KR102003567B1

KR102003567B1 - 전력 케이블

Info

Publication number: KR102003567B1
Application number: KR1020130015629A
Authority: KR
Inventors: 조호숙; 김현석; 남진호; 조영은; 김웅; 이원석; 유익현
Original assignee: 한국전력공사; 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2019-07-24
Also published as: KR20140102407A

Abstract

본 발명은 전력케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 재활용이 가능하여 친환경적일 뿐만 아니라, 전기적·기계적 특성 등이 우수하며 제조공정이 간단하고 제조비용이 상대적으로 저렴한 절연 조성물로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블에 관한 것이다.

Description

전력 케이블{Power cable}

일반적인 전력케이블은 도체와 이를 감싸는 절연층을 포함하고, 고전압 또는 초고전압 케이블의 경우 상기 도체와 절연층 사이에 내부 반도전층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 쉬스층 등을 추가로 포함할 수 있다.

최근, 고전압 케이블의 운전온도가 90℃급에서 110℃급으로 향상되면서, 보다 높은 온도에서 열화되지 않고 본래의 기계적·전기적 특성을 유지할 수 있는 절연층을 제조하기 위한 절연 재료가 필요한 상황이 되었다. 종래에는 90℃급 절연 재료를 구성하는 기재 수지로서 폴리에틸렌, 에틸렌/프로필렌 탄성 공중합체(EPR), 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체(EPDM) 등의 폴리올레핀계 고분자를 가교시킨 것이 일반적으로 사용되어 왔다. 이러한 종래의 가교 수지는 심지어 고온하에서도 우수한 유연성 및 만족스런 전기적·기계적 특성 등을 유지하기 때문이다.

그러나, 절연 재료를 구성하는 기재 수지로 사용되어 온 상기 가교 폴리에틸렌(XLPE) 등은 가교 형태이기 때문에 상기 가교 폴리에틸렌 등의 수지로 제조된 절연층을 포함하는 케이블 등의 수명이 다하면 상기 절연층을 구성하는 수지의 재활용이 불가능하고 소각에 의해 폐기할 수밖에 없어 환경 친화적이지 않다. 또한, 쉬스층(5)의 재료로서 폴리비닐클로라이드(PVC)를 사용하는 경우 이를 상기 절연 재료를 구성하는 가교 폴리에틸렌(XLPE) 등으로부터 분리하는 것이 곤란하여, 소각시 유독성 염소화 물질이 생성되는 등 환경 친화적이지 않은 단점이 있다.

또한, 비가교 형태의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 케이블 등의 수명이 다하면 상기 절연층을 구성하는 수지의 재활용이 가능한 등 환경 친화적이나, 가교 형태의 폴리에틸렌(XLPE)에 비해 내열성이 열등하여 낮은 운전온도로 인해 그 용도가 매우 제한적인 단점이 있다. 나아가, 상기 비가교 폴리에틸렌 등의 내열성 등을 개선하기 위해 카본블랙 등의 무기 입자를 첨가하는 기술이 공지되어 있으나, 상기 카본블랙의 첨가로 제조비용이 상승하고 상기 카본블랙과 수지와의 상용성, 즉 카본블랙의 수지에 대한 분산성을 해결해야 하는 등의 문제가 있어, 절연 재료의 제조공정이 복잡할 수 있다.

한편, 고분자 자체의 녹는점이 160℃ 이상으로서 가교하지 않고도 케이블의 운전온도를 110℃급으로 향상시킬 수 있는 환경 친화적인 폴리프로필렌을 기재 수지로 사용하는 기술이 공지되어 있다. 여기서, 폴리프로필렌이란 통상적으로 우수한 기계적 특성을 갖는 열가소성 물질로서 고결정성 이소택틱 폴리프로필렌(high crystalline isotactic polypropylene)을 의미한다.

그러나, 상기 폴리프로필렌은 이의 높은 강성(rigidity)에 의한 불충분한 유연성(flexibility)으로 인해, 이로부터 제조되는 절연층을 포함하는 케이블의 포설 작업시 작업성이 떨어지고, 신율, 전기적 특성 또한 저하되어, 그 용도가 제한되는 문제가 있다.

따라서, 비가교 폴리프로필렌계 수지로 이루어져 재활용이 가능한 등 환경 친화적일 뿐만 아니라, 상기 비가교 폴리프로필렌계 수지의 불충분한 전기적·기계적 특성이 보완되고, 수지의 내열성 등을 향상시키기 위한 카본블랙 등의 첨가를 배제할 수 있어 제조공정이 간단하며 제조비용이 상대적으로 저렴한, 전력케이블용 절연 재료 및 이로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 자체의 내열성이 우수하여 가교하지 않고도 절연층의 용도로 사용할 수 있어 재활용이 가능한 등 환경 친화적인 절연 재료로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전기적·기계적 특성이 개선된 절연 재료로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 상기 절연 재료의 내열성 등을 개선하기 위한 카본블랙 등의 첨가를 배제할 수 있어 제조공정이 간단하며 제조비용이 상대적으로 저렴한 절연 재료로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

하나 이상의 도체, 상기 각각의 도체를 감싸는 절연층, 및 최외곽 쉬스층을 포함하는 전력 케이블에 있어서, 상기 절연층은 비가교 폴리프로필렌 수지 및 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지를 포함하는 기재 수지를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되고, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비는 8:2 내지 5:5이고, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 총 중량을 기준으로 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지에 포함된 에틸렌 단량체의 함량은 6 내지 7 중량%인, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 절연 조성물은, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 파라핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 이들의 배합물 2.5 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 절연 조성물은, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 아민계, 디알킬에스테르계, 티오에스테르계 또는 페놀계 산화방지제 0.2 내지 5 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

한편, 하나 이상의 도체, 상기 각각의 도체를 감싸는 절연층, 및 최외곽 쉬스층을 포함하는 전력 케이블에 있어서, 상기 절연층은 비가교 폴리프로필렌 수지 및 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합물을 포함하는 기재 수지를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되고, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 총 중량을 기준으로 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지에 포함된 에틸렌 단량체의 함량은 6 내지 7 중량%이고, 상기 기재 수지 내에 생성된 상기 비가교 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기가 1 내지 5㎛인, 전력 케이블을 제공한다.

그리고, 상기 쉬스층은 상기 절연 조성물의 기재 수지와 동일한 기재 수지를 포함하는 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 도체와 상기 절연층 사이에 배치된 내부 반도전층, 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 내부 반도전층, 상기 외부 반도전층, 또는 이들 모두는 상기 절연 조성물의 기재 수지와 동일한 기재 수지를 포함하는 반도전 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

본 발명에 따른 전력케이블은 이를 구성하는 절연층의 기재 수지로서 자체의 내열성이 우수하여 가교하지 않고도 절연층의 용도로 사용할 수 있는 비가교 폴리프로필렌을 포함함으로써 재활용이 가능한 등 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 전력케이블은 이의 절연층을 구성하는 절연 조성물이 비가교 폴리프로필렌과 에틸렌/프로필렌 공중합체를 특정 배합비로 함께 포함함으로써, 상기 폴리프로필렌의 결정인 구정(spherulite)의 사이즈를 조절하여 상기 절연 조성물로부터 제조되는 절연층의 전기적·기계적 특성을 개선하는 우수한 효과를 나타낸다.

나아가, 본 발명에 따른 전력케이블은 이의 절연층을 구성하는 절연 조성물의 내열성 등을 개선하기 위한 카본블랙 등의 첨가를 배제할 수 있어 제조공정이 간단하며 제조비용이 상대적으로 저렴한 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 절연 조성물의 TEM(투사전자현미경) 사진이다.

도 1 및 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 실시예를 도시한 것이다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 구리, 알루미늄 등의 전도성 물질로 이루어진 도체(1), 절연성 고분자로 이루어진 절연층(3), 상기 도체(1)와 상기 절연층(3) 사이에 위치하여 도체(1)와의 계면에서의 부분방전을 억제하고, 상기 도체(1)와 상기 절연층(3) 사이의 공기층을 없애주며, 국부적인 전계집중을 완화시켜 주는 등의 역할을 수행하는 내부 반도전층(2), 케이블의 차폐 역할 및 절연체에 균등한 전계가 걸리도록 하는 역할을 수행하는 외부 반도전층(4), 케이블 보호를 위한 쉬스층(5) 등을 포함할 수 있다.

상기 전력케이블의 내부 또는 외부 반도전층(2,4)은 통상의 방법으로 제조될 수 있고, 바람직하게는 전력케이블 수명 단축을 유발할 수 있는 상기 반도전층(2,4)과 절연층(3)과의 박리를 방지하도록, 상기 절연층(3)과의 우수한 접착력을 확보할 수 있는 상기 절연층(3)을 구성하는 동일한 기재 수지를 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다. 또한, 상기 내부 또는 외부 반도전층(2,4)은 반도전 특성을 위해 카본 블랙 같은 전도성 충전제를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력케이블의 쉬스층(5) 역시 상기 절연층(3)을 구성하는 동일한 기재 수지를 포함하는 조성물로부터 제조될 수 있다.

상기 도체(1), 절연층(3), 반도전층(2,4), 쉬스층(5) 등의 규격은 케이블의 용도, 송전압 등에 따라 다양할 수 있으며, 상기 절연층(3), 반도전층(2,4), 쉬스층(5)을 구성하는 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.

본 발명에 따른 전력케이블용 절연 조성물은 기재 수지로서 비가교 폴리프로필렌 수지와 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합물을 포함할 수 있다.

상기 비가교 폴리프로필렌 수지는 프로필렌을 중합하여 얻을 수 있는 열가소성 수지이다. 상기 폴리프로필렌 수지는 낮은 입체 특이성(stereospecificity)을 갖는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매, 대표적인 예로서, 삼염화타이타늄과 다이에틸염화알루미늄으로 이루어진 착염의 존재하에서, 그리고 약 70℃ 및 5 atm 하에서, 프로필렌의 중합에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 상기 비가교 폴리프로필렌의 제조방법에 관한 상세한 내용은 예를 들어 문헌[Albizzati et al. in "Polypropylene Handbook", Chapter 2, page 11 on wards (Hanser Publisher, 1996)]에 개시되어 있다.

상기 비가교 폴리프로필렌 수지는 아이소택틱(isotactic) 구조를 가지므로, 메틸기가 같은 방향으로 정연하게 배열되어 있으며, 녹는점이 약 165℃이고, 하중하에서의 연속사용온도는 약 110℃이다. 또한, 밀도는 0.9 내지 0.91이며, 결정도는 크지만 성형한 후에는 70% 이하로 저하된다. 그리고, 탄소와 수소만으로 이루어져 있기 때문에 전기적 성질이 우수하여 폴리에틸렌에 버금가며, 비용과 환경면에서 유리하다.

또한, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지는 에틸렌과 프로필렌을 혼성중합시켜 얻을 수 있는 비결정성 수지이다. 예를 들어, 헵테인 용액 속에서 부틸알루미늄과 사염화바나듐 촉매 및 -50℃의 온도하에서 에틸렌과 프로필렌의 혼성중합에 의해 제조될 수 있다. 그리고, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지는 에틸렌과 프로필렌이 규칙성 없이 중합된 랜덤(random) 공중합체 또는 에틸렌과 프로필렌의 특정 배열로 형성되는 특정 블록 단위가 반복되는 형태로 중합된 블록 공중합체일 수 있고, 바람직하게는 랜덤 공중합체일 수 있다.

여기서, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 총 중량을 기준으로, 에틸렌 단량체의 함량은 6 내지 7 중량%일 수 있다. 상기 에틸렌 단량체의 함량은 상기 비가교 폴리프로필렌과 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합물에 있어서 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 사이즈 및 이로 인한 절연 조성물의 전기적·기계적 특성을 결정하는 인자가 될 수 있다.

본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물에 있어서, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비는 8:2 내지 5:5일 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명자들은 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합시 이들의 배합비에 따라 배합물 내에 생성되는 폴리프로필렌의 결정인 구정(spherulite)의 사이즈가 달라지고, 이러한 결정의 사이즈가 상기 배합물로부터 제조되는 절연층의 내열성, 전기적·기계적 특성 등에 영향을 미친다는 사실과 이러한 내열성, 전기적·기계적 특성 등의 향상을 위한 상기 결정의 사이즈 및 상기 결정의 사이즈를 달성하기 위한 상기 배합비를 실험을 통해 밝혀냈다.

구체적으로, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비가 2 미만인 경우, 배합물 내의 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기가 5 ㎛를 초과하는 결정이 생성되고, 이로써 상기 배합물로 이루어진 절연 조성물의 신율 및 전기적 특성이 저하될 수 있다.

반면, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비가 5 초과인 경우 배합물 내의 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기가 1 ㎛ 미만인 결정이 생성되고, 이로써 IEC 국제규격에서 요구하는 노화(aging) 시험 조건(135℃ 또는 150℃)에서 상기 배합물이 용융되어 고전압 케이블 등의 연속사용온도인 90℃의 조건을 만족할 수 없을 뿐만 아니라, 상기 크기가 1 ㎛ 미만인 결정과 배합물의 무정형(amorphous) 부분 사이의 표면 계면 면적의 증가로 교류절연파괴(AC dielectric breakdown; ACBD) 특성, 임펄스(impulse) 특성 등의 전기적 특성 역시 저하될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물에 포함된 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합물은 상기 특정 배합비인 8:2 내지 5:5의 배합비에 의해 상기 배합물 내에 생성되는 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기를 1 내지 5 ㎛로 제한함으로써, 상기 배합물에 의해 제조되는 절연층을 포함하는 케이블 생산시 고온에서 압출 후 급냉하는 온도변화조건에서도 결정형성변화량을 최소화하여 상기 절연층의 전기적·기계적 특성을 유지할 수 있다.

이와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 절연 조성물의 TEM(투과전자현미경) 사진으로서, 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 조성물 내에 생성된 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기는 1 내지 5 ㎛인 것으로 확인되었다.

한편, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합물의 최고 결정화 온도는 110 내지 125℃(시차주사열량계(DSC)로 측정)인 것이 바람직하다. 상기 최고 결정화 온도가 110℃ 미만인 경우 IEC 국제 규격에서 요구하는 노화(aging) 시험 조건(135 또는 150℃)에서 상기 폴리프로필렌 단독중합체 및/또는 공중합체가 용융되거나 케이블의 연속사용 온도인 90℃ 조건을 만족할 수 없으며, 상기 최고 결정화 온도가 125℃를 초과하는 경우 냉각 중 결정화 속도가 빨라져 상온에서의 인장 신율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지 및 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지 각각의 중량평균 분자량(Mw)은 200,000 내지 450,000인 것이 바람직하다. 상기 중량평균 분자량(Mw)이 200,000 미만인 경우 가열 전후의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 450,000 초과인 경우 높은 점도로 인하여 가공성이 저하될 수 있다. 나아가, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지 및 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지 각각의 분자량 분포(Mw/Mn)는 2 내지 8인 것이 바람직하다. 상기 분자량 분포(Mw/Mn)가 2 미만인 경우 높은 점도로 인하여 가공성이 저하될 수 있고, 8 초과인 경우 가열 전후의 기계적 물성이 저하될 수 있다.

한편, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합물은 예를 들어 용융지수가 0.01 내지 1000 dg/분(ASTM D-1238에 의해 측정됨), 녹는점(Tm)이 140 내지 175℃(시차주사열량계(DSC)에 의해 측정됨), 용융엔탈피가 30 내지 85 J/g(DSC에 의해 측정됨), 실온에서의 굴곡탄성률이 30 내지 1400 MPa, 더욱 바람직하게는 60 내지 1000 MPa(ASTM D790-00에 따라 측정됨)일 수 있다.

앞서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물에 있어서, 상기 폴리프로필렌 수지 및 에틸렌/프로필렌 공중합 수지는 녹는점이 높아, 이들의 배합물로부터 제조되는 절연층은 보다 높은 온도에서의 개선된 열화 억제 특성을 나타내고, 이로써 운전온도가 향상된 전력케이블을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 비가교 형태이므로 재활용이 가능한 등 환경 친화적인 장점이 있다.

반면, 본 발명에 따른 비가교 폴리프로필렌 수지와 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지와 달리 종래의 가교 형태의 수지는 재활용이 어려워 친환경이지 않을 뿐만 아니라, 절연층 제조시 가교 결합 또는 스코치(scorch)가 조기에 발생하면 균일한 생산 능력을 발휘할 수 없는 등 장기 압출성 저하를 야기할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물은 비가교 폴리프로필렌 수지를 단독으로 사용하는 것이 아니라 상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지(에틸렌 함량 6 내지 7 중량%)가 특정 배합비, 즉 8:2 내지 5:5로 배합된 배합물을 사용하여 상기 절연 조성물 내의 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기를 1 내지 5 ㎛로 제한하도록 조절함으로써, 크기가 1 ㎛ 미만으로 부적절하게 작은 결정 또는 크기가 5 ㎛ 초과로 부적절하게 큰 결정에 의한 절연 조성물의 내열성, 전기적·기계적 특성 등의 저하를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 배합물에 의해 제조되는 절연층을 포함하는 케이블 등의 제조시 고온에서 압출 후 급냉하는 온도변화조건에서도 결정형성변화량을 최소화하여 상기 내열성, 전기적·기계적 특성 등을 유지할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 전력 케이블은 이의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물이 비가교 수지를 기재 수지로 함에도 불구하고 이의 우수한 내열성으로 인해 종래의 비가교 수지의 내열성 등을 개선하기 위해 첨가되어 온 카본블랙 등의 별도의 무기 충전제를 포함할 필요가 없으므로, 제조비용이 절감될 뿐만 아니라, 상기 무기 충전제의 상기 기재 수지에 대한 상용성, 즉 상기 무기 충전제의 상기 기재 수지에 대한 분산성을 고려할 필요가 없으므로, 제조공정이 간단한 장점도 있다.

본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물은 상기 기재 수지 이외에 절연유, 산화방지제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연유는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일 등일 수 있다. 여기서, 상기 절연유의 함량은 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 2.5 내지 10 중량부일 수 있다.

또한, 상기 산화방지제는 아민계, 디알킬에스테르계, 티오에스테르계, 페놀계 산화방지제 등을 사용할 수 있고, 예를 들어, 디스테아릴티오-프로피오네이트, 펜타에리스릴-테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트], [3-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로파노일옥시]-2,2-비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로파노일옥시메틸]프로필], 3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로파노에이트, 티오디에틸렌 비스(3,5-디-3차 부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트), 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시벤젠프로피온산 옥타데실 에스테르, 프로피온산, 3,3'-티오비스-1,1'-디옥타데실 에스테르 등일 수 있다. 여기서, 상기 산화방지제의 함량은 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 5 중량부일 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.

아래 표 1에 나타난 구성성분 및 이의 함량에 따라 양축압출기(제조사 : ROYLE, 제품명 : 45m single 압축기)를 이용하여 용융상태의 절연 조성물을 제조하고, 가압로(hot press)를 이용하여 2 mm 두께와 30 cm × 30 cm 크기를 갖는 각각의 샘플 시트를 제조했다. 여기서, 구성성분의 함량에 관한 단위는 중량부이다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
수지 1	80	50	90	30
수지 2	20	50	10	70

- 수지 1 : 비가교 폴리프로필렌(제조사 : 바젤, 제품명 : Q200F)

- 수지 2 : 비가교 에틸렌-프로필렌 공중합 수지(제조사 : SK 종합화학, 제품명 : R520Y)

<시트의 물성 평가>

1) 상온 기계적 물성 평가

IEC 60811-1-1 규격에 준하여 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 샘플 시트에 대하여 상온에서 인장속도 250 mm/분으로 인장강도 및 인장신율을 측정했다. 상기 규격에 따르면, 인장강도는 1.27 kgf/㎟ 이상, 인장신율은 200% 이상이어야 한다.

2) 가열 후 기계적 물성 평가

실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 샘플 시트에 대하여 150℃에서 168 시간 동안 가열 노화한 후 상기 1) 상온 기계적 물성 측정방법과 동일한 방법으로 기계적 물성을 측정했다. 여기서, 인장강도 및 인장신율의 잔율은 각각 75% 이상이어야 한다.

3) 교류절연파괴 및 임펄스 강도 평가

ASTM D149 규격에 따라 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 샘플 시트에 대하여 교류절연파괴 및 임펄스 강도를 각각 측정하였으며, 높은 수치를 보일수록 우수한 전기적 특성을 나타내는 것으로 간주된다.

앞서 기술한 시트의 물성 평가 방법에 따라 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 샘플 시트에 대하여 내열성, 전기적·기계적 특성을 평가했고, 그 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.

시험 항목	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
상온 인장강도(kgf/㎟)	2.1	2.5	3.2	1.8
상온 인장신율(%)	665	600	110	720
가열후 인장강도 잔율(%)	82	80	91	용융
가열후 인장신율 잔율(%)	81	81	90	용융
교류절연파괴 강도(V)	190	200	120	-
임펄스 강도(V)	540	520	400	-

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 절연 조성물은 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물에 있어서 비가교 폴리프로필렌 수지와 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비 범위를 벗어나, 비가교 폴리프로필렌 수지 함량은 높고 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 함량은 낮으므로, 상기 조성물 내에서 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기가 5 ㎛를 초과하는 결정이 생성되고, 이러한 큰 결정에 의해 상기 조성물의 상온 인장신율이 110%로 기준값이 200%에 크게 못미치고 교류절연파괴 강도(120V), 임펄스 강도(400V) 등의 전기적 특성 역시 실시예 1 및 2의 절연 조성물에 비해 크게 못미치는 것으로 확인되었다.

또한, 비교예 2의 절연 조성물은 본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 구성하는 절연 조성물에 있어서 비가교 폴리프로필렌 수지와 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비 범위를 벗어나, 비가교 폴리프로필렌 수지 함량은 낮고 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 함량은 높으므로, 상기 조성물 내에서 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기가 1 ㎛ 미만인 결정이 생성되고, 이러한 작은 결정에 의해 상기 조성물의 내열성이 저하되어 가열시 용융되어 전기적 특성을 측정조차 할 수 없었으며, 가열조건을 완화시켜 용융되지 않는다고 하더라도, 이러한 작은 결정과 조성물의 무정형(amorphous) 부분 사이의 표면 계면 면적의 증가로 교류절연파괴 강도, 임펄스 강도 등의 전기적 특성 역시 저하될 것으로 예측된다.

반면, 실시예 1 및 2의 절연 조성물은 상온 인장강도가 각각 2.1 kgf/㎟ 및 2.5 kgf/㎟로서 기준값인 1.27 kgf/㎟ 이상이었고, 인장신율 역시 각각 665 % 및 600 %로 기준값이 200 % 이상이었으며, 또한 가열 후 인장강도 및 인장신율 잔율이 모두 기준값이 75 % 이상이었다. 나아가, 실시예 1 및 2의 절연 조성물은 교류절연파괴 강도가 각각 190 V 및 200 V이고, 임펄스 강도가 각각 540 V 및 520 V로서, 비교예의 교류절연파괴 강도 120 V 및 임펄스 강도 400 V에 비해 탁월한 것으로 확인되었다.

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

하나 이상의 도체, 상기 각각의 도체를 감싸는 절연층, 및 최외곽 쉬스층을 포함하는 전력 케이블에 있어서,
상기 절연층은 비가교 폴리프로필렌 수지 및 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지를 포함하는 기재 수지를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되고,
상기 비가교 폴리프로필렌 수지와 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 배합비는 8:2 내지 5:5이고, 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지의 총 중량을 기준으로 상기 비가교 에틸렌/프로필렌 공중합 수지에 포함된 에틸렌 단량체의 함량은 6 내지 7 중량%이고,
상기 기재 수지 내에 생성된 상기 비가교 폴리프로필렌 결정인 구정(spherulite)의 크기가 1 내지 5㎛인, 전력 케이블.
제1항에 있어서,
상기 절연 조성물은, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 파라핀계 오일, 나프텐계 오일 또는 이들의 배합물 2.5 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 절연 조성물은, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 아민계, 디알킬에스테르계, 티오에스테르계 또는 페놀계 산화방지제 0.2 내지 5 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 쉬스층은 상기 절연 조성물의 기재 수지와 동일한 기재 수지를 포함하는 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도체와 상기 절연층 사이에 배치된 내부 반도전층, 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제6항에 있어서,
상기 내부 반도전층, 상기 외부 반도전층, 또는 이들 모두는 상기 절연 조성물의 기재 수지와 동일한 기재 수지를 포함하는 반도전 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.