KR20010033426A - 절연시스템을 갖는 ｄｃ 전기케이블 - Google Patents

Abstract

절연된 DC 케이블 및 도체 주위에 배치된 성형된 가교폴리에틸렌 기초의 절연물을 포함하는 절연계를 갖는 절연된 DC 케이블을 생산하는 방법. 성형된 폴리에틸렌 기초의 합성물은 가교화제, 스코치 억제제 및 항산화제같은 첨가물을 포함한다. 스코치 억제제는 합성물(D)인, 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1을 포함하고 산화 억제제는 합성물인(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르를 포함한다. 합성된 폴리에틸렌 기초의 수지성분은 절연물을 가교시키기에 충분한 온도와 시간주기동안 성형되고 가교된다. 성형 및 가교시의 온도와 시간의 주기는, 가교성분에서 형성되는 바람직하지 않은 극성 부산물을 실질적으로 억제하거나 본질적으로 피하기 위해 제한된다.

Description

절연시스템을 갖는 ＤＣ 전기케이블{AN ELECTRIC DC-CABLE WITH AN INSULATION SYSTEM}

전력의 송전과 배전을 위한 많은 제 1 전원시스템이 DC기술에 기초하고 있지만, 이 DC시스템은 교류, 즉 AC 를 사용하는 시스템에 의해서 급속히 대체되고 있다. AC 시스템은 발전, 송전 및 배전전압 사이의 용이한 변환의 바람직한 특성을 갖는다. 처음 반세기에는 현대적인 전원시스템의 발전은 AC 전송시스템에만 기초를 두었다. 그러나, 1950 년까지 장거리 송전체계에 대한 요구가 커져왔고 어떤 상황에서는 DC 를 기초로 한 시스템을 이용하는 것이 유리하다는 것이 명백해졌다. 예견된 장점은, AC 시스템의 안정도와 관련되어 전형적으로 발생되는 문제들의 감소, 시스템의 역률이 항상 1 이므로 더욱 효율적으로 장치를 사용할 수 있다는 점 및 더 높은 동작전압에서 소정의 절연두께 또는 클리어런스(clearance)를 사용할 수 있는 능력을 포함한다. 이 매우 중요한 장점들과는 대조적으로 AC 에서 DC 로 변환하고 DC 를 다시 AC 로 역변환하기 위한 고가의 터미널장치들에 대하여 고려해야 한다. 그러나, 소정의 송전전력에 대하여, 터미널비용은 일정하므로, DC 송전시스템은 장거리를 포함하는 시스템에서 경제적으로 된다. 따라서 DC 기술은, 송전거리가 송전장치의 절약이 터미널 플랜트의 비용을 초과하는 길이를 전형적으로 초과하는 경우와 같이 장거리 송전을 목적으로 한 시스템에 대하여 경제적으로 된다.

DC 동작의 중요한 장점은 실질적으로 유전손실을 제거하여 장치의 효율과 절약에 있어서 상당한 이득을 제공한다. DC 누설전류는 매우 적은 양이어서 전류정격 계산시 무시될 수 있는 반면, AC 케이블에서는 유전손실이 전류정격의 심각한 감소를 초래한다. 이것은 더 높은 시스템전압에 대하여 상당히 중요하다. 유사하게, 높은 커패시턴스도 DC 케이블에서는 단점이 아니다. 전형적인 DC 송전케이블은 도체를 포함하고 절연시스템은 내부반도전 실드, 절연 베이스 보디 및 외부반도전 실드같은 복수의 층을 포함한다. 또한 케이블은 생산, 설치 및 사용하는 동안의 수분침투와 기계적마모 또는 힘들에 저항하기 위하여 외피, 보강재 등으로 보완된다.

지금까지 거의 모든 DC 케이블 시스템은 해저횡단이나 그들에 관련된 내륙케이블을 위하여 제공되었다. 장거리 횡단의 경우 가압조건에 기인하여 길이에 대한 제한이 없으므로 매스합침 고체종이 절연형(mass-impregnated solid paper insulated type) 케이블이 선택된다. 이것은 450kV 의 동작전압에 대하여 제공되었다. 지금까지 절연유가 합쳐진 본질적으로 모든 종이절연 보디가 사용되었지만 증가된 임펄스강도와 감소된 직경같은 장점을 얻기 위하여 최대 500kV까지의 전압에서 폴리프로필렌 종이 적층같은 적층재료를 사용하는 것이 권장되고 있다.

AC 송전케이블의 경우와 같이, DC 케이블의 절연두께를 결정할 때 과도전압은 반드시 고려해야 할 인자이다. 가장 까다로운 상태는 케이블이 전부하를 전송하는 경우 동작전압과 반대인 극성의 과도전압이 시스템에 부과될 때 발생한다. 케이블이 가공선 시스템에 연결되는 경우, 그러한 상태는 보통 낙뢰 과도전류의 결과로서 발생한다.

폴리에틸렌, PE, 또는 가교폴리에틸렌, XLPE, 에 기초한 성형고체절연은 거의 40년동안 AC 송배전 케이블 절연을 위하여 사용되어왔다. 따라서 DC 케이블에 대한 XLPE 및 PE 의 사용가능성이 다년간 조사되고 있다. 그런 절연물을 구비한 케이블은, DC 송전의 경우 회로길이에 제한이 없고 또한 더 높은 온도에서 동작될 수 있다는 점에서 매스합침 케이블과 동일한 장점을 갖는다. XLPE 의 경우, 종래의 DC 케이블의 50℃ 대신 90℃ 이다. 따라서 송전부하를 증가시킬 수 있다. 그러나, 풀사이즈(full size) 케이블에 대한 이 재료들의 풀포텐셜(full potential)을 획득할 수 는 없었다. 주요한 이유들 가운데 하나는 DC 전계가 가해질 때 유전체에서 공간전하가 발달하기 때문이라고 생각된다. 그런 공간전하는 스트레스 분포를 왜곡시키고 중합체의 높은 저항률로 인하여 오랜 기간동안 지속한다. 절연보디내의 공간전하는 DC 전계의 힘이 가해질 때 커패시터와 유사한 분극된 패턴이 형성되는 방식으로 축적된다. 두 가지 기본적인 형태의 공간전하축적 패턴이 있는데, 이들은 극성에 관한 공간전하 축적의 극성에 있어서 상이하다. 공간전하축적은 전계에 관하여 실질적인 전계의 특정 지점에서의 국소적인 증가를 야기시키는데, 이것은 절연물의 절연특성과 기하학적 치수를 고려하는 경우 숙고된다. 실질적인 전계에 있어서 주목된 증가는 고려되는 전계의 5 또는 심지어 10 배일 수 있다. 따라서 케이블 절연을 위한 설계 전계는 케이블 절연시 더 두껍고/거나 더 비싼 재료를 사용하도록 야기시키는 이 상당히 높은 전계를 설명하는 안전인자(safety factor)를 포함하여야 한다. 공간전하의 축적을 만드는 것은 느린 공정이므로, 본 문제는, 동일한 극성에서 장기간동안 동작된 후 케이블의 극성이 반전되는 경우 두드러진다. 반전의 결과로서 커패시티 전계는 공간전하 축적에 기인한 전계에 중첩되고 최대전계 스트레스 위치가 계면으로부터 절연물로 이동된다. 다른 특성들에는 심각한 영향을 미치지 않고 절연저항을 감소시키기 위한 첨가제를 사용함으로써 상황을 개선하려는 시도가 이루어졌다. 현재까지는 전기적인 성능과 합침형 종이절연 케이블을 조화시킬 수 없었고 상용 중합체절연 DC 케이블이 설치되지 않았다. 그러나, 미네랄 필러(mineral filler)를 구비한 XLPE 절연물을 이용하여 20kV/mm 의 최대 스트레스를 갖는 250kV 케이블에 대한 성공적인 실험결과가 보고되었다(JiCable'91, pp 562-569에서 Y. Maekawa et al 등의 DC XLPE 케이블연구 및 개발). 이 스트레스값은 매스합침 종이케이블에 대한 전형적인 값으로서 사용된 32kV/mm 와 비슷하다.

AC 케이블절연을 위한 성형수지성분은 페록사이드 가교화제, 스코치 억제제 및 항산화제 또는 항산화제 시스템과 같은 다양한 첨가제들로 보완된 베이스 중합체로서 폴리에틸렌 수지를 포함하는 것이 전형적이다. 성형된 절연의 경우 반도전 실드도 성형되고 베이스중합체 및 전기적으로 도전성 또는 반도전성인 필러(filler) 외에도 실질적으로 동일한 형태의 첨가제를 포함하는 수지성분을 포함한다. 일반적으로 절연케이블에서 다양하게 성형된 층은 종종 폴리에틸렌 수지에 기초한다. 폴리에틸렌 수지수단은 일반적으로 그리고 본출원의 경우 폴리에틸렌 기초의 수지 또는 에틸렌의 공중합체(copolymer)를 의미하는데, 여기서 에틸렌 단량체(monomer)는 매스(mass)의 주요부분을 구성한다. 따라서 폴리에틸렌 수지는 에틸렌 및 에틸렌과 공중합될 수 있는 하나 이상의 단량체로 구성될 수 있다. LDPE, 저밀도 폴리에틸렌은 오늘날 AC 케이블에 대한 우세한 절연기초 재료이다. 성형된 절연물의 물리적인 특성 및 생산, 선적, 부설, 및 그러한 케이블의 사용시 지배적인 상황의 영향하에 열화되고 분해되지 않도록 하는 능력을 향상시키기 위하여 폴리에틸렌 기초의 성분은,

- 산화, 방사 등에 의한 분해를 막기 위한 항산화제, 전자 스캐빈저 (electron scavenger)같은 안정화 첨가제,

- 공정성을 증가시키기 위한 스테아르산(srearic acid) 같은 윤활첨가제,

- 증가된 수트리(water tree) 저항같은 전기적인 스트레스에 저항하기 위한 향상된 능력을 위한 폴리에틸렌 글리콜(glycol), 실리콘 등과 같은 첨가제,

- 가열되면 프리래디컬(free radical)로 분해되고 때때로 조합되어 사용되는폴리에틸렌 수지의 가교를 시작하는 페록사이드같은 가교화제

- 가교밀도를 증대시키는 능력을 갖는 불포화 합성물같은 첨가제를 포함하는 것이 보통이다.

다양한 첨가제의 수는 크고 그들의 가능한 조합은 실질적으로 제한이 없다. 첨가제 또는 첨가제의 조합이나 그룹을 선택할 때의 목적은 다른 특징이 유지되거나 가능하다면 역시 향상되면서 하나 이상의 특성이 향상되는 것이다. 그러나, 현실적으로 첨가제 시스템의 변화의 모든 가능한 부작용을 예측하는 것은 거의 불가능하다. 다른 경우에서 추구되는 향상은, 비록 그런 부정적인 효과를 최소화시키려는 목적이 있어도 일부 소수의 부정적인 효과는 용납되어야 하는 점을 감수한다.

AC케이블에서 성형된, 가교 절연물로서 사용될 전형적인 폴리에틸렌 기초의 수지성분은,

멜트유속 0.4 - 2.5g/10분의 97.1 - 98.9 중량 % 의 저밀도 폴리에틸렌 (922kg/m³),

이후 합성물(A)로 언급되고, 4.4'-티오-비스(6-테르트-부틸-m-크레졸)이라는 화학명을 갖는 0.1 - 0.5 중량 % 의 항산화제 SANTONOX R(Flexsys Co),

디쿠밀 페록사이드라는 화학명을 갖는 1.0 - 2,4 중량 % 의 가교화제, DICUP R(Hercules Chem)를 포함한다.

SANTONOX R를 항산화제로서 사용하는데 따른 몇 가지 단점들이 오랜 시간동안 알려졌지만 그 장점(예를 들면, 스코치(scorch), 즉 조급한 가교를 막는 능력)은 이런 단점들을 압도했다. 또한 이 가교된 성분은 DC 전계에서 공간전하를 형성하므로, DC 케이블에 대한 절연시스템에서 사용될 수 없게 하는 강한 경향이 있는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 또한 확장된 가스제거, 즉 장시간동안 고온에서 가교 케이블을 고진공에 노출시키는 것은, DC전압 스트레스하에서 공간전하 축적에 대한 다소 감소된 경향을 야기시킨다. 일반적으로 진공프로세스는 "아세토페논(acetophenone)" 및 "쿠밀알콜(cumyl alcohol)"같은 페록사이드 분해산물들을 절연물로부터 제거하여 공간전하 축적이 감소되는 것으로 생각된다. 가스제거는 종이절연물의 합침(impregnation)과 비교될 수 있는, 시간을 소모하는 일괄공정이므로 비용이 많이 든다. 따라서 가스제거에 대한 필요성이 제거된다면 유리하다. AC케이블에서 성형절연물로서 사용된 대부분의 공지된 가교폴리에틸렌 성분은 공간전하 축적에 대하여 DC케이블을 위한 절연시스템에서의 사용을 부적절하게 만드는 경향을 보인다.

발명의 목적

본 발명의 목적은 전력의 DC 송배전을 위한 시설과 네트워크에서 송배전 케이블로서 사용하는데 적절한 절연시스템을 구비한 절연된 DC케이블을 제공하는 것이다. 케이블은 합침 또는 가스제거, 즉 케이블의 진공프로세스같은 장시간을 소모하는 일괄프로세스를 할 필요없이 프로세스되고 적용될 수 있는 고체성형 도체절연물을 포함한다. 그렇게 하여 케이블에 대한 생산시간과 생산비용을 절감하고 케이블 절연시스템의 실질적으로 지속적이거나 적어도 반지속적인 생산에 대한 가능성을 제공한다. 매스합침 종이기초의 절연물을 포함하는 종래의 DC케이블의 신뢰성, 낮은 보수요건 및 긴 수명이 유지되고 향상된다. 즉, 본 발명에 따른 케이블은 안정적이고 일관된 유전특성 및 높고 일관된 전기강도(electric strength)를 갖는다. 케이블 절연물은 공간전하 축적에 대한 낮은 경향, 높은 DC 브레이크다운 강도, 높은 임펄스강도 및 높은 절연저항을 나타낸다. 성형된 중합체 절연물을 합침종이 또는 셀룰로스(cellulose)를 기초로 한 테입으로 대체하는 것은, 부수적인 장점으로서 전기강도를 증가시키기 위하여 개발되어 동작전압이 증가하도록 하고, 케이블의 조작성 및 강인성을 향상시킨다.

본 발명의 목적은 또한 DC 전기 스트레스동안 절연물에서 공간전하의 축적이 없거나 낮은 폴리에틸렌에 기초한, 성형된 가교절연물을 포함하여, 공간전하 축적에 관련된 문제를 제거하거나 적어도 실질적으로 감소시키는 것이다. 또한 본 발명은 케이블 절연물의 치수를 측정하기 위하여 사용된 설계치에서 안전인자를 감소시키는 능력을 제공한다.

또한 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 그러한 절연 DC 케이블의 절연물을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 도체 절연물의 적용 및 프로세스를 위한 본 발명의 본 측면에 따른 방법은, 완전한 케이블길이나 케이블코어의 긴 길이의 오랜 일괄프로세스를 필요로 하는 동작단계가 본질적으로 없다. 상기 방법은 또한 길이가 긴 DC 케이블을 생산하기 위하여 지속적 또는 반지속적인 방식으로 사용되는 잠재성을 보인다.

발명의 개요

도체 및 도체 주위에 배치된, 성형된 가교 솔리드 도체 절연물을 포함하는 DC 전력케이블에서, 성형된 절연물은, 합성하는 동안 가교화제, 스코치 억제제 및 항산화제 시스템을 포함하는 첨가제가 만들어진 폴리에틸렌 기초의 합성물을 포함한다. 일반적인 개념에 있어서 본 발명에 따라 스코치억제제는 합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1(2,4-diphenyl-4-methyl-pentene-1) 을 포함하고, 항산화제 시스템은 합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르(diester of 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionicacid and thiodiglycol)를 포함한다.

합성 폴리에틸렌 기초의 절연물이 성형되고 상승된 온도로 그리고 절연물을 가교할 만큼 충분히 긴 시간동안 가열되는 것이 전형적이다. 온도와 시간은, 가교합성물에서 형성된 임의의 바람직하지 못한 부산물을 실질적으로 억제하거나 본질적으로 피하기 위하여 제어된다.

케이블 절연물은, 예를 들면 오랜 일괄프로세스가 필요없이 본질적으로 지속적인 방법으로 적용될 수 있다. 합침종이 절연물을 포함하는 종래 DC케이블의 증가된 DC 브레이크다운 강도와 공간전하 축적에 대한 낮은 경향이 유지되고 향상된다. 본 발명에 따른 DC 케이블의 절연특성은 일반적인 장기간의 안정도를 보이므로 케이블의 작업수명이 유지되거나 증가된다. 이것은 향후 예시되는 것처럼 본 발명에 따른 제어된 공정온도 및 공정시간과 조합된 스코치 억제제, 페록사이드 가교화제 및 항산화제 시스템의 균형잡힌 첨가에 의해서 성취된다.

본 발명은 전류 또는 전압전송 보디(body), 즉 도체 주위에 배치된 절연시스템 및 도체를 구비하고, 절연시스템이 성형된 가교폴리에틸렌 성분을 포함하는 절연된 직류 케이블, 즉 DC 케이블에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 전력의 송전과 배전을 위한 절연 DC 케이블에 관한 것이다. 성형된 절연시스템은 내부 반도전 실드, 절연 및 외부 반도전 실드와 같은 복수의 층를 포함한다. 성형된 절연은 적어도, 가교화제(cross-linked agent), 스코치 억제제(scorch retarding agent) 및 항산화제 같은 첨가제 시스템(system of additives)을 구비한, 가교폴리에틸렌 기초의 전기적인 절연성분을 포함한다.

도 1 는 성형된, 가교절연물을 포함하는 전력의 전송을 위한 본 발명에 따른 전형적인 DC케이블의 단면을 도시하는 도면.

도 2a 내지 2d 는 종래의 절연 AC케이블에서 사용된 성분과 본 발명에 따른 성분을 위한 플레이트상의 비교테스트에 대한 공간전하 기록을 도시하는 도면.

특히 DC 케이블에 적절한, 본 발명의 일 실시예는 조합된 두 성분의 항산화제 시스템을 포함하는데, 여기서 제 1 페놀 항산화제 합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르에는, DSTDP, 즉 디-스테아릴-티오-디프로피오네이트(di-stearyl-thio-dipropianate) 또는 DLTDP, 즉 디-라우로일-티오-디이프로피오네이트(di-lauroyl-thio-dipropionate)같은, 소위 제 2 항산화제(또는 티오-시너지스트(thio-synergist)) 합성물(B), 디-알킬-티오-디프로피오네이트(di-alkyl-thio-dipropionate)가 보충된다. 알킬은 선형 또는 8 내지 20 개의 탄소원자를 갖는 브랜치 포화된 알킬그룹이다.

본 실시예에 따른 DC 케이블은, 0.1 내지 0.8 중량 % 의 레벨에서, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 중량 % 의 레벨에서 폴리에틸렌에 첨가된 합성물(B) 및 합성물(C)로 구성된 조합된 두 개 성분의 항산화제를 포함한다. 합성물(C), 즉 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산 및 티오디글리콜은 공지되어 있고 시바-게이지(Ciba-Geigy)의 상호명 IRGANOX 1035로부터 상용되며, AC 케이블에서 성형된, 가교절연물을 위한 항산화제 시스템에서의 성분으로서의 사용이 공지되어 있는데, 약 0.2 중량 % 의 양으로 첨가되는 것이 전형적이다. 항산화제 효율을 증가시키기 위하여 하이드로 페록사이드 분해 합성물(B)이 첨가된다. 합성물(B)은, Hoechst AG 로부터의 HOSTANOX SE2 또는 Ciba-Geigy plc 로부터의 상호 IRGANOX PS802 하에 상용되는 디-스테아릴-티오-디프로피오네이트, DSTDP 의 형태이고, 대체적으로는 Ciba-Geigy plc 의 IRGANOX 800 및 Hoechst AG 의 HOSTANOX SE1 으로서 상용되는 DLTDP, 디-라우로일-티오-디프로피오네이트이다. 그러나, 합성물 (C) 또는 합성물(C) 및 (B) 의 조합은 합성물(A)의 스코치억제 특성은 없다. 따라서 합성물(D)이 스코치 억제제로서 첨가되고, 그렇게 하여 성형공정동안 임의의 바람직하지 못한 조급한 가교를 본질적으로 피할 수 있다. 스코치억제제(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 는 상호 Nofmer MSD로서 Nippon Oil 및 Fats 로부터 상용된다. 보충물로서 스코치 억제제(D)를 합성물(C)을 포함하는 항산화제 시스템과 결합시키는 본 변형된 조합시스템을 이용하는 것이 스코치에 대한 경향을 성공적으로 억제하는 것이 증명되었고 추가적인 장점으로서 폴리에틸렌 성분에서 최종 가교비를 증가시켰다.

따라서, 본 실시예에 따른 DC케이블은, 도체와 도체 주변에 배치된, 성형된 가교폴리에틸렌에 기초한 절연물을 포함하는데, 여기서 폴리에틸렌 합성물은 페록사이드 가교화제, 합성물(D)로 구성되는 스코치 억제제와 합성물(B 및 C)로 구성되는 조합된 항산화제 시스템을 포함한다. 본 실시예에 따른 DC 케이블은, 어떤 조건하의 합성물(B)은 수형성이 억제되는 조건에서 프로세스되는, 쿠밀 알콜로부터의 수형성(water-formation)을 촉진시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 DC케이블에서 케이블 절연물은 이런 수형성을 억제할 만큼 충분히 낮은 온도에서 프로세스된다. 성형과 가교동안의 생산물온도는 230℃ 이하로 유지된다. 이것은 종래 XLPE 시스템의 프로세스를 위한 약 300℃의 전형적인 생산물온도와 비교될 것이다. 생산물온도가 약 200℃ 내지 220℃ 범위내에서 유지되는 것이 바람직하다. 용어 "생산물온도"는 본 출원에서는 생산물, 즉 성형된 절연물내의 임의의 지점에서의 최대온도를 의미한다. 본 온도에서 프로세싱 시간은 10분 이하로 유지되고, 바람직하게는 2분 내지 5분의 범위내에서 유지된다. 생산물온도의 제한과 본 온도에서의 시간은 성형되고 가교될 수 있는 절연물의 두께를 약 10 mm 이하의 두께로 제한한다. 본 실시예에 따른 DC케이블은 또한 가교폴리에틸렌 절연물에서 과잉 페록사이드 가교화제의 최소함량을 나타낸다. 이것은 스코치억제제, 즉 합성물(D)에 의해서 제공된 중합체 체인들 사이의 그래프트화 브리지(bridge)의 촉진과 조합하여 가교화제의 제한되고 제어된 첨가에 의해서 획득된다. 절연시스템은 제 1 내부 반도전 실드, 케이블에 작용하는 전기적 또는 기계적 힘과 사용에 따른 열적 상황의 관점에서 적절한 두께를 갖는 절연물, 및 제 2 외부 반도전 실드를 포함하는 3 적층 시스템이 전형적이다. 본 절연시스템은 진트리플 성형 프로세스(true triple extrusion process)에 의해서 적용되는 것이 전형적이지만, 물론 다른 적절한 성형프로세스에 의해서 적용될 수 있다.

스코치지연제인, 합성물(D), 즉 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 는, 본 발명에 따라서 0.1 내지 1.0 중량 % 레벨에서 첨가된다. 바람직하게는 0.2 내지 0.5 중량 % 의 레벨에서이다.

페록사이드 가교화제는 1.0 내지 2,4 중량 %의 레벨에서 첨가되고, 바람직하게는 1.2 내지 1.8 중량 %의 레벨에서 첨가된다. 페록사이드 가교화제는 디쿠밀 페록사이드인 것이 바람직하다.

폴리에틸렌 수지는 0.5 내지 2.0 g/10 분의 범위내에서, 멜트유속 MFR을 갖는 저밀도 폴리에틸렌이다. MFR 은 ISO 1133 cond. 4 에 따라서 190℃/2.16 kg에서 결정된다.

본 발명의 대체예에 따라서 DC 케이블은, 폴리에틸렌 합성물은 페록사이드 가교화제인, 합성물(D),즉 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 과 항산화제 합성물(C)로서, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르만을 포함하는, 도체 주변에 배치된 성형 가교폴리에틸렌 기초의 절연물을 포함한다. 특정의 항산화제 성분, 또한 특정의 스코치 억제제 및 페록사이드 가교화제로 구성되는 첨가제의 이런 엄격한 특정의 조합에 의해 가교성분에서의 극성부산물(polar by-product)의 낮은 함량은 상승된 온도에서 프로세스할 때 그런 합성물을 형성하는 임의의 경향이 억제됨에 따라 확실해진다. 수지성분에서 그런 부산물의 형성이 실질적으로 없게되는 것 외에 본 발명의 일반적인 개념에서와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따른 첨가제의 조합은 페록사이드 가교화제의 첨가량을 감소시킬 수 있고 좁은 마진(margin)내에서 제어할 수 있으며 또한 소정의 가교비를 확실히 한다는 장점을 제공한다. DC 케이블의 본 실시예에서 사용된 폴리에틸렌 합성물은 온도 및 시간에서 어떠한 상한도 없이 가교될 수 있다. 본 실시예에 따른 DC 케이블은 합성물(C)만으로 구성되는 항산화제를 포함한다. 합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르가 0.1 내지 0.5 중량 %, 바람직하게는 0.2 내지 0.4 중량 %의 레벨에서 폴리에틸렌수지로 첨가된다.

본 실시예에 따른 DC 케이블은, 종래에 사용된 프로세싱 조건을 사용하여 적용되는 절연물이 제공된다. 따라서 합성된 수지 성분은 230℃ 이상, 그러나 열열화(thermal degradation)가 발생하는 400℃ 이하의 생산물온도에서 성형되고 가교된다. 상승된 성형 및 가교온도에서의 시간에 대한 제한은 없으므로 더 두꺼운 절연물을 갖는 DC 케이블이 생산될 수 있다. 본 실시예에 따른 케이블은 최대 120분이상 동안 230℃ 이상의 온도에서 성형되고 가교되는 것이 전형적이다. 케이블 절연물은 20분 내지 120분 범위내의 시간주기동안 240℃ 내지 350℃ 범위내에서 그리고 전형적으로는 270℃ 의 온도에서 프로세스되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 DC 케이블은 임의의 두께의 절연시스템을 나타낼 수 있다. 상승된 생산물온도 및 프로세싱 시간과는 별도로 본 발명의 본 실시예에 따른 절연물의 적용을 위한 성형프로세스는 본질적으로 이전에 설명된 바와 동일하다. 스코치 억제제, 즉 합성물(D)은 본 발명의 본 실시예에 따라서 0.1 내지 1.0 중량 %의 레벨에서 역시 첨가된다. 바람직하게는 0.2 내지 0.5 중량 % 의 레벨에서이다. 페록사이드 가교화제가 또한 1.0 내지 2,4 중량 %, 바람직하게는 1.2 내지 1.8 중량 % 의 레벨에서 첨가된다. 페록사이드 가교화제는 디쿠밀 페록사이드인 것이 바람직하다. 폴리에틸렌 수지는 또한, 0.5 내지 10 g/10분의 범위내에서, 멜트유속 MFR을 갖는 저밀도 폴리에틸렌인 것이 전형적이다. MFR 은 ISO 1133 cond.4에 따라 190℃/2.16 kg 에서 결정된다.

본 발명에 따른 DC 케이블은 중심으로부터 외측으로,

다중연선(stranded multi-wire)도체, 솔리드 도체 또는 분할도체같은 임의의 소정 형태 및 구성의 도체,

도체외부 및 주위와 도체절연물의 내부에 배치된 제 1 성형 반도전실드,

전술된 바와 같이 본 발명에 따른 성형 도체절연물,

도체절연물의 외부에 배치된 제 2 성형 반도전실드,

금속스크린, 및

금속스크린 외부에 배치된 시스(sheath)를 포함하는 것이 전형적이다. 케이블은 적절한 때에 외부성형 실드외부에 강화선(reinforcing wire), 도체내부 및 주위의 틈새를 채우기 위한 수부풀림(water swelling) 파우더나 실링(sealing) 합성물같은 또 다른 특성들이 보충될 수 있고, 다른 금속/중합체 경계는 그런 경계를 따라서 물이 확산되지 않도록 실링될 수 있다. 3층의 절연시스템이 진트리플 성형 프로세스를 이용하여 도체주위에 적용되는 것이 전형적이다.

본 발명은 또한 이전에 설명된 것같은 DC케이블을 생산하는 방법을 제공한다. 대부분의 일반적인 형태에서 도체와 성형된 가교폴리에틸렌 기초의 도체절연물을 포함하는 절연 DC케이블을 생산하기 위한 방법은 다음의,

소정의 형태 및 구성의 도체를 설치 또는 형성하는 단계,

페록사이드 가교화제, 스코치 지연제 및 항산화제 시스템의 첨가물을 포함하는 폴리에틸렌 기초의 수지성분을 합성하는 단계,

DC 케이블에서 도체주위에 배치된 도체절연물을 형성하기 위하여 합성폴리에틸렌 기초의 수지성분을 성형하고, 바람직하게는 두 개의 반도전 실드로 보충되는 절연층을 포함하는 3 층 절연시스템이 진트리플 성형 프로세스를 이용하여 적용되는 단계,

성형된 절연물을 가교하는 단계를 포함하며,

본 발명에 따라서 합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 을 포함하는 스코치 억제제가 합성시 폴리에틸렌 수지에 첨가되고,

합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시-페닐) 프로피온산과 티오 디글리콜의 디에스테르가 합성시 폴리에틸렌 수지로 첨가되며,

합성폴리에틸렌 기초의 수지성분이 상승된 온도에서 그리고 절연물을 가교할 만큼 충분히 긴 시간의 주기동안 성형되고 가교된다. 가교성분에서 형성되는 바람직하지 못한 극성 부산물을 실질적으로 억제하거나 본질적으로 피하기 위하여 온도가 제어되고 시간주기가 제한된다. 바람직하게는 합성시의 첨가물은 균형을 이루어 가교절연물에 존재하는 과잉 페록사이드 가교화제의 양이 최소화될 수 있다.

본 실시예에 따라서 합성물(D), 즉 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 과, 합성물(B), 즉 디-알킬-티오-디프로피오네이트, 및 (C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르를 포함하는 조합된 두 가지 성분 항산화제 시스템을 포함하는 스코치억제제가 합성시 폴리에틸렌 수지로 첨가된다. 합성된 폴리에틸렌 기초의 수지성분은 그후 적절한 생산물온도 및 적절한 시간주기동안, 전형적으로 230℃ 이하에서 10분이하동안 성형되고 가교된다. 바람직하게는 케이블 절연물은 200℃ 내지 220℃의 범위내의 온도에서 2분 내지 5분의 범위내의 시간주기동안 프로세스된다. 합성물(B)이 쿠밀 알콜로부터의 수형성(water-formation)에 촉매작용을 함에 따라 케이블 절연물은 이전의 조건하에 프로세스되고 그에 따라 본 수형성이 억제된다. 본 실시예에 따른 DC케이블은, 절연물의 두께를 감소시키려고 하는 시설물, 즉 약 10mm 이하의 절연물 두께에 가장 적절하다. 본 DC 케이블은 또한, 스코치 억제제, 합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 에 의해 제공된 중합체 체인들 사이에서 그래프트화 브리지의 촉진과 함께 가교화제의 제한되고 제어된 첨가에 의해 획득된 과잉 페록사이드 가교화제의 최소화된 함량을 포함한다. 본 실시예에 따라서 합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르, 및 합성물(B), 디-알킬-티오-디프로피오네이트로 구성된 조합된 항산화제가 0.1 내지 0.8 중량 %의 레벨, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 중량 % 레벨에서 폴리에틸렌으로 첨가된다.

대체예에 따라서 합성물(D)와 합성물(C)만으로 구성되는 항산화제를 포함하는 스코치억제제가 합성시 폴리에틸렌수지로 첨가된다. 합성폴리에틸렌 기초의 수지성분은 그리고 나서 적절한 온도에서 그리고 적절한 시간주기동안, 전형적으로는 230℃ 이상에서 최대 120분이상동안 성형되고 가교된다. 케이블 절연물은, 240℃ 내지 350℃의 범위내의 생산물온도에서 20분 내지 120분의 범위내의 시간주기동안 프로세스되는 것이 바람직하다. 성형된, 가교 절연물내의 바람직하지 못한 부산물의 형성이 본질적으로 제거되거나 첨가제의 엄격하게 제어된 선택에 의해서 적어도 실질적으로 억제된다. 페록사이드 가교화제와 스코치억제제의 균형을 이룬 첨가는 가교후 폴리에틸렌 성분에서 과잉 페록사이드의 실질적인 감소를 야기시킨다. 따라서 DC 케이블을 사용할 때 공간전하 축적에 대한 임의의 경향은 실질적으로 감소하고 DC 브레이크다운 강도는 실질적으로 증가한다. 본 실시예에 따른 DC 케이블은, 케이블에 작용하는 전기적 또는 기계적 힘 또는 사용시의 열적 상황에 의해 요구되는 절연물의 임의의 두께로 생산되는 것이 전형적이다. 본 실시예에 따라 합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르만으로 구성되는 항산화제가 0.1 내지 0.5 중량 %, 바람직하게는 0.2 내지 0.4 중량 %의 레벨에서 폴리에틸렌 수지에 첨가된다.

전술된 첨가제와 방법의 특정조합으로 합성된, 성형 가교폴리에틸렌을 포함하는 절연물을 구비하는 본 발명에 따른 DC 케이블은,

공간전하축적에 대한 낮은 경향,

증가된 DC 브레이크다운 강도와 같은 상당한 장점을 나타낸다.

또한 다른 것들 가운데 있는 본 발명에 따른 DC 케이블의 장점은,

스코치문제의 실질적인 제거, 및 그에 따른 동종의 케이블 절연물,

케이블 절연물에 대하여 소정의 고온의 기계적 특성을 제공하는 높게 제어된 가교도, 및

높은 부하에서 사용될 때도 케이블의 소정의 긴 작업수명을 확실히 하는, 향상된 열노화(heat aging) 특성이다.

성형 및 가교동안의 적절한 합성 및 프로세스를 포함하는, 첨가제의 선택된 시스템과 프로세스 파라미터의 셋업의 특정한 조합은 가교시 공간전하를 축적하는 부산물의 형성을 억제하는 기능을 한다. 폴리에틸렌에서 중합체 체인들 사이의 그래프트화 브리지의 형성을 촉진시키는 스코치억제제(D), 2,4 - 디페닐-4-메틸-펜텐-1 는 페록사이드 가교화제의 감소되고 엄격하게 제어된 첨가로도 소정의 가교비가 안전하게 획득되는 것을 확실히 하는 가능성을 제공한다. 따라서 DC 케이블의 절연물에서의 과잉 페록사이드 잔존물의 본질적인 제거나 실질적인 감소가 이루어질 수 있다. 그 결과로서, 이전에 설명된 것처럼, 얻어진 기술적인 장점들을 제외하고, 이것은 또한 페록사이드 가교화제의 비용을 고려할 때 유리하다. 따라서 첨가제의 이런 특정의 조합으로 합성되고 전술된 방식으로 프로세스된 성형 가교폴리에틸렌을 포함하는 절연물을 구비하는 본 발명에 따른 DC 케이블은 공간전하 축적에 대한 낮은 경향, 향상되고 안정된 전기적인 특성같은 상당한 장점들을 보인다. 이전에 정의된 대로 성형된, 가교도체 절연물을 포함하는 본 발명에 따른 DC 케이블은 장기간 안정되고 일관된 유전체 특성과 종래의 권선 및 합침 케이블만큼 양호하거나 더 양호한 높고 일관된 전기적인 강도를 확실하게 한다. 이것은 그런 시설물들이 설계목적으로 하는 긴수명 및, 원격지나 심지어 해저의 그런 시설물의 보수를 위한 제한된 접근으로 인하여 특히 중요하다. 또한 이전에 설명된 것같은 절연 DC 케이블은, 케이블 절연물의 성능과 안정도를 확실히 하기 위하여 가스제거나 합침같은, 일괄프로세스를 위한 어떤 필요도 없이 절연물의 적용을 위한 본질적으로 연속적이거나 반연속적인 프로세스의 가능성을 제공한다. 그에 의해 케이블의 전체길이나 부분길이에 대한 일괄프로세스를 요하는 동작단계가 없는 본질적으로 연속적인 공정을 이용함으로써 감소된 생산시간을 위한 가능성이 제공되고 종래의 케이블과 관련된 보수되거나 심지어 향상된 특성과 비교하여 비용의 장점을 갖는다.

또한 전기적인 강도의 증가와 조합된 공간전하의 축적을 위한 경향의 실질적인 제거는 동작부하, 특히 동작전압에 있어서의 증가를 허용한다. 한편 성형 가교절연물을 증가된 도체온도에서 사용하는 가능성이 전류밀도의 증가를 위하여 개방된다.

본 발명은 이하의 도면과 예들을 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1 에서 도시된 본 발명의 실시예에 따른 DC 케이블은 중심으로부터 외측으로,

다중연선 도체(10),

도체(10)의 주변 및 외측과 도체절연물(12)의 내부에 배치된 제 1 성형 반도전 실드(11),

전술된 것같은 성형된, 가교성분을 갖는 성형도체 절연물(12),

도체절연물(12) 외부에 배치된 제 2 성형 반도전 실드(13),

금속스크린(14), 및

금속스크린(14)의 외부에 배치된 외부커버링 또는 시스(15)를 포함한다.

케이블은, 만일 적절하다면 다양한 방식으로 기능층 또는 다른 특성들로 더욱 보충될 수 있다. 그것은 예를 들면 외부성형 실드(13)의 외부에 금속배선의 형태의 강화, 금속/중합체 경계에 유도된 실링 합성물이나 수부풀림 파우더 또는 예를 들면 내식금속 폴리에틸렌 적층에 의해 획득된 레디얼(radial)과 예를 들면, 시스(15) 아래의 테이프 또는 파우더같은 수부풀림(water swelling) 재료에 의해서 획득된 종방향 물실링의 시스템으로 보충될 수 있다.

실시예 1

비교테스트

종래의 절연 AC케이블에서 사용된 성분을 구비하고 본 발명에 따라서 절연된 DC케이블에서 사용되기 위한 테스트 플레이트가 생산되고, 프로세스되어 PEA(Pulsed ElectroAccoustic) 기술을 이용하여 공간전하 프로파일을 기록함으로써 공간전하 축적에 대한 경향이 평가된다. PEA 기술은, 타카다 등에 의해 IEEE Trans. Electr. Insul. Vol. EI-22(No.4).pp 497-501(1987)에서 설명되고 공지된다.

a, 멜트유속이 0.8g/10분이고 약 98 중량 % 인 저밀도 폴리에틸렌 (922kg/m³),

화학명 4.4'-티오-비스(6-테르트-부틸-m-크레졸)을 갖고 약 0.4% 중량인 항산화제 SANTONOX R(플렉시스 Co), 및

화학명 디쿠밀 페록사이드이고 약 1.6 중량 % 인 가교화제, DICUP R(허큘리스 Chem)를 포함하는 폴리에틸렌 성분의 2 mm 두께의 테스트 플레이트가 130℃에서 주형된다.

두 개의 반도전 전극이 테스트 플레이트상에서 주형되고 그 어셈블리가 15분동안 180℃에서 전기 프레스로 가교된다.

2mm 두께의 가교 테트스 플레이트는 후속하여 플레이트가 두 개의 평평한 전극들 사이에 삽입되고 40kV의 직류전계가 인가되는 PEA 분석을 위한 장치에서 50℃로 테스트된다. 즉 한 전극은 접지되고 다른 전극은 +40kV 전위에서 유지된다. 도 2a 에서 도시된 것같은 공간전하 프로파일이 테스트 플레이트에 대하여 기록된다.

테스트 플레이트 두께의 함수로서 공간전하/볼륨에 대한 임시적인 단위가 존재하는데, 즉 0 은 접지된 전극에서 그리고 x 는 접지된 전극으로부터 +40kV 전극을 향하는 방향으로의 거리를 나타낸다.

b, 비교예 a 에서와 같이 포함하는 동일한 폴리에틸렌 성분의 2mm 두께의 테스트 플레이트도 130℃에서 주형되었다. 두 개의 반도전 전극은 이 테스트 플레이트상에서 주형되고 그 어셈블리는 180℃에서 15분동안 전기적인 프레스로 가교된다. 후속하여 테스트 플레이트는 진공오븐에서 72시간동안 80℃로 〈10^-3torr의 압력에서 가스제거된다.

2mm 두께의 가교 테스트 플레이트는 후속하여 플레이트가 두 평평한 전극 사이에 삽입되고 40kV의 직류전계가 인가되는 PEA 분석을 위한 장치에서 50℃로 테스트된다. 즉 하나의 전극이 접지되고 다른 전극이 +40kV의 전위에서 유지된다. 도 2b 에서 도시된 것같은 공간전하 프로파일은 테스트 플레이트에 대하여 기록된다. 테스트 플레이트 두께의 함수로서 공간전하/볼륨에 대한 임의의 단위가 존재하는데, 즉 0 은 접지된 전극에서 그리고 x 는 접지된 전극으로부터 +40kV 전극을 향하는 방향으로의 거리를 나타낸다.

c, MFR이 1.2g/10분이고 약 97.7 중량 % 인 저밀도 폴리에틸렌,

디쿠밀 페록사이드의 형태이고 약 1.7 중량 % 인 페록사이드 가교화제,

스코치 억제제로서 약 0.3 중량 %인 합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1, 및

DSTDP, 디-스테아릴-티오-디프로피오네이트 형태의 합성물(B) 및

3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르인 합성물(C)로 구성되고, 합성물(B)과 합성물(C)의 비가 1:3 이며 약 0.3 중량 % 인 항산화제 시스템을 포함하는 폴리에틸렌 성분의 2mm 두께의 테스트 플레이트가 130℃에서 주형된다.

두 개의 반도전 전극이 테스트 플레이트상에 주형되고 어셈블리는 180℃로 15분동안 전기 프레스에서 가교된다.

2mm 두께의 가교 테스트 플레이트는 후속하여 플레이트가 두 개의 평평한 전극들 사이에 삽입되고 40kV 의 직류전계가 인가되는 PEA 분석을 위한 장치에서 50℃로 테스트된다. 즉 하나의 전극은 접지되고 다른 전극은 +40kV의 전위에서 유지된다. 도 2c 에서 도시된 공간전하 프로파일이 테스트 플레이트에 대하여 기록된다. 테스트 플레이트의 함수로서 공간전하/볼륨에 대한 임의의 단위가 존재하는데, 0 은 접지된 전극에서 그리고 x 는 접지된 전극으로부터 +40kV 전극을 향하는 방향으로 의 거리를 나타낸다.

d, MFR 이 1g/10분이고 약 97.7 중량 % 인 저밀도 폴리에틸렌,

디쿠밀 페록사이드의 형태이고 약 1.4 중량 % 인 페록사이드 가교화제,

합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1의 형태이고 0.4 중량 % 인 스코치억제제, 및

합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르로 구성되고 약 0.3 중량 % 인 항산화제 시스템을 포함하는 폴리에틸렌 성분의 2mm 두께의 테스트 플레이트가 130℃에서 주형된다.

두 개의 반도전 전극은 테스트 플레이트상에서 주형되고 그 어셈블리는 180℃로 15분동안 전기 프레스에서 가교된다.

2mm 두께의 가교 테스트 플레이트는 후속하여 플레이트가 두 개의 평평한 전극 사이에 삽입되고 40kV 의 직류전계가 인가되는 PEA 분석을 위한 장치에서 50℃로 테스트된다. 즉 하나의 전극이 접지되고 다른 전극이 +40kV의 전위로 유지된다. 도 2d 에서 도시된 것같은 공간전하 프로파일은 테스트 플레이트에 대하여 기록된다. 테스트 플레이트 두께의 함수로서 공간전하/볼륨에 대한 임의의 단위가 존재하는데, 0 은 접지된 전극에서 그리고 x 는 접지된 전극으로부터 +40kV 전극을 향하는 방향으로의 거리를 나타낸다.

비교테스트의 결론

DC 전압이 인가된지 3시간 후 기록된 실시예 1a, 1b, 1c 및 1d 에서의 샘플의 공간전하 프로파일은 각각 도 2a, 2b, 2c 및 2d 에 도시된다. AC XLPE케이블에서 종래에 사용된 절연재료의 공간전하 축적(도 2a 참조)이 높다는 것을 명백히 알 수 있다. 가스제거후 공간전하 축적은 감소하지만 여전히 상당한 크기를 갖는다(도 2b 참조). 그러나, 공간전하 축적에 대한 경향은 비교예 도 c 및 d 로 나타낸 본 발명에 따른 두 성분에 대하여 실질적으로 감소한다. 공간전하 축적의 감소는 도 2a 및 b 에서의, 가스제거 프로세스후 오랜 시간후에 획득된 감소만큼 양호하거나 더 양호하다.

실시예 2

폴리에틸렌 기초의 수지성분은 이하 설명된 바와 같이 합성된다. MFR 이 1.2g/10분인 저밀도 폴리에틸렌 수지는 다음의 첨가제들이 첨가되는데,

디쿠밀 페록사이드 형태의 페록사이드 가교화제가 1.7 중량 % 의 양으로 첨가되고,

합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 형태의 스코치 억제제가 0.3 중량 % 의 양으로 첨가되며,

DSTDP, 디-스테아릴-티오-디프로피오네이트 형태의 합성물(B) 및

합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르로 구성되는 항산화제 시스템이 0.3 중량 % 의 총량으로 폴리에틸렌 수지에 첨가된다. 합성물(B)와 합성물(C)의 비는 1:3 이다. 합성된 수지성분은 실드된, 다중연선 도체상에 8mm 절연물로 성형되고 생산물온도 225℃로 5분의 제한된 프로세스 시간동안 가교된다.

성형된, 가교절연물에서는 물의 많은 레벨이 검출되지 않는다.

일반적으로 쿠밀 알콜로부터의 수형성에 대하여 촉매작용을 하는 합성물(B)을 포함하는 시스템에서 고온으로 물이 전형적으로 형성됨에 따라, 낮은 수함량은 수형성이, 감소된 생산물온도와 프로세스 온도에 의해 성공적으로 억제된 것을 나타내는 증거가 된다.

테스트될 때, 공간전하 축적에 대한 경향은, AC 케이블에 대하여 사용되는 것같은 종래의 성형된 가교폴리에틸렌 기초의 성분에서 일반적으로 검출된 공간전하 축적에 대하여 낮고 실질적으로 감소된다. 따라서 케이블은 DC 케이블로서 사용하기에 적절한 것으로 간주된다.

가교후 케이블 절연물에서의 과잉 페록사이드 가교화제의 낮은 함량과 가교도의 정확한 제어에서 추가적인 장점이 발견된다. 이런 장점은, 스코치 억제제, 합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 에 의해서 제공된 중합체 체인들 간의 그래프트화 브리지의 촉진과 조합하여 가교화제의 제한되고 제어된 첨가에 의해서 획득된다.

본 실시예에 따른 DC 케이블은 주로 더 얇은 절연물을 갖는 DC 케이블용인데, 즉 절연물의 두께는 약 10mm 이하이다.

실시예 3

폴리에틸렌 기초의 수지성분은 아래에서 설명된 것처럼 합성된다. MFR 이 1g/10분인 저밀도의 폴리에틸렌수지에 대하여 다음의 첨가가 이루어지는데,

디쿠밀 페록사이드 형태의 페록사이드 가교화제가 1.4 중량 % 의 양으로 첨가되고,

합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 형태의 스코치 억제제가 0.4 중량 % 의 양으로 첨가되며,

합성물(C), 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르만으로 구성된 항산화제 시스템이 0.3 중량 % 의 양으로 폴리에틸렌 수지에 첨가된다. 합성된 수지성분은 300℃의 온도에서 성형되고 가교된다.

테스트될 때, 공간전하 축적에 대한 경향은, AC케이블에 대하여 사용된 것 같은 종래의 성형된 가교폴리에틸렌 기초의 성분에서 일반적으로 검출된 공간전하 축적에 대하여 낮고 실질적으로 감소된다.

가교후 케이블 절연물에서의 과잉 페록사이드 가교화제의 낮은 함량과 가교도의 정확한 제어에서 추가적인 장점이 발견된다. 이런 장점들은, 스코치억제제, 합성물(D), 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 에 의해서 제공된 중합체 체인들 사이의 그래프트화 브리지의 촉진과 조합하여 가교화제의 제한되고 제어된 첨가에 의해서 획득된다.

본 실시에에 따라서 생산된 케이블은 케이블에 작용하는 전기적 또는 기계적 힘과 사용시의 열적 상황에 의해 요구되는 절연물의 임의의 두께에 대하여 적절한 것을 밝혀졌다.

Claims (26)

1. 도체와 상기 도체의 주위에 배치된, 성형된 가교도체 절연물을 포함하고, 상기 성형된 절연물은 가교화제, 스코치 억제제 및 항산화제 시스템를 포함하는 첨가제를 갖는 폴리에틸렌 기초의 합성물을 포함하는, 절연된 직류 전기케이블인, DC 케이블로서,

   상기 스코치 억제제는 합성물(D)인, 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1을 포함하고,

   항산화제는 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
2. 제 1 항에 있어서, 성형된 절연물은 두께가 10mm 미만이고 항산화제 시스템은, 합성물(B)인, 디-알킬-티오-디프로피오네이트, 및 합성물(C)인 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오글리콜의 디에스테르로 구성되는 조합된 두 개 성분의 항산화제 시스템인 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조합된 항산화제 시스템은 0.1 내지 0.8 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 조합된 항산화제 시스템은 바람직하게는 0.2 내지 0.5 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 항산화제 시스템은 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
6. 제 5 항에 있어서, 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르가 0.1 내지 0.5 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
7. 제 6 항에 있어서, 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산 및 티오디글리콜의 디에스테르가 0.2 내지 0.4 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
8. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 스코치 억제제, 즉 합성물(D)인, 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1 이 0.1 내지 1.0 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
9. 제 8 항에 있어서, 스코치 억제제, 즉 합성물(D)인, 2,4-디페닐- 4-메틸-펜텐-1 이 0.2 내지 0.5 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
10. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 페록사이드 가교화제는 1.0 내지 2,4 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
11. 제 10 항에 있어서, 페록사이드 가교화제는 1.2 내지 1.8 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
12. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 페록사이드 가교화제는 디쿠밀 페록사이드인 것을 특징을 하는 DC 케이블.
13. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 폴리에틸렌 수지는 0.5 내지 10g/10분의 범위내에서 멜트유속, MFR을 갖는 저밀도 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 DC 케이블.
14. 도체와 성형된 가교폴리에틸렌 기초의 도체 절연물을 포함하는 전술된 항중 어느 한항에 따른 절연된 DC 케이블을 생성하는 방법으로서,

    도체를 제공하는 단계,

    페록사이드 가교화제, 스코치 억제제 및 항산화제 시스템이 첨가되는, 폴리에틸렌 기초의 수지성분을 합성하는 단계,

    상기 DC케이블의 도체 주위에 배치된 도체절연물을 형성하기 위하여 합성된 폴리에틸렌 기초의 수지성분을 성형하는 단계,

    상기 성형된 절연물을 가교하는 단계를 포함하는 방법으로서,

    스코치 억제제는 합성물(D)인 2,4-디페닐-4-펜텐-1을 포함하고,

    항산화제 시스템은 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르가 합성시 상기 폴리에틸렌 수지에 첨가되고, 폴리에틸렌 기초의 수지의 성분, 성형 및 가교를 위한 시간주기와 성형 및 가교 온도같은 공정변수가, 성형된 가교 절연물에서 수형성을 억제하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 페록사이드 가교화제와 스코치억제제(D)인, 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1의 첨가가 균형을 이루고 상기 성분은, 가교가 소정의 레벨로 종료되는 온도에서 성형되고 가교되며, 상기 가교 절연물에서 존재하는 과잉의 페록사이드 가교화제의 양은 최소화되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 14 항 또는 제 15항에 있어서, 합성시 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르, 및 합성물(B)로서, 디-알킬-티오-디프로피오네이트를 포함하는 두 개 성분의 항산화제 시스템이 상기 폴리에틸렌 수지에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 조합된 항산화제는 0.1 내지 0.8 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 16 항 내지 제 17 항에 있어서, 상기 합성된 수지성분은 230℃이하의 생산물온도에서 성형 및 가교되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 합성된 수지성분은 200℃ 내지 225℃ 범위내의 생산물온도에서 성형 및 가교되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 합성시 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르만으로 구성된 항산화제가, 상기 폴리에틸렌 수지에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 합성물(C)인, 3-(3,5-디-테르트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온산과 티오디글리콜의 디에스테르가 0.1 내지 0.5 중량 % 의 레벨로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 합성된 수지성분은 230℃ 이상의 생산물온도에서 성형되고 가교되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 합성된 수지성분은 240℃ 내지 350℃의 범위내의 생산물온도에서 성형되고 가교되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 스코치 억제제, 즉 합성물(D)인, 2,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1이 0.1 내지 1.0 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 페록사이드 가교화제는 디쿠밀 산화물이고 1.0 내지 2,4 중량 % 의 레벨에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 전술된 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 수지는 0.5 내지 10g/10분의 범위내에서 멜트유속, MFR을 갖는 저밀도 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 방법.