KR101358514B1 - 개선된 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 케이블의 두께 방향 수밀 특성 뿐만 아니라 길이 방향 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블에 관한 것이다.

Description

개선된 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블{Submarine cable having improved water-proof property}
본 발명은 개선된 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 케이블의 두께 방향 수밀 특성 뿐만 아니라 길이 방향 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블에 관한 것이다.
해상과 육지, 대륙과 대륙, 육지와 섬 등과 같이 바다를 사이에 두고 격리된 두 지점 사이의 통신, 송전 등을 위해 해저에 부설되는 케이블인 해저케이블은 기계적 강도, 내식성, 유연성 뿐만 아니라 높은 해수압에 견딜수 있는 수밀 특성(water-proof or watertight property), 즉 높은 해수압에 의한 해수의 침투, 흡수, 투과 등을 막는 특성이 요구된다.
도 1은 종래의 직류용 해저케이블의 구조를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1a는 상기 해저케이블의 종단면도, 1b는 횡단면도를 각각 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 직류용 해저케이블은 직류용 고전압, 특고압 일반 케이블과 종류 및 구조에 있어서 큰 차이가 없다. 예를 들어, 직류용 해저케이블은 중심에 도체(1)가 위치하고, 상기 도체(1)를 보호하는 보호층으로서 내부 반도전층(2), 절연층(3), 외부 반도전층(4), 금속 차폐층(5), 방식층(6), 베딩층(7), 외장층(8), 외부 보호층(9) 순으로 상기 도체(1)를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
특히, 상기 금속 차폐층(5)의 재질은 알루미늄과 납의 합금일 수 있고, 외부 충격으로부터 케이블을 보호하며, 차폐, 차수, 난연 등의 기능을 수행하고, 상기 방식층(6)은 폴리에틸렌 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 금속 차폐층(5)의 부식을 방지함으로써 이를 보호하는 기능을 수행한다. 한편, 상기 외장층(8)은 아연도금된 복수의 스틸 와이어로 이루어지고, 해수의 유체력에 의해 해저케이블이 변형되는 것을 방지하는 기능을 수행하며, 상기 베딩층(7)은 상기 외장층(8) 형성 작업시 내부 구조물을 보호하는 기능을 수행한다.
상기 종래의 해저케이블은 상기 금속 차폐층(5)에 의해 케이블의 두께 방향으로 해수가 침투, 흡수, 투과 등이 되는 것을 막는 특성, 즉 케이블의 두께 방향 수밀 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 내부 반도전층(2)의 내부 및/또는 상기 외부 반도전층(4)의 외부에 폴리에스테르 재질의 부풀음 또는 팽윤 테이프(swellable tape)를 횡권함으로써, 침투한 해수를 흡수하거나 해수 흡수에 의해 부풀음 또는 팽윤하여 해수가 추가로 침투할 수 있는 공간을 메우는 방식으로 케이블의 두께 방향 수밀 특성을 향상시키는 기술이 종래에 공지되어 있다.
나아가, 케이블 최외곽에 양이온계 유화아스팔트 등의 소재로 이루어진 아스팔트 층을 형성함으로써 두께 방향 수밀 특성을 향상시키는 기술(참조 : 한국공개특허 제10-2010-0090131호), 또는 상기 금속 차폐층(5)을 대신하여 케이블 외곽에 고밀도 폴리에틸렌 또는 금속 소재의 층을 형성함으로써 두께 방향 수밀 특성을 향상시키는 기술(유럽공개특허 제2317525 A1호) 등이 종래에 공지되어 있다.
그러나, 상기 종래의 해저케이블은 케이블의 두께 방향 수밀 특성을 부여하거나 개선시킬 수는 있으나 길이 방향 수밀 특성을 부여할 수는 없다. 즉, 해저케이블은 해저에 부설되기 때문에 어업활동이 활발한 지역에서는 선박의 닻이나 어구(漁具) 등에 의해 케이블이 손상되기 쉽고 해류나 파랑(波浪)에 의한 해풍사태, 해저면과의 마찰 등 자연현상에 의해서도 손상될 수 있으며, 이러한 케이블 손상시 케이블의 길이방향으로는 케이블 구조가 파이프 관과 같아 물이 흐를 수가 있으므로, 상기 종래기술로는 이러한 케이블의 길이 방향 수밀 특성을 부여할 수는 없는 문제가 있다.
한편, 앞서 기술한 케이블의 길이 방향 수밀 특성을 달성하기 위해서, 연합도체 사이의 공간에 수밀 컴파운드를 충전하는 종래 기술이 있으나, 이러한 수밀 컴파운드는 도체와의 침밀도가 불충분하여 연합도체 사이의 공간을 완벽하게 충전할 수 없고, 충전 공정시 더스트(dust) 등의 이물질이 발생하는 문제 등이 있다.
따라서, 앞서 기술한 종래기술의 문제를 유발하지 않으면서, 케이블의 두께 방향뿐만 아니라 길이 방향으로도 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 케이블의 두께 방향 뿐만 아니라 길이 방향으로도 우수한 수밀 특성을 갖는 직류용 해저케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 앞서 기술한 수밀 특성을 갖는 동시에 종래의 해저케이블에 비해 구조 및 제조공정이 단순하고, 이로써 제조비용이 저렴한 직류용 해저케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
하나 이상의 도체 및 상기 도체를 보호하는 보호층을 포함하는 직류용 해저케이블에 있어서, 상기 각각의 도체는 분자량 50,000 내지 100,000의 고분자 기재 수지, 분자량 400 내지 700의 용매 및 증점제를 포함하는 방수 코팅용 조성물로 피복되고, 상기 기재 수지와 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로, 상기 기재 수지의 함량이 30 내지 50 중량부이고, 상기 용매의 함량이 50 내지 70 중량부이고, 상기 증점제의 함량이 2 내지 7 중량부인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
여기서, 상기 고분자 기재 수지는 폴리이소부텐 또는 C4 -12 α-올레핀을 포함하는 이소부텐 공중합체; 혼성배열(atactic) 프로필렌 단독중합체; 화학식 -O-SiR1R2-[여기서, 상기 R1 및 R2는 각각 디메틸실리콘, 메틸페닐실리콘, 메틸비닐실리콘, 또는 시아노아크릴기 또는 플루오로알킬기를 함유하는 실리콘이다]의 단량체 단위의 선형 쇄로 이루어진 실리콘 고무; 및 이들의 배합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
또한, 상기 고분자 기재 수지는 폴리이소부텐이고 상기 용매는 폴리부텐 오일인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
그리고, 상기 증점제는 실리카, 벤토나이트, 알루미늄하이드록사이드, 말레산무수물, 활성 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
나아가, 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) 또는 트리에틸렌 글리콜-비스-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트])의 페놀계 산화방지제; 아민계 산화방지제; 또는 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트 또는 디라우릴 티오디프로피오네이트의 티오에스테르계 산화방지제; 및 이들의 배합물로부터 선택되는 산화방지제를, 상기 기재 수지 및 상기 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 2 중량부로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
한편, 상기 방수 코팅용 조성물의 상온에서의 점도가 103 내지 1010 Pa·s인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
또한, 상기 방수 코팅용 조성물의 100℃에서의 점도가 10 내지 500 Pa·s인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
그리고, 상기 보호층이 상기 방수 코팅용 조성물로 피복된 도체 위에 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층 위에 절연층, 상기 절연층 위에 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층 위에 금속 차폐층, 상기 금속 차폐층 위에 방식층, 상기 방식층 위에 베딩(bedding)층, 상기 베딩층 위에 외장층, 및 상기 외장층 위에 외부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
나아가, 상기 내부 반도전층 내측과 상기 외부 반도전층 외측에 폴리에스테르 재질의 부풀음 또는 팽윤 테이프(swellable tape)가 횡권된 층 및 상기 보호층 최외곽에 양이온계 유화아스팔트 재질의 아스팔트층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
한편, 하나 이상의 도체 및 상기 도체를 보호하는 보호층을 포함하는 직류용 해저케이블에 있어서, 상기 각각의 도체는 방수 코팅용 조성물로 피복되고, 상기 방수 코팅용 조성물은, 상기 조성물 3g을 알루미늄 플레이트 위에 떨어뜨리고 90℃에서 24시간을 방치한 후 상기 플레이트를 수평면으로부터 60°로 기울여 그 흐른 길이를 측정했을 때 그 흐른 길이가 5 내지 15 cm인 흐름성을 갖는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 직류용 해저케이블은 연합도체를 구성하는 각각의 도체 표면을 특정한 방수 조성물로 코팅함으로써 케이블 손상시 해수가 손상부위를 통해 케이블 내부로 침투하여 케이블의 길이 방향을 따라 흐르면서 도체로 침투, 관통하는 것을 억제하는 효과, 즉 케이블의 길이 방향 수밀 특성을 부여하는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 직류용 해저케이블은 연합도체를 구성하는 각각의 도체 표면을 상기 특정한 방수 조성물로 코팅함으로써 우수한 수밀 특성을 달성할 수 있기 때문에, 종래기술에서 케이블의 수밀 특성을 위해 도입된 구성들, 예를 들어, 수밀 컴파운드의 사용 및 이의 문제점으로서 더스트(dust) 등의 이물질 발생을 회피할 수 있으며, 헤저케이블의 구조 및 제조공정을 단순화하고, 이로써 케이블 제조비용을 절감할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래의 직류용 해저케이블의 종단면도 및 횡단면도를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 직류용 해저케이블은 각각의 표면에 방수 코팅층이 형성된 도체를 중심에 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도체는 구리, 알류미늄 등의 전도성 재료로 이루어질 수 있고, 상기 도체의 직경 등의 규격은 이를 포함하는 해저케이블의 고전압, 특고압, 초고압 송전용 등의 용도, 상기 케이블이 사용될 수중 또는 해저의 여건 등을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 도체는 단일 선재로 이루어질 수 있고, 다수의 선재가 연합된 연합도체일 수도 있다. 나아가, 상기 도체는 단면 형상에 따라 환선, 평각선 등일 수 있다.
상기 도체 각각의 표면을 피복하는 방수 코팅용 조성물은 고점도 액체 또는 반고체의 특성들을 갖는 고분자 기재 수지와 이러한 기재 수지가 용해되는 용매를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기재 수지를 이루는 고분자는 폴리이소부텐 또는 소량의 상이한 C4 -12 α-올레핀을 포함하는 이소부텐 공중합체; 혼성배열(atactic) 프로필렌 단독중합체; 실리콘 고무, 예를 들어, 화학식 -O-SiR1R2-[여기서, 상기 R1 및 R2는 각각 예를 들어 디메틸실리콘, 메틸페닐실리콘, 메틸비닐실리콘, 시아노아크릴기 또는 플루오로알킬기를 함유하는 실리콘 등과 같은 임의로 치환된 지방족 또는 방향족 라디칼이다]의 단량체 단위의 선형 쇄로 이루어진 실리콘 고무; 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 고분자일 수 있다. 또한, 상기 고분자는 폴리이소부텐인 것이 바람직하다. 폴리이소부텐은 기본 특성으로 절연특성, 점착성, 수분침투 차단성, 저온에서의 유연성 등이 우수하기 때문이다.
상기 고분자 기재 수지는 분자량(Mw)이 50,000 내지 100,000인 것이 바람직하다. 상기 고분자 기재 수지의 분자량(Mw)이 50,000 미만인 경우 제조되는 조성물의 점도가 불충분하여 도체 표면상에 방수 코팅층 형성시 도체 표면과의 충분한 접착력을 갖지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 상기 고분자 기재 수지의 분자량(Mw)이 100,000 초과인 경우 제조되는 조성물의 점도가 너무 높아 도체 표면상에 방수 코팅층 형성시 형성된 코팅층에 국소적으로 기포 또는 끊어짐 등이 발생하는 등 코팅 불량이 유발될 수 있다.
상기 고분자 기재 수지는 적절한 용매에 용해될 수 있다. 바람직하게는, 상기 용매는 폴리부텐 오일인 것이 바람직하다. 폴리부텐은 기본 특성으로 절연특성, 방수특성 등이 우수하기 때문이다. 또한, 바람직하게는, 상기 고분자와 동일한 계열의 저분자량 물질이 상기 용매로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자가 폴리이소부텐인 경우, 상기 용매로서 주로 이소부텐을 함유하는 C4 올레핀의 중합에 의해 수득될 수 있는 저분자량의 폴리부텐 오일을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용매로서 실리콘 오일을 사용하는 것도 가능하다.
상기 용매는 분자량(Mw)이 400 내지 700인 것이 바람직하다. 상기 용매의 분자량(Mw)이 400 미만인 경우 제조되는 조성물의 점도가 불충분하여 도체 표면상에 방수 코팅층 형성시 도체 표면과의 충분한 접착력을 갖지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 상기 용매의 분자량(Mw)이 700 초과인 경우 제조되는 조성물의 점도가 너무 높아 도체 표면상에 방수 코팅층 형성시 형성된 코팅층에 국소적으로 기포 또는 끊어짐 등이 발생하는 등 코팅 불량이 유발될 수 있다.
상기 고분자 기재 수지 및 상기 용매의 함량은, 상기 기재 수지와 상기 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로, 각각 30 내지 50 중량부 및 50 내지 70 중량부일 수 있다. 상기 기재 수지의 함량이 30 중량부 미만이거나 상기 용매의 함량이 70 중량부 초과인 경우, 이를 포함하는 조성물의 점도가 불충분하여 도체 표면상에 방수 코팅층 형성시 도체 표면과의 충분한 접착력을 갖지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 상기 기재 수지의 함량이 50 중량부 초과이거나 상기 용매의 함량이 50 중량부 미만인 경우, 제조되는 조성물의 점도가 너무 높아 도체 표면상에 방수 코팅층 형성시 형성된 코팅층에 국소적으로 기포 또는 끊어짐 등이 발생하는 등 코팅 불량이 유발될 수 있다.
또한, 상기 방수 코팅용 조성물은 상기 기재 수지 및 상기 용매 이외에 증점제(thickener)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 증점제의 주된 기능은 상기 방수 코팅용 조성물의 흐름성(flowability)을 제어하는 것이다. 상기 증점제는 실리카, 벤토나이트, 알루미늄하이드록사이드, 말레산무수물, 활석 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 증점제의 함량은 상기 기재 수지 및 상기 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로 2 내지 7 중량부일 수 있다.
나아가, 상기 방수 코팅용 조성물은 산화방지제 등의 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 산화방지제는 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 페놀계 산화방지제; 아민계 산화방지제; 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트, 디라우릴 티오디프로피오네이트 같은 티오에스테르계 산화방지제 등을 사용할 수 있다. 상기 기타 첨가제 각각의 함량은 상기 기재 수지와 상기 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로 0.3 내지 2 중량부일 수 있다.
상기 방수 코팅용 조성물은 통상의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자로 이루어진 기재 수지 및 첨가제를 가열하면서 상기 용매 내에서 교반시킴으로써 제조할 수 있다. 특히, 상기 첨가제로서 증점제를 첨가하는 경우 가열하에서 격렬한 교반을 통해 이를 적절히 분산시킬 수 있다.
또한, 상기 방수 코팅용 조성물로 도체 표면상에 코팅층을 형성하는 공정 역시 통상의 방법에 의해 수행할 수 있다. 예를 들어, 선재 형태로 압출된 도체들을 상기 방수 코팅용 조성물이 담긴 수조 등에 통과시킨 후, 상온에서 냉각킴으로써 각각의 도체 표면상에 방수 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 이러한 코팅 공정의 작업 온도는 100℃일 수 있다. 나아가, 상기 방수 코팅층이 형성된 도체에 부풀음 또는 팽윤 테이프(swellable tape)로 횡권하거나 하지 않고, 3중 절연압출(내부 반도전층/절연층/외부 반도전층)함으로써, 도체 표면상에 방수 코팅층이 형성된 케이블을 제조할 수 있다.
상기 방수 코팅용 조성물의 점도는 상기 조성물에 포함된 기재 수지 및 용매의 분자량(Mw), 이들 각각의 함량, 추가로 첨가되는 증점제의 함량 등에 따라 영향을 받는다. 상온에서 상기 방수 코팅용 조성물은 바람직하게는 103 내지 1010 Pa·s의 점도를 갖는다. 여기서, 상기 방수 코팅용 조성물의 상온에서의 점도가 103 Pa·s 미만인 경우 상기 도체의 표면에 상기 조성물을 코팅한 후 상온으로 냉각시 형성되는 코팅층과 도체와의 접착력이 불충분하여 상기 코팅층이 박리될 수 있다.
한편, 코팅 공정의 작업 온도인 100℃에서 상기 방수 코팅용 조성물은 바람직하게는 10 내지 500 Pa·s, 더욱 바람직하게는 300 내지 500 Pa·s의 점도를 갖는다. 여기서, 상기 방수 코팅용 조성물의 100℃에서의 점도가 10 Pa·s 미만인 경우 코팅 공정시 상기 방수 코팅용 조성물이 상기 도체 표면에 잔존하는 양이 현저히 줄어 목적한 두께의 코팅층을 형성할 수 없고, 케이블 운전중에 케이블이 손상되었을 때 손상부위를 통해 침투한 해수에 의해 씻겨 제거될 수도 있다. 반면, 상기 방수 코팅용 조성물의 100℃에서의 점도가 500 Pa·s 초과인 경우 상기 도체의 표면에 형성된 코팅층에 국소적으로 기포 또는 끊어짐 등의 코팅 불량이 발생할 수 있다. 상기 도체의 표면상에 형성된 방수 코팅층의 두께는 코팅의 대상인 도체의 규격에 따라 상이할 수 있으며, 예를 들어, 0.1 내지 1 mm일 수 있다.
나아가, 상기 방수 코팅용 조성물은 케이블 운전온도인 약 90℃에서 어느 정도의 흐름성을 가지는 것이 바람직하다. 코팅 공정시 연합도체 내부까지 완벽한 코팅은 현실적으로 불가능하므로, 상기 조성물이 약 90℃에서 어느 정도의 흐름성을 갖는 경우 케이블 운전온도에서 불충분한 코팅 부분으로 흘러가 체움으로써, 코팅 공정상 부족한 부분을 보완할 수 있기 때문이다. 상기 조성물의 흐름성은 이에 포함되는 기재 수지 및 용매의 분자량(Mw), 이들 각각의 함량, 추가로 첨가되는 증점제의 함량 등에 따라 영향을 받는다.
즉, 상기 조성물에 포함되는 기재 수지 또는 용매의 분자량(Mw)이 큼에 따라, 용매에 비해 상대적으로 분자량(Mw)이 큰 기재 수지의 함량이 큼에 따라, 첨가되는 증점제의 함량이 큼에 따라 상기 조성물의 흐름성은 낮아진다. 상기 조성물의 흐름성 평가는 예를 들어 수평인 상태의 일정한 플레이트 일단 위에 상기 조성물 시료를 일정량 떨어뜨리고, 케이블 운전온도인 90℃에서 하루를 방치한 후, 상기 플레이트를 수평면으로부터 60°로 기울여 그 흐른 길이를 측정함으로써 수행할 수 있다. 상기 조성물의 흐름성 평가 결과 흐름성이 부족하면 앞서 기술한 코팅 공정 보완효과가 불충분할 수 있고, 흐름성이 과도하면 케이블 손상시 해수에 의해 상기 조성물이 씻겨 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 직류용 해저케이블은 상기 방수 코팅용 조성물에 의해 코팅된 도체의 보호층으로서 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층 위에 절연층, 상기 절연층 위에 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층 위에 금속 차폐층, 상기 금속 차폐층 위에 방식층, 상기 방식층 위에 베딩(bedding)층, 상기 베딩층 위에 외장층, 상기 외장층 위에 외부 보호층 등을 포함할 수 있다.
상기 보호층들은 고전압, 특고압, 초고압용 일반 케이블에 통상 선택적으로 사용되고 있는 구성으로서, 이들 각각의 재질, 규격 등은 케이블의 용도에 따라 다양하며, 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 내부 반도전층과 외부 반도전층은 각각 절연층의 내부 및 외부에 배치되고, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌 프로필렌 디엔 터폴리머(EPDM) 등의 올레핀계 고분자에 전도성 입자, 산화방지제, 가공조제, 기타 첨가제 등을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 특히, 상기 내부 반도전층과 외부 반도전층은 절연층과의 상용성이 중요하기 때문에 절연층과 동일한 계열의 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 반도전층은 절연체의 전계를 완화시키고, 금속인 도체와 절연층의 접촉에 의한 절연층의 열화방지 및 도체 표면 거칠기 영향배제 등의 기능을 수행한다.
또한, 상기 절연층을 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. 상기 절연층을 구성하는 고분자는 예를 들어 가교 또는 비가교 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 고무(EPR) 등일 수 있다.
그리고, 상기 금속 차폐층은 통상 알루미늄과 납의 합금으로 이루어져 차폐, 차수 등의 기능을 수행하고, 상기 방식층은 폴리에틸렌 등의 수지로 이루어져 상기 금속 차폐층의 부식을 방지하는 등의 기능을 수행하며, 상기 외장층은 아연도금된 복수의 스틸 와이어가 상기 베딩층을 나선형으로 감싸 형성되고 해수의 유체력에 의한 케이블의 변형을 억제하는 기능을 수행하고, 상기 베딩층은 상기 외장층의 형성에 의해 케이블 내부구조물이 손상되는 것을 억제하는 기능을 수행한다.
나아가, 본 발명에 따른 직류용 해저케이블은 상기 내부 반도전층 내측과 상기 외부 반도전층 외측에 폴리에스테르 등으로 이루어진 부풀음 또는 팽윤 테이프(swellable tape)가 횡권된 층을 추가로 구비할 수 있고, 해저케이블의 최외곽에 양이온계 유화아스팔트 등으로 이루어진 아스팔트층을 추가로 구비할 수 있다. 상기 부풀음 또는 팽윤 테이프 및 아스팔트층은 케이블의 두께 방향으로 해수가 침투, 흡수, 투과 등을 하는 것을 억제하는 기능을 수행한다.
[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 발명에 따른 직류용 해수케이블에 있어서 도체의 표면을 코팅하는 방수 코팅용 조성물의 효과를 살펴보기 위하여 아래 표 1에 나타낸 조성으로 실시예 및 비교예의 방수 코팅용 조성물을 제조하였다. 아래 표 1에 나타낸 성분 함량의 단위는 중량부이다. 구체적으로, 아래 표 1에 나타난 성분들을 아래 표 1에 나타난 조성으로 120℃ 온도에서 20분간 교반함으로써 각각의 방수 코팅용 조성물을 제조했다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
수지1 50 40 30 50 50 60 20 50 50
수지2 50
수지3 50
용매1 50 60 70 50 50 40 80 50 50
용매2 50
용매3 50
증점제 3.5 4.5 5.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 1.5 7.5
산화
방지제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
- 수지 1 : 폴리이소부텐(분자량(Mw) : 51,000)(제조사 : BASF; 제품명 : Oppanol® B 12SFN)
- 수지 2 : 폴리이소부텐(분자량(Mw) : 340,000)(제조사 : BASF; 제품명 : Oppanol® B 50SF)
- 수지 3 : 폴리이소부텐(분자량(Mw) : 36,000)(제조사 : BASF; 제품명 : Oppanol® B 10SFN)
- 용매 1 : 폴리부텐 오일(분자량(Mw) : 680)(제조사 : 대림; 제품명 : PB680)
- 용매 2 : 폴리부텐 오일(분자량(Mw) : 300)(제조사 : 대림; 제품명 : PB300)
- 용매 3 : 폴리부텐 오일(분자량(Mw) : 1,100)(제조사 : 대림; 제품명 : PB1100)
- 증점제 : 건식 실리카(제조사 : Degussa; 제품명 : AEROSIL® R972)
- 산화방지제 : IRGANOX® 1010
상기 표 1에 나타난 성분 및 조성에 따라 제조된 실시예 및 비교예 각각의 방수 코팅용 조성물에 대해 아래 방법에 따라 점도, 흐름성, 절연상수를 측정 또는 계산했으며, 그 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
점도
(Pa·s)		 상온 4420 4840 1490 2300 4900 8000 900 6000 1400 4280 4760
100℃ 480 400 300 200 527 800 250 650 210 440 490
흐름성
(cm)		 90℃ 14.8 7.8 5.4 >25 4.5 1 >25 3.2 >25 >25 2.7
절연저항상수
(MΩkm)		 침수
직후		 38.28 38.64 37.70 35.0 36.0 35.40 33.48 34.82 35.44 35.28 35.78
침수후 3일 40.24 37.48 37.08 22.08 24.3 28.84 23.48 26.2 28.48 30.24 30.24
1. 점도 측정 및 평가
점도 측정기(제조사 : 브룩필드(BROOKFIELD); 제품명 : DV-III ULTRA)를 이용하여 실시예 및 비교예 각각의 방수 코팅용 조성물에 대해 상온 및 100℃에서의 점도를 측정했다. 상기 점도 측정기의 원리는 상기 각각의 조성물에 회전봉(spindle)을 일정 깊이로 담그고 측정온도에서 일정한 속도로 회전시킬 때 발생하는 토크(torque) 값을 측정한 후, 상기 토크 값으로부터 전단 응력(shear stress)을, 상기 전단 응력으로부터 점도를 계산하는 것이다.
점도 측정 후, 각각의 조성물을 100℃에서 일정한 직경을 갖는 구리 도체에 0.3 mm의 두께로 피복한 후 상온으로 냉각시킴으로써, 각각의 조성물에 의해 방수 코팅층이 피복된 도체 시편을 제조했다.
상기 도체 시편을 제조한 결과, 비교예 4의 조성물에 의해 형성된 방수 코팅층과 이를 피복한 도체 사이에 부분적인 박리가 육안으로 관찰되었다. 이는 상기 표 2에 나타난 바와 같이 비교예 4의 조성물에 포함된 기재 수지의 분자량(Mw)이 기준값인 50,000 보다 낮은 36,000기 때문에 상온에서의 점도가 기준값인 103 Pa·s 보다 낮은 900 Pa·s이고, 이로써 상기 조성물에 의해 형성된 방수 코팅층과 이를 피복한 도체 사이의 상온에서의 접착력이 불충분했기 때문이라고 확인되었다.
반면, 비교예 2, 3 및 5의 조성물에 의해 형성된 방수 코팅층은 국소적으로 기포 및/또는 끊어짐이 육안으로 관찰되었다. 이는 상기 표 2에 나타난 바와 같이 비교예 2의 조성물에 포함된 용매의 분자량(Mw)이 기준값인 700 보다 큰 1,100이기 때문에, 비교예 3의 조성물에 포함된 기재 수지의 분자량(Mw)이 기준값인 50,000 보다 큰 340,000이기 때문에, 비교예 5의 조성물에 포함된 기재 수지의 함량이 기준값인 50 중량부 보다 큰 60 중량부이기 때문에, 비교예 2, 3 및 5의 조성물이 갖는 100℃에서의 각각의 점도가 기준값인 500 Pa·s 보다 큰 527, 800, 650 Pa·s이고, 이러한 높은 점도로 코팅시 방수 코팅층이 국소적으로 불완전하게 형성되었기 때문이라고 확인되었다.
2. 흐름성 측정 및 평가
표면을 알코올로 세척한 후 건조시킨 알루미늄 플레이트(250×80×2 ㎜)의 일말단부에 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 방수 코팅용 조성물 시료 3g을 떨어뜨리고, 90℃에서 24시간을 방치한 후, 상기 플레이트를 수평면으로부터 60°로 기울여 그 흐른 길이를 측정했다. 상기 방수 코팅용 조성물이 케이블 운전온도인 약 90℃에서 어느 정도의 흐름성을 가져 불완전하게 코팅된 부분을 보완할 수 있기 위해서는 상기 방법으로 측정시 흐른 길이가 5 내지 15 ㎝여야 한다.
상기 조성물의 흐름성 측정 결과, 비교예 1, 4, 6 및 7의 조성물은 이에 포함되는 기재 수지 또는 용매의 분자량(Mw)이 작거나, 용매에 비해 상대적으로 분자량(Mw)이 큰 기재 수지의 함량이 작거나, 첨가된 증점제의 함량이 작기 때문에, 그 흐른 길이가 25 ㎝를 초과하여 그 흐름성이 과도한 것으로 확인되었고, 비교예 2, 3, 5 및 8의 조성물은 이에 포함되는 기재 수지 또는 용매의 분자량(Mw)이 크거나, 용매에 비해 상대적으로 분자량(Mw)이 큰 기재 수지의 함량이 크거나, 첨가된 증점제의 함량이 크기 때문에, 그 흐른 길이가 5 ㎝ 미만으로 그 흐름성이 부족한 것으로 확인되었다. 즉, 상기 비교예 1, 4, 6 및 7의 조성물에 의해 형성된 방수 코팅층은 케이블 운전온도에서 흐름성이 과도하여 케이블 손상시 침투한 해수에 의해 씻겨 제거될 가능성이 높고, 상기 비교예 2, 3, 5 및 8의 조성물에 의해 형성된 방수 코팅층은 케이블 운전온도에서 흐름성이 부족하여 방수 코팅층에 국소적인 기포 및/또는 끊어짐 등의 코팅 불량이 보완되지 않을 것으로 예측된다.
3. 절연저항상수(수밀성) 측정 및 평가
일정한 직경을 갖는 구리 도체 표면상에 실시예 및 비교예 각각에 따른 방수 코팅용 조성물로 방수 코팅층을 0.3 mm의 두께로 형성하고, 절연특성이 있는 열수축 튜브를 씌운 후 수축시켜 케이블 모사샘플(길이 : 60 cm; 절연체 외경 : 0.325 mm; 절연체 내경 : 0.5 SQ)들을 제조했다. 다음으로, 상기 각각의 샘플을 물이 담긴 수조에 1시간 동안 담근 후, 상기 샘플의 튜브 위에 인위적으로 동일한 길이의 칼집을 내고, 저항 측정기(제조사 : 플루케(FLOKE); 제품명 : FLUKE-1587)를 이용하여 상기 샘플에 대해 각 케이블 모사샘플의 절연 저항(Ω)을 측정했다. 상기 샘플에 300 V의 전압을 2분 동안 인가한 후 각 케이블 모사샘플의 절연 저항(Ω)을 측정했다.
측정된 절연저항(Ω)과 아래 수학식 1을 이용하여 각 케이블 모사샘플의 절연저항상수(MΩ·km)를 계산했다. 상기 절연저항상수는 36.7 MΩkm 이상일 때 바람직하고, 상기 절연저항상수가 36.7 MΩkm 이상이라는 것은 도체 표면상에 코팅된 방수 코팅층이 케이블 손상부위를 통해 침투한 물이 케이블의 길이 방향으로 흐르면서 상기 도체와 접촉하는 것을 억제하는 특성, 즉 케이블의 길이 방향 수밀 특성을 적절히 발휘하고 있음을 의미한다.
Figure 112012078059006-pat00001
상기 수학식 1에서, Ki는 절연저항상수, L은 케이블의 길이, R은 절연저항, D는 절연체 외경, d는 절연체 내경이다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따른 케이블 모사샘플의 절연저항상수는 침수 직후와 침수 3일 후 모두 기준값인 36.7 MΩkm 이상의 값을 나타낸 반면, 비교예 1 내지 8에 따른 케이블 모사샘플의 절연저항상수는 침수 직후와 모두 기준값인 36.7 MΩkm 미만의 값을 나타냈고, 침수 3일 후에는 상기 절연저항상수가 크게 낮아졌다. 이는 실시예 1 내지 3에 따른 방수 코팅용 조성물이 상온 및 케이블 운전온도에서 적절한 점도와 흐름성으로 비교예 1 내지 8에 따른 조성물에 비해 상대적으로 완전한 코팅층을 형성하였고, 침수 3일 후에도 케이블 손상부위를 통해 침투된 물에 의해 씻겨 제거되지 않았음을 나타내는 반면, 비교예 1 내지 8에 따른 조성물은 부적절한 점도와 흐름성으로 결함있는 코팅층을 형성하였고 케이블 손상부위를 통해 침투된 물에 의해 씻겨 제거되었음을 나타낸다.
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 : 금속 차폐층 6 : 방식층
7 : 베딩층 8 : 외장층
9 : 외부 보호층

Claims (10)

  1. 하나 이상의 도체 및 상기 도체를 보호하는 보호층을 포함하는 직류용 해저케이블에 있어서,
    상기 각각의 도체는 분자량 50,000 내지 100,000의 고분자 기재 수지, 분자량 400 내지 700의 용매 및 증점제를 포함하는 방수 코팅용 조성물로 피복되고,
    상기 기재 수지와 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로, 상기 기재 수지의 함량이 30 내지 50 중량부이고, 상기 용매의 함량이 50 내지 70 중량부이고, 상기 증점제의 함량이 2 내지 7 중량부이며,
    상기 방수 코팅용 조성물은, 상기 조성물 3g을 알루미늄 플레이트 위에 떨어뜨리고 90℃에서 24시간을 방치한 후 상기 플레이트를 수평면으로부터 60°로 기울여 흐른 길이를 측정했을 때 상기 흐른 길이가 5 내지 15 cm인 흐름성을 갖는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 기재 수지는 폴리이소부텐 또는 C4 -12 α-올레핀을 포함하는 이소부텐 공중합체; 혼성배열(atactic) 프로필렌 단독중합체; 화학식 -O-SiR1R2-[여기서, 상기 R1 및 R2는 각각 디메틸실리콘, 메틸페닐실리콘, 메틸비닐실리콘, 또는 시아노아크릴기 또는 플루오로알킬기를 함유하는 실리콘이다]의 단량체 단위의 선형 쇄로 이루어진 실리콘 고무; 및 이들의 배합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고분자 기재 수지는 폴리이소부텐이고 상기 용매는 폴리부텐 오일인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증점제는 실리카, 벤토나이트, 알루미늄하이드록사이드, 말레산무수물, 활성 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    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) 또는 트리에틸렌 글리콜-비스-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트])의 페놀계 산화방지제; 아민계 산화방지제; 또는 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트 또는 디라우릴 티오디프로피오네이트의 티오에스테르계 산화방지제; 및 이들의 배합물로부터 선택되는 산화방지제를, 상기 기재 수지 및 상기 용매의 총 중량 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 2 중량부로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방수 코팅용 조성물의 상온에서의 점도가 103 내지 1010 Pa·s인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방수 코팅용 조성물의 100℃에서의 점도가 10 내지 500 Pa·s인 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호층이 상기 방수 코팅용 조성물로 피복된 도체 위에 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층 위에 절연층, 상기 절연층 위에 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층 위에 금속 차폐층, 상기 금속 차폐층 위에 방식층, 상기 방식층 위에 베딩(bedding)층, 상기 베딩층 위에 외장층, 및 상기 외장층 위에 외부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부 반도전층 내측과 상기 외부 반도전층 외측에 폴리에스테르 재질의 부풀음 또는 팽윤 테이프(swellable tape)가 횡권된 층 및 상기 보호층 최외곽에 양이온계 유화아스팔트 재질의 아스팔트층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 직류용 해저케이블.
  10. 삭제
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