KR102278264B1

KR102278264B1 - 전력 케이블

Info

Publication number: KR102278264B1
Application number: KR1020150095281A
Authority: KR
Inventors: 이재익; 유원상; 김광모; 강성태; 이태현
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2021-07-15
Also published as: KR20170004643A

Abstract

본 발명은 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 종래 전력 케이블에 비해 경량이고, 내식성이 우수하며, 외부의 물리적 충격 및 온도변화에도 층간 접착력이 유지되어 박리가 효과적으로 억제되는 수밀층을 갖는 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

전력 케이블{Power cable}

해저케이블, 지중케이블 등의 전력 케이블은 일반적으로 외부로부터의 수분의 침투를 억제하는 수밀층을 포함한다.

도 1은 미국특허공보 제4,472,597호에 개시된 전력 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전력 케이블은 도체(1), 내부 반도전층(2), 절연층(3), 외부 반도전층(4), 금속 차폐층(5), 전도성 테이프층(8), 수밀층(7), 외부 자켓(6)의 순서로 이들 구성을 포함하는 구조를 가질 수 있다.

여기서, 상기 수밀층(7)으로서 알루미늄 호일(Aluminum foil)의 양면에 폴리에틸렌이 코팅된 알루미늄 적층 테이프가 사용되는 경우, 상기 알루미늄 호일은 부식에 취약하여 상기 외부 자켓(6)을 통과한 수분에 의해 손상됨으로써 케이블의 수명이 단축될 수 있다.

한편, 도 2는 미국특허공보 제4,501,928호에 개시된 전력 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 전력 케이블은 도체(1'), 내부 반도전층(2'), 절연층(3'), 외부 반도전층(4'), 금속 차폐층(5'), 반도전 테이프(6'), 수밀층(7'), 외부 자켓(8')의 순서로 이들 구성을 포함하는 구조를 가질 수 있다.

여기서, 상기 수밀층(7')으로서 납 호일(Lead foil)의 양면에 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등이 코팅된 납 적층 테이프가 사용되는 경우, 상기 납 호일은 무게가 무거워 케이블의 경량성이 저하될 수 있다.

또한, 종래 전력 케이블에 적용된 상기 수밀층(7,7')은 상기 외부 자켓(6,8')과의 접착력이 불충분하여 외부의 물리적 충격 및 온도변화에 의해 상기 수밀층(7,7')과 상기 외부 자켓(6,8')이 서로 박리되는 문제가 있다.

한편, 일본 공개특허공보 제1994-309948호, 제2001-023453호 및 제2014-032912호, 그리고 미국 공개특허공보 제2012-0080213호 등에 개시된 전력 케이블은 수밀층과 외부 자켓의 접착력을 향상시키기 위해 이들 사이에 접착층을 추가로 포함하거나, 수밀층이 금속층과 상기 금속층의 표면에 도포된 접착 보조층으로 이루어져 있으나, 상기 접착층 또는 상기 접착 보조층은 상기 외부 자켓을 투과한 수분에 의해 접착력이 급격히 저하되어 층간 박리가 발생하거나, 특히 외부의 물리적 충격에 의해 접착력 및 박리력이 현저히 저하되는 문제가 있다.

따라서, 종래 전력 케이블에 비해 경량이고, 내식성이 향상되고 외부의 물리적 충격 및 온도변화에도 층간 접착력이 유지되어 박리가 효과적으로 억제되는 수밀층을 갖는 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 종래 전력 케이블에 비해 경량인 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 내식성이 향상되고 외부의 물리적 충격 및 온도변화에도 층간 접착력이 유지되어 박리가 효과적으로 억제되는 수밀층을 갖는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

중심 도체, 상기 중심 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속 차폐층, 상기 금속 차폐층을 감싸는 수밀층, 상기 수밀층을 감싸는 완충층, 상기 완충층을 감싸는 접착층, 및 상기 접착층을 감싸는 외부 자켓을 포함하고, 상기 완충층은 상기 접착층에 비해 연질의 수지를 포함하고, 상기 수지는 상기 수밀층에 포함된 수지 및 상기 접착층에 포함된 수지와 접착이 용이하고 혼용성이 있는 수지인, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 완충층은 융점이 80℃ 이상이고, 밀도가 0.85 내지 0.94이며, 경도(shore A)가 65 이상인 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 완충층은 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 및 에틸렌 아크릴산(EAA)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 에틸렌 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

그리고, 상기 완충층의 두께는 1 내지 3 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

나아가, 상기 접착층의 두께는 4 내지 6 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

한편, 상기 수밀층은 구리 테이프 및 상기 구리 테이프 위에 형성된 접착 보조층을 포함하고, 상기 접착 보조층은 상기 전력 케이블을 온도 80℃의 증류수에 7일간 침수 후 측정한 상기 구리 테이프에 대한 상기 외부 자켓의 박리력 잔율을 70% 이상으로 하는 접착력을 갖는 접착제를 포함하며, 상기 접착층은 밀도가 0.90 이상이고 결정화도가 50% 초과인 수지를 포함하고 수분 이동 경로를 형성하는 첨가제를 포함하지 않는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 접착층은 결정화도가 60% 이상인 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 접착 보조층을 형성하는 접착제는 올레핀과 극성 단량체의 공중합 또는 블렌드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

그리고, 상기 극성 단량체는 비닐 아세테이트 또는 비닐 버사테이트의 비닐 에스테르 단량체, 메타크릴산, 아크릴산, 말레산 또는 이타콘산의 비닐-불포화 카르복시산 단량체, (메트)아크릴레이트 또는 알킬(메트)아크릴레이트의 아크릴계 단량체인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

나아가, 상기 극성 단량체의 함량은, 상기 랜덤 공중합 수지의 총 중량을 기준으로, 5 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 올레핀과 극성 단량체의 랜덤 공중합 수지는 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA)인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

한편, 상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 구리 테이프의 두께는 0.05 내지 0.38 mm이고, 상기 접착 보조층의 두께는 0.05 내지 0.1 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 외부 자켓은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지를 포함하고, 두께가 0.1 내지 8 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

그리고, 상기 금속 차폐층은 상기 외부 반도전층에 횡권된 제1 반도전 테이프층, 상기 제1 반도전 테이프층 위에 배치되고 복수의 구리 중성선을 포함하는 금속층, 및 상기 금속층 위에 횡권된 제2 반도전 테이프층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

나아가, 상기 절연층은 가교 폴리에틸렌(XLPE)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

한편, 상기 수밀층은 양 말단이 서로 중첩되고, 중첩 영역에서 상기 수밀층의 하부면과 상부면은 핫멜트(hot melt) 접착제에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 핫멜트 접착제는 80℃ 이상의 크리프 저항 온도(creep resistance temperature) 및 연화점(softening temperature)을 갖는 폴리아마이드, 폴리에틸렌비닐아세테이트 또는 고무계열 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

한편, 상기 내부 반도전층, 상기 절연층 및 상기 외부 반도전층을 유사한 계열의 베이스 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

본 발명에 따른 전력 케이블은 경량 소재로 이루어진 수밀층을 포함함으로써 종래 전력 케이블에 비해 경량인 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명에 따른 전력 케이블은 내식성이 우수한 소재로 이루어진 수밀층을 포함함으로써 수밀층의 부식이 억제되는 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명에 따른 전력 케이블은 수밀층과 외부 자켓의 접착력을 향상시키고 상기 수밀층과 상기 외부 자켓의 접착력을 저하시키는 주된 원인인 수분 침투를 효과적으로 억제할 수 있는 접착층 및 이의 하부에 외부의 물리적 충격을 완충하는 완충층을 추가로 포함함으로써, 외부의 물리적 충격 및 온도변화에도 수밀층의 박리를 효과적으로 억제하여, 결국 수밀층의 기능 유지 및 케이블의 수명 단축 억제의 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 종래 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래 전력 케이블의 또 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 케이블에 있어서 수밀층(70)의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

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. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 3 및 4는 본 발명에 따른 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 중심 도체(10), 상기 중심 도체(10)를 감싸는 내부 반도전층(20), 상기 내부 반도전층(20)을 감싸는 절연층(30), 상기 절연층(30)을 감싸는 외부 반도전층(40), 상기 외부 반도전층(40)을 감싸고 제1 반도전 테이프층(51), 금속층(60) 및 제2 반도전 테이프층(52)으로 구성된 금속 차폐층, 상기 금속 차폐층을 감싸는 수밀층(70), 상기 케이블에 대한 외부의 충격으로부터 상기 수밀층(70)을 보호하고 상기 외부의 충격이 가해진 경우에도 상기 수밀층(70)과 접착층(90)의 접착력을 유지할 수 있도록 하는 완충층(80), 상기 수밀층(70)과 외부 자켓(100)을 접착하는 접착층(90), 및 외부 자켓(100)을 포함할 수 있다.

상기 중심 도체(10)는 구리, 알루미늄, 바람직하게는 구리로 이루어진 단선 또는 복수의 도선이 연합된 연선에 의해 이루어질 수 있고, 상기 중심 도체(10)의 직경, 연선을 구성하는 소선의 직경 등을 포함하는 규격은 이를 포함하는 전력 케이블의 송전압, 용도 등에 따라 상이할 수 있고, 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전력 케이블이 해저 케이블 같이 포설성, 가요성 등이 요구되는 용도로 사용되는 경우, 상기 중심 도체(10)는 단선보다는 유연성이 우수한 연선에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 내부 반도전층(20)은 상기 중심 도체(10)와 상기 절연층(30) 사이에 배치되어 상기 중심 도체(10)와 상기 절연층(30)의 층간 들뜸을 유발하는 공기층을 없애주며, 국부적인 전계집중을 완화시켜 주는 등의 기능을 수행한다. 한편, 상기 외부 반도전층(40)은 상기 절연층(30)에 균등한 전계가 걸리도록 하는 기능, 국부적인 전계집중 완화 및 외부로부터 케이블 절연층을 보호하는 기능을 수행한다.

통상, 상기 내부 반도전층(20) 및 외부 반도전층(40)은 베이스 수지에 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 전도성 입자가 분산되어 있고, 가교제, 산화방지제, 스코치 억제제 등이 추가로 첨가된 반도전 조성물의 압출에 의해 형성되고, 상기 베이스 수지는 상기 반도전층(20,40)과 상기 절연층(30)의 층간 접착력을 위해 상기 절연층(30)을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지와 유사한 계열의 올레핀 수지, 예를 들어, 올레핀과 아크릴계 단량체의 공중합 수지, 특히, 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA) 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내부 및 외부 반도전층(20,40)의 두께는 케이블의 송전압에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 345kV 전력 케이블의 경우, 상기 내부 반도전층(20)의 두께는 1.0 내지 2.5 mm일 수 있고, 상기 외부 반도전층(40)의 두께는 1.0 내지 2.5 mm일 수 있다.

상기 절연층(30)은 예를 들어 베이스 수지로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지일 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 절연 조성물의 압출에 의해 형성될 수 있다.

상기 폴리에틸렌 수지는 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌 수지는 단독중합체, 에틸렌과 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 랜덤 또는 블록 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다.

또한, 상기 절연층(30)을 형성하는 절연 조성물은 가교제를 포함함으로써, 상기 절연층(30)은 압출시 또는 압출 후 별도의 가교 공정에 의해 가교 폴리올레핀(XLPO), 바람직하게는 가교 폴리에틸렌(XLPE)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 절연 조성물은 산화방지제, 압출성향상제, 가교조제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 가교제는 상기 폴리올레핀의 가교방식에 따라 실란계 가교제, 또는 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 가교제일 수 있다. 여기서, 상기 가교제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.

상기 절연층(30)의 두께는 전력 케이블의 송전압에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 345kV 전력 케이블의 경우, 상기 절연층(30)의 두께는 23.0 내지 31.0 mm일 수 있다.

상기 금속 차폐층은 금속, 바람직하게는 구리로 이루어진 복수의 중성선에 의해 형성된 금속층(60)의 상하부 각각에 반도전 테이프가 횡권되어 형성된 반도전 테이프층(50), 즉 제1 반도전 테이프층(51) 및 제2 반도전 테이프층(52)이 형성될 수 있고, 해저와 같은 가혹한 환경 조건하에서 케이블을 보호하는 기능과 누설전류 발생시 사고 전류가 접지를 통해 외부로 빠져나갈 수 있도록 하는 경로 역할을 수행한다.

상기 제1 반도전 테이프층(51)은 상기 금속층(60)의 하중에 의한 상기 절연층(30)의 변형을 억제하기 위한 완충을 수행하고, 상기 제2 반도전 테이프층(52)은 상기 금속층(60)의 바인딩을 수행한다. 또한, 상기 제1 및 제2 반도전 테이프층(51,52)은 습윤 팽윤 테이프일 수 있고, 이러한 경우 수분을 차단하는 차수 기능을 병행할 수 있다. 상기 제1 및 제2 반도전 테이프층(51,52)을 형성하는 반도전 테이프의 두께는 예를 들어 약 200 내지 1,000 ㎛일 수 있다.

상기 금속 차폐층을 형성하는 금속층(60)의 두께는 예를 들어 약 1.0 내지 3.0 mm일 수 있고, 상기 제1 반도전 테이프층(51)의 두께는 0.2 내지 1.0 mm이고, 상기 제2 반도전 테이프층(52)의 두께는 0.85 내지 0.95 mm일 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전력 케이블에 있어서 수밀층(70)의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수밀층(70)은 금속, 바람직하게는 구리 테이프(71)와 접착 보조층(72)을 포함할 수 있다. 상기 수밀층(70)은 상기 외부 자켓(100)을 통해 침투한 수분이 상기 절연층(30)으로 침투하는 것을 억제하는 기능을 수행한다.

상기 구리 테이프(71)의 두께는 예를 들어 약 0.05 내지 0.38 mm일 수 있고, 상기 접착 보조층(72)의 두께는 예를 들어 약 0.05 내지 0.1 mm일 수 있다. 상기 접착 보조층(72)은 케이블의 전기적 특성에 대한 부정적 영향을 회피하기 위해 가능한 얇게 형성되어야 한다.

상기 수밀층에 있어서, 상기 구리 테이프(71)는 종래 알루미늄 호일층에 비해 내식성이 우수하고, 종래 납 호일층에 비해 경량이라는 장점이 있다. 상기 구리 테이프(71) 위에는 접착 보조층(72)이 형성되어 있다. 상기 구리 테이프(71)와 상기 완충층(80)의 접착이 용이하지 않기 때문에, 상기 접착층(80)과의 접착이 용이한 수지로 이루어진 접착 보조층(72)을 상기 구리 테이프(71) 위에 적층(lamination)한다.

상기 접착 보조층(72)의 적층 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 증착(deposition), 전착(electro deposition), 압출 등의 방법이 이용될 수 있다. 상기 접착 보조층(72)은 케이블의 외부로부터 충격이 가해지거나 온도가 급격히 변화하는 가혹한 조건하에서도 상기 수밀층(70)과 상기 외부 자켓(100) 또는 상기 수밀층(70)과 상기 완충층(80)의 긴밀한 접착을 유지하는 기능 및 상기 구리 테이프(71)의 부식을 억제하는 기능을 수행한다.

여기서, 상기 접착 보조층(72)은 상기 전력 케이블을 온도 80℃의 증류수에 7일간 침수 후 측정한 상기 구리 테이프(71)에 대한 상기 외부 자켓(100) 또는 상기 구리 테이프(71)에 대한 상기 접착층(90)의 박리력 잔율을 70% 이상으로 하는 접착력을 갖는 접착제로 이루어질 수 있다. 상기 박리력 잔율이란 상기 전력 케이블의 침수 전 상기 구리 테이프(71)에 대한 상기 외부 자켓(100)의 박리력 초기값에 대한 상기 전력 케이블의 침수 후 상기 구리 테이프(71)에 대한 상기 외부 자켓(100)의 박리력 값의 비율을 의미한다.

상기 박리력 잔율이 70% 미만인 경우 상기 케이블의 외부로부터 충격이 가해지거나 온도가 급격히 변화하는 가혹한 조건하에서 상기 수밀층(70)과 상기 외부 자켓(100)의 긴밀한 접착을 유지할 수 없다.

예를 들어, 상기 접착 보조층(72)은 아크릴계 수지, 올레핀계 수지, 바람직하게는 올레핀과 극성 단량체의 랜덤 공중합 수지를 베이스 수지로 포함하는 접착제로 형성될 수 있다. 상기 접착 보조층(72)은 분무, 함침, 압출 등의 일반적인 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다.

상기 극성 단량체는 비닐 아세테이트, 비닐 버사테이트 등의 비닐 에스테르 단량체; 메타크릴산, 아크릴산, 말레산, 이타콘산 등의 비닐-불포화 카르복시산 단량체; (메트)아크릴레이트, 알킬(메트)아크릴레이트 등의 아크릴계 단량체 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 극성 단량체의 함량은 수지의 총 중량을 기준으로 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%일 수 있다.

바람직하게는, 상기 접착 보조층(72)을 형성하는 접착제의 베이스 수지는 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA) 등일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수밀층(70)은 더욱 우수한 수밀 특성을 구현하기 위해 양 말단이 중첩될 수 있고, 상기 중첩 영역에서 상기 수밀층(70)의 하부면과 상부면은 핫멜트(hot melt) 접착제에 의해 긴밀하게 접착될 수 있다. 상기 핫멜트 접착제는 물이나 용제를 전혀 사용하지 않고 100% 열가소성 수지를 사용하여 고온에서 액상으로 피착제에 도포 및 압착 후 수 초내에 냉각화되면서 접착력을 발휘하는 열용융 접착제 또는 압력 감응형 접착제이다.

상기 핫멜트 접착제는 다른 용제형 접착제나 수분산형 접착제 등에 비해 건조과정이 필요없고 작업공간이 적고 접착속도가 빠른 특징이 있다. 또한, 상기 핫멜트 접착제의 소재는 예를 들어 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌비닐아세테이트, 고무 등일 수 있고, 일반적으로 왁스, 점착제, 가소제, 충전제, 산화방지제 등을 추가로 포함할 수 있다.

상기 핫멜트는 바람직하게는 전력 케이블에 사용되기 위해 80℃ 이상의 크리프 저항 온도(creep resistance temperature) 및 연화점(softening temperature)을 갖는 폴리아마이드 또는 고무계열 수지로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어, 헨켈(Henkel)사에 의해 시판되고 있는 Q8740 또는 Q6239를 구입하여 사용할 수 있다.

상기 완충층(80)은 상기 수밀층(70)과 상기 접착층(80) 사이에 배치되어 상기 케이블에 대한 외부 충격을 흡수함으로써 상기 수밀층(70), 특히 구리 테이프(71)의 손상을 방지하고 층간 박리를 억제하는 기능을 수행한다.

특히, 상기 케이블에 대한 외부 충격이 상기 완충층(80)에 의해 흡수될 수 있는 정도를 초과하는 경우, 상기 충격의 일부가 상기 수밀층(70), 특히 상기 구리 테이프(71)에 전달됨으로써 상기 구리 테이프(71)에 부분적으로 함몰부가 형성되고, 상기 함몰부는 외부로부터 침투한 수분이 케이블의 길이방향으로 이동하는 통로가 될 수 있는데, 상기 완충층(80)은 상기 접착층(90)에 비해 연질의 수지를 포함함으로써 상기 함몰부를 메워 수분이 케이블의 길이방향으로 이동하는 것을 억제하는 기능을 추가로 수행할 수 있다.

한편, 상기 완충층(80)을 갖지 않는 종래의 전력 케이블은 이의 포설시 외부로부터 충격이 가해질 때 그 충격이 수밀층에 전달되어 층간 박리가 일어날 수 있고, 특히 상기 수밀층에 함몰부가 형성되는 경우 상기 함몰부는 외부로부터 침투한 수분이 길이방향으로 이동하는 통로가 될 수 있다.

상기 완충층(80)은 케이블의 운전시 발생하는 열에 견딜 수 있도록 융점이 80℃ 이상이고, 밀도는 0.85 내지 0.94, 그리고 경도(shore A)는 65 이상인 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 완충층(80)을 구성하는 수지의 밀도가 0.85 미만이고 경도(shore A)가 65 미만인 경우 케이블에 대한 외부 충격을 충분히 흡수할 수 없는 반면, 밀도가 0.94 초과인 경우 외부 충격에 의해 상기 구리 테이프(71)에 형성될 수 있는 함몰부를 충분히 메울 수 없다.

상기 완충층(80)은 상기 수밀층(70), 특히 접착 보조층(72)과 상기 접착층(90) 사이에 배치되기 때문에 층간 박리를 억제하기 위해서는, 상기 완충층(80)에 포함되는 수지는 상기 접착 보조층(72)에 포함되는 수지와 상기 접착층(90)에 포함되는 수지와의 접착이 유리하고 혼용성이 있는 것이 바람직하다.

상기 완충층(80)에 포함되는 수지는 예를 들어 에틸렌 공중합체, 바람직하게는 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 아크릴산(EAA) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 에틸렌 공중합체를 포함할 수 있고, 에틸렌과 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 공중합체나 고무 계열도 포함할 수 있다.

상기 완충층(80)의 두께는 1 내지 3 mm일 수 있다. 상기 완충층(80)은 상기 접착층(90)의 두께가 후술하는 바와 같음을 전제로 이의 두께가 1 mm 미만인 경우 케이블에 대한 외부 충격을 흡수하고 상기 외부 충격에 의해 형성되는 수밀층의 함몰부를 메우기에 불충분한 반면, 상기 두께가 3 mm 초과인 경우 케이블의 외경이 불필요하게 증가할 수 있다.

상기 접착층(90)은 상기 수밀층(70) 및 상기 완충층(80)과 상기 외부 자켓(100)을 접착하는 기능을 수행하고 상기 외부 자켓(100)을 통과한 수분을 차단하여 상기 수분에 의해 상기 수밀층(70) 및 상기 완충층(80)에 대한 상기 접착층(90)의 박리력이 저하되는 것을 억제하는 기능을 수행한다.

여기서, 상기 접착층(90)은 밀도가 0.90 이상, 예를 들어, 0.90 내지 0.97이고, 결정화도가 50% 초과, 예를 들어, 50% 초과 90% 이하, 바람직하게는 60% 이상인 수지로 이루어질 수 있고, 이로써, 융점이 100℃ 이상, 예를 들어, 100 내지 140℃일 수 있다.

상기 접착층(90)은 상기 고밀도 및 상기 고결정화도, 그리고 상기 외부 자켓(100)과 달리 수분 이동 경로를 형성하는 카본 블랙 등의 첨가제가 첨가되지 않음으로써 차수성이 향상되어 수분 침투에 의해 상기 수밀층(87) 및 상기 완충층(80)에 대한 상기 접착층(90)의 박리력이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 접착층(90)의 두께는 4 내지 6 mm일 수 있다. 여기서, 상기 접착층(90)의 두께가 4 mm 미만인 경우 충분한 차수성을 갖지 못하기 때문에 수분 침투에 의해 상기 수밀층(70) 및 상기 완충층(80)에 대한 상기 접착층(90)의 박리력이 저하될 수 있는 반면, 상기 접착층(90)의 두께가 6 mm 초과인 경우 상기 전력 케이블의 전체적인 직경이 불필요하게 증가하게 되고 또한 압출 후 냉각시 서서히 냉각됨으로써 상기 금속층(60)을 형성하는 복수의 중성선들의 돌출 모양이 상기 외부 자켓(100) 표면에 나타날 수 있다.

상기 접착층(90)은 상기 수밀층(70), 상기 완충층(80) 및 상기 외부 자켓(100)과의 긴밀한 접착을 위해 상기 수밀층(80), 상기 완충층(80) 및 상기 외부 자켓(100)을 형성하는 수지와 유사한 계열의 수지, 예를 들어, 에틸렌 단독 중합체 또는 공중합체, 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 이루어질 수 있다.

상기 외부 자켓(100)은 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 등을 포함할 수 있고, 상기 접착층(90)과의 긴밀한 접착력을 유지하기 위해 상기 접착층(90)을 구성하는 수지와 유사한 계열의 수지, 예를 들어, 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 것이 바람직하고, 케이블의 최외곽에 배치되는 층이므로 기계적 강도를 고려할 때, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 외부 자켓(100)은 상기 전력 케이블의 색상을 구현하기 위해 카본 블랙 등의 첨가제를 소량, 예를 들어, 2 내지 3 중량% 포함할 수 있다.

상기 외부 자켓(100)은 외부로부터 케이블에 충격이 가해지는 경우 상기 충격을 1차적으로 흡수하여 상기 접착층(90)과의 긴밀한 접착을 유지하기 위해서는 예를 들어 0.1 내지 8 mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

앞서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 수밀층(70)의 기저층을 종래 납에 비해 경량이고 종래 알루미늄에 비해 내식성이 우수한 구리 테이프(71)로 형성함으로써, 종래 전력 케이블에 비해 경량이고 내식성이 우수하다.

또한, 상기 수밀층(70)과 상기 접착층(90) 사이에 이들 층을 구성하는 소재와 접착이 용이하고 혼용성을 갖는 소재로 이루어진 완충층(80)을 배치하고, 상기 수밀층(70)의 접착 보조층(72) 및 상기 접착층(90)의 소재를 정밀하게 제어함으로써, 층간 접착력을 극대화하고 수분 침투에 의한 층간 박리를 억제하는 동시에, 또한 케이블에 대한 외부 충격이 상기 수밀층(70)에 전달되어 상기 수밀층(70), 특히 구리 테이프(71)가 손상되는 것을 억제하며, 나아가 상기 케이블에 대한 충격의 일부가 상기 구리 테이프(71)에 전달되어 부분적인 함몰부가 형성되는 경우 상기 완충층(80)이 상기 함몰부를 메워 상기 함몰부를 따라 케이블의 길이방향으로 수분이 이동하는 것을 억제할 수 있다.

[실시예]

1. 제조예

프레스 온도 160℃(10분), 냉각 온도 40℃(10분), 압력 4,800 kg/㎡의 조건하에서 열간 프레스 작업을 통해 접착층(밀도 0.956의 고밀도 폴리에틸렌), 구리 테이프, 접착 보조층(에틸렌 비닐 아세테이트), 접착층(밀도 0.956의 고밀도 폴리에틸렌) 및 외부 자켓(고밀도 폴리에틸렌, 카본 블랙 2.5 중량%)이 순차적으로 적층되어 형성된 실시예 1의 샘플 시트를 제조했다. 또한, 아래 표 1에 기재된 접착층 시편 2개 사이에 리트머스 종이가 삽입된 실시예 및 비교예의 샘플 시트를 제조했다.

	수지	두께(mm)
실시예2	수지1	4.0
실시예3	수지1	5.0
비교예1	수지1	0.25
비교예2	수지1	0.5
비교예3	수지2	0.25
비교예4	수지2	0.5
비교예5	수지2	4.0
비교예6	수지2	5.0

- 수지 1 : 고밀도 폴리에틸렌(밀도 0.956)

- 수지 2 : 에틸렌/아크릴산 랜덤 공중합 수지(밀도 0.895)

2. 물성 평가

1) 박리력 평가

실시예 1의 샘플 시트를 pH 8.5 및 온도 80℃의 염기성 수용액에 침수 전 및 후 구리 테이프에 대한 외부 자켓의 박리력을 측정했다. 박리력 측정 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.

	침수 전	침수 후 7일	침수 후 21일	침수 후 42일	침수 후 84일
박리력(N/mm)	0.86	0.80	0.77	0.82	0.99
박리력 잔율(%)	100	93	89	95	115

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 전력 케이블은 접착층의 차수성 및 접착성이 우수하여 침수 후에도 수밀층과 외부 자켓의 층간 접착력이 침수 전 대비 70% 이상으로 유지된 것으로 확인되었다.

2) 수분 투과 평가

실시예 2 및 3, 그리고 비교예 1 내지 6의 시편을 pH 8.5 및 온도 80℃의 염기성 수용액에 침수 후 염기성 용액이 접착층 시편을 투과하여 리트머스 종이를 변색시킬 때까지의 시간을 측정했다. 평가 결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

	수분 침투까지 시간
실시예2	125일 이상
실시예3	125일 이상
비교예1	7일
비교예2	48일
비교예3	0일
비교예4	3일
비교예5	12일
비교예6	19일

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 2 및 3의 접착층은 밀도가 0.90 이상인 수지로 이루어져 있고 특정 값 이상의 두께를 갖기 때문에 차수성이 충분한 것으로 확인되었다.

반면, 비교예 1 내지 4의 접착층은 두께가 임계값 미만으로 차수성이 불충분하였고, 비교예 5 및 6의 접착층은 이를 구성하는 수지의 밀도가 임계값 미만으로 차수성이 불충분한 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.

10 : 도체 20 : 내부 반도전층
30 : 절연층 40 : 외부 반도전층
50 : 반도전 테이프층 60 : 금속층
70 : 수밀층 80 : 완충층
90 : 접착층 100 : 외부 자켓

Claims

중심 도체, 상기 중심 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 금속 차폐층, 상기 금속 차폐층을 감싸는 수밀층, 상기 수밀층을 감싸는 완충층, 상기 완충층을 감싸는 접착층, 및 상기 접착층을 감싸는 외부 자켓을 포함하고,
상기 완충층은 상기 접착층에 비해 연질의 수지를 포함하고, 상기 수지는 상기 수밀층에 포함된 수지 및 상기 접착층에 포함된 수지와 접착이 용이하고 혼용성이 있는 수지이며,
상기 완충층은 융점이 80℃ 이상이고, 밀도가 0.85 내지 0.94이며, 경도(shore A)가 65 이상인 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
삭제
제1항에 있어서,
상기 완충층은 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 및 에틸렌 아크릴산(EAA)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 에틸렌 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 완충층의 두께는 1 내지 3 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제4항에 있어서,
상기 접착층의 두께는 4 내지 6 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 수밀층은 구리 테이프 및 상기 구리 테이프 위에 형성된 접착 보조층을 포함하고, 상기 접착 보조층은 상기 전력 케이블을 온도 80℃의 증류수에 7일간 침수 후 측정한 상기 구리 테이프에 대한 상기 외부 자켓의 박리력 잔율을 70% 이상으로 하는 접착력을 갖는 접착제를 포함하며,
상기 접착층은 밀도가 0.90 이상이고 결정화도가 50% 초과인 수지를 포함하고 수분 이동 경로를 형성하는 첨가제를 포함하지 않는, 전력 케이블.
제6항에 있어서,
상기 접착층은 결정화도가 60% 이상인 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제6항에 있어서,
상기 접착 보조층을 형성하는 접착제는 올레핀과 극성 단량체의 공중합 또는 블렌드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제8항에 있어서,
상기 극성 단량체는 비닐 아세테이트 또는 비닐 버사테이트의 비닐 에스테르 단량체, 메타크릴산, 아크릴산, 말레산 또는 이타콘산의 비닐-불포화 카르복시산 단량체, (메트)아크릴레이트 또는 알킬(메트)아크릴레이트의 아크릴계 단량체인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제8항에 있어서,
상기 극성 단량체의 함량은, 상기 랜덤 공중합 수지의 총 중량을 기준으로, 5 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제9항에 있어서,
상기 올레핀과 극성 단량체의 랜덤 공중합 수지는 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA)인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제6항에 있어서,
상기 구리 테이프의 두께는 0.05 내지 0.38 mm이고, 상기 접착 보조층의 두께는 0.05 내지 0.1 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 외부 자켓은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지를 포함하고, 두께가 0.1 내지 8 mm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 금속 차폐층은 상기 외부 반도전층에 횡권된 제1 반도전 테이프층, 상기 제1 반도전 테이프층 위에 배치되고 복수의 구리 중성선을 포함하는 금속층, 및 상기 금속층 위에 횡권된 제2 반도전 테이프층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 절연층은 가교 폴리에틸렌(XLPE)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 수밀층은 양 말단이 서로 중첩되고, 중첩 영역에서 상기 수밀층의 하부면과 상부면은 핫멜트(hot melt) 접착제에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제17항에 있어서,
상기 핫멜트 접착제는 80℃ 이상의 크리프 저항 온도(creep resistance temperature) 및 연화점(softening temperature)을 갖는 폴리아마이드, 폴리에틸렌비닐아세테이트 또는 고무계열 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 내부 반도전층, 상기 절연층 및 상기 외부 반도전층을 유사한 계열의 베이스 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.