KR101388136B1 - 반도전성 조성물과 절연 조성물을 이용하여 제조된 직류용 전력 케이블 - Google Patents

반도전성 조성물과 절연 조성물을 이용하여 제조된 직류용 전력 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도체(1), 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층(2), 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층(3) 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층(4)을 포함하는 직류용 전력 케이블에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 상기 내부 반도전층(2) 또는 외부 반도전층(4)은 카본나노튜브를 포함하는 반도전성 조성물에 의해 형성되고, 상기 절연층(3)은 소수성으로 표면개질된 나노크기의 정육면체형 산화마그네슘을 포함하는 절연 조성물에 의해 형성되어, 최종적으로 제조된 직류용 전력 케이블은 전력 케이블에 요구되는 부피비 저항, 핫세트(Hot set) 등의 물성에서 우수한 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 상승된 부피비 저항과 우수한 공간전하 저감 효과를 갖는다.

Description

반도전성 조성물과 절연 조성물을 이용하여 제조된 직류용 전력 케이블{DC Power Cable Using Semiconductive Composition And Insulation Composition}
본 발명은 우수한 품질의 내부 반도전층, 절연층 및 외부 반도전층을 포함하는 직류용 전력 케이블에 관한 것이다.
현재 국내에서 사용되고 있는 직류용 전력 케이블은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 도체(1)를 중심으로 내부 반도전층(2), 절연층(3), 외부 반도전층(4), 납(lead) 시스층(5) 및 폴리에틸렌(PE) 시스층(6)으로 이루어져 있다. 종래부터 전력 케이블을 구성하는 절연층(3)으로서 폴리에틸렌과 가교 폴리에틸렌이 널리 사용되어 왔다. 그런데, 폴리에틸렌 혹은 가교 폴리에틸렌 등에 의해 제조된 절연층을 포함하는 전력 케이블을 고압 송전선으로 사용할 경우 몇 가지 문제점을 발생시킨다. 그 중 최대의 문제점은, 케이블에 직류 고전압이 인가될 때 절연층에 전극으로부터의 전하주입 및 가교 부산물의 영향으로 수명이 긴 공간전하(space charge)가 형성되기 용이하다는 것이다. 상기 공간전하는 일반적으로 전자성, 정공성(正孔性), 이온성을 보유하고 있기 때문에, 폴리에틸렌 절연층의 결정 구조 형성에 관계한 영역에 전하가 트랩(trap)되어 발생된다. 또한, 폴리에틸렌은 절연성이 양호하고 무극성이기 때문에 트랩된 전하가 누설되기 어려워서 수명이 긴 공간전하를 형성한다. 그리고, 직류용 전력 케이블에 인가된 직류전압에 의해 폴리에틸렌 절연층 내에 이와 같은 공간전하가 축적되면, 전력 케이블의 도체 근방의 전계강도가 상승하므로 상기 케이블의 파괴전압이 저하되는 문제점이 생긴다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 산화마그네슘을 포함하여 절연층을 제조하려는 방안이 제시되었다. 상기 산화마그네슘은 기본적으로 면심입방구조(FCC)의 결정 구조를 갖지만 합성 방법에 따라 다양한 형태, 순도, 결정화도, 물성을 가질 수 있다. 상기의 산화마그네슘의 형태는, 도 2a 내지 도 2e에서 표시한 바와 같이 정육면체형(Cubic), 적층형(Terrace), 막대형(Rod), 다공성(Porous), 구형(Spherical)으로 구분되며, 각각의 특이한 물성에 따라 다양하게 이용된다. 상기 산화마그네슘의 형태 중에서, 구형 산화마그네슘은 일본 특허 제2541034호 및 제3430875호에서 제시된 바와 같이 전력 케이블의 공간전하를 억제하기 위하여 사용된다. 이와 같이, 폴리에틸렌 혹은 가교 폴리에틸렌 등에 의해 제조된 절연층을 구비하는 직류용 전력 케이블에서 공간전하를 억제하려는 방법은 지금도 지속적으로 연구되고 있다.
또한, 종래의 직류용 전력 케이블의 내부 반도전층(2), 또는 외부 반도전층(4)의 제조에 사용되는 전도성 조성물에 포함되는 카본블랙의 함량은 기본 수지에 대하여 많은 양의 카본블랙이 첨가되었다. 그로 인해 제조된 직류용 전력 케이블의 부피와 중량이 증가하고, 베이스 수지와 카본블랙 간의 분산성이 저하되는 문제점이 발생되었다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하여 반도전성 조성물의 흐름성(Melt flow rate)을 향상시켜 압출부하를 줄일 수 있는 등 개선된 압출성을 발휘하는 우수한 품질의 직류용 전력 케이블에 관한 연구가 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 공간 전하를 억제하고 개선된 압출성을 발휘하는 우수한 품질의 직류용 전력 케이블을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 직류용 전력 케이블은 도체(1)를 중심으로 내부 반도전층(2), 절연층(3), 외부 반도전층(4)으로 이루어져 있다. 상기 내부 반도전층(2) 또는 외부 반도전층(4)은 카본나노튜브를 포함하는 반도전성 조성물에 의해 형성되고, 상기 절연층(3)은 소수성으로 표면개질된 나노크기의 정육면체형 산화마그네슘을 포함하는 절연 조성물에 의해 형성된다.
본 발명의 직류용 전력 케이블은 전력 케이블에 요구되는 부피비 저항, 핫세트(Hot set) 등의 물성에서 우수한 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 상승된 부피비 저항과 우수한 공간전하 저감 효과를 갖는다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상의 이해를 돕기 위한 것이므로, 본 발명은 아래 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1a는 본 발명의 직류용 전력 케이블의 종단면도를 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 직류용 전력 케이블의 횡단면도를 나타낸다.
도 2a는 정육면체형(Cubic) 산화마그네슘의 SEM 사진을 나타낸다.
도 2b는 적층형(Terrace) 산화마그네슘의 SEM 사진을 나타낸다.
도 2c는 막대형(Rod) 산화마그네슘의 SEM 사진을 나타낸다.
도 2d는 다공성(Porous) 산화마그네슘의 SEM 사진을 나타낸다.
도 2e는 구형(Spherical) 산화마그네슘의 TEM 사진을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 절연체의 FIB(Focused Ion Beam)-SEM 사진을 나타낸다.
도 3b는 상기 도 3a를 확대한 것으로서, 절연체 내에 포함된 정육면체형 산화마그네슘 입자의 크기를 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명의 절연체의 TEM 사진을 나타낸다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명의 직류용 전력 케이블은 도체(1), 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층(2), 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층(3) 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층(4)을 포함하거나, 상기 외부 반도전층(4)을 감싸는 외장을 더 포함할 수 있다. 상기 외장은 납(lead) 시스층(5) 및 폴리에틸렌(PE) 시스층(6)으로 이루어질 수 있다.
상기 내부 반도전층(2) 또는 외부 반도전층(4)은 카본나노튜브를 포함하는 반도전성 조성물에 의해 형성되고, 상기 절연층(3)은 소수성으로 표면개질된 나노크기의 정육면체형 산화마그네슘을 포함하는 절연 조성물에 의해 형성된다.
상기 반도전성 조성물은 폴리올레핀 기본 수지 100 중량부에 대하여, 카본나노튜브 0.5 내지 2.15 중량부 및 다이큐밀퍼옥사이드 가교제 0.1 내지 0.3 중량부를 포함한다.
상기 반도전성 조성물의 기본 수지로 사용되는 폴리올레핀은 에틸렌 에틸아크릴레이트(ethylene ethyl acrylate : EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(ethylene butyl acrylate : EBA) 등을 단독으로 사용하거나, 이들을 혼합한 폴리올레핀 공중합체를 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 폴리올레핀의 공중합체의 함량은 10 내지 50 중량%이며, 용융지수(MI)는 1 내지 50의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 반도전성 조성물의 카본나노튜브는 얇은 다중벽 카본나노튜브(Thin MWCNT)를 포함하는 다중벽 카본나노튜브(MWCNT)가 사용될 수 있으며, 상기 카본나노튜브는 통상의 합성법에 의해 제조될 수 있다. 상기의 합성법은 액상 산화를 통해 촉매를 제거하고 고온 열처리를 통해 비정질 카본을 제거하여 98% 이상 100% 이하의 고순도 카본나노튜브를 수득할 수 있게 한다. 이와 같이 고순도의 카본나노튜브를 사용함으로써, 제조되는 내부 반도전층 또는 외부 반도전층에 발생되는 돌기의 크기를 줄일 수 있다. 그 결과, 내부 반도전층 또는 외부 반도전층의 수명이 연장되며, 고신뢰성의 케이블을 만들 수 있다. 또한, 종래에 사용되었던 고함량의 카본블랙 대신에 저함량의 CNT를 반도전성 조성물에 적용함으로써 좀더 평활한 반도전층을 만들 수 있고 이로 인해 절연층의 두께 저감이 가능하기 때문에 좀더 경량의 케이블을 만들 수 있다.
또한, 상기 반도전성 조성물의 카본나노튜브는 0.5 내지 2.15 중량부만으로도 기본 수지와 용이하게 결합할 수 있기 때문에 기본 수지와의 분산성이 개선될 수 있으며, 특히, 직경이 5 내지 20 nm이고 길이가 수십 마이크로미터인 얇은 다중벽 카본나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 카본나노튜브를 사용함으로써, 카본블랙의 함량을 줄일 수 있게 되었고, 그 결과 반도전성 조성물의 흐름성(Melt flow rate)을 향상시켜 압출부하를 줄일 수 있는 등 개선된 압출성을 발휘할 있다. 압출성이 개선되면서, 공정 시간을 단축시킬 수 있게 되어 비용 절감 효과도 기대할 수 있다. 또한, 카본나노튜브를 사용함으로써 가교제의 함량을 줄일 수 있고, 이로 인해 가교 부산물이 절연층으로 확산되는 현상을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 공간전하의 주입 및 축적을 줄일 수 있기 때문에, 전력 케이블의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
또한, 탄소나노튜브와 기본 수지의 분산성을 더욱 개선하기 위하여 다음과 같은 방법이 사용될 수 있다. 먼저, 초임계 유체법, 액상산화-랩핑(Wrapping) 등의 방법을 사용하여 탄소나노튜브의 표면을 관능화하고 헨셀 믹서(mixer) 등을 이용하여 본 발명의 기본 수지와 혼합함으로써 분산성을 개선시킬 수 있다. 상기 액상산화-랩핑(Wrapping) 방법은 탄소나노튜브에 산성 용액을 처리한 후 정제하여 탄소나노튜브의 표면을 카르복실기 등으로 관능화하는 방법을 의미한다.
탄소나노튜브와 기본 수지의 분산성을 더욱 개선하기 위한 또다른 방법은 다음과 같다. 본 발명의 기본 수지를 Ortho-1,2-디클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠과 같은 클로로벤젠류의 상대적으로 용해 능력이 우수한 용매(Good Solvent)에 녹인 후 물, 메탄올과 같은 극성 용매인 상대적으로 용해 능력이 떨어지는 용매(Poor Solvent)에 방사하여 마이크로 크기의 구형 기본 수지를 만든 후 나라 머시너리사(Nara Machinery)의 하이브리다이저(Hybridizer), 호소카와 마이크론사의 노빌타(Nobilta), 미쯔이 마이닝사(Mitsui Mining)의 큐-믹스(Q-mix) 등의 설비를 사용하여 탄소나노튜브와 혼성하여 혼성 입자를 제조함으로써 분산성을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 탄소나노튜브와 함께 카본블랙 5 내지 15 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다. 카본블랙 입자는 40 내지 200 m2/g의 높은 비표면적을 가지기 때문에 카본블랙의 함량을 조금 감소시켜도 배합(compounding), 배합 속도, 부피비 저항, 압출성 및 재현성의 관점에서 개선된 효과를 발휘할 수 있고 스코치 용적을 감소시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명에서는 탄소나노튜브를 사용함으로써, 카본블랙을 사용하지 않거나 적은 양을 사용하게되어 평활한 반도전층을 제조할 수 있게 된다. 그 결과 절연층의 두께 저감이 가능하게 되어 경량의 전력 케이블을 제공할 수 있다. 그 결과, 전력 케이블의 물류 및 시공 비용을 절감할 수 있다.
상기 반도전성 조성물에 사용되는 다이큐밀퍼옥사이드 가교제는 기본수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.3 중량부인 것이 바람직하다. 상기 가교제가 0.1 중량부 미만인 경우에는 충분한 가교가 되지 않기 때문에 제조된 반도전층의 기계적 물성이 낮아지는 문제점이 발생한다. 또한, 상기 가교제가 0.3 중량부를 초과하는 경우에는 가교시에 열적 부산물이 과다하게 발생하여 제조된 반도전층의 체적 고유 저항이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명의 다이큐밀퍼옥사이드 가교제는 상기의 수치범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반도전성 조성물은 폴리올레핀 기본 수지 100 중량부에 대하여 카본블랙 5 내지 15 중량부를 더 포함할 수 있다. 카본블랙 입자는 40 내지 200 m2/g의 높은 비표면적을 가지기 때문에 카본블랙의 함량을 조금 감소시켜도 배합(compounding), 배합 속도, 부피비 저항, 압출성 및 재현성의 관점에서 개선된 효과를 발휘할 수 있고 스코치 용적을 감소시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명에서는 카본블랙을 사용하지 않거나 적은 양을 사용하기 때문에 부피와 중량이 크게 증가되지 않은 전력 케이블을 제공할 수 있다. 그 결과, 전력 케이블의 물류 및 시공 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 반도전성 조성물은 폴리올레핀 기본 수지 100 중량부에 대하여, 산화방지제 0.1 내지 0.5 중량부 및 이온 스캐빈저 0.1 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 반도전성 조성물의 산화방지제로서, 아민류 및 그 유도체, 페놀류 및 그 유도체 또는 아민류와 케톤류의 반응 생성물을 1종 또는 2종 이상 혼용하여 사용할 수 있다. 또한, 내열 특성을 향상시키기 위해서 디페닐아민과 아세톤의 반응물, 징크 2-머캅토벤지미다조레이트, 4,4'-비스(α,α-디메틸벤질)디페닐아민을 1종 또는 2종 이상 혼용하여 사용할 수 있다. 또한 펜타에리스리톨-테트라키스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시-페닐)-프로피오네이트], 펜타에리스리톨-테트라키스-(β-라우릴-시오프로피오네이트, 2,2'-시오디에틸렌비스-[3-(3,5-디-터트,부틸-4-하이드록시페닐)-프로피온에이트], 비,비'-시오디프로피오닉엑시드의 디스테아릴-에스터를 1종 또는 2종 혼용하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 반도전성 조성물은 관계식
Figure 112010022205051-pat00001
의 값이 300 미만이며, 바람직하게는 200 미만이며, 더욱 바람직하게는 100 미만이다. 상기의 관계식에서 VR은 90 ℃에서 측정된 부피비 저항(Ω·㎝), CNT는 반도전성 절연 조성물의 전체 중량에 대한 카본나노튜브의 중량%, HS는 IEC 811-2-1에 따라 측정한 핫세트(Hot set) 수치(%)를 의미한다.
또한, 상기 절연 조성물은 가교 저밀도 폴리에틸렌 기본 수지 100 중량부에 대하여 소수성으로 표면개질된 나노크기의 정육면체형 산화마그네슘 0.1 내지 5 중량부를 포함한다. 상기의 수치 범위와 관련하여, 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 공간 전하의 저감 효과를 발휘하지만 DC 절연 파괴 강도가 상대적으로 낮아지며, 5 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 기계적 성능 및 연속 압출성을 저하시킨다.
바람직하게 상기 산화마그네슘은 비닐실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 등으로 표면개질하는 것이 바람직하다. 통상적으로 산화 마그네슘은 고표면 에너지를 갖는 친수성인 반면, 폴리에틸렌 기본 수지는 저표면 에너지를 갖는 소수성이기 때문에, 산화마그네슘이 폴리에틸렌 기본수지에 대한 분산성이 좋지 않고 전기적 특성에도 악영향을 미치는 문제점이 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 산화마그네슘을 표면개질하는 것이 바람직하다.
산화마그네슘 입자를 표면개질 하지 않을 경우, 산화마그네슘과 폴리에틸렌 수지 사이에 갭(gap)이 생겨 기계적 물성을 저하시킴은 물론 절연파괴강도 등의 전기절연특성의 저하를 유발한다.
반면, 본 발명의 산화마그네슘은 비닐실란으로 표면개질 됨으로써 폴리에틸렌 기본 수지에 대해 더욱 우수한 분산성을 보이며 개선된 전기적 특성을 나타낸다. 비닐실란의 가수분해기가 축합반응에 의해 산화마그네슘의 표면에 화학 결합을 하여 표면개질된 산화마그네슘이 형성된다. 그 후, 상기 비닐실란으로 표면개질된 산화마그네슘의 실란기가 폴리에틸렌 기본 수지와 반응하여 우수한 분산성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상기 산화마그네슘은 순도 99.9% 이상 100% 이하이며, 평균 입경이 500 nm 이하인 것이 바람직하며, 단결정 또는 다결정의 결정 형태를 모두 가질 수 있다.
상기 절연 조성물은, 상기 저밀도 폴리에틸렌 기본 수지 100 중량부에 대하여, 다이큐밀퍼옥사이드 가교제 0.1 내지 0.5 중량부, 산화방지제 0.1 내지 0.5 중량부 및 이온 스캐빈저(ion scavenger) 0.1 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 조성물의 산화방지제로서 아민계, 디알킬에스테르계, 티오에스테르계 및 페놀계 산화방지제로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 발명의 이온 스캐빈저는 아릴계 실란 등이 사용될 수 있으며, 상기 이온 스캐빈저를 사용함으로써 공간전하의 저감 효과를 얻을 수 있다.
[실시예]
이하 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 아래 실시예에 기재된 실시 태양 외에 여러 가지 다른 형태로 본 발명을 변경할 수 있으며, 이하 실시예는 본 발명을 예시할 따름이지 본 발명의 기술적 사상의 범위를 아래 실시예 범위로 한정하기 위한 의도라고 해석해서는 아니된다.
본 발명의 직류용 전력 케이블을 제조하기 위하여 사용되는 반도전성 조성물 및 절연 조성물의 조성에 따른 성능 변화를 살펴보기 위하여 하기의 표 1에 나타낸 조성으로 실시예와 비교예의 조성물을 제조하였다. 표 1의 각각의 성분의 함량의 단위는 중량부이다.
성분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2

반도전성
조성물
 폴리올레핀 기본 수지 100 100 100 100 100
카본블랙 0 5 10 28 33
카본나노튜브 2.15 2 1.5 0 0
다이큐밀퍼옥사이드 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5



절연
조성물

 가교 저밀도 폴리에틸렌
기본 수지		 100 100 100 100 100

산화
마그네슘
 함량 2.0 2.0 2.0

무첨가

 2.0
형상 정육면체 정육면체 정육면체 적층형
D50(nm) 70 100 240 100
D99(nm) 110 150 270 150
순도(%) 99.95 99.95 99.95 99.95
다이큐밀퍼옥사이드 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
산화방지제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
[표에 사용한 성분의 설명]
* 폴리올레핀 기본 수지 : EEA/EBA 블렌드
* 가교 저밀도 폴리에틸렌 수지 : LG화학, LE2030(밀도 : 0.85 ~ 0.95 ㎏/㎥, 용융지수(MI) : 1 ~ 2)
* 산화마그네슘 : 비닐실란으로 표면개질된 산화마그네슘을 분쇄한 것으로서, 분산성을 개선하기 위하여 D99(단, D99는 이 입자의 최대 크기를 나타냄)가 D50(단, D50은 이 입자의 평균 크기를 나타냄)의 세 배가 넘지 않도록 혼련한 것을 사용함
* 산화방지제 : 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-(tert)-부틸-4-히드로시나메이트))메탄 (tetrakis-(methylene-(3,5-di-(tert)-butyl-4-hydrocinnamate))methane)
물성 측정 및 평가
상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~2)에 따르는 반도전성 조성물을 이용하여, 반도전체 시편을 제조하였다. 이렇게 얻은 실시예와 비교예 시편에 대하여 반도전 특성으로서 부피비 저항, 핫세트(Hot set)를 측정하고, 그 결과를 아래 표 2에 정리하였다. 간략한 실험 조건은 하기에 기재한 바와 같다.
또한, 상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~2)에 따르는 절연 재료 조성물을 이용하여 마스터 뱃치(Master batch) 컴파운드를 제조하고 스크루 직경이 25 mm(L/D = 60)인 2축 압출기를 사용하여 압출 공정하였다. 그 결과 제조된 본 발명의 절연체의 FIB(Focused Ion Beam)-SEM 사진을 도 3a에 나타내고, 절연체 내에 함유된 정육면체 산화마그네슘을 확인하기 위하여 상기 도 3a를 확대하여 도 3b에 나타냈다. 또한, 제조된 본 발명의 절연체의 TEM 사진을 도 3c에 각각 도시하였다.
상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~2)에 따라 제조된 절연체를 열간 가압하여 부피비 저항 및 직류 절연 파괴 강도 측정용 0.1mm 두께의 시편과 임펄스 강도 측정용 1mm 두께의 시트 형태의 시편을 각각 제조하고, 부피비 저항, 직류 절연 파괴 강도(ASTM D149), 임펄스 강도를 시험하여 그 결과를 아래 표 2에 정리하였다. 간략한 실험 조건은 다음과 같다.
㉠ 내부 및 외부 반도전층의 부피비 저항
반도전체 시편에 대하여, 직류 인가 전계 80 kV/mm일 때의 부피비 저항(Ω·㎝)을 25 ℃, 90 ℃에서 각각 측정하였다.
㉡ 핫세트(Hot set)
반도전체 시편에 대한 핫세트 시험은 인장 시험 시편으로 150℃ 공기 조건에서 15분간 노출시킨 후, IECA T-562로 평가하였다.
㉢ 절연층의 부피비 저항
절연체 시편에 대하여 직류 인가 전계 80 kV/mm일 때의 부피비 저항(x 1014Ω·㎝)을 측정하였다.
㉣ 직류 절연 파괴 강도
절연체 시편에 대하여90 ℃에서 직류 파괴 강도(kV/mm)를 측정하였다.
㉤ 임펄스(impulse) 강도
절연체 시편에 전극을 연결하여 50㎸에서 5㎸씩 승압하여 절연체 시편이 파괴될 때까지 측정하여, 임펄스 강도(kV/mm)를 측정하였다.
시험항목 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2

반도전 특성
 부피비 저항
(Ω·㎝)		 25 ℃ 400 500 100 300 35
90 ℃ 240 300 500 120,000 750
핫세트(%) 65 70 65 90 90


절연 특성

 부피비 저항
(x 1014Ω·㎝)		 10 8 8 4 5
직류 절연 파괴 강도
(kV/mm)		 125 115 110 55 80
임펄스 강도(kV/mm) 110 105 100 120 60
표 2에 정리한 바와 같은 반도전 특성의 측정 결과, 실시예 1 내지 3의 반도전성 조성물을 이용하여 제조된 시편은 부피비 저항 및 핫세트에서 모두 기준치를 만족하였다.
그러나 비교예 1 내지 2의 반도전성 조성물을 이용하여 제조된 시편은 대체적으로 부피비 저항, 핫세트에서 기준치를 만족하지 못하였다. 이와 같은 결과는, 비교예 1 내지 2의 반도전성 조성물이 카본나노튜브를 포함하지 않고 다량의 카본블랙을 포함하여 제조되었기 때문에 발생된 것이다.
또한, 표 2에 정리한 바와 같은 절연 특성의 측정 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 2의 전력 케이블은 비교예 1(산화마그네슘을 사용하지 않음), 비교예 2(적층형 산화마그네슘 사용)의 시편에 비해 부피비 저항 및 직류 절연 파괴 강도가 다소 높았다. 즉, 정육면체형 산화마그네슘을 사용한 본 발명의 실시예 1 내지 3의 시편은 우수한 전기 절연 특성을 보인다는 것을 알 수 있다.
또한, 임펄스 강도에 있어서 본 발명의 실시예 1 내지 3의 시편은 비교예 1(산화마그네슘을 사용하지 않음)의 전력 케이블에 비해 임펄스 강도가 다소 저하되었음을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 시편 중에서도 평균 입경이 가장 작은 실시예 1의 경우에 부피비 저항, 직류 절연 파괴 강도, 임펄스 강도에서 우수한 효과를 발휘하였다.
이와 같이 본 발명의 절연 조성물에 의해 제조된 절연층을 구비하는 전력 케이블이 부피비 저항, 직류 절연 파괴 강도, 임펄스 강도에서 우수한 효과를 발휘할 수 있었던 것은 정육면체의 산화마그네슘을 공간전하 저감제로 사용하고 절연 조성물을 구성하는 각각의 성분들을 적절한 함량비로 혼합하여 사용하였기 때문이다.
위와 같이 본 발명의 최적 실시예들을 개시하였다. 본 실시예를 포함하는 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아님을 밝혀 둔다.
도 1에 표시된 부호는 다음을 의미한다.
1 … 도체
2 … 내부 반도전층
3 … 절연층
4 … 외부 반도전층
5 … 납(lead) 시스층
6 … 폴리에틸렌(PE) 시스층

Claims (11)

  1. 도체(1), 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층(2), 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층(3) 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층(4)을 포함하는 직류용 전력 케이블로서,
    상기 내부 반도전층(2) 또는 외부 반도전층(4)은 소수성으로 표면개질된 나노크기의 정육면체형 산화마그네슘을 포함하는 반도전성 조성물에 의해 형성되고,
    상기 절연층(3)은 카본나노튜브를 포함하는 절연 조성물에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 반도전층(4)을 감싸는 납(lead) 시스층(5) 및 폴리에틸렌(PE) 시스층(6) 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 반도전성 조성물은 폴리올레핀 기본 수지 100 중량부에 대하여,
    카본나노튜브 0.5 내지 2.15 중량부; 및
    다이큐밀퍼옥사이드 가교제 0.1 내지 0.3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반도전성 조성물은 폴리올레핀 기본 수지 100 중량부에 대하여 카본블랙 5 내지 15 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 반도전성 조성물은 폴리올레핀 기본 수지 100 중량부에 대하여,
    산화방지제 0.1 내지 0.5 중량부; 및
    이온 스캐빈저 0.1 내지 2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 반도전성 조성물은 하기의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
    Figure 112010022205051-pat00002

    상기 관계식에서, VR은 90℃에서 측정된 부피비 저항(Ω·㎝), CNT는 반도전성 조성물의 전체 중량에 대한 카본나노튜브의 중량%, HS는 IEC 811-2-1에 따라 측정한 핫세트(Hot set)의 수치(%)를 의미한다.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 반도전성 조성물은 하기의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
    Figure 112010022205051-pat00003

    상기 관계식에서, VR은 90℃에서 측정된 부피비 저항(Ω·㎝), CNT는 반도전성 조성물의 전체 중량에 대한 카본나노튜브의 중량%, HS는 IEC 811-2-1에 따라 측정한 핫세트(Hot set)의 수치(%)를 의미한다.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 반도전성 조성물은 하기의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
    Figure 112010022205051-pat00004

    상기 관계식에서, VR은 90℃에서 측정된 부피비 저항(Ω·㎝), CNT는 반도전성 조성물의 전체 중량에 대한 카본나노튜브의 중량%, HS는 IEC 811-2-1에 따라 측정한 핫세트(Hot set)의 수치(%)를 의미한다.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 절연 조성물은, 가교 저밀도 폴리에틸렌 기본 수지 100 중량부에 대하여 소수성으로 표면개질된 나노크기의 정육면체형 산화마그네슘 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 절연 조성물은, 상기 저밀도 폴리에틸렌 기본 수지 100 중량부에 대하여,
    다이큐밀퍼옥사이드 가교제 0.1 내지 0.5 중량부;
    산화방지제 0.1 내지 0.5 중량부; 및
    이온 스캐빈저(ion scavenger) 0.1 내지 2 중량부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 산화마그네슘은 순도 99.9% 이상이며, 평균 입경이 500 nm 이하인 것을 특징으로 하는 직류용 전력 케이블.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11260158A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 直流電力ケーブル
KR100704798B1 (ko) 1999-05-13 2007-04-09 유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 테크날러지 코포레이션 케이블 반도체 쉴드
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
KR20100012591A (ko) * 2008-07-29 2010-02-08 동신대학교산학협력단 반도전성 차폐를 갖는 전력케이블

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11260158A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 直流電力ケーブル
KR100704798B1 (ko) 1999-05-13 2007-04-09 유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 테크날러지 코포레이션 케이블 반도체 쉴드
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
KR20100012591A (ko) * 2008-07-29 2010-02-08 동신대학교산학협력단 반도전성 차폐를 갖는 전력케이블

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018221802A1 (ko) * 2017-05-31 2018-12-06 엘에스전선 주식회사 초고압 직류 전력케이블

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