승시켜 전력 케이블의 절연 파괴전압을 저하시키는 문제를 유발한다.
상기 공간전하 축적에 의한 케이블의 직류 절연내력 및 파괴전압 저하 문제를 해결하기 위해, 절연층(3)을 구성하는 절연 기재수지에 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 등의 무기 입자를 첨가하는 기술이 사용되고 있다(참조: 일본공개특허공보 제57-21805호, 일본특허공보 제2541034호, 제3430875호, 제3428388호).
그러나, 상기 절연층(3)에 첨가되는 무기 입자는 불순물로서 작용하여 전력 케이블에서 요구되는 또 하나의 중요 특성인 임펄스 강도를 저하시키는 문제가 있다. 이러한 문제 때문에, 직류 전력 케이블에 있어서 절연층(3)의 두께는 케이블의 절연 파괴전압보다는 임펄스 강도에 따라 결정되고, 이로써 케이블의 외경이 증가하여, 제조 및 경제적인 관점에서 문제가 되고 있다.
따라서, 케이블의 외경을 증가시키지 않으면서 직류 전력 케이블에서 요구되는 두 가지 특성, 즉 공간전하 축적에 의한 케이블의 직류 절연내력 및 절연 파괴전압 저하 억제와 임펄스 강도 저하 억제를 모두 달성할 수 있는 개량된 직류 전력 케이블용 절연 물질이 요구되고 있다.
본 발명은 직류 전력 케이블에서 문제되는 공간전하 축적에 의한 직류 절연내력 및 절연 파괴전압 저하를 억제할 수 있는 절연 조성물 및 이에 의해 제조되는 직류 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공간전하 축적에 의한 직류 절연내력 및 절연 파괴전압 저하를 억제하는 동시에, 케이블의 외경을 증가시키지 않으면서 임펄스 강도 저하를 억제할 수 있는 절연 조성물 및 이에 의해 제조되는 직류 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
폴리올레핀을 포함하는 기재 수지; 및 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 나노크기의 무기입자 0.2 내지 5 중량부를 포함하고, 아래 정의된 파라미터 K가 110 이하인, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
K = 상기 무기입자 중 직경이 1㎛ 이상인 입자의 평균 직경(㎛) × 상기 무기입자 중 직경이 1㎛ 이상인 입자의 평균 밀집도(입자수/㎟)
또한, 상기 무기입자가 산화마그네슘인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 무기입자가 비닐신란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 표면개질제에 의해 표면개질된 산화마그네슘인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 폴리올레핀은 에틸렌 단독중합체, 에틸렌과 다른 α-올레핀과의 공중합체, 프로필렌 단독중합체, 프로필렌 다른 α-올레핀과의 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 실란계 가교제; 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산 또는 디-t-부틸 퍼옥사이드의 유기과산화물계 가교제; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 가교제를, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 1 내지 5 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
나아가, 아민계 산화방지제; 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트, 디라우릴 티오디프로피오네이트 같은 티오에스테르계 산화방지제; 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐)4,4'-비페닐렌 디포스파이트, 2,2'-티오 디에틸 비스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 4,4'-티오비스(2-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-티오비스(6-t-부틸-4-메틸페놀), 트리에틸렌 글리콜-비스-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트]) 같은 페닐계 산화방지제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 산화방지제를, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 2 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 이온 스캐빈저를, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 2 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
한편, 도체, 상기 전력 케이블용 절연 조성물로부터 제조되는 절연층, 상기 도체와 상기 절연층 사이에 배치되는 내부 반도전층, 상기 절연층 외부에 배치되는 외부 반도전층, 및 상기 외부 반도전층 외부에 배치되는 시스층을 포함하는, 직류 전력 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 직류 전력 케이블용 절연 조성물은 절연층의 공간전하 축적을 억제하는 무기입자의 크기와 밀집도를 조절함으로써 절연층의 공간전하 축적에 의한 직류 절연내력 및 절연 파괴전압 저하를 억제하는 동시에, 불순물인 무기입자에 의한 임펄스 강도 저하를 현저히 억제하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 직류 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 종단면도 및 횡단면도를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 1, 비교예 2 및 3에 따른 절연체에서의 무기입자의 분포를 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 2 및 3에 따른 절연체의 SEM 사진을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 직류 전력 케이블용 절연 조성물은 기재 수지와 무기입자를 포함한다.
상기 기재 수지를 구성하는 고분자는 대부분 전기 절연성 물질이므로 특별한 제한은 없다. 전기가 통하기 위해서는 양전하나 전자를 이동시킬 수 있는 이온이나 금속류와 같은 자유 전자 등이 있어야 하는데, 고분자는 탄소 간의 공유결합으로 이루어진 물질이므로 이러한 능력이 거의 없기 때문이다.
일반적으로, 케이블용 절연 조성물을 구성하는 기재 수지로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀을 사용할 수 있다.
상기 폴리에틸렌은 적어도 50 중량% 이상의 폴리에틸렌을 포함하는 중합체를 의미하고, 에틸렌 단독중합체 및/또는 에틸렌과 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌은 초저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 밀도가 0.85 내지 0.98 g/㎤(ASTM D-792에 의해 측정됨), 용융지수가 0.01 내지 100 dg/분(ASTM D-1238에 의해 측정됨), 중량평균 분자량(Mw)이 40,000 내지 200,000, 분자량 분포(Mw/Mn)가 1.5 내지 8일 수 있다.
한편, 상기 폴리프로필렌은 적어도 50 중량% 이상의 폴리프로필렌을 포함하는 중합체를 의미하고, 프로필렌 단독중합체 및/또는 프로필렌과 에틸렌 또는 탄소수 4 내지 8의 α-올레핀, 예를 들어, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등과의 공중합체를 포함할 수 있다. 특히, 상기 프로필렌 공중합체는 프로필렌과 에틸렌 및/또는 α-올레핀이 규칙성 없이 중합된 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있고, 여기서 공단량체의 함량은 중합체의 전체 중량을 기준으로 약 0.5 내지 20 중량%일 수 있다. 또한, 상기 폴리프로필렌은 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀과의 혼합물을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 폴리프로필렌은, 예를 들어, 용융지수가 0.01 내지 1000 dg/분(ASTM D-1238에 의해 측정됨), 녹는점(Tm)이 110 내지 175℃(DSC에 의해 측정됨), 최고 결정화 온도가 110 내지 125℃(DSC에 의해 측정됨)일 수 있다. 여기서, 상기 최고 결정화 온도가 110℃ 미만인 경우 절연층의 내열성이 불충분할 수 있고 125℃ 초과인 경우 상온에서의 인장신율이 저하되는 문제가 유발될 수 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌은, 예를 들어, 중량평균 분자량(Mw)이 200,000 내지 450,000일 수 있다. 상기 중량평균 분자량(Mw)이 200,000 미만인 경우 절연층의 기계적 물성이 저하될 수 있고 450,000 초과인 경우 높은 점도로 가공성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기 폴리프로필렌은, 예를 들어, 분자량 분포(Mw/Mn)가 2 내지 8일 수 있다. 상기 분자량 분포(Mw/Mn)가 2 미만인 경우 높은 점도로 가공성이 저하될 수 있고 8 초과인 경우 기계적 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 폴리프로필렌은 폴리에틸렌에 버금가는 전기적 성질을 가지며, 특히 폴리에틸렌에 비해 내열성이 우수한 장점이 있다.
한편, 상기 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 비가교 또는 가교 수지일 수 있다. 여기서, 가교 폴리에틸렌 및 가교 폴리프로필렌은 가교제로서 실란 또는 유기 과산화물, 예를 들어, 다이큐밀퍼옥사이드(DCP) 등에 의해 제조될 수 있다. 다만, 가교 폴리에틸렌 및 가교 폴리프로필렌은 케이블의 기계적 특성이 우수한 반면, 재활용이 어려운 단점이 있고, 절연층 제조시 가교 결합 또는 스코치(scorch)가 조기에 발생하면 균일한 생산 능력을 발휘할 수 없는 등 장기 압출성 저하를 야기할 수 있으며, 아세토페논, 알파메틸스티렌 등의 가교 부산물이 절연층에서의 공간전하 축적을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 케이블의 용도에 따라 상기 가교 또는 비가교 형태의 기재 수지의 장단점을 고려하여 절연층을 제조할 수 있다.
상기 무기입자는 나노크기의 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 등을 사용할 수 있다. 다만, 절연층의 임펄스 강도 측면에서, 상기 무기입자로서 산화마그네슘이 바람직하다. 상기 산화마그네슘은 마그네슘 천연광석으로부터 얻을 수 있지만, 해수중의 마그네슘 소금을 이용한 인공 합성원료로부터도 제조할 수 있으며, 고순도로 품질이나 물성이 안정된 재료로 공급이 가능하다는 장점도 있다.
상기 산화마그네슘은 기본적으로 면심입방구조의 결정 구조를 갖지만 합성 방법에 따라 다양한 형태, 순도, 결정화도, 물성 등을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 산화마그네슘은 정육면체형(cubic), 적층형(terrace), 막대형(rod), 다공성(porous), 구형(spherical)으로 구분되며, 각각의 특이한 물성에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 이러한 산화마그네슘을 비롯한 무기입자는 케이블에 전계 인가시 기재 수지와 무기입자의 경계에 퍼텐셜 우물(potential well)을 형성함으로써 전하의 이동 및 공간전하 축적을 억제하는 효과를 발휘한다.
바람직하게는, 상기 산화마그네슘를 비롯한 무기입자는 비닐신란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 등으로 표면개질할 수 있다. 일반적으로, 산화마그네슘 등의 무기입자는 고표면 에너지를 갖는 친수성인 반면, 폴리에틸렌 등의 기재 수지는 저표면 에너지를 갖는 소수성이기 때문에, 산화마그네슘 등의 무기입자가 폴리에틸렌 등의 기재 수지에 대한 분산성이 좋지 않고, 전기적 특성에도 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 산화마그네슘 등의 무기입자를 표면개질하는 것이 바람직하다.
상기 산화마그네슘 등의 무기입자를 표면개질하지 않을 경우, 무기입자와 폴리에틸렌 등의 기재 수지 사이에 갭(gap)이 생겨 기계적 물성을 저하시킴은 물론 절연파괴강도 등의 전기절연특성의 저하를 유발할 수 있다. 반면, 산화마그네슘 등의 무기입자는 비닐실란 등으로 표면개질됨으로써 폴리에틸렌 등의 기재 수지에 대해 더욱 우수한 분산성을 보이며 개선된 전기적 특성을 나타낸다. 비닐실란 등의 가수분해기가 축합반응에 의해 산화마그네슘 등의 표면에 화학 결합을 하여 표면개질된 무기입자가 형성된다. 이로써, 상기 비닐실란 등으로 표면개질된 무기입자의 실란기가 폴리에틸렌 등의 기재 수지와 반응하여 우수한 분산성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상기 산화마그네슘 등의 무기입자는 단결정 또는 다결정의 결정 형태를 모두 가질 수 있고, 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 5 중량부의 함량으로 절연 조성물에 포함될 수 있다. 상기 무기입자의 함량이 0.2 중량부 미만인 경우 공간전하 축적 저감 효과가 불충분할 수 있고, 5 중량부를 초과하는 경우 임펄스 강도, 기계적 특성, 연속 압출성 등이 저하될 수 있다.
종래 기술에 따르면, 산화마그네슘 등의 무기입자를 포함하는 절연 조성물은 통상의 방법으로 제조되는 경우 나노미터 사이즈, 예를 들어, 100 내지 200 nm의 무기입자와 마이크로미터 사이즈의 무기입자를 모두 포함하게 된다. 즉, 현실적으로 모든 무기입자를 나노미터 사이즈로 분산시키기에는 한계가 있다는 것이다. 이와 관련하여, 본 발명자들은 상기 절연 조성물에 있어서 마이크로미터 사이즈, 즉 1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 무기입자가 상기 절연 조성물에 의해 제조되는 절연층의 임펄스 강도에 중요한 영향을 미치는 것을 발견하였다.
구체적으로, 본 발명자들은 절연 조성물에 포함된 무기입자 중 1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 무기입자의 평균 입자크기(㎛) 및 평균 밀집도(입자수/㎟)와 상기 무기입자를 포함하는 절연 조성물에 의해 제조되는 절연층의 임펄스 강도와의 새로운 인과관계를 발견하였고, 이를 아래와 같은 새로운 파라미터 K와 이의 수치범위로 정의했다.
K = 1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 무기입자의 평균 입자크기(㎛) × 1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 무기입자의 평균 밀집도(입자수/㎟) ≤ 110
즉, 상기 정의는 파라미터 K가 110을 초과하는 경우 전력 케이블에서 요구되는 임펄스 강도를 만족시키지 못함을 의미한다.
한편, 본 발명에 따른 직류 전력 케이블용 절연 조성물은 상기 기재 수지를 가교 형태로 사용하고자 하는 경우 실란계 가교제; 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제; 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 가교제를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 가교제는 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 직류 전력 케이블용 절연 조성물은 산화방지제, 내열제, 이온 스캐빈저 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
특히, 상기 산화방지제로서 아민계 산화방지제; 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트, 디라우릴 티오디프로피오네이트 같은 티오에스테르계 산화방지제; 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐)4,4'-비페닐렌 디포스파이트, 2,2'-티오 디에틸 비스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 4,4'-티오비스(2-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-티오비스(6-t-부틸-4-메틸페놀), 트리에틸렌 글리콜-비스-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트]) 같은 페닐계 산화방지제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 산화방지제를 사용할 수 있고, 여기서, 상기 산화방지제는 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 내열제로서 디페닐아민과 아세톤의 반응물, 징크 2-머캅토벤지미다조레이트, 4,4'-비스(α,α-디메틸벤질)디페닐아민, 펜타에리스리톨-테트라키스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시-페닐)-프로피오네이트], 펜타에리스리톨-테트라키스-(β-라우릴-시오프로피오네이트, 2,2'-시오디에틸렌비스-[3-(3,5-디터트, 부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], β,β'-시오디프로피오닉엑시드의 디스테아릴-에스터, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 내열제를 사용할 수 있고, 여기서, 상기 내열제는 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 사용될 수 있다.
또한, 상기 이온 스캐빈저로서, 아릴계 실란 등을 사용할 수 있고, 여기서, 상기 이온 스캐빈저는 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 사용될 수 있으며, 공간전하 축적 저감 효과를 촉진할 수 있다.
본 발명은 앞서 기술한 절연 조성물로부터 제조된 절연층을 포함하는 직류 전력 케이블에 관한 것이다. 상기 직류 전력 케이블은 구리, 알루미늄 등의 전도성 물질로 이루어진 도체, 절연성 고분자로 이루어진 절연층, 상기 도체와 상기 절연층 사이에 위치하여 도체와의 계면에서의 부분방전을 억제하고, 상기 도체와 상기 절연층 사이의 공기층을 없애주며, 국부적인 전계집중을 완화시켜 주는 등의 역할을 수행하는 내부 반도전층, 케이블의 차폐 역할 및 절연체에 균등한 전계가 걸리도록 하는 역할을 수행하는 외부 반도전층, 케이블 보호를 위한 쉬스층 등을 포함할 수 있다.
상기 도체, 절연층, 반도전층 등의 규격은 케이블의 용도, 송전압 등에 따라 다양할 수 있으며, 상기 반도전층을 구성하는 재료는 상기 절연층을 구성하는 재료와 동일하거나 상이할 수 있다.
[실시예]
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.
본 발명의 직류 전력 케이블용 절연 조성물의 공간전하 축적에 의한 직류 절연내력과 절연 파괴전압 저하 억제 효과 및 임펄스 강도 저하 억제 효과를 확인하기 위해, 아래 표 1에 나타낸 조성 및 조건에 따라 나노크기의 무기입자, 가교제, 산화방지제 및 기재 수지를 포함하는 각각의 실시예 및 비교예 조성물을 제조하고, 이를 이용하여 마스터 뱃치 컴파운드를 제조한 후, 2축 압출기(스크루 직경 : 25mm(L/D = 56))를 사용하여 압출하였다.
이렇게 제조된 실시예 1 및 비교예 1의 절연체를 열간 가압하여 절연 파괴전압 측정용 0.1 mm 두께의 시편을 제조했고, 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 3의 절연체를 열간 가압하여 임펄스 강도 측정용 15 mm 시편을 제조했다.
절연 파괴전압은 케이블의 사용온도인 90℃에서 ASTM D149에 따라 측정했다.
한편, 임펄스 강도는 상온에서 시편에 전극을 연결하여 임펄스 전압발생기(High Voltage사, 1600kV)에 의해 1.2×50㎲의 파두와 파미장을 갖는 표준 뇌 임펄스 전압을 인가함으로써 측정했고, 구체적으로 초기 인가전압 800kV에서 50kV씩 승압시키면서 3회 시편에 인가하여 파괴(breakdown)가 일어날 때의 전압을 측정했다. 다만, 비교예 3의 경우 처음 800kV의 전압을 인가시 파괴(breakdown)가 일어나 300kV에서 50kV씩 승압하는 방식으로 측정했다. 한편, 아래 표 1의 각 성분의 함량의 단위는 중량부이다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
함량 기재 수지 100 100 100 100
무기 입자 1 - 1 1
가교제 2 2 2 2
산화방지제 0.4 0.4 0.4 0.4
공정조건 공정온도(℃) 100 100 130 180
압출기 RPM 500 500 400 300
공정조건에 따른
무기입자 spec.		 직경 1㎛ 이상 무기입자의 평균 직경(㎛) 2.53 - 2.56 2.57
직경 1㎛ 이상 무기입자의 평균 밀집도(입자수/㎟) 18.4 - 43.7 91.77
파라미터 K 46.55 - 111.87 235.85
절연파괴 전압(kV/mm) 125 55 113 108
임펄스 강도(kV) 1600 - 1470 500
- 기재 수지 : 저밀도 폴리에틸렌 수지(LG화학, LE2030; 밀도 : 0.85 ~ 0.95 kg/㎥, 용융지수(MI) : 1 ~ 2)
- 무기입자 : 비닐실란으로 표면개질된 산화마그네슘 (평균 입자크기 100nm)
- 가교제 : 디큐밀퍼옥사이드
- 산화방지제 : 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐)4,4'-비페닐렌 디포스페이트
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 나노크기의 무기입자를 첨가한 실시예 1에 따른 절연체는 무기입자를 첨가하지 않은 비교예 2에 따른 절연체에 비해 절연파괴 전압이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.
한편, 실시예 1과 비교예 2 및 3에 따른 절연체에 있어서 직경이 1 ㎛ 이상인 마이크로미터 사이즈의 큰 무기입자들의 분포는 도 2에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 도 2a는 실시예 1에 따른 절연체에서의 직경이 1 ㎛ 이상인 마이크로미터 사이즈의 큰 무기입자들의 분포를 나타낸 것이고, 도 2b 및 2c는 각각 비교예 2 및 3에 관한 것이다. 나아가, 실시예 1과 비교예 2 및 3에 따른 각각의 절연체의 FIB-(Focused Ion Beam)-SEM 사진(100배 확대)은 도 3에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 도 3a는 실시예 1에 따른 절연체 시편의 SEM 사진이고, 도 3b 및 3c는 각각 비교예 2 및 3에 관한 것이다.
도 2 및 3과 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 2 및 3에 따른 절연체가 실시예 1에 따른 절연체에 비해 절연파괴 전압이 열등한 이유는 비교예 2 및 3에 따른 절연체가 실시예 1에 따른 절연체에 비해 응집된 무기입자, 즉 마이크로미터 사이즈의 큰 입자를 상대적으로 많이 포함하고 있고, 이러한 무기입자들로 인해 절연파괴 전압 저하를 효과적으로 억제하지 못했기 때문이다.
나아가, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따른 절연체는 110 이하, 즉 46.55의 파라미터 K 값을 갖고, 이로 인해 최고 인계전압인 1,600kV에서도 파괴(breakdown)가 일어나지 않아 임펄스 강도가 1,600kV를 초과하는 것으로 확인되어 매우 우수한 반면, 110 초과, 즉 111.87 및 235.85의 파라미터 K 값을 각각 갖는 비교예 2 및 3에 따른 절연체는 고전압 직류 케이블에서 요구되는 임펄스 강도인 1,500kV에 미치지 못하는 1,470 및 500kV의 임펄스 강도를 각각 나타냄을 알 수 있다.
상기 실시예 1에서는 저밀도 폴리에틸렌에 가교제를 첨가함으로써 기재 수지로서 가교 폴리에틸렌(XLPE)만을 사용했다. 앞서 기술한 바와 같이, 가교 폴리에틸렌은 아세토페논, 알파메틸스티렌 등의 가교 부산물이 생성되고, 이러한 가교 부산물은 절연층에서의 공간전하 축적을 용이하게 할 뿐만 아니라 임펄스 강도를 저하시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서, 상기 기재 수지로서 실시예 1에서 사용된 가교 폴리에틸렌을 대신하여 비가교 폴리에틸렌, 비가교 폴리프로필렌 등을 사용하는 경우에도 실시예 1에서의 효과와 동일 또는 더욱 우수한 효과를 나타낼 것임이 당연히 예측된다.
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.
1 : 도체 2 : 내부 반도전층
3 : 절연층 4 : 외부 반도전층
5 : 쉬스층

Claims (8)

  1. 폴리올레핀을 포함하는 기재 수지; 및
    상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 규산알루미늄, 규산칼슘, 탄산칼슘, 산화마그네슘 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 나노크기의 무기입자 0.2 내지 5 중량부를 포함하고,
    아래 정의된 파라미터 K가 110 이하인, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
    K = 상기 무기입자 중 직경이 1㎛ 이상인 입자의 평균 직경(㎛) × 상기 무기입자 중 직경이 1㎛ 이상인 입자의 평균 밀집도(입자수/㎟)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기입자가 산화마그네슘인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무기입자가 비닐신란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 표면개질제에 의해 표면개질된 산화마그네슘인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 에틸렌 단독중합체, 에틸렌과 다른 α-올레핀과의 공중합체, 프로필렌 단독중합체, 프로필렌 다른 α-올레핀과의 공중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    실란계 가교제; 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산 또는 디-t-부틸 퍼옥사이드의 유기과산화물계 가교제; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 가교제를, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 1 내지 5 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    아민계 산화방지제; 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트, 디라우릴 티오디프로피오네이트 같은 티오에스테르계 산화방지제; 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐)4,4'-비페닐렌 디포스파이트, 2,2'-티오 디에틸 비스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 4,4'-티오비스(2-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-티오비스(6-t-부틸-4-메틸페놀), 트리에틸렌 글리콜-비스-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트]) 같은 페닐계 산화방지제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 산화방지제를, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 2 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    이온 스캐빈저를, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 2 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블용 절연 조성물.
  8. 도체,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따르는 전력 케이블용 절연 조성물로부터 제조되는 절연층,
    상기 도체와 상기 절연층 사이에 배치되는 내부 반도전층,
    상기 절연층 외부에 배치되는 외부 반도전층, 및
    상기 외부 반도전층 외부에 배치되는 시스층을 포함하는, 직류 전력 케이블.
KR1020120106779A 2012-09-25 2012-09-25 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블 KR101318457B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120106779A KR101318457B1 (ko) 2012-09-25 2012-09-25 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120106779A KR101318457B1 (ko) 2012-09-25 2012-09-25 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101318457B1 true KR101318457B1 (ko) 2013-10-16

Family

ID=49638532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120106779A KR101318457B1 (ko) 2012-09-25 2012-09-25 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101318457B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180131310A (ko) * 2017-05-31 2018-12-10 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR20180131333A (ko) * 2017-05-31 2018-12-10 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR102012603B1 (ko) * 2018-12-05 2019-08-20 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR102044105B1 (ko) * 2018-12-07 2019-11-12 엘에스전선 주식회사 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 직류 전력 케이블
WO2021230431A1 (ko) * 2020-05-13 2021-11-18 일진전기 주식회사 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력케이블
CN114300190A (zh) * 2017-04-12 2022-04-08 Ls电线有限公司 直流电力电缆

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05314818A (ja) * 1991-06-14 1993-11-26 Hitachi Cable Ltd 直流電力ケーブル絶縁体用充填剤
JP2007103247A (ja) 2005-10-06 2007-04-19 J-Power Systems Corp 絶縁組成物および電線・ケーブル
KR20110110928A (ko) * 2010-04-02 2011-10-10 엘에스전선 주식회사 직류용 전력 케이블용 절연 재료 조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블
KR101161360B1 (ko) 2010-07-13 2012-06-29 엘에스전선 주식회사 공간전하 저감 효과를 갖는 직류용 전력 케이블

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05314818A (ja) * 1991-06-14 1993-11-26 Hitachi Cable Ltd 直流電力ケーブル絶縁体用充填剤
JP2007103247A (ja) 2005-10-06 2007-04-19 J-Power Systems Corp 絶縁組成物および電線・ケーブル
KR20110110928A (ko) * 2010-04-02 2011-10-10 엘에스전선 주식회사 직류용 전력 케이블용 절연 재료 조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블
KR101161360B1 (ko) 2010-07-13 2012-06-29 엘에스전선 주식회사 공간전하 저감 효과를 갖는 직류용 전력 케이블

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114300190A (zh) * 2017-04-12 2022-04-08 Ls电线有限公司 直流电力电缆
KR20180131310A (ko) * 2017-05-31 2018-12-10 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR20180131333A (ko) * 2017-05-31 2018-12-10 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR102256323B1 (ko) 2017-05-31 2021-05-26 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR102256351B1 (ko) 2017-05-31 2021-05-26 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
KR102012603B1 (ko) * 2018-12-05 2019-08-20 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블
EP3664103A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-10 LS Cable & System Ltd. High voltage direct current power cable
KR102044105B1 (ko) * 2018-12-07 2019-11-12 엘에스전선 주식회사 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 직류 전력 케이블
WO2021230431A1 (ko) * 2020-05-13 2021-11-18 일진전기 주식회사 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력케이블

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101318481B1 (ko) 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블
KR101426900B1 (ko) 전도성 필러를 포함하는 반전도성 폴리올레핀 조성물
KR101408922B1 (ko) 직류용 전력 케이블용 절연 재료 조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블
KR101408925B1 (ko) 반도전성 조성물과 절연 조성물을 이용하여 제조된 경량 전력 케이블
EP3033391B1 (en) Thermoplastic blend formulations for cable insulations
KR101318457B1 (ko) 직류 전력 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류 전력 케이블
CA2788403C (en) Energy cable
KR102003567B1 (ko) 전력 케이블
KR101802554B1 (ko) 파괴 강도가 개선된 재활용가능한 열가소성 절연재
EP2637178A2 (en) Insulating composition and electric cable comprising same
KR20130108713A (ko) 전력케이블용 비 가교 폴리에틸렌 조성물
JP2022037067A (ja) 直流電力ケーブル
KR102155440B1 (ko) 절연 복합체 및 초고압 전선의 제조방법
JP2017525084A (ja) 送電ケーブル
EP3033390B1 (en) Thermoplastic blend formulations for cable insulations
KR101408923B1 (ko) 직류용 전력 케이블용 절연 재료 조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블
KR101770351B1 (ko) 반도전성 조성물
KR101388136B1 (ko) 반도전성 조성물과 절연 조성물을 이용하여 제조된 직류용 전력 케이블
KR101942790B1 (ko) 배전급 케이블용 반도전층 조성물 및 친환경 배전급 케이블
KR20190087345A (ko) 전력 케이블
KR101408924B1 (ko) 직류용 전력 케이블용 절연 재료 조성물 및 이를 이용하여 제조된 직류용 전력 케이블
WO2018236013A1 (ko) 직류 전력 케이블
KR20190072194A (ko) 고유연성 비가교 케이블용 절연층 조성물 및 고유연성 비가교 케이블
CN116802748A (zh) 具有改善的热导率的电缆
KR20210054103A (ko) 내트래킹성 절연 조성물 및 이를 포함하는 고전압 케이블

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161010

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171010

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181005

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191008

Year of fee payment: 7