KR20080043376A - 장기 전력 케이블 성능을 연장시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용 중인 전기 케이블 섹션에 우수한 장기 유전체 성능을 부여하는 개선된 방법을 제공하고, 상기 전기 케이블 섹션은 중합체 절연체에 수용된 도체 차폐물로 둘러싸인 스트랜드형 도체를 갖고, 도체의 영역 내에 간극 공극 부피를 갖고, 케이블 섹션의 평균 작동 온도는 T이다. 상기 방법은 유전 특성 향상 유체 조성물을 간극 공극 부피 내에 주입하는 것을 포함하고, 상기 조성물은 다음 (1) 내지 (4)로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함한다: (1) 다음으로부터 선택되는 수 반응성 물질 - 유기실란 모노머, 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머, 상기 유기실란 모노머의 올리고머, 또는 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰 상기 유기실란 모노머의 공-올리고머; (2) 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 적어도 하나의 기가 규소에 부착된 (1)과 유사한 수 반응성 물질; (3) 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 상기 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 유기 물질 (여기서, 확산 계수 및 평형 농도는 온도 T에서 측정됨); 또는 (4) 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물.

전기 케이블 섹션, 수명, 유전체 성능, 평형 농도, 유전 특성, 유체 조성물

Description

장기 전력 케이블 성능을 연장시키는 방법 {METHOD FOR EXTENDING LONG-TERM ELECTRICAL POWER CABLE PERFORMANCE}

관련 출원(들)에 대한 교차 참조

본원은 2005년 8월 30일 출원된 미국 특허 가출원 60/712,309 및 2005년 8월 30일 출원된 미국 특허 가출원 60/712,944에 기초한 우선권을 주장한다.

본 발명은 전력 케이블의 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 유전 특성 향상 유체 조성물이 케이블의 간극 공극 부피에 주입되는, 우수한 장기 유전체 성능을 사용 중인 (in-service) 전기 케이블 섹션에 부여하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

지하 전기 케이블의 광대한 네트워크가 산업화된 세계의 많은 지역에 존재하고 있다. 이러한 지하 분포는 케이블이 바람, 얼음 또는 광 손상에 노출되지 않고 따라서 주변 풍경을 손상시키지 않으면서 전력을 송출하기 위한 신뢰할 수 있는 수단으로서 보이기 때문에 종래의 지상선에 비해 큰 잇점을 제공하고, 후자의 잇점은 특히 교외 및 도시에 설치할 때 높이 평가되고 있다. 불운하게도, 상기 케이블 (일반적으로 반전도성 도체 차폐물 (shield), 중합체 절연 자켓, 및 절연 차폐물로 둘러싸인 스트랜드형 도체 (stranded conductor) 포함), 특히 1985년 이전에 가설 된 것은 종종 조기 파손되고, 본래 예상된 30 내지 40년의 수명을 다하지 못한다. 케이블의 유전체 붕괴는 일반적으로 케이블의 절연체를 점진적으로 분해시키는, 소위 "트리잉 (treeing)" 현상 (즉, 절연 물질 내에 미시적인 공극 또는 분지 채널의 형성 (이로부터 해당 설명 용어가 유도됨))에 기인한다. 지하 케이블의 손상된 섹션의 교체는 비용이 많이 들고 과정이 복잡하기 때문에, 기존의 지하 케이블의 유용한 수명을 비용 효과적인 방식으로 연장하고자 하는 강한 동기가 전력 산업계에 존재한다.

사용 중인 케이블을 회복시키기 위한 전형적인 방법은 트리 (tree) 지연 유체를 스트랜드 도체 구조에 연관된 공극 공간 (간극 공극 부피) 내에 투입하는 것을 포함한다. 케이블의 서비스 수명을 연장하기 위해 절연체 내로 확산되어 미시적인 트리를 충전하는 상기 유체는 일반적으로 케이블의 간극 공극 부피 내에서, 및 절연체 내의 워터 트리 (water tree) 공극 내에서 중합될 수 있는 특정 클래스의 방향족 알콕시실란으로부터 선택된다 (빈센트 (Vincent) 등의 미국 특허 4,766,011). 신속하게 확산되는 특정 성분을 사용하는 상기 방법 및 그의 변형 (미국 특허 5,372,840 및 5,372,841)은 지난 10년에 걸쳐 상업적으로 성공하였다. 그러나, 본 발명자들이 알고 있는 현재 시행되는 모든 방법에 의해서는 가능한 절연 수명에 걸쳐 그 기능을 다 수행하지 못한다. 이것은 처리한 후 10 내지 15년 내에 케이블로부터 현재 사용되는 대부분의 유체가 확산되어 케이블을 다시 상기한 트리잉 현상에 노출시키기 때문일 가능성이 높다 (예를 들어, 문헌 [Bertini, "Accelerated Aging of Rejuvenated Cables - Part I", ICC, Sub. A, April 19, 2005] 참조). 따라서, 처리된 케이블의 신뢰할 수 있는 성능을 보다 더 연장시켜 효능을 개선하고 운전 비용을 감소시키고자 하는 요구가 공익 산업계에 계속 존재하고 있다.

<발명의 개요>

본 발명은 적어도 하나의 사용 중인 전기 케이블 섹션의 유용한 수명을 연장시키는 방법에 관한 것으로, 상기 전기 케이블 섹션은 중합체 절연 자켓에 수용된 도체 차폐물로 둘러싸인 스트랜드형 도체를 갖고, 도체의 영역 내에 간극 공극 부피를 갖고, 케이블 섹션의 평균 작동 온도는 T이다. 상기 방법은 유전 특성 향상 유체 조성물을 간극 공극 부피 내에 주입하는 것을 포함하고, 상기 조성물은 다음 (1) 내지 (4)로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함한다.

(1) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는 수 반응성 물질

(i) 온도 T에서 측정되는 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰, 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

(ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

(iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

(iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

(2) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는, 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포 함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 수 반응성 물질

(i) 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

(ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

(iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

(iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

(3) 상기 중합체 절연체 내에서의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 유기 물질 (여기서 확산 계수 및 평형 농도는 온도 T에서 측정됨); 또는

(4) 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물.

또한, 본 발명의 방법은 케이블을 처리하기 위해 사용되는 성분의 확산 및 용해도를 평가하기 위해 사용될 수 있는, 아래에서 정의되는 변동 로드를 경험하는 케이블 섹션의 플럭스 가중 (flux-weighted) 온도를 결정하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 사용하고, 상기 계산된 온도를 통해 상기 언급된 평균 작동 온도 T보다 최종적인 케이블 성능을 보다 우수하게 예측할 수 있다.

또한, 상기 방법은 유체를 케이블의 간극 공극 부피에 주입하고 이를 승압에서 그 내부에 제한함으로써 실시할 수 있다.

도 1은 케이블 열 분류 그래프이다.

도 2는 유한 부피 질량 플럭스 (mass flux) 컴퓨터 시뮬레이션의 개략적 흐름도이다.

도 3은 질량 플럭스의 유한 부피 표시도이다.

도 4는 스트랜드형 도체의 최내부 케이블 층의 구조의 예시도이다.

도 5는 열대 토양에서 고로드 하의 케이블에 전형적인 온도 변동의 그래프이다.

도 6은 멘틸안트라닐레이트/페로센 유체 혼합물로 처리한 지 5년 3개월 후의 반경 농도 프로필의 그래프이다.

도 7은 도 6의 유체 혼합물의 절연체로부터의 누적 삼출 그래프이다.

도 8은 필드 노후화 14개월 후에 OGE 15 kV 750 kcmil 케이블에 대해 발표된 데이타의 그래프이다 ("Cable fault prevention using dielectric enhancement technology," Mokry et al, Jicable 1995).

도 9는 처리 15개월 후에 버지니아 파워 (Virginia Power)에서 송전하였지만 비로딩된 35 kV, 1000 kcmil 케이블에 대해 발표된 데이타의 그래프이다 ("Cable fault prevention using dielectric enhancement technology," Mokry et al, Jicable 1995).

도 10은 처리 70개월 후에 버지니아 파워에서 송전하였지만 비로딩된 35 kV, 1000 kcmil 케이블에 대해 발표된 데이타의 그래프이다 ("Fourth Generation Dielectric Enhancement Technology," Jenkins & Bertini, Jicable 1998).

도 11은 미국 특허 6,162,491의 텍사스 유틸리티즈 (Texas Utilities) 필드 고장 (Field Failure) 데이타 그래프이다.

도 12는 도 8 - 11에 따른 발표된 데이타의 이용가능한 모든 결과의 편집 (compilation) 그래프로서, 평균 유체 농도와 처리후 ACBD 개선 사이의 관계를 보여준다.

도 13은 케이블 내의 반경 위치의 함수로서의 실록산 농도 (클레이어 및 채터튼 (Kleyer & Chatterton)으로부터의 디지털화된 데이타)의 그래프이다.

도 14는 시간의 함수로서의 절연체 내의 총 유체 질량 (클레이어 및 채터튼에 의해 보고된)의 그래프이다.

도 15는 폴리에틸렌 중의 상이한 알콕시실란 및 올리고머의 온도의 함수로서의 평형 농도 (용해도) 그래프이다.

도 16은 폴리에틸렌 중의 상이한 알콕시실란 및 올리고머의 온도의 함수로서의 확산도 그래프이다.

도 17은 사다리꼴의 오목한 홈 (groove)을 갖는 스웨이징 가능 (swagable) 고압 단부 커넥터 (terminal connector) 상의 위치에서 클램핑된 주입 도구의 부분 단면도이다.

도 18은 절연 자켓 상의 스웨이징 영역을 보여주는, 도 17의 상세 영역 A의 단면도이다.

도 19는 밀봉 튜브 및 주입기 첨단부를 보여주는, 도 17의 상세 영역 B의 단면도이다.

도 20은 주입 도구의 축 방향을 따라 도 17에 도시된 주입 도구의 하부의 확대 단면도이다.

도 21은 주입 도구의 축 방향을 따라 도 17에 도시된 주입 도구의 다른 확대 단면도이다.

도 22는 도 17에 도시된 커넥터의 주입 포트를 밀봉하기 위해 사용된 플러그 핀 (plug pin)의 투시도이다.

컴퓨터 시뮬레이션 방법

장기 전력 케이블 성능을 연장하기 위한 본 발명의 방법의 한 실시태양은 아래에서 정의되는 바와 같이 사용 중인 케이블 섹션에 대한 플럭스 가중 온도를 결정하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 이용한다. 상기 온도는 아래에서 추가로 설명되는 본 발명의 케이블 복구 방법에 따른 성분 유체의 용해도 및 확산도를 규정하기 위해 사용된다. 상기 컴퓨터 시뮬레이션 방법을 아래에서 먼저 설명한다.

컴퓨터 시뮬레이션 방법은 상기한 방법 (본원에서 "저압" 복구 방법으로 언급됨)에 따라 유전 특성 향상 유체, 또는 유체 조성물을 사용 중인 전력 케이블의 간극 공극 부피 내에 주입한 후에 제시된 시점에 존재하는 목적하는 각각의 화학물질종의 농도 프로필을 예측하기 위해 사용될 수 있다. 목적하는 화학물질종은 물, 주입된 유전 특성 향상 유체에 본래 존재하는 모든 성분, 및 그의 반응 산물, 예를 들어 부산물, 예를 들어 메탄올 또는 에탄올 (즉, 상기 케이블 복구에 일반적으로 사용되는 알콕시실란과 외래 물의 반응 부산물)을 포함한다. 농도 프로필은 다시 처리된 후에 제시된 케이블 섹션의 교류 붕괴 (ACBD) 성능 또는 신뢰성 예측에 이용될 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션은 다음과 같은 잇점을 제공하고, 5가지의 방식으로 적용될 수 있다.

R&D 방식

케이블 처리에 사용된 유전 특성 향상 유체의 성능은 유체의 물리적 특성만을 아는 상태에서 상이한 케이블 구조 및 작동상의 가정에 대해 예측될 수 있다. 전기적 노후화 실험에 관련된 통상적인 비용 및 시간을 소요하지 않으면서 성능을 최적화하기 위해 제제 변경을 가상으로 시험할 수 있다. 상기한 처리 효능의 결정과는 달리, 본 발명의 시뮬레이션 방법은 상이한 물리적 특성의 취합만을 필요로 하고, 단독으로 또는 혼합물의 일부로서 성분 성능을 예측하기 위해 후속적인 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한다. 상기 가상의 실험은 실제 유체 제제를 선택하기 전에 많은 물질을 시험하고 최적화할 수 있다는 잇점을 제공한다. 추가로, 상기 최적화는 개별 케이블로부터 케이블의 클래스에 이르기까지 임의의 입도에서 수행할 수 있다.

유형 묘사 ( regime delineation ) 방식

선행 기술의 방법, 예를 들어 5O℃에서의 확산도 측정에 의존하는 미국 특허 5,372,840 및 5,372,841에 기재된 것의 한가지 단점은 특정 온도에서의 물리적 특성 (특히 확산 및 평형 농도)에 의해 특정 물질 클래스를 묘사하는 것에 의존한다는 것이다. 케이블은 특히 케이블이 포설되는 토양의 온도 및 케이블이 담당하는 순환 로드에 의존하여 상이한 온도 조건에서 작동되기 때문에, 물질의 특성을 묘사하기 위해 임의의 하나의 온도를 사용하는 것은 가장 좋은 경우라도 정밀도가 손상되고, 최악의 경우에는 수용할 수 없는 정도로 실체를 왜곡시킬 수 있는 과도한 단순화를 야기한다. 상기 클래스를 상세히 설명하기 위해서는, 2 이상의 온도를 고려할 필요가 있다. 또한, 물질 특성의 분류를 위한 프레임워크를 제공하기 위해 먼저 컴퓨터 시뮬레이션을 사용함으로써 장기 성능 개선 (예를 들어, 미국 특허 출원 공개 US 2005/0189130 및 US 2005/0192708에 기재된 유체의 확산 속도 저하)을 위해 사용되는 유전 특성 향상 유체의 클래스를 적절하게 묘사하는 것만이 가능하다. 무수히 많은 가능한 구조 및 시간 의존적 온도 프로필이 존재하지만, 본 발명의 시뮬레이션을 사용하면 상기 프로필을 대부분의 실제 상황을 포괄하는 제어가능한 수로 감소시킬 수 있다. 이어서, 이러한 시뮬레이션의 결과를 사용하여 유전 특성 향상 유체 성분의 종류 및 양을 선택할 수 있고, 이를 통해 사용 중인 케이블에 주입될 때 제시된 작동 조건 하에서 수십 년 동안 예측가능한 유전체 붕괴 성능을 제공할 수 있다. 이어서, 상기 일반적인 상황을 그 상황 내의 특정 유체를 시험하기 위해 상기 R&D 방식에 사용할 수 있다. 상기 방식에서, 시뮬레이션 방법을 통해 당업자는 실제 케이블에 대한 가속 시험을 수행하지 않으면서도 상기 성능을 신뢰할 수 있게 예측할 수 있고, 따라서 시간과 비용을 모두 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 시뮬레이션 방법은 관련 변수의 큰 복잡성에 비추어 우수한 성능 근사치를 제공하면서도, 장기 처리후 필드 신뢰성의 예측시에 현재의 가속 노후화 시험 방법보다 훨씬 우수한 것으로 생각된다. 또한, 데이타의 양은 시간에 걸쳐 증가하기 때문에 (특히 필드 성능 데이타), 본 발명의 시뮬레이션 방법의 통계학적 신뢰성은 그에 비례하여 개선될 것이다.

마케팅 방식

본 발명의 시뮬레이션 방법은 경쟁 제품의 신뢰성 성능을 예측하여, 우수한 유체 및 주입 방법에 대한 마케팅 위치를 강화시키기 위해 사용될 수 있다.

주입전 제제 최적화 방식

충분한 컴퓨터 자원을 사용하여, 개개의 제제를 고객 요구 사항 및 케이블 상태에 따라 적합하게 만들 수 있다.

주입후 성능 방식

케이블에 주입한 후에, 케이블 작동시 예상하지 못한 변화가 요구되거나 필요할 때 그 성능을 예측할 수 있다. 개선된 물리적 특성 데이타 또는 개선된 이론적 또는 보다 유용한 실험적 관계를 이용할 수 있기 때문에, 신뢰할 수 있는 정확한 수명 추정치를 제공하기 위해 성능을 재평가할 수 있다.

이를 통해 새로운 정보에 비추어 예상된 성능을 재평가할 수 있다.

입도

본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "사용 중인"은 대체로 연장된 기간 (예를 들어, 10 내지 40년) 동안 전기 로드 하에서 부재에 노출된 케이블을 의미한다. 상기 케이블에서, 케이블 절연체의 전기적 무결함은 일반적으로 당업계에 잘 알려진 워터 또는 전기 트리 (electrical tree)의 형성에 의해 어느 정도 악화되었다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 케이블 "세그먼트"는 두 단부 커넥터 사이의 케이블 섹션을 의미하고, 케이블 "하위-세그먼트"는 그의 두 말단 사이에 연장되는, 차단되지 않은 (즉, 절단되지 않은) 케이블의 물리적 길이로서 규정된다. 따라서, 케이블 세그먼트는 스플라이스가 두 커넥터 사이에 존재하지 않을 때 하위-세그먼트와 동일하다. 다른 방식으로, 하위-세그먼트는 단부 커넥터와 스플라이스 커넥터 사이에 또는 두 스플라이스 커넥터 사이에 존재할 수 있고, 케이블 세그먼트는 하나 이상의 하위-세그먼트를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 방법 및 장기 케이블 성능을 연장하기 위한 본 발명의 방법은 세그먼트 및 하위-세그먼트에 동등하게 적용될 수 있다. 효율성을 위해, 용어 "케이블 섹션"은 케이블 세그먼트 또는 케이블 하위-세그먼트를 나타내기 위해 본원에서 사용될 것이지만, 특정 용어가 적절하게 적용될 것이다.

상기 5개의 각각의 방식에 대해, 케이블의 개개의 하위-세그먼트로부터 케이블의 전체 클래스에 이르기까지 임의의 수준의 입도 (즉, 컴퓨터 시뮬레이션에 단일 통합 단위로서 적용된 별개의 케이블 길이의 응집체)를 사용할 수 있다. 케이블은 그의 구조 (즉, 도체 크기, 도체 압축도, 중합체 층의 두께, 외부 보호 자켓의 존재 여부 등), 그의 재료 (즉, XLPE, HMWPE, EPR 등) 및/또는 그의 예측가능한 동적 온도 프로필에 의해 여러 군으로 분류될 수 있다. 입도의 가장 작은 실제 수준에서부터 가장 큰 수준까지 가능한 수준의 일부의 예를 제시하는 다음 예를 고려한다.

- 아스팔트 도로 아래에 포설된 25피트 케이블 하위-세그먼트. 케이블 주위의 토양은 보다 많은 태양 에너지의 흡수에 의해 보다 가온되고, 이에 따라 하위-세그먼트로부터의 유체 삼출 속도는 세그먼트의 나머지보다 더 높게 된다.

- 단일 케이블 세그먼트. 회로 내의 모든 세그먼트가 표면상 직렬 배열로 전기적으로 연결되지만, 전류가 직렬로 존재하는 각각의 변압기로부터 누출되고 회로 임피던스에 의해 상실되기 때문에 전력원으로부터 먼 세그먼트에서 로드가 감소한다. 따라서, 전력원으로부터 가장 가까운 케이블이 가장 큰 로드를 갖고, 전력원으로부터 가장 먼 케이블이 가장 낮은 로드를 갖는다. 루프 (loop) 정상 개방 지점 (normally-open point)에서 원거리 부싱 (stand-off bushing) 상에 종결되는 케이블은 로드를 갖지 않는다. 그 결과, 먼 세그먼트의 작동 온도는 전력원에 가까운 세그먼트보다 더 낮을 것이다.

- 균형 로드를 갖는 3상 회로 내의 케이블의 3개의 세그먼트.

- 모든 케이블이 동일한 구조 및 구성 물질을 갖는 회로 (반 (half) 루프 또는 반경 피드 (feed)).

- 일반적으로 동일한 구조 및 구성 물질 및 거의 동일한 열 프로필을 갖는 케이블의 클래스. 이러한 유용한 열 분류 시스템의 하나를 도 1에 도시한다.

케이블 작동의 열 분류

전세계의 90％ 이상의 지하 케이블은 하기 표에 나타낸 4개의 토양 유형으로 편리하게 분류될 수 있는 1년 평균 온도 범위를 갖는 토양에 포설된다. 케이블 깊이는 일반적으로 1 미터이지만, 상기 토양 온도 유형은 토양학자에 의해 0.5 미터의 깊이에서 규정됨을 알아야 한다.

한대 (또는 냉대) 토양 0-10℃

온대 토양 8-15℃

난대 토양 12-22℃

열대 토양 22-28℃

또한, 많은 케이블은 1 미터 이외의 다른 깊이에서 포설될 수 있고, 상기 케이블 깊이에 대한 온도 보정이 필요할 수 있다. 즉, 0.5 미터 이외의 다른 케이블 깊이에서의 토양 온도는 상기 나열한 온도로부터 보정될 필요가 있고, 상기 보정은 당업계에 공지되어 있다. 또한, 상기 상이한 열 유형에 포설된 케이블은 0 (예를 들어, 백업 (backup) 케이블 또는 전력원으로부터 먼 반경 피드)으로부터 케이블의 최대 설계 용량까지의 로드를 가질 수 있다. 대부분의 케이블의 경우, 최대 도체 설계 온도는 9O℃이지만, 본 발명의 시뮬레이션 방법을 위해, 다음과 같이, 주위 토양 온도에 비해 플럭스 가중 온도 (아래에서 규정됨) 증가의 3가지 범위를 고려하는 것이 유용하다.

저 로드 <10℃

중간 로드 10 - 20℃

고 로드 >20℃

상기 4가지 토양 온도 유형 및 3가지 로드 조건에 대해, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 일부 중복을 포함하여 12가지의 가능한 조합이 존재한다. 따라서, 플럭스 가중 온도를 기초로 하여 보다 적은 수의 처리 유형을 공식화하는 것이 보다 편리할 것이다. 예를 들어, 도 1에서, 6개의 제제가 선택되고, 각각의 제제 (도 1의 우측에 10에서 60까지 번호를 매김)는 확산이 극히 느린 성분, 중간 수준으로 확산하는 성분 및 임의로 신속하게 확산하는 성분을 포함하는, 함께 상이한 비율로 도 1에 도시된 열 범위를 적절하게 커버하는 혼합물이다.

상기 촉매화된 특정 제제를 하기 표 1에 제시하고, 여기서 촉매량의 테트라이소프로필 티타네이트 (TIPT)는 제시된 제제 내의 알콕시실란의 총량에 비례하여 사용된다. 일반적으로, 온도가 상승할 때, 느린 플럭스 성분 (즉, 케이블 절연체 내의 낮은 확산 계수 및/또는 낮은 평형 농도)의 양은 보다 큰 플럭스를 보이는 물질을 소비하여 증가하고, 여기서 "플럭스"는 그의 단위 길이당 케이블을 통한 반경 질량 전달 속도를 의미한다.

성분	제제 번호 및 성분 (중량％)
	10	20	30	40	50	60
아세토페논	18.00％	15.00％	12.00％	9.00％	6.00％	3.00％
톨릴에틸메틸-디메틸옥시실란	58.00％	53.00％	48.00％	43.00％	38.00％	33.00％
2-시아노부틸-메틸디메톡시실란	4.03％	12.00％	19.97％	27.94％	35.91％	43.88％
멘틸안트라닐레이트	0.64％	0.64％	0.64％	0.64％	0.64％	0.64％
아보벤존	2.40％	2.40％	2.40％	2.40％	2.40％	2.40％
옥토크릴렌	9.60％	9.60％	9.60％	9.60％	9.60％	9.60％
페로센	6.70％	6.70％	6.70％	6.70％	6.70％	6.70％
TIPT	0.63％	0.66％	0.69％	0.72％	0.75％	0.78％
총	100.00％	100.00％	100.00％	100.00％	100.00％	100.00％

본 발명의 방법 컴퓨터 시뮬레이션

도 2는 목적하는 시뮬레이션 기간이 종료할 때까지 각각의 시간 증가량 (Δt)에 대해 반복된 컴퓨터 루프의 개략적 흐름도를 제시한다. 도 2의 각각의 박스는 본원 개시 내용의 대응하는 섹션에 관한 3문자 코드 및 하기 컴퓨터 시뮬레이션 수행시의 단계를 갖는다. 다시, 각각의 섹션은 박스에 제시된 계산에 대한 개요를 제시한다.

시뮬레이션에서, 유한 부피는 시뮬레이션된 케이블 세그먼트 또는 하위-세그먼트의 길이에 달하는 동축 실린더에 의해 규정된다 (주: 상기 실린더 구조에 대한 한 예외는 아래에서 상세히 논의되고 "층 제로" 또는 층₀으로 언급되는 도체 차폐물의 최내부 층이다). 최내부 부피 이외에, 유한 부피는 동축 환상 밴드 또는 층, 또는 본원에서 사용되는 바와 같이 환상 실린더 또는 간단히 "실린더" 형태이다. 도 3을 참고로 하면, 층_l에 대응하는 실린더는 내부 반경 r_{l -1} 및 외부 반경 r_l에 의해 규정된다. 층 또는 부피 요소의 수가 증가하면, 정확성 및 정밀도 모두가 시뮬레이션 수행에 필요한 계산력을 사용하면서 증가한다. 실제로, 시뮬레이션 분석도와 시뮬레이션 수행에 필요한 시간의 길이 사이에 절충이 이루어진다.

섹션 000

본 시뮬레이션 섹션은 사용자가 다음을 포함하여 물리적 및 기하학적 입력 정보를 시뮬레이션에 제공할 수 있도록 한다:

- 시뮬레이션의 시뮬레이션된 길이, 시뮬레이션 개시를 위한 일자 및 시간, 시뮬레이션후 분석을 위해 시뮬레이션으로부터 데이타를 보유하는 빈도를 포함하는 시간 고려 사항.

- 케이블의 구조 및 구성 물질

- 케이블 구조 및 작동 전압 (kV)으로 쉽게 계산되는, 유전체를 가로지른 케이블의 전계 분포 (kV/mm). 전계는 클라우시우스-클라페이런 (Clausius-Clapeyron) 식에 의해 예상되는 바와 같이 고체 유전체 내의 극성 물질의 평형 농도에 영향을 준다 (Soma & Kuma, "Development of bow-tie tree inhibitor," IEEE 1990 참조). 주입 압력, 및 침액 (soak)이 사용되는 경우 침액 압력 및 침액 기간.

- 간극 공극 부피에 공급된 물질의 총량 및 조성. 총량은 일반적으로 사용된 실제 압력으로부터 추정할 수 있고, 이러한 추정치가 일반적으로 충분할 것임을 주목하여야 한다. 그러나, 주입된 유체의 실제량을 측정할 경우에는, 그 측정치를 이용하여야 한다.

- 다음을 포함하여, 물 및 화학 반응의 생성물 및 부산물과 함께 유전 특성 향상 유체 내의 각각의 성분의 물리적 특성:

o 케이블의 각각의 층 내, 시뮬레이션의 온도 범위 내 및 시뮬레이션의 농도 범위 내에서 계수 계산을 가능하게 하는 확산 파라미터.

o 케이블의 각각의 층 내, 시뮬레이션의 온도 범위 내, 성분 사이의 2성분 상호작용을 포함하는 시뮬레이션의 농도 범위 내, 및 임의의 유전층 내에서 계수 계산을 가능하게 하는 성분의 평형 농도 파라미터 - 여기서 평형 농도는 AC 전계 (즉, 쌍극자 모멘트가 0이 아닌 임의의 분자에 대한 평형 농도)에 의해 영향받는다.

o 성분의 분자량 (화학 반응 몰 균형 계산에 필요)

o 성분의 밀도 (케이블의 간극 공극 부피 내의 압력 계산에 필요).

- 토양 내의 근사치의 계절적인 물 농도는 일반적으로 역사적 데이타로부터 얻는다. 상기 역사에 기초한 예측은 케이블이 실질적인 에너지를 토양 내에 전달할 때 기후 모델링 및 미기후 (micro-climate) 모델링에 의해 상세화될 수 있다. 미국 농무성 (U.S. Department of Agriculture)은 상기 종류의 데이타를 그의 웹 사이트인 www.wcc.nrcs.usda.gov/scan/에 제공하고 있다. 전류용량 계산은 물 함량이 토양 열 전도도에 대해 유의한 효과를 갖기 때문에 정확한 예측을 위해 토양의 물 함량을 고려한다.

- 다음을 포함하는 화학 반응 파라미터:

o 포함된 임의의 촉매를 수반하는 것을 포함하여 모든 유의한 화학 반응의 화학양론의 확인

o 반응 속도 파라미터

빈도 팩터

활성화 에너지

- 케이블의 유전층 내의 공극 부피 분포 또는 "할로 (halo)" (아래에서 추가로 설명됨). 할로는 케이블 샘플을 유체로 포화시키고 절연체의 반경을 가로질러 유체의 농도 프로필을 정량함으로써 측정할 수 있다. 비-할로형 중합체 내의 총 물 농도 - 평형 물 농도의 프로필 (즉, 거리 (반경)에 대한 값)을 물 밀도로 나누어 할로 프로필을 얻는다 (프로필은 실험에 의해 측정되거나 또는 문헌에서 입수가능한 데이타로부터 일반화됨).

섹션 050

본 섹션에서, 케이블의 작동 온도에 영향을 주는 파라미터를 입력한다. 사용자는 온도 및 열 특성 입력 정보를 각각 시뮬레이션 기간에 걸친 시간의 함수로서 제공하여야 한다. 최저 한도로서, 상기 입력 정보는 로드 (암페어), 케이블 깊이 (케이블의 가열 영향으로부터 떨어진)에서의 토양 온도, 및 토양의 열 전도도를 포함한다. 결과에 영향을 줄 수 있고 효과가 유의한 상세화로서 포함될 수 있는 추가의 변수의 예는 1) 개별적인 케이블의 열 출력이 인접 케이블을 둘러싸는 토양의 온도에 영향을 주는 다상 (multi-phase) 회로의 배치, 및 2) 매립된 스팀 파이프와 같은 다른 열원과 같은 지역 상황을 포함한다. 상기 입력 정보는 당업계에 공지된 방법을 사용하여 예상된 처리후 수명에 걸쳐 케이블 프로필 내의 임의의 반경 (r)에서 및 임의의 시간 (t)에서의 온도를 제공하기 위해 케이블 구조 및 케이블 구성 물질과 함께 사용된다 (예를 들어, http://www.cyme.com/software/cymcap/ 참조).

섹션 100

섹션 000 및 050에 도입된 파라미터를 사용하여, 본 섹션에서는 각각의 유한 부피 층에 대한 동적 반경 온도 프로필을 계산한다. 구체적인 경우를 모델링하는 것을 원하면, 시간의 함수로서의 반경 온도 프로필은 유한 요소 계산, 예를 들어 상기 섹션 050에서 설명된 것으로부터 이용가능하거나, 또는 http://www.cyme.com/software/cymcap/에서 이용가능한 소프트웨어로 계산할 수 있다. 별법으로, 일반적인 경우를 모델링하기 위해 계산이 복잡한 유한 요소 모델링 방법을 사용하는 것은 불합리하기 때문에, 온도 변동의 단순화된 모델이 일반적인 경우를 대표하는 것으로 사용될 수 있다. 도 5는 열대 토양에서의 전형적인 고로드 하의 케이블을 나타내는 것이다. 특수한 경우는 계획된 로딩 프로필을 포함할 것이고, 예를 들어 화학 플랜트에 대한 공급은 매년 2주의 유지 보수를 위한 중단을 제외하고는 거의 일정한 로드를 가질 수 있다. 이것은 도 5에 도시된 바와 같이 전형적인, 일반적으로 사인 곡선 (sinusoidal) 온도 프로필을 보이는 일반적인 경우와 구분되는 것이다.

섹션 200

섹션 000 및 050에 도입된 파라미터 및 섹션 100의 계산 및 루프의 이전 반복 조건을 사용하여, 본 섹션은

- 유전 특성 향상 물질의 각각의 성분의 질량을 합하여 각각의 유한 부피 층에 대한 집합적인 값의 용질 질량 및 총 질량을 계산한다.

- 간극 내 물질의 총 질량을 각각의 성분 밀도 및 그의 각각의 질량 비율의 생성물의 합으로 나누어 물질이 실제 충전된 간극 부피의 근사치를 계산한다.

- 유체의 각각의 성분의 농도를 단위 부피당 질량으로 계산한다.

- 케이블에 침액 병이 부착되지 않은 절연 자켓 내로 유전 특성 향상 유체의 상이한 성분이 확산될 때 간극 내의 잔류 질량의 압력을 계산한다. 우수한 근사치는 질량이 그의 원래 질량으로부터 간극 공간에 임의의 압력이 발생하지 않으면서 적절해질 수 있는 질량으로 감소할 때 선형 압력이 초기 압력에서 제로로 감소하면서 얻을 수 있다.

- "층 제로" (도 4의 층₀ 참조) 제로-바이-패스 (zero-by-pass) 조건이 존재하도록 (즉, 압력은 유체가 외부 스트랜드의 외부 원주를 따라 유동하고 층₁ 내로 직접 효과적으로 투과될 수 있도록 충분히 높다) 간극 내의 압력이 충분히 높은지를 결정한다. 층 제로는 도체 스트랜드 다발의 최외부 스트랜드 사이에 밀려나온 도체 차폐물의 일부이다. 간극 압력이 낮을 때, 중합체의 간극과 모든 층 사이의 질량 플럭스에 층_o로부터 외부로의 병목 (bottleneck)이 존재한다. 도 4에 가장 작은 아크에 의해 한 치수로 제시되고 케이블의 길이에 의해 다른 치수로 제시된 상기 제한된 영역은 가장 큰 아크 및 동일한 케이블 길이로 제시된 영역의 작은 부분이고, 층₀이 우회될 경우 확산을 위해 이용가능할 것이다. 상기 두 영역의 비율 (작은 영역 대 큰 영역)이 L₀ 제한이다.

섹션 300

섹션 000 및 050에 도입된 파라미터 및 섹션 100 및 200의 계산을 사용하여, 본 섹션은

- 각각의 유한 부피 요소 및 유전 특성 향상 유체의 각각의 성분에 대해 촉매의 존재에 의한 병렬 반응 경로를 포함하여 모든 유의한 화학 반응에 기인한 질량 변화를 계산한다.

- 모든 농도를 몰 농도 (g-몰/cm³)로 전환한다.

A + B + C → D의 전형적인 가수분해 또는 축합 반응에 대해, 속도식은 다음과 같다.

-r_A = kC_AC_BC_C

여기서, C_A, C_B, C_C는 각각 성분 A 및 B 및 촉매 C의 몰 농도를 나타내고, k는 속도 상수이고, rA는 성분 A의 반응 속도이다. 속도 상수는 다시 온도의 함수이다.

k = k_oe^{-E/ RT}

여기서, k_o는 빈도 팩터이고, E는 활성화 에너지이고, R은 이상 기체 상수이고, T는 절대 온도이다. 각각의 반응성 성분에 대한 화학적 반응 속도 식은 동시에 해결되고, 식의 형태는 상기 예에서 변할 수 있다. 상기 설명된 이상 기체 상수 R과 혼동하지 않아야 하는 ΔR_{i ,l}은 각각의 유한 부피 요소 l 내에서의 각각의 성분 i의 순수한 질량 변화이다. 상기 화학 반응으로부터의 순수한 질량 변화는 이어서 아래에서 설명되는 바와 같이 섹션 800에 사용된다.

섹션 400

섹션 000 및 050의 파라미터 및 섹션 100 및 200의 계산을 사용하여, 본 섹션은 제시된 시뮬레이션 시간에서 각각의 층 내의 유전 특성 향상 유체의 각각의 성분에 대한 평형 농도 프로필을 계산한다. 평형 농도는 3단계로 결정되고, 다음 고려사항을 포함한다: (1) 상 전이의 클라우시우스-클라페이런 식으로 예측된 전계의 효과를 포함하는 순수한 성분 평형 농도, (2) 성분 상호작용의 효과, 및 (3) 절연체 내의 할로의 효과.

순수한 성분 평형 농도

아레니우스 (Arrhenius) 지수 함수, 또는 목적하는 온도 범위에 걸친 데이타에 피팅 (fitting)된 임의의 실험적 함수를 이용하여, 각각의 성분에 대한 온도의 함수로서 및 각각의 유한 부피 요소에서 순수한 성분 평형 농도 C_i를 결정한다. 순수한 성분 평형 농도는 온도에 따라 변할 뿐만 아니라, 각각의 유한 부피의 물질의 조성에 따라서도 변한다. 따라서, 케이블 제조시에 존재할 경우 다음과 같은 각각의 층에 대해 별개의 기능이 요구된다: 도체 차폐물, 절연 자켓, 절연 차폐물, 및 자켓 물질(들). 유의한 전계를 지지하는 유일한 층은 절연층이고, 순수한 성분 평형 농도로 조정하여야 한다. 이러한 조정은 실험적 함수로 피팅된 실험 측정치를 사용하여 달성하거나, 액체 및 증기상 내의 상대 유전율 값 및 절연체의 유전율이 알려진 경우에는 클라우시우스-클라페이런 식을 사용하여 추정된 조정치를 제공할 수 있다. 보다 높은 전계에서 높은 유전 상수 (DK) 물질에 대한 용해도 증가는 문헌 [Soma & Kuma, "Development of bow-tie tree inhibitor," IEEE 1990]에 제시되어 있다.

성분 상호작용에 따른 성분 평형 농도

중합체 상 내의 임의의 개별적인 성분의 평형 농도는 중합체 상 내에 용해된 다른 성분의 존재에 의해 영향받는다. 성분 상호작용을 모델링하기 위해 다양한 수학적 방법을 이용할 수 있다. 그 개념을 설명하기 위해 하나의 유용한 모델이 아래에 제공된다. 다른 성분의 존재에 대해 조정되는 성분 (i) 평형 농도는 C'_i로 표시된다. 간극의 경우, 중합체와의 상호작용이 존재하지 않고, 따라서 C'_i는 C_i이다. 모든 중합체 또는 고무 층에 대해서는 다음 식이 성립한다.

C'_{i ,l} = C_{i ,l}·[m_{i ,l} (성분 i & 층 l에 대한)/∑m_{i ,l} (모든 성분 i & 층 l에 대한)]·α_i

여기서, m은 질량 (g)이고, 알파 (α_i)는 이상 용액 거동 (ideal solution behavior)으로부터의 이탈을 모델링하는 0 내지 1의 값을 갖는 실험적 계수이다. 상기 실험적 계수는 적어도 두가지 방식으로 실험에 의해 결정할 수 있다. 제1 방식에서, 아래의 "마케팅 방식에서 본 발명의 시뮬레이션 방법의 예"에서 설명되는 바와 같은 실험 데이타를 이용하여 도 9에 제시된 것과 같은 데이타를 피팅하기 위해 α_i 함수를 조정한다. 제2 방식에서, 중합체 슬랩 (slab)을 공지의 양의 물질 쌍에 노출시킬 수 있다. 슬랩을 소모시켜 2성분 쌍의 농도를 정량할 수 있다. α_i를 제외하고 모든 값이 직접 측정가능하고, 이 상수는 성분쌍에 대해 직접 계산할 수 있다. 목적하는 물질 및 온도 범위에 대해, 임의의 중합체 층 내의 총 성분 평형 농도는 비교적 낮게 유지된다 (즉, 총 농도는 일반적으로 0.1 g/cm³ 미만임). 대부분의 시스템의 경우, 상기 묽은 중합체 용액 내의 성분쌍의 상호작용은 용질 성분의 2성분 상호작용만을 이용하여 적절하게 모델링될 수 있다. 용액의 묽은 특성 때문에 계산의 정확성에 유의한 영향을 주지 않으면서 3원 이상의 상호작용을 무시할 수 있다. 그러나, 보다 높은 차수의 상호작용이 유의한 경우에는, 매우 많은 실험이 필요하지만 유사하게 측정할 수 있다.

유체 상호작용 + 절연체 내의 할로에 따른 성분 평형 농도

할로는 유전 물질 내의 미세공극의 분산 (즉, 절연체)이고, 일반적으로 물질이 물로 포화되면서 반복된 열 순환에 의해 야기된다. 케이블 내의 전류는 일반적으로 24시간에 걸쳐 최대값과 최소값 사이에서 순환한다. 그 결과, 케이블의 온도는 동일한 빈도로 순환한다. 유전체 내의 물의 평형 농도는 강한 온도의 함수이고, 온도가 증가함에 따라 보다 많은 물이 케이블 내로 투과한다. 온도가 감소함에 따라, 물은 케이블로부터 빠져나가지만, 특히 절연층의 중앙 근처에서 과포화 (supersaturation)를 방지할 정도로 충분히 빠르게 빠져나가지는 못한다. 물은 중합체 상으로부터 응축하여 나오고 물이 충전된 미세공극을 형성한다. 각각의 유한 부피 요소 내의 할로 미세공극의 부피 (H_l)는 습윤 절연체의 마이크로 적외선 스캔 또는 그의 칼-피셔 (Karl-Fischer) 적정을 사용하여 얻은 측정된 값과 적합하도록 피팅될 수 있는 유사한 정규 분포를 형성한다. 할로의 공극 부피 내의 유전 특성 향상 물질의 각각의 성분, 물 및 이들의 화학 반응의 임의의 생성물 또는 부산물은 중합체 매트릭스 내의 동일한 성분과 동적 평형 상태로 존재한다. 할로 내의 성분 분포는 유한 부피 요소 내의 성분의 실제량 및 유한 부피 요소 내의 상기 성분의 평형 농도에 비례한다. 할로 조정된 평형 농도 C"_i,l은 다음과 같다.

C"_i,l = C'_{i ,l} + H_l·[ω·C'_{i ,l}/∑C'_{i ,l} + (1-ω)·m_{i ,l}/∑m_{i ,l}]

여기서, ω (오메가)는 0 내지 1의 값을 갖는 실험적 가중 인자로서, 도 13 및 14에 제시된 형태의 실험 데이타에 피팅되도록 조정된다.

섹션 500

섹션 000 및 050의 파라미터 입력 정보 및 섹션 100, 200, 및 400의 계산을 사용하여, 본 섹션은 각각의 유한 부피 층에 대해 각각의 성분 i의 확산 계수 프로필 D_{i ,l}을 온도 및 농도의 함수로서 계산한다. 확산의 온도 및 농도 의존성을 수용하기 위한 많은 적합한 실험적 관계가 존재하고, 하기 식으로 예시된다:

여기서, A_i 및 Q_i는 무한 희석에서 온도에 따른 확산의 변화를 반영하는, 성분 (i)에 대한 실험적 상수이고, §_i는 농도 의존성을 반영하는, 성분 i에 대한 실험적 상수이고, ∑X_{i ,l}은 요소 l 내의 모든 용질 성분의 농도이고 (i=1-n, 여기서 n은 용질의 수임), T_l은 유한 요소 l의 절대 온도이다. 최소제곱 또는 유사한 회귀 방법을 사용하여 상기 식에 피팅될 수 있는, 상이한 온도 및 농도에서 확산 데이타를 취합하기 위한 많은 다양한 방법이 당업계에 공지되어 있다. 종종 사용되는 한 방법은 일정한 온도에서 목적하는 유체에 중합체의 슬랩 샘플을 침지시키는 것이다. 슬랩을 주기적으로 유체로부터 꺼내어 칭량함으로써 중량 증가 대 시간 곡선을 작성한다. 문헌 [Engineering Design for Plastics, 1964, edited by Eric Baer, Chapter 9: Permeability and Chemical Resistance]에 설명된 식 및 방법을 이용하여, 616 페이지의 식 (26)은 1/2 포화시까지의 시간 (t)의 함수로서의 확산 계수를 제공한다. 따라서, 상기 섹션은 각각의 층 l 및 각각의 델타-t에 대해 새로운 D를 계산한다.

D = 0.04939/(t/λ²)_1/2

여기서, λ는 슬랩 샘플 두께이고, 아래 첨자는 1/2 포화 상태를 나타낸다.

섹션 600

섹션 000 및 050의 파라미터 및 섹션 100, 200, 400, 및 500의 계산을 사용하여, 본 섹션은 문헌 [Crank & Park, Diffusion in Polymers, p.177 (1968), equation for "A"]에 설명된 바와 같이, 성분의 분자가 각각의 성분 i 및 각각의 유한 부피 요소 l에 대해 제시된 실린더 층의 두께를 가로지르는데 소요되는 시간으로서 본원에서 규정되는 지연 (lag) 시간 t_{lag ,i,l}을 계산한다. 상기 표현은 본 발명의 시뮬레이션 방법의 각각의 유한 부피 요소가 그러한 것처럼 하나의 균일한 조성을 갖는 실린더에 적용된다.

t_{lag ,i,l} = [(r_l ²+r_{l -1} ²)·ln(r_l/r_{l -1}) - (r_l ²-r_{l -1} ²)]/4D_{i ,l}·ln(r_l/r_{l -1})

섹션 700

섹션 000 및 050의 파라미터 및 섹션 100, 200, 499, 500, 및 600의 계산을 사용하여, 본 섹션은

일 때

(여기서, t는 시뮬레이션된 누적 경과 시간이고, t_{lag ,i,l}는 각각의 성분 i에 대해 각각의 유한 부피 요소 l 내에서 지연된 시간이다), 각각의 성분 i에 대해, 각각의 유한 부피 요소 l 사이에서의 질량 플럭스 (ΔM_{i ,l})를 계산한다. 인접한 유한 요소 층들 사이의 투과는 유한 부피 요소 0 (zero)로부터 두 유한 부피 요소 l의 최외부에 이르기까지 각각의 성분에 대한 시간 지연값의 합이 경과된 시뮬레이션 시간 t보다 큰 경우에만 발생할 수 있다. 지연 시간 제약조건이 만족될 때, 다음 식이 성립한다.

ΔM_{i ,l} = 2πLD_{i ,l}·Δμ_l·Δt·ln(r_l/r_{l -1})

여기서, Δμ_l은 아래 설명된 바와 같이 층 l과 l-1 사이의 단위 부피당 잠재적인 질량 구배이고, L은 케이블 세그먼트 또는 하위-세그먼트의 길이이고, Δt는 상기 시뮬레이션 반복 루프에 대한 시간 증가량이다. 2개의 인접한 유한 부피 요소 사이의 잠재적인 구배 Δμ_l은 2 이상의 방식으로 근사치를 구할 수 있다. 이 개념을 예시하기 위해 한 근사치의 예를 아래에 제시한다.

X_{i ,l}/C'_{i ,l} > X_{i ,l+1}/C'_{i ,l+1}의 경우에,

Δμ_l = X_{i ,l+1} - C'_{i ,l+1}·X_{i ,l}/C'_{i ,l}

X_{i ,l}/C'_{i ,l} < X_{i ,l+1}/C'_{i ,l+1}의 경우에,

Δμ_l = -X_{i ,l} + C'_{i ,l}·X_{i ,l+1}/C'_{i ,l+1}

절연층 내에서, 할로를 수용하는 C"가 상기 4개의 표현에서 평형 농도 C'를 대체하고 다른 기호가 그의 이전의 정의를 갖는다는 것을 유의하여야 한다.

섹션 800

섹션 000 및 050의 파라미터 및 섹션 100, 200, 300, 400, 500, 600 및 700의 계산을 사용하여, 본 섹션은 각각의 유한 부피 요소 내로 및 외로의 질량 플럭스 (ΔM_{i ,l}) 및 순수한 화학 반응 ΔR_{i ,l}을 사용하여 각각의 유한 부피 요소 또는 층 l 내의 각각의 성분 i에 대한 이전의 반복의 절대 질량 (M_{i ,l}(t-Δt))을 합계하여 새로운 절대 질량 M_{i ,l}(t)를 얻는다.

M_{i ,l}(t) = M_{i ,l}(t-Δt) + ΔM_{i ,l-1} - ΔM_{i ,l} + ΔR_{i ,l}

여기서, M_{i ,l}(t)는 절대 질량이고, t는 현재 경과된 시뮬레이션 시간이고, (t-Δt)는 이전의 반복의 경과된 시뮬레이션 시간이고, 모든 "델타" 용어는 증가량 Δt에 걸쳐 계산된 각각의 변수 변화를 나타낸다.

섹션 900 - 950

본 섹션은 프로그램 출력 결과를 디스플레이 스크린으로 제어하고, 또한 시뮬레이션 종료시에 파일 및 프로그램 종료를 제어한다.

섹션 975

본 섹션은 다음 반복에 대한 Δt를 계산한다. 실제로, 이전의 반복의 동역학 (즉, 섹션 600에서 계산된 확산이 가장 빠른 성분에 대한 지연 시간)을 사용하여 Δt를 최적화시킨다. 시행착오 실험으로부터, 팩터 (상기 지연 시간 곱하기 팩터는 일반적으로 3 내지 10으로서 클 수 있다)를 이전의 반복의 가장 짧은 지연 시간에 곱하여 새로운 Δt를 확립한다. Δt가 너무 크면 계산이 불안정하게 되어 잠재적으로 실패할 수 있고, Δt가 너무 작으면 정확성 및 수치 안정성은 크지만 보다 많은 컴퓨터 자원을 사용하게 된다. 일반적으로, 가장 동적인 요소가 요구되는 Δt를 확립할 것이다 (즉, 가장 동적인 요소가 최소 Δt를 갖는다). 요구되는 계산의 수를 감소시키고 신속한 계산의 경제성을 확보하기 위해, 가장 동적인 요소 (매우 빈번한 물의 확산)와 적어도 하나, 또는 훨씬 더 바람직하게는 대부분의 덜 동적인 요소 사이에 정수 팩터를 확립할 수 있다. 예를 들어, 하나의 유한 요소 내에서 물의 확산에 대해 계산된 지연 시간이 3초이고 특정 화학 반응에 대한 지연 시간이 61초일 경우, 20과 같은 정수 팩터 (61/3, 정수로 반올림함)가 화학 반응에 할당되어, 반응식을 20회 반복시마다 1회 해결된다.

섹션 999

본 섹션은 시간 t를 Δt만큼 증가시키고, 섹션 100에서 다른 반복 루프를 시작한다.

실시예

상기한 컴퓨터 시뮬레이션의 상이한 효용성 (방식)을 이제 본 발명의 시뮬레이션 방법의 상이한 실시태양을 보다 상세하게 명백하게 하기 위한 비제한적인 실시예를 통해 설명할 것이다.

유형 묘사 방식에서 본 발명의 시뮬레이션 방법의 예

하기 실시예에서, 케이블 내의 유체 성분의 분포를 제공하고 도 1에 도시된 바와 유사한 조건에서 통상 발생하는 상황의 편리한 분류를 용이하게 하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하는, 본 발명의 시뮬레이션 방법의 실시태양이 예시된다. 유사한 상황에 대한 상기 분류는 매우 많은 가능성을 개별적으로 처리할 수 없게 되는 상태를 방지한다.

예시를 위해, 도 5에 도시된 온도 변동을 겪는 열대 토양에서 고 전류 로드를 갖는 전형적인 케이블 세그먼트를 고려한다. 벌크 토양 온도의 계절적인 변동은 시간 (개월; x축 상의 0 내지 12개월)의 함수로서 보다 낮은 파선의 사인 곡선으로 제시된다. 12개의 상부 사인 곡선은 1년의 12개월 각각에 대한 도체 온도의 1일 (x축 상의 0 - 24시간) 평균 변동을 나타낸다. 일정하게 하강하는 실선은 특정 시뮬레이션 순간 (예를 들어, 2010년 8월 31일 오후 3:45)에 케이블 도체 차폐물, 절연체, 및 절연 차폐물을 가로지른 반경 온도 프로필을 나타내고, 대응하는 횡좌표는, 0이 도체 차폐물의 최내부 반경을 나타내고 24가 절연 차폐물의 최외 반경을 나타내도록 하는 스케일이다. 또한, 상기 케이블 세그먼트는 220 피트 길이이고 다음과 같은 구성을 갖는다고 가정한다: 자켓 부재 (unjacketed); 15 kV, 100％ 절연 (180 mil); 1/0, 19-스트랜드, 알루미늄 동심 도체. 케이블에는 시간 t = 0 (예를 들어, 2005년 6월 2일 정오)에 필수적으로 755 g의 멘틸안트라닐레이트 및 84 g의 페로센으로 이루어지는 839 g의 2-성분 유전 특성 향상 유체 혼합물을 주입한다 (가상으로). 공급된 유체의 질량은 상기 언급된 미국 특허 출원 공개 US 2005/0189130에 설명된 방법에 따라 100 psig의 압력에서 공급되고 한정되는 질량이다.

상기 설명된 컴퓨터 시뮬레이션으로부터, 가상의 주입 후에 시간 t = 5년 3개월 동안 상기 유체 혼합물의 각각의 성분의 근사치의 반경 농도 분포, 및 그의 총량을 도 6에 제시한다. 상기 도면에서, 각각의 성분 중량 비율은 케이블 내의 반경 위치에 대해 표시되고, 케이블의 상이한 층 사이의 각각의 계면은 수직 경계선으로 표시된다. 따라서, 왼쪽에서 오른쪽 순서로, 제1 계면은 스트랜드형 도체와 도체 차폐물 사이, 이어서 도체 차폐물과 절연체 사이, 이어서 절연체와 절연 차폐물 사이, 마지막으로 절연 차폐물과 케이블이 포설된 열대 토양 사이에 존재한다. 상기 시뮬레이션의 섹션 910에서 제공된 출력 정보인 도 6의 각각의 성분에 대한 곡선은 절연체의 최외부 층으로의 반경 위치에 대해 수치적으로 통합된 후, 결과를 합하고, 마지막으로 t = 0에서 주입된 유체의 초기 총량으로부터 차감하여 상기 시뮬레이션 시간에서 케이블로부터 삼출된 유체의 총량을 제공한다. 따라서, 예를 들어, 가상의 주입 (처리) 후 5년 3개월에 상기 시뮬레이션의 계산에 따르면, 공급된 유체의 절반 이상이 절연체로부터 삼출되었다. 다시, 상이한 시간에서의 누적 삼출을 "열대; 고 로드"로 표시한 데이타 점으로서 도 7에 도시하였다. 가상의 주입 후 10년 이하까지 시뮬레이션에 대한 각각의 지점을 보여주는 상기 실시예 케이블에 대해 함께 나타낸 데이타는 도 7의 설명문에 나타낸 바와 같이 27.5℃ 내지 5O℃에서의 일련의 가정된 등온 시뮬레이션이다 (즉, 케이블 및 토양의 온도는 각각의 시뮬레이션 내내 일정한 것으로 가정됨). 각각의 후속 시뮬레이션의 가정된 등온도는 목적하는 종료 지점에서 가상의 삼출 곡선의 값에 일치하는 대상으로 선택된다. 예를 들어, 아래에서 규정되는 바와 같이 고객이 지정한 신뢰성 요건이 실제 처리 후 10년일 경우, 가상의 주입 10년 후의 삼출 곡선에 가장 잘 일치하는 등온도는 45 내지 46℃이다. 고객이 지정한 설계 수명에서 필드 케이블의 삼출 속도 프로필에 가장 근접하게 일치하는 상기 등온도는 본 발명의 시뮬레이션 방법에 따른 "플럭스 가중 온도"로서 본원에서 규정된다. 상기 예에서, 약 80％ 삼출 수준 (즉, 도입된 총 유체의 80 wt％가 10년 후에 절연체로부터 삼출될 것으로 예상됨)에 대응하는 고객이 지정한 신뢰성 요건에서 상기 온도는 약 45.3℃이고, 45.3℃ 등온 삼출선 (exudation line)은 대략 처리후 10년에 "열대; 고 로드" 선과 교차할 것이다.

물론, 실제로, 케이블 소유자는 상기한 삼출 값을 특정하지 않을 것이다. 그 대신에, 소유자는 유전체 신뢰성 요건을 특정한다. 따라서, 케이블 소유자는 복수의 공지된 방법의 적어도 하나를 이용하여 특정 회로의 근사치의 AC 붕괴 값을 예상할 수 있다:

- 회로, 인접한 회로, 또는 유사한 회로의 작동 신뢰성 이력이 예측의 기초가 된다.

- 일단의 케이블 샘플을 파내어 분석하고, 그 전체의 성능에 대한 가설을 추정할 수 있다.

- 진단 시험, 예를 들어 부분적인 방전 또는 등온 완화 전류 (isothermal relaxation current)를 통해 케이블 신뢰성 성능에 대한 근사치를 제공한다.

또한, 목적하는 수준의 신뢰성을 제공하기 위해 어떠한 AC 붕괴 성능이 요구되는지는 당업계에 공지되어 있다. 한가지 유용한 기준은 문헌 [E. Frederick Steenis, "Water treeing: the behavior of water trees in extruded cable insulation", KEMA, 2^nd edition 1989]에 제시되어 있다. 작동 신뢰성을 심도있게 시험하고 비교한 후에, 16 kV/mm 이상의 AC 붕괴 성능을 보인 시험된 일단의 케이블 내에서 (63％ 확률), 어느 것도 사용 중에 고장나지 않았음이 밝혀졌다. 따라서, 고객은 매우 높은 신뢰성 요건 (예를 들어, 병원, 군대 시설, 전자 매체 방송 장치, 비상 대응 설비 및 제조 설비)을 갖는 회로에 대해서는 18 kV/mm의 AC 붕괴 성능을, 중요성이 보다 낮은 용도, 예를 들어 주거 지역에 공급하는 회로에 대해서는 보다 낮은 값, 예를 들어 16 kV/mm을 특정할 수 있다.

문헌에 발표된 데이타를 사용하여, 절연체 내의 처리 유체의 농도를 기초로 하여 처리후 신뢰성을 예측할 수 있다. 도 8, 9, 10 및 11은 절연체 내의 처리 유체의 실제 AC 붕괴 성능과 농도 프로필을 모두 개시하는 발표된 결과이다. 상기 도면들은 CABLECURE(등록상표)/XL 유체로 필드를 처리한 상이한 케이블을 나타내고, 상기 유체는 페닐메틸디메톡시실란 및 트리메틸메톡시실란을 약 70/30 중량비로 포함하는 유틸륵스 코퍼레이션 (Utilx Corp.)에서 시판하는 촉매 처리된 혼합물이다. 앞서 설명된 바와 같이, 도 8 내지 11의 농도 프로필은 절연체 내의 총 유체를 얻기 위해 수치적으로 통합된다. 도 12는 상기 수치적 통합의 편집 및 변환이고, 여기서, 전체 곡선은 지점의 회귀 피트 (fit)를 나타낸다. 또한, 도 12에 제시된 데이타에 대해, 처리전 AC 붕괴 결과, 처리후 AC 붕괴 결과, 및 처리 유체의 농도는 발표되어 있거나 또는 쉽게 추정된다. 정의에 의해, 도 12에서 원점 (즉, 0,0 지점)은 상기 각각의 경우에 대해 공지되어 있다. 즉, AC 붕괴 성능에서 증가는 제로 시간에서 제로이다. 처리후 ACBD 데이타는 다음과 같이 도 12의 "회복된 ％" 측정 기준 (metric)으로 전환된다.

％ΔACBD_회복 = (ACBD_처리후 - ACBD_처리전) / (ACBD_신규 - ACBD_처리전)

여기서, ACBD_신규는 폴리에틸렌 (PE)에 대해 40 kV/mm로, EPR-절연 케이블에 대해 31.5 kV/mm로 임의로 규정되고, 이들 값은 각각의 중합체에 대해 전형적인 것이다. 다른 절연 시스템에 대해서는 다른 값이 사용될 수 있다. 도 12의 데이타에 추가하여, 적어도 미국 특허 5,372,841에서 논의된 유체 혼합물의 바람직한 실시태양에 대한 일반적인 관계를 제시하기 위해 다항 (polynomial) 모델이 이용가능하다. 다른 유체의 성능은 도 12에 나타낸 것과 상이한 선을 따를 것으로 생각된다. 도 12의 상기 다항 모델은 하기 식으로 제시된다.

％ΔACBD = a∑X_i ^b - c(∑x_i-d)²

여기서, a, b, c 및 d는 통계적 수단으로 결정된 상수이고, ∑X_i는 CABLECURE/XL 유체의 알콕시실란 및 실록산 올리고머의 개별적인 농도의 합이고, 제2 항은 0이다 (모든 음수 (∑x_i-d)에 대한 "d"의 역치 값 미만) (즉, 데이타는 상기 방식에 실험적으로 피팅되고, 제2 항은 0의 플로어 (floor) 값을 갖는다). 도 12의 곡선은 데이타의 컴퓨터 피트로부터 얻은, 각각 3.5, 0.5, 1800, 및 0.3의 a, b, c, 및 d에 대한 값 및 상기 식에 의해 규정된다. 제1 항 (a∑X_i ^b)은 처리 유체의 증가하는 농도에 대해 AC 붕괴 회복의 복귀가 감소하는, 전체적으로 포물선의 관계를 규정한다. 경쟁하는 제2 포물선 항 (- c(∑x_i-d)²)은 케이블 신뢰성에서 차감되는, 팽창 (swell)에 의한 기계적 변형을 나타낸다. 상기 과도한 포화 (over saturation) (또는 팽창), 및 생성되는 변형은 처리 유체의 농도를 증가시킴으로써 유도된다. "과도한 포화"는 본원에서 절연체의 과도한 팽창을 유도하고 그의 기계적 특성을 저하시킬 수 있는 비교적 가용성 성분 (예를 들어, 절연체 내의 용해도가 케이블 작동 온도에서 약 3 중량％를 초과하는 성분)의 도입 및 용해로서 규정된다. 일부 역치 농도 (d)가 만족될 때까지, 제2 항은 무시되지만, ∑x_i가 (d)를 초과하면, 함수가 평가되고, 농도가 추가로 증가하면 케이블의 신뢰성이 감소한다 (즉, 과도한 포화로의 이행이 발생한다). 과도한 포화의 추가의 효과는 도 12에서 볼 수 있고, 여기서 약 0.03 g/cm³을 초과하는 유체의 농도는 ACBD 성능 감소와 연관된다. 추가로, 임의의 개별적인 성분의 과도한 포화는 절연체 내의 다른 성분의 확산/평형 농도에 대해 간섭할 수 있다. 이것은 가용성 성분의 총량의 평형 농도는 과포화를 방지하기 위해 희석에 의해 감소되어야 함을 교시하고 있는 미국 특허 6,162,491에 설명된 바와 같이 열 순환에 의해 절연체로부터 기용해된 유체의 응축인 과포화와는 다르다. 도 11은 미국 특허 6,162,491의 도 2의 데이타를 다시 그린 것이다. 9％에 근접하는 팽창이 제시되고, 수반되는 신뢰성 저하는 너무 많은 유체가 공급되어 과도한 포화로부터 손상을 줄 수 있는 지점이 존재함을 입증한다. 그러나, 현재 과포화를 방지하는 보다 우수한 방법은 아래에서 설명되는 바와 같이 평탄한 평형 농도-온도 프로필을 갖는 성분의 사용으로 생각된다. 따라서, 본 발명의 시뮬레이션 방법은 실험 데이타를 사용하여 편집된 주입후 성능 모델과 함께 주입후 신뢰성을 평가하기 위해 사용될 수 있다.

존재하는 성능 및 요구되는 신뢰성 내역의 근사치를 사용하여, 신뢰성 요건을 만족시키기 위해 요구되는 처리 유체의 최소 농도를 결정하기 위해 도 12에 도시된 바와 같은 상관관계를 적용한다. 예를 들어, 도 12를 참고로 하면, 케이블은 40 kV/mm의 추정된 본래의 AC 붕괴, 10 kV/mm의 추정된 잔류 AC 붕괴 (상기한 평가 방법 참조)를 갖고, 18 kV/mm의 처리후 AC 붕괴를 갖는 것이 요구된다고 가정한다. 이어서, 도 12로부터, 절연체 내의 유체 농도는 본원에 규정된 바와 같이 과도한 포화를 방지하기 위해 0.0056 g/cm³ (즉, 도 12에서 "SiLDK 모델"로 표시된 시뮬레이션 선이 상승하면서 27％의 "처리후 ΔACBD 회복"과 교차하는 지점, 여기서 27％ ΔACBD는 ACBD의 변화 = 100(18-10)/(40-10)임) 이상, 그러나 0.0475 g/cm³ (즉, "SiLDK 모델" 선이 하강하면서 "처리후 ΔACBD 회복"의 27％와 교차하는 지점) 이하로 유지되어야 한다. 다시, 도 12의 회귀선은 유체가 먼저 케이블 내에 공급될 때 처리 유체의 농도는 반드시 제로이기 때문에 원점 (0, 0)을 통과하여야 함을 알아야 한다. 유체 농도는 시간에 걸쳐 최대로 증가한 후, 전반적으로 감소하기 시작하고, 국소적으로 최대치를 보이면서 중단될 수 있다. 또한, 도 12의 시간 의존적 농도 곡선의 형태로 제한하는 것은 곡선이 제로에서 출발하여 제로로 종결되고 음수일 수 없음을 필요로 한다. 유체 농도가 상승하면서 최소 성능 예상치와 얼마나 신속하게 교차하는지도 중요하고, 이것은 또한 본 발명의 시뮬레이션 방법에 의해 예측된다. 상기 언급한 미국 특허 출원 공개 US 2005/0189130 또는 US 2005/0192708에 설명된 것과 같은 고압 방법이 유전 특성 향상 유체를 케이블 내에 주입하고 한정하기 위해 사용될 때, 상기 시간은 수일의 문제일 수 있다. 그러나, 선행 기술 (저압) 방법에서는 수개월 또는 심지어 수년이 경과한 후에야 최대 성능이 달성될 수 있고, 본 발명의 시뮬레이션 방법에 따르면 매우 다양한 환경에 대한 유전체 성능을 시간의 함수로서 예측할 수 있다. 임의의 다른 복구용 유체 조성물, 예를 들어 상기한 멘틸안트라닐레이트 및 페로센의 혼합물 또는 표 1의 조성물에 대한 도 12와 유사한 도면은 실험에 의해 얻을 수 있고, 본 발명의 시뮬레이션 방법의 실행시에 그의 적용을 예시하기 위해 상기 설명을 사용할 것이다.

다시, 상기 논의한 멘틸안트라닐레이트/페로센 혼합물의 경우, 상기 논의한 방식으로 도 6의 절연 영역 내의 각각의 성분 곡선을 반경에 대해 통합하여 5년 3개월 후의 0.0143 g/cm³의 예상된 총 처리 농도를 구할 수 있다. 예를 들어, 멘틸안트라닐레이트/페로센 시스템이 도 12의 SiLDK 모델에 유사한 성능 프로필을 가질 경우, 처리는 0.0056 g/cm³의 상기 요구되는 최소 처리 유체 농도보다 큰 농도를 제공할 것이다. 시뮬레이션은 총 유체 농도가 고객이 지정한 최소값 (예를 들어, 상기 예에서 0.0056 g/cm³)과 동일한 값에 도달할 것으로 예측될 때까지 계속된다. 이것은 도 7에 나타낸 시간 및 삼출이 확립되고 등온 시뮬레이션 곡선이 시뮬레이션된 데이타와 교차하여 플럭스 가중 온도를 확립되는 지점이다 (예를 들어, 상기 예에서 도 7에서 10년 후에 80％ 삼출).

성능의 최적화는 도 1에 도시된 여러 필드 프로필에 일치하는 하나의 플럭스 가중 온도에서 이루어질 수 있다. 표 1에 제시된 각각의 제제는 상기 최적화를 나타낸다. 또한, 플럭스 가중 온도가 상기한 시뮬레이션에 따라 결정되면, 바람직한 성분을 확인하고, 상기 언급한 미국 특허 출원 공개 US 2005/0189130에 개시된 바와 같이 종래의 저압 방법 또는 고압 방법을 사용하여 해당 케이블을 처리하기 위해 사용되는 유전 특성 향상 유체 조성물에 포함시킬 수 있다. 다시, 표 1에 기재된 각각의 유체는 상기 바람직한 성분을 일부 포함한다.

주입되는 유체의 양을 증가시키면 그의 각각의 성분이 임의의 역치 농도 이상으로 존재하고 요구되는 ACBD 값을 제공하기 위해 필요한 시간이 증가하기 때문에, 총 유체는 바람직하게는 가능한 한 많은 양으로 주입된다. 바람직하게는, 이는 상기한 고압 방법의 사용을 수반하지만, 보다 낮은 압력 방법도 사용될 수 있으며, 어느 경우든 다음과 같은 바람직한 제약조건이 존재한다.

1. 주입 및 보유 압력은 케이블의 항복점 (yield point) 미만이어야 하고,

2. 처리후 기간 동안 임의의 시간에서 절연체 내의 총 유체는 과도한 포화가 신뢰성 성능을 방해하는 지점 미만으로 유지되고,

3. 케이블의 처리된 수명 기대치가 고객 요건을 만족하거나 초과하고,

4. 추가의 유체 (및/또는 그의 전달) 비용의 증가가 고객이 인지하는 값보다 더 크다.

마케팅 방식에서 본 발명의 시뮬레이션 방법의 예

다음 예는 침액 기간을 이용하여 저압 주입으로 페닐메틸디메톡시실란 또는 CABLECURE(등록상표)를 사용하는 선행 기술의 방법이 표 1의 제제 중의 하나에 비해 낮은 수명을 갖는다는 것이 시뮬레이션에 의해 예측됨을 보여준다.

클레이어 및 채터튼이 그들의 논문 ["The Importance of Diffusion and Water Scavenging in Dielectric Enhancement of Aged Medium Voltage Cables" (IEEE/PES conference; April 10-15, 1994)]에서 설명한 케이블을 참고한다. 케이블 및 실험은 다음과 같이 설명되었다:

"... 1/0 AWG, 15 kV 등급 케이블 ... 세그먼트로 절단하고, 페닐메틸디메톡시실란을 충전하고, 말단을 밀봉한 후, 즉시 60℃의 일정한 온도의 수조에 침지시킨다. 상이한 시간 간격 (7, 17, 27, 54, 67 및 248일)에서, 세그먼트를 수조에서 꺼내어 섹션화시키고, 절연체를 미시적 적외선 분광법에 의해 처리 분포에 대해 프로파일링하였다."

클레이어 및 채터튼 논문의 도 4에 도시된 실험 결과는 상세화되어 문헌 ["Dielectric Enhancement Technology", Bertini & Chatterton, March/April 1994 IEEE Electrical Insulation Magazine]의 도 15에 다시 제시되었다. 나중의 데이타를 디지털화하고, 본원에서 도 13에 다시 그래프로 제시한다. 그러나, 클레이어 및 채터튼의 원래 논문은 절연체 두께가 생략되어 완전한 설명을 제공하지 않았고, 상기한 상세화는 몇몇 가정/근사치를 필요로 하였음을 알아야 한다. 그럼에도 불구하고, 이는 본 발명의 시뮬레이션 방법의 원리를 예시하여야 하고, 임의의 제시된 유체에 대한 유사한 도면을 작성하여 아래에서 설명되는 바와 같이 파라미터를 피팅하기 위해 사용할 수 있다.

도 13에서 각각의 곡선에 대한 케이블의 절연체 내의 유체의 총량 (M_절연체)은 케이블의 실린더 구조를 가로지른 농도 프로필을 수치적으로 통합함으로써 얻을 수 있다:

M_절연체 = ∑X_{실록산 ,l} · V_l (모든 층 l에 대한, 도 13에 제시됨)

여기서, X_{실록산 ,l}은 각각의 층 l 내의 실란 모노머 및 그의 실록산 올리고머 성분의 질량 농도 (이 경우에, 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 올리고머, 단위 g/cm³)이다. 상기 식에서, V_l은 임의의 길이 및 내부 및 외부 반경에 의해 규정되는 각각의 실린더의 부피이다. 질량 농도는 내부 및 외부 반경 사이의 중간에서 측정된 값이다. 상기 계산 결과를 도 14에 삼각형으로 도시하고, 7, 17, 27, 54, 67 및 248일 동안 절연체 내의 실란 및 실록산의 총 농도를 나타낸다. 도 14에, 상기 데이타와 함께 본 발명의 시뮬레이션 방법에 따른 시뮬레이션 (즉, 곡선)을 도시하였고, 여기서 상기한 파라미터는 허용되는 회귀 피트가 달성될 때까지 조정하였다 (도 14의 Sim 36). 상기 데이타를 근사치로 상세화하고, 케이블 구조를 가능하면 가장 잘 파악하는 것이 필요하지만, 본 발명의 시뮬레이션 방법을 사용하여 12년 기간의 실험을 가상으로 재현하고 페닐메틸디메톡시실란 유체의 반응 속도 및 투과 특성에 관한 정보를 유도하는 것이 가능하다. 따라서, 도 14의 데이타에 맞도록 조정되는 파라미터는 다음과 같다:

1) 반응 속도,

2) 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 올리고머에 대한 (α) 및 물에 대한 (α),

3) 간극 부피의 비율로서의 초기 유체의 양,

4) 층 제로 제한 비율, 및

5) 막대그래프로서 할로의 정도 및 위치 (여기서, 할로는 공극 (즉, 절연체 없음)인 절연체 부피의 비율임). 막대그래프는 종종 피크의 반경 위치, 피크의 값 및 반경을 따른 분포의 표준편차를 확인함으로써 편리하게 정규 분포로서 제시될 수 있다.

컴퓨터 프로그램에서는 도 14와 같은 도면에 최적 피트 (best fit)를 얻기 위해 상기 모든 파라미터를 동시에 조정하기 위해 잘 알려진 기술, 예를 들어 적응적 무작위 지정 탐색을 사용한다. 별법으로, 이들 파라미터는 한번에 하나씩 또는 한번에 몇 개씩 조정될 수 있다. 표준 회귀 과정을 사용하여 파라미터에 대한 최적 해법을 결정할 수 있다. 일례로서, 도 14에서 시뮬레이션 36 (Sim 36)에서 얻어진 실제 파라미터 값은 다음과 같다:

(1) 반응 속도

하기 표는 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 가수분해/축합 생성물에 대한 속도 상수 (k)에 대한 상이한 파라미터를 요약한다.

여기서, Ph는 페닐기를 나타내고, Me는 메틸기를 나타내고, PhMe-X.Y는 X의 DP를 갖는 실란을 나타내고, 여기서 Y는 대응하는 가수분해에 의해 형성된 히드록실기의 수를 나타낸다. 따라서, 예를 들어, PhMe-1.0은 모노머성 페닐메틸디메톡시실란이고, PhMe-1.2는 (Ph)(Me)Si(OH)2이고, PhMe-2.0은 다이머 (Ph)(Me)(MeO)SiOSi(OMe)(Me)(Ph) 등이다.

(2) 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 올리고머 (PM)에 대한 (α) 및 물 (H₂O)에 대한 (α):

α_H2O = 0.30

α_PM = 0.75

(3) 간극 부피의 비율로서 초기 유체의 양은 108％이다.

(4) 층 제로 제한 비율은 3.5％이다.

(5) 할로의 정도

할로의 피크는 절연체에서 2％ 공극이다;

할로 공극 분포의 표준편차는 71 mil이다;

피크는 830 mil의 반경에 위치한다.

실제 데이타에 대한 파라미터의 곡선-피팅을 더욱 명백하게 하기 위해 다음 논의가 도움이 될 것으로 생각된다. 다시 도 14를 살펴보면, 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 올리고머의 총 농도가 약 10일에서 피크가 된 후, 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 올리고머의 농도의 감소 속도는 모노머의 다양한 올리고머로의 전환 반응 속도에 가장 크게 좌우된다. 상기 반응 속도는 다시 반응 운동학 및 케이블의 반경을 가로질러 이용가능한 물 및 촉매의 농도에 가장 크게 좌우된다. 모델링된 반응이 실제 데이타에 의해 나타난 것보다 더 신속하게 진행하면, 시뮬레이션에서 반응 속도 상수, 또는 반응에 이용가능한 물의 농도가 감소된다.

물 농도는 노화된 케이블 내에 항상 존재하는 할로를 포함한 절연체 내에 존재하는 물의 양, 및 처리 전 도체 차폐물 내의 물의 양에 좌우된다. 훨씬 더 중요하게는, 상기 농도는 상기 섹션 400의 설명에서 규정된 바와 같은 α_물에 좌우되고, 이는 주로 시뮬레이션 전체에서 물이 외부에서 케이블 내로 진입하는 속도를 결정한다. 이상 용액 거동으로부터 편향이 존재하지 않으면, 물은 알콕시실란보다 훨씬 더 낮은 평형 농도를 갖기 때문에 케이블로부터 실질적으로 배제될 것이다 (즉, α_물 = 1이면 물에 의한 관통이 매우 적을 것이고; α_물 = 0이면 다른 성분의 존재가 물 투과에 영향을 미치지 않을 것이다). 2개의 다른 독립적인 데이타 지점은 물 이용가능도 및 반응 속도에 대한 제약조건을 제공한다. 제1 제약 데이타 지점은 무수 또는 대부분 물이 없는 환경이 선행 기술 물질 (즉, 본 경우에 페닐메틸디메톡시실란)로 처리된 케이블의 간극 내에 수시간 지속한다는 것을 나타낸다 (예를 들어, 문헌 ["Failures in Silicone-treated German Cables Due to an unusual Aluminum-Methanol Reaction", Bertini, Presented to the Transnational Luncheon of the ICC, October 29, 2002] 참조). α_물이 너무 낮거나 반응 속도가 너무 느리면, 물은 스트랜드 내로 투과할 것이고, 무수 환경이 결코 달성되지 않을 것이다. 제2 제약조건은 앞서 인용된 클레이어 및 채터튼 논문에서 다음과 같이 제공된다:

"절연체 내에서 페닐메틸디메톡시실란의 수 반응성 관능기의 존재가 54일 내내 미시적 적외선 분광법 (1190 cm^-1에서 SiOMe 밴드)에 의해 확인되었다."

즉, 메톡시기는 54일에 마이크로-IR에 의해 여전히 관찰가능하지만, 67일에 더이상 관찰되지 않았다. 시뮬레이션의 반응 속도는 모든 IR-측정가능한 양의 메톡시 관능기는 54 내지 67일 사이에서 13일 내에 사라져야 한다는 실제적인 관찰에 의해 제약된다.

상기 2개의 제약조건은 도 14의 데이타와 함께 α_물 및 화학적 운동학을 확립하기 위해 사용되고, 이는 다시 주로 피크 (약 10일에)와 54일에서 지점 사이에 도 14에서 곡선의 기울기를 결정한다. 반응 속도 및 α_물은 상세화된 클레이어 데이타의 회귀 피트에 의해 확립되었다. 도 14에서 곡선이 다소 평평해지는 지점은 미-반응되거나 과소-반응된 상태 (즉, 올리고머를 형성하도록 축합하지 않은)로 삼출되는 원래 공급된 유체의 양에 의해 주로 결정된다. 본 설명에서, 삼출된 비-반응되거나 과소-반응된 유체는 구체적으로 절연체로부터 삼출되는, 메톡시 리간드만, 히드록실 리간드만을 갖는 모노머, 및 하나의 각각의 메톡시 및 히드록실을 갖는 모노머를 포함하는 페닐메틸디메톡시실란의 모노머 종 및 가수분해 유도체를 포함한다. 빈센트 (미국 특허 4,766,011의 표 2 참조)는 촉매가 없으면, 클레이어 및 채터튼에 의해 사용된 페닐메틸디메톡시실란 모노머에 대해 물의 존재 하에 모노머의 관찰가능한 축합이 존재하지 않음을 입증하였다. 따라서, 촉매가 없으면 반응 속도는 비논리적으로 작다.

54일로부터 248일까지의 194일간의 평탄 및 느린 감소는 축합 올리고머의 삼출 속도에 의해 결정된다. 상기 기간 동안, 절연체 밖으로 몇몇 올리고머 종의 꾸준한 플럭스가 존재하는 한편, 유체의 절연체 내로의 상응하는 대략 동일한 플럭스는 도체 간극 및 도체 차폐물 내에 남아있다. 일단 나중의 공급이 거의 고갈되면, 절연체 내로의 플럭스가 감소하기 시작하고, 그 내부의 총 농도는 그에 따라 감소하기 시작한다. 당업자는 총 농도가 감소하기 시작함에 따라 절연체 밖으로의 삼출이 또한 느려짐을 알 것이다. 상기 최종 기간은 제로로의 기하급수적 감소로서 잘 설명되었다.

마지막 248일 지점의 피팅은 거의 전적으로 올리고머의 동적 혼합물의 투과율에 좌우된다. 앞서 설명된 바와 같이, 채터튼 및 베르티니 (Bertini)는 모노머, 다이머 및 테트라머에 대한 투과 식을 제공한다. 다이머 및 테트라머는 실험에 의한 확산 속도를 결정하기 위해 메틸기로 종료시켰다. 이는 올리고머가 일반적으로 히드록실기로 종료되거나 잠재적으로 순환하는 실제 경우에 정확하게 대응하지 않는다. 상기 차이에도 불구하고, 당업자는 동종 시리즈의 올리고머의 다른 구성원 (예를 들어, 선형 트리머 및 펜타머)에 대한 합당한 내삽법 및 외삽법을 쉽게 만들 수 있다. 따라서, 동종 올리고머의 분포는 도 14의 평탄 기간에서 기하급수적 감소 기간으로의 전이 시간에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 시뮬레이션이 생성되는 곡선이 측정된 값의 좌측 및 아래에 놓이도록 농도가 감소된 것을 예측하면 (예를 들어, 도 14에서 Sim 32), 동적 평균 중합도 (DP)가 증가해야 할 것이다. 다른 한편, 시뮬레이션된 선이 측정된 값의 위 및 우측에 놓이면 (예를 들어, Sim 35), 동적 DP는 감소해야 할 것이다. 상기 동적 DP 값은 다시 보다 고차의 올리고머로의 축합의 각각의 반응 속도를 증가 또는 감소시킴으로써 증가하거나 감소될 것이다. 상기 언급된 클레이어 및 채터튼 논문에서는 다음과 같이 상기 주제에 대한 지침을 제공한다:

"데이타는 올리고머화가 스트랜드 내에서 일어남을 확인하였고, 8 이상의 중합도 (DP)를 통한 중합체 분포를 제공한다."

메톡시실란 가수분해에 익숙한 사람은 화학 반응 고려사항에 의해 구동된 DP의 통계적 분포가 형성됨을 이해할 것이다. 또 다른 제약 고려사항은 54 내지 248일의 기간 동안 절연체 내의 평균 농도이다. DP가 증가함에 따라, 저하된 용해도 때문에 평형 농도는 감소하고, 따라서, 54일 및 67일 데이타 지점에서 떨어지는 시뮬레이션은 평균 DP가 너무 큰 것을 의미하는 반면, 상기 2개의 지점을 넘어 만곡하는 시뮬레이션은 평균 DP가 너무 낮은 것을 의미할 것이다.

시뮬레이션을 완료하기 위해 요구되는 선행 문단에서 실험적 상수로서 조정되지 않은 모든 다른 변수는 실험 수단에 의해 측정하고/하거나 공개된 결과로부터 얻었다.

장기 전력 케이블 성능을 연장시키기 위한 본 발명의 방법의 유체 조성물의 성분

본 발명의 방법에 따르면, 선행 기술의 케이블 복구 방법의 실용적인 유효 수명을 넘어 수명 연장을 제공하도록 고안된 4개 클래스의 물질이 이제 개시된다.

미국 특허 출원 공개 US 2005/0189130에 개시된 케이블을 승압에서 처리하기 위한 복구 방법, 및 미국 특허 출원 공개 US 2005/0192708에 개시된 승압에서 주입을 위한 제제를 선택하기 위한 방법은 케이블의 간극 공극 부피 내에 수용될 수 있는 것보다 더 많은 유체의 첨가, 및 종래의 저압 복구 방법에 비해 케이블의 총 처리후 수명 기대치를 증가시키는 유체의 적절한 양을 교시한다. 그러나, 본원에 개시된 유전 특성 향상 유체는 처리후 수명을 훨씬 더 연장시키는 적어도 하나의 성분을 포함한다. 이는 종래의 알콕시실란 복구용 유체를 사용하여 현재 가능한 것보다 더 오랜 기간 동안 성분을 절연체 내에 유지함으로써 달성된다. 또한, 본원에 개시된 성분은 절연체 내에 물을 매우 낮은 수준으로 유지하는 것을 돕고, 상기 물질의 하나의 클래스의 경우에, 절연체의 과포화를 방지하는 것을 돕는다.

클레이어 및 채터튼의 상기 인용된 문헌은 페닐메틸디메톡시실란 모노머, 다이머 및 테트라머의 투과 특징을 온도의 함수로서 보고한다. 도 15는 폴리에틸렌 절연체 내의 상기 3가지 물질의 평형 농도 (즉, 용해도)를 온도의 함수로서, 모노머에 대한 2개의 측정된 지점과 함께 제공한다. 도 15에서, "PE 모델"은 클레이어 및 채터튼이 제공한 최소 제곱 아레니우스 식이다. 평형 농도는 분자 크기가 2배가 될 때 각각 2배 초과로 감소한다. 예를 들어, 30℃에서, 평형 농도는 모노머, 다이머 및 테트라머에 대해 각각 0.045 g/cm³에서 0.020 g/cm³에서 0.004 g/cm³으로 감소한다.

상기 논의한 바와 같이, 도 12는 절연체 내의 알콕시실란의 실제 평균 유체 농도와 회복으로 표현되는 AC 붕괴 (ACBD) 성능에서 증가량 증가 사이에서 전체 관계를 제공한다. 도 8, 9 및 10에 의해 증명되는 바와 같이, 실록산 종의 농도는 유체가 공급되는 케이블의 내부로부터 제로의 농도를 갖는 유체가 에워싸는 환경 내로 삼출되는 케이블의 외부로 감소한다. 상기 감소하는 프로필은 임의의 성분의 실제 평균 농도가 각각의 평형 농도에 의해 결정되는 바와 같이 그의 최대 가능한 값 미만인 일부 값을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 감소하는 농도 (즉, 도시된 바와 같이 절연체의 내부 표면 가까이의 포화로부터 절연체의 외부 표면에서 제로에 근접하는)를 추정하기 위해 도 15로부터의 30℃에서 페닐메틸디메톡시실란 및 그의 올리고머에 대한 상기한 평형 농도에 0.75를 곱하면, 모노머, 다이머 및 테트라머 각각에 대한 중간 농도는 30℃의 평균 작동 온도에서 약 0.034 g/cm³, 0.015 g/cm³, 및 0.003 g/cm³일 것이다. 도 12는 예상된 성능에 대한 지침을 제공하고, 상기 감소된 농도에 기초하여, 모노머는 손실된 유전체 강도의 약 62％를, 다이머는 약 43％를, 테트라머는 약 20％를 회복할 수 있을 것이다. 노화된 비처리 케이블에 대한 전형적인 ACBD는 약 11 kV/mm인 한편, 그의 초기 성능은 약 40 kV/mm이다. 절대값 기초로, 케이블이 모노머, 다이머 및 테트라머로 각각 동역학적으로 포화될 때 ACBD가 29.0 kV/mm (즉, 11 + 0.62(40 - 11)), 23.5 kV/mm, 및 16.8 kV/mm임이 예상될 것이다. 그러나, 케이블이 유체가 케이블 밖으로 확산함에 따라 점근적으로 고갈되는 유한 유체 저장기를 가질 때 동적 포화는 지속불가능한 상태이다. 또한, 케이블이 모노머 또는 다이머로 각각 포화되는 한 29 kV/mm 및 23.5 kV/mm ACBD 값이 신뢰할 수 있는 작동을 보장할 것인 반면, 절연체 내에서 상기 비교적 빠른 투과하는 물질의 체류 (dwell) 시간은 케이블의 서비스 수명을 보다 차가운 (즉, 낮은 로드) 케이블에 대해 몇 년, 또는 높은 온도에서 작동하는 케이블에 대해 단지 몇 달을 지나 연장시키기에는 너무 짧다.

따라서, 알콕시실란 복구용 유체를 사용하는 선행 기술에서 직면하는 난제는 물질이 보다 긴 시간 동안 체류하도록 허용하는 공정, 즉, 모노머 종의 올리고머화가 모노머에 비해 절연체 내의 올리고머의 보다 낮은 평형 농도 때문에 전체 처리 효능을 감소시키는 것이다. 상기 테트라머-처리된 케이블에 대해 16.8 kV/mm ACBD는 상기한 바와 같이 신뢰할 수 있는 성능을 보장하기 위해 필요한 것으로 일반적으로 고려되는 16 kV/mm 값을 조금 넘는다.

다시, 클레이어 및 채터튼의 상기 인용된 문헌에서, 페닐메틸디메톡시실란 모노머, 다이머 및 테트라머의 투과 특징이 제시되었다. 추가로, 가장 널리 사용되는 현재의 케이블 복구 기술에서 바람직한 빠르게-확산하는 성분인 트리메틸메톡시실란의 5O℃에서 확산 계수는 미국 특허 5,372,841에 개시된다. 도 16은 폴리에틸렌 내의 상기 물질의 확산도를 온도의 함수로서 제공한다. 분자의 질량이 모노머에서 다이머로 약 두배로 될 때, 50℃에서 확산 계수는 5.9의 인수로 감소하고 (52.2 x 10^-9 cm²/sec에서 8.89 x 10^-9 cm²/sec로), 따라서, 질량이 다시 다이머에서 테트라머로 본질적으로 두배로 될 때, 확산 계수는 2.1의 인수로 감소한다 (8.89 x 10^-9 cm²/sec에서 4.14 x 10^-9 cm²/sec로). 상기 선행 기술에서 올리고머화의 복귀 감소는 상기 방안의 총 케이블 수명을 제한하고, 이는 축합 반응이 일어나는 중합체 매트릭스 내에서 비교적 묽은 유기실란의 순환 때문에 평균적으로 테트라머를 넘는 올리고머화가 매우 낮은 수준이기 때문이다. 올리고머화가 예를 들어 헥사머를 형성하도록 진행되어야 하는 경우라도, 각각의 추가의 실록산 단위와의 확산 계수에서 매우 적은 증가량 감소가 존재한다. 증가된 중합도에 따른 확산도에서 임의의 증가량 감소는 상기 평형 농도 논의에서 설명된 바와 같이 분기점 (offset)보다 더 크고, 이는 감소된 평형 농도 때문에 보다 긴 올리고머에 대해 연관된 성능 감점이 존재하기 때문이다. 상기 제한은 선행 기술의 케이블 복구 방법에서는 결코 인지되지 않았다.

각각의 처음 3개의 클래스의 본원에 개시된 유전 특성 향상 유체 성분은 상기 논의된 제한을 극복하고, 평균 케이블 작동 온도 T에서, 바람직하게는 상기 규정된 플럭스 가중 온도 T_{flux - avg}에서 절연 중합체 내에 충분한 평형 농도를 유지하면서 느린 확산의 조합을 제공한다. 본원의 목적에서, 평균 케이블 작동 온도는 절연 자켓의 중간-반경에서 시간-가중된 온도 평균으로서 규정된다. 일반적으로, 상기 평균 작동 온도는 지하 분포 (URD) 케이블에 대한 케이블 깊이에서 평균 토양 온도 (상기 컴퓨터 시뮬레이션 설명 참조)를 약 1O℃ 넘는다. 피더 (feeder) 케이블에 대한 대응하는 값은 평균 토양 온도를 약 10 내지 4O℃ 넘는다. 그 결과, 종래의 저압 복구 방법으로 또는 고압 방법으로 하나 이상의 개시된 성분으로 처리된 사용 중인 케이블은 현재의 사용에서 유전 특성 향상 유체를 사용하여 달성할 수 있는 것보다 유의하게 보다 긴 수명을 나타낸다. 본 발명의 성분은 다음 4개 클래스 중 적어도 하나에 속하는 액체 또는 고체 물질 중에서 선택된다.

본 발명의 방법에 따른 제1 성분 클래스 (클래스 1)는 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 수 반응성 유기실란 모노머 (즉, 유기실란은 가수분해하고 후속적으로 축합할 수 있다), 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (즉, 이는 부분적으로 또는 완전히 가수분해된다), 상기한 모노머의 올리고머, 또는 상기 모노머와 비-클래스 1 유기실란의 공-올리고머 중에서 선택되고, 여기서 각각의 올리고머 또는 공-올리고머는 잔류 수 반응성 및/또는 실라놀 관능기를 갖는다. 따라서, 예를 들어, 유기실란은 알콕시-관능성 유기실란, 잔류 알콕시를 함유하는 그의 반응 생성물, 또는 에놀옥시-관능성 유기실란, 예를 들어 하기 표 2에 예시된 것일 수 있다. 고려되는 추가의 수 반응성 시스템은 규소에 결합된 케톡시모, 아미노, 아미도, 아실옥시 및 히드리도기를 포함한다. 본원의 목적에서, 클래스 1 성분의 모노머 (또는 임의의 상기한 올리고머 또는 공-올리고머의 모 모노머)는 절연 중합체 내에서 대응하는 테트라머보다 적어도 약 15 더 큰 확산 계수를 나타내고, 상기 테트라머는 잔류 수 반응성 기(들) 또는 실라놀기(들)로 종료된다. 모노머 대 테트라머의 확산 계수의 상기 비율은 케이블의 평균 작동 온도에서, 또는 바람직하게는 상기 규정된 플럭스 가중 온도에서 측정되고, 바람직하게는 약 20 초과이다. 비교하면, 예를 들어, 페닐메틸디메톡시실란 모노머/테트라머에 대한 상기 비율은 5O℃에서 약 12.6이다 (도 16으로부터).

물질 번호	클래스 1 성분
1	페닐메틸디메톡시실란
2	(3-메틸페닐)메틸디메톡시실란
3	3-시아노프로필메틸디메톡시실란
4	디(p-톨릴)디메톡시실란
5	(4-메틸페닐)메틸디메톡시실란
6	2-시아노부틸메틸디메톡시실란
7	페닐에틸트리메톡시실란
8	(p-톨릴에틸)메틸디메톡시실란
9	(p-스티릴에틸)트리메톡시실란
10	4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 및 디메톡시메틸(3-클로로프로필)실란의 반응 산물(들)
11	3-(2,4-디니트로페닐아미노)프로필트리에톡시실란
12	3-(트리에톡시실릴프로필)p-니트로벤즈아미드
13	2-히드록시-4-(3-트리에톡시실릴프로폭시)-디페닐케톤
14	메틸디메톡시실란과 2-[3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-히드록시페닐]에틸 메타크릴레이트의 반응 산물(들)
15	메틸페닐 비스(1-페닐에테닐옥시)실란
16	메틸비닐 비스(1-페닐에테닐옥시)실란

클래스 1 성분이 다른 축합가능 실란 (즉, 클래스 1 성분이 아니지만 클래스 1 성분과 축합할 수 있는 것)을 또한 포함하는 유전 특성 향상 유체 내에 포함될 때, 각각의 동종-올리고머에 추가로 가수분해/축합 시에 상기 종들 사이에 공-올리고머가 형성할 수 있다. 따라서, 일부 단위는 더 큰 및/또는 작은 가요성 클래스 1 군을 함유하므로, 총 올리고머의 질량 플럭스는 지연된다. 바꿔 말하면, 클래스 1 성분을 갖는 적절한 제제는 총 올리고머 삼출 플럭스를 선행 기술의 케이블 복구 방법에서 사용된 알콕시실란에 대한 것보다 더 낮은 값으로 맞추는 것을 허용한다. 바람직한 클래스 1 성분은 p-톨릴에틸메틸디메톡시실란, 시아노프로필메틸디메톡시실란 (예를 들어, 3-시아노프로필메틸디메톡시실란), 및 시아노부틸메틸디메톡시실란 (예를 들어, 2-시아노부틸메틸디메톡시실란)을 포함한다.

본원에 설명된 임의의 클래스의 유기알콕시실란 성분이 축합 촉매와 함께 사용되는 것이 또한 바람직하다. 본원에서 고려되는 촉매는 케이블 성분에 해로운 영향을 미치지 않는다면 (예를 들어, 구리 또는 알루미늄 도체를 부식시키지 않는다면) 유기알콕시실란의 가수분해 및 축합을 촉진하는 것으로 공지된 임의의 것이다. 일반적으로, 이들은 주석, 망간, 철, 코발트, 니켈, 납, 티타늄 또는 지르코늄의 유기금속 화합물 중에서 선택된다. 상기 촉매의 예는 알킬 티타네이트, 아실 티타네이트 및 대응하는 지르코네이트를 포함한다. 적합한 촉매의 구체적인 비제한적인 예는 테트라-t-부틸 티타네이트 (TBT), 디부틸틴디아세테이트 (DBTDA), 디부틸틴디라우레이트 (DBTDL), 디부틸틴디올레에이트, 테트라에틸오르토티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트 (TIPT), 테트라옥타데실오르토티타네이트, 디부틸틴디옥토에이트, 제1주석 옥토에이트, 디메틸틴네오데코노에이트, 디-N-옥틸틴-S,S-이소옥틸마캅토아세테이트, 디부틸틴-S,S-디메틸마캅토아세테이트, 또는 디에틸틴-S,S-디부틸마캅토아세테이트를 포함한다. 일반적으로, 촉매는 유기알콕시실란 성분의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 5％ 수준으로 첨가된다. 보다 일반적으로, 이는 상기 기준으로 약 0.1 내지 약 2％ 수준 또는 약 0.2 내지 1 중량％ 수준으로 공급된다.

제2 성분 클래스 (클래스 2)는 7 내지 약 20개의 포화 탄소 원자를 갖는 규소에 부착된 적어도 하나의 기 또는 측쇄 (-R)을 함유하는, 상기 설명된 것과 유사한 수 반응성 유기실란 모노머, 축합가능 모노머, 올리고머 또는 공-올리고머를 포함한다. 상기 R기는 직쇄, 분지쇄 또는 시클릭 구조를 가질 수 있고, 또한 적어도 7개의 (-CH₂-) 단위를 또한 포함한다면 헤테로원자, 예를 들어 산소, 질소 및 황을 추가로 포함할 수 있고, 후자는 반드시는 아니지만, 바람직하게는 순차적이다. 또한, R은 상기 기준을 만족하면 치환된 기일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 기는 CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-, CH₃-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-, Ph-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-N-CH₂-CH₂-, Hex-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-, Hex-CH₂-CH₂-, CH₂=CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂- 등과 같은 골격을 가질 수 있고, 여기서 Ph 및 Hex는 각각 페닐기 및 시클로헥실기를 나타낸다.

바람직하게는, 클래스 2는 C7 내지 C20 알킬-관능성 알콕시실란, 예를 들어 페닐옥틸디알콕시실란, 도데실메틸디알콕시실란, n-옥타데실디메틸메톡시실란, n-데실트리에톡시실란, 도데실메틸디에톡시실란, 도데실트리에톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란, 1-도코세닐트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, n-옥타데실트리메톡시실란 및 상기 알콕시실란들의 부분 가수분해물을 포함한다.

보다 큰 탄화수소기는 일반적으로 클래스 2 성분의 평형 농도를 증가시키고, 또한 절연 중합체 내에 그의 확산도를 감소시킬 것이다. 또한, 측쇄 상에 일부 불포화가 허용되는 반면, 상기 R기는 바람직하게는 포화 직쇄 탄화수소, 예를 들어 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 테트라데실 및 헥사데실이다. 상기 기준을 만족시키는 아릴알킬 또는 치환된 알킬 측쇄는 덜 바람직하다. 또한, 클래스 2 성분의 탄화수소기의 메틸렌 단위의 수를 증가시키면 입체 방해 때문에 확산을 지연시킬 것으로 생각된다. 너무 많은 메틸렌 단위를 사용하는 인지된 단점은 그들의 부피가 이용가능한 제한된 처리 부피를 채우는 것이지만, 상기 열거된 사슬 길이는 과잉 간극 부피를 부당하게 희생시키지 않으면서 및 물질이 케이블 절연체 내로 확산하기 위해 너무 긴 시간을 요구하지 않으면서 증가된 수명의 이익을 제공할 것으로 생각된다. 상기 확산 요건은 앞서 설명된 바와 같이, 케이블의 예상된 작동 온도 프로필에 따라 변한다. 클래스 1 성분의 설명과 연결하에 나타낸 바와 같이, 유전 특성 향상 유체를 형성하기 위해 클래스 2 성분이 다른 알콕시실란과 혼합될 때 공-올리고머가 형성될 것이고, 상기 공-올리고머는 비교적 가용성 탄화수소 세그먼트를 함유할 것이다. 선행 기술의 알콕시실란 유전 특성 향상 유체, 예를 들어 페닐메틸디메톡시실란은 증가하는 중합도에 따라 요구되는 확산도 감소를 얻기 위해 용해도에서 큰 감소를 감수하지만, 클래스 2 물질은 클래스 2 성분의 중합도가 증가함에 따라 평형 농도의 감소가 그리 심하지 않다. 이와 유사하게, 클래스 2 성분은 선행 기술의 알콕시실란 유전 특성 향상 유체에 비교하여 이들이 공-올리고머화할 때 다른 축합가능 물질과의 혼합물로 사용될 때 평형 농도 (즉, 절연 중합체 내의 용해도)의 감소가 보다 낮기 때문에, 미국 특허 6,162,491에 기재된 과포화 현상에 대한 화학적 축합 기여를 완화시킨다. 상기 요점을 예시하기 위해, 촉매-함유 유기알콕시실란 모노머, 예를 들어 페닐메틸디메톡시실란으로 포화되고 습기에 노출된 폴리에틸렌 절연 자켓을 고려한다. 모노머가 가수분해하고 축합하여, 예를 들어 다이머를 형성할 때, 상기 다이머는 본 발명의 클래스 2 물질 중 하나보다 용해도가 더 낮기 때문에 즉시 폴리에틸렌을 과포화시키는 경향이 있다. 클래스 1 성분이나 클래스 2 성분은 그가 공-올리고머화하는 유전 특성 향상 유체 내에 존재하는 임의의 다른 알콕시실란의 올리고머와 같이 신속하게 절연 중합체를 통해 확산해야 하지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 다른 알콕시실란이 페닐메틸디메톡시실란이면, 상기 유체는 절연체 내로 투과할 수 있고, 여기서 일부는 다이머화한다 (물 및 적절한 촉매가 또한 존재함을 가정함). 클래스 1 또는 클래스 2 성분의 일부 (즉, 그의 모노머)가 페닐메틸디메톡시실란의 다이머 및 보다 고차 올리고머를 "따라잡을" 수 있는 한, 그와 공-올리고머화하여 이종-트리머 또는 보다 고차 이종-올리고머를 생성하는 기회를 가질 것이다. 따라서, 많은 클래스 1 또는 2 물질이 예를 들어 페닐메틸디메톡시실란보다 확산 속도가 더 낮지만, 이들은 일반적으로 후자의 화합물의 테트라머, 바람직하게는 다이머보다 확산 속도가 더 크다.

제3 성분 클래스 (클래스 3)은 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고, 케이블의 평균 작동 온도 T 또는 바람직하게는 상기 규정된 플럭스 가중 온도 T_{flux - avg}에서 케이블의 절연 중합체 내에서 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 물질을 포함한다. 본 발명의 방법에 따라, 클래스 3 성분의 양은 상기한 과포화 현상에 의해 제한되고, 케이블에 공급된 양은 총 유전 특성 향상 유체 조성물의 적합한 제제 및 주입되는 그의 총량에 의해 제어된다. 따라서, 평형 농도가 높을수록 더 우수함이 고려된다. 케이블의 평균 작동 온도 또는 바람직하게는 상기 규정된 플럭스 가중 온도에서 절연 중합체 내에서 상기 성분의 평형 농도가 적어도 0.01 g/cm³인 것이 더욱 바람직하다.

임의의 특정 이론이나 기전에 매이기를 바라지는 않지만, 클래스 3 성분을 포함하는 복구용 유체의 장기 효능은 특히 다음 고려사항에 의한 것으로 생각된다:

a. 케이블 절연체 내에서 연장된 체류 시간,

b. 중합체 절연체 내에서 물보다 적어도 5배 더 가용성임 (이들 물질은 절연체를 우선적으로 "습윤시켜" 물 투과에 의한 절연체의 재습윤을 크게 감소시킨다),

c. 많은 클래스 3 성분, 특히 고체는 그들이 포함되는 유전 특성 향상 유체 제제의 밀도를 증대시키고, 이는 제시된 간극 부피 내로 추가의 수명-연장 관능기를 부여하도록 총 유체 질량의 증가된 공급으로 해석된다.

d. 상기 성분은 아래에 설명되는 바와 같이 절연 중합체의 성능을 더욱 연장할 수 있는, 앞서 이용가능하지 않은 화학적 관능기를 함유할 수 있다.

클래스 3 성분의 비제한적인 예는 다음을 포함한다.

1. 금속 원자, 예를 들어 Fe, Mn, Ni, Co, Ru 또는 Os가 2개의 시클로펜타디엔 고리 사이에 "샌드위치되는" 메탈로센. 구체적인 예는 페로센 및 그의 유도체, 예를 들어 n-부틸페로센 및 옥타노일 페로센을 포함한다. 상기 성분은 전압 안정화제 및 UV 흡수제로서 작용한다.

2. 전압 안정화제, 예를 들어 1,3 디케톤 (예를 들어, 아보벤존), 아세토아세트산의 에스테르 (예를 들어, 에틸 에스테르 또는 n-프로필 에스테르; 독일 특허 3017442, 08/03/1983 참조), 또는 게라닐아세톤 (CAS# 689-67-8).

3. 티누빈 (TINUVIN)(등록상표) 123 (CAS# 129757-67-1) 및 티누빈(등록상표) 152 (CAS# 191743-75-6) (시바 (Ciba) 제품) 및 산두보르 (Sanduvor) 3058 (CAS# 79720-19-7) (사이텍 (Cytec) 제품)과 같은 시판 제품으로 표시되는 차단 (hindered) 아민 광 안정화제 (HALS). 상기 물질은 유리 라디칼을 제거하고 중합체 내에 UV 방출에 의해 유발된 손상을 완화시키는 것으로 당업계에 잘 공지되어 있다. HALS의 추가의 예는 예를 들어, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 5,719,218에서 찾을 수 있다.

4. 다른 광 안정화제, 예를 들어 트리아졸 및 니켈 킬레이트, 예를 들어 본원에 참고로 포함된 미국 특허 4,870,121에 나열된 것. 구체적인 예는 티누빈(등록상표) 1130 (CAS# 104810-47-1 및 CAS# 104810-48-2 및 글리콜의 혼합물) 및 티누빈(등록상표) 479 (CAS# 204848-45-3) (시바 제품)를 포함한다.

5. UV 흡수 물질, 예를 들어 옥토크릴렌 및 멘틸안트라닐레이트, 벤조페논 (바스프 (BASF)로부터 상표명 우비눌 (Uvinul)(등록상표) 3008로 입수가능), 치환된 벤조페논 및 티누빈(등록상표) 400 (CAS# 153519-44-9).

6. 클래스 3 성분에 대한 용해도 및 확산도 기준을 만족시키는 앞서 나열된 클래스 1 또는 클래스 2 성분의 가수분해물.

당업자는 많은 클래스 3 성분이 전형적인 주입 온도에서 고체이고, 따라서, 고체가 유체 내에 용해 또는 현탁되는 유전 특성 향상 제제의 일부로서만 주입될 수 있음을 쉽게 알 것이다. 물론, 상기 제한은 본 발명의 방법에 따른 임의의 고체 성분 (예를 들어, 페로센)에 적용된다. 상기 고체 성분을 사용하는 잇점은 주입 제제에 증가된 밀도를 부여하고, 이는 훨씬 더 관능성인 물질이 케이블 절연체에 공급되도록 하는 것이다.

제4 성분 클래스 (클래스 4)는 케이블 절연 중합체 내에서 55℃에서 평형 농도 (용해도) 대 22℃에서 평형 농도의 비율이 2.25 미만, 보다 바람직하게는 2.0 미만인 물질을 포함한다. 표 3에 제시된 바와 같이, 2개의 선행 기술 물질 (처음 두 줄)은 2.25를 초과하는 값으로 불리하고; 이는 미국 특허 6,162,491에 설명된 바와 같이 케이블이 심각한 온도 변동을 겪을 때 과포화 위험을 증가시킨다. 클래스 4 물질은 온도의 함수로서 절연 중합체 내에 평형 농도의 놀랍게도 낮은 변화를 나타내어, 상기 인용된 과포화 현상에 대한 그들의 기여를 감소시킨다. 페로센은 클래스 3 및 클래스 4 성분 모두에 해당되고, 시아노프로필메틸디메톡시실란 및 시아노부틸메틸디메톡시실란은 클래스 1 및 클래스 4 성분 모두에 해당함을 알아야 한다. 클래스 4 물질의 비제한적인 예로는 페로센 (클래스 3 및 클래스 4 성분 모두에 해당함), 3-시아노프로필메틸디메톡시실란 및 2-시아노부틸메틸디메톡시실란이 있다.

물질	PE 평형 농도 (g/cm3)
	22℃에서	55℃에서	55℃/22℃에서의 비율
PhMeSi(OMe)2	0.036	0.084	2.3
Me(PhMeSiO)4Me	0.003	0.01	3.3
페로센	0.009	0.017	1.9
3-시아노부틸메틸디메톡시실란	0.0045	0.0079	1.8
Ph = 페닐기; Me = 메틸기

상기한 4개의 성분 클래스의 사용과 연관된 추가의 잇점은 본 발명의 방법에 따른 성분이 일반적으로 휘발성 물질의 주입과 연관된 화재 및 폭발 위험을 감소시키는 높은 인화점 및 비교적 낮은 증기 압력을 나타낸다는 것이다.

임의의 상기한 성분은 또한 개별적으로 또는 상기 표 1에 제시된 조성물로 예시되는 바와 같이 2 성분 이상의 조합으로 본원에서 고려된다. 또한, 상기 성분은 종래의 (저압) 복구 방법에서, 또는 미국 특허 출원 공개 US 2005/0191910에 기재된 종류의 특수 고압 커넥터를 사용하는 이전에 언급된 고압 처리 방법 (미국 특허 출원 공개 US 2005/0189130)에서 사용되는 유전 특성 향상 유체 조성물에 포함될 수 있다. 간단히 설명하면, 고압 방법은 중합체 절연 자켓의 탄성 한계 미만의 압력에서 케이블의 간극 공극 부피를 적어도 하나의 유전 특성 향상 유체 조성물로 채우고, 약 50 psig를 초과하는 잔류 압력에서 유전 특성 향상 유체를 간극 공극 부피 내에 한정하는 것을 포함하고, 여기서 압력은 케이블의 전체 길이를 따라 부가되고 탄성 한계 미만이고, 여기서 조성물은 클래스 1, 클래스 2, 클래스 3 또는 클래스 4 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 케이블 섹션의 절연 자켓의 "탄성 한계"는 절연 자켓의 외경 (OD)가 케이블 성분 내에 용해된 유체로 인한 임의의 팽창을 배제하고 2％를 초과하는 25℃에서 영구 변형 (permanent set)을 갖는 (즉, OD가 그의 원래 값의 1.02배의 인수로 증가하는) 간극 공극 부피 내의 내부 압력으로서 규정된다. 예를 들어, 상기 한계는 케이블 섹션의 샘플을 도체 차폐물 및 절연 자켓 (예를 들어, 물) 내에서 용해도가 0.1 중량％ 미만인 유체로 임의의 커버링, 예를 들어 절연 차폐물 및 와이어 랩 (wire wrap)을 처음 제거한 후 약 24시간 동안 가압함으로써 실험에 의해 결정될 수 있다. 압력이 해제된 후, 최종 OD를 상기 결정에서 초기 OD와 비교한다. 상기 규정된 탄성 한계에 도달되지 않으면 간극 공극 부피를 채우기 위해 사용되는 실제 압력은 중요하지 않다. 목적하는 양의 유체가 도입된 후, 유체는 약 50 psig를 초과하는 지속 잔류 압력에서 간극 공극 부피 내에 한정된다. 잔류 압력이 약 100 psig 내지 약 1000 psig, 가장 바람직하게는 약 300 psig 내지 600 psig인 것이 바람직하다. 또한, 케이블 섹션을 효율적으로 채우기 위해 주입 압력이 적어도 잔류 압력만큼 높은 것이 바람직하다 (예를 들어, 550 psig 주입 및 500 psig 잔류). 본 방법의 다른 실시태양에서, 잔류 압력은 간극 공극 부피를 케이블 섹션의 전체 길이를 따라 적어도 5％ 팽창시키기에 충분하고, 다시 중합체 절연 자켓의 탄성 한계 미만으로 유지된다. 유전 특성 향상 유체 조성물이 약 50 psig를 초과하는 압력에서 간극 공극 부피 내에 함유되기 전에 약 2시간 이상 동안 공급될 수 있음이 또한 고려된다. 도체 차폐물 내로 및 케이블의 절연 자켓 내로 확산으로 인해 잔류 압력이 반드시 제로 psig로 감소하도록 유전 특성 향상 유체 조성물이 선택되는 것이 또한 바람직하다. 상기 압력 감소는 일반적으로 약 2시간을 초과하는 기간에 걸쳐, 바람직하게는 약 24시간 이상 내에, 대부분의 경우에 유체 조성물을 함유하는 약 2년 이내에 일어난다. 상기 압력 감소는 조성물의 다양한 성분의 간극 부피 밖으로의 확산으로 인한 것이고, 임의의 커넥터를 지나는 누출에 의한 것이 아님을 이해해야 한다.

미국 특허 출원 공개 2005/0191910에 개시된 종류의 특수한 스웨이징 가능 고압 단부 커넥터, 및 유체를 케이블 내로 주입하기 위한 그의 용도는 다음과 같이 설명된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 케이블 섹션 (10)의 절연 자켓 (12)는 커넥터 (110)의 하우징 (130)의 제1 말단부 내에 수용된다. 하우징 (130)의 제1 말단부는 그의 내경 (ID)이 절연 자켓 (12)의 외경 (OD)보다 단지 약간 더 큰 크기이다. 아래에 보다 상세히 설명할 바와 같이, 스웨이지 (swage)는 하우징 (130)의 제1 말단부의 외부에, 하우징 (130) 내에 내부 원주로 연장되는 O-링 홈 (135), 하우징 내에 다수의 내부 원주로 연장되는 애크미 나사 (Acme thread)형의 홈 (138), 및 하우징 내에 내부 원주로 연장되는 전체적으로 사다리꼴의 홈 (136) 내에 놓이는 O-링 (O-ring) (134) 위에 적용된다. 상기 절연 스웨이징 영역은 도 17의 상세 영역 A와 도 18의 확대도에 상세히 도시된다.

도 17 및 18을 참고로 하면, 사다리꼴의 홈 (136)은 한쌍의 마주보게 배향된, 축방향으로 돌출하는 원주로 연장되는 돌기 (spur) (210 및 212)를 갖는다. 돌기 (210 및 212)는 본래 하우징 (130)의 내벽에 배치되고, 반대편 축 방향으로 서로를 향해 돌출한다. 돌기 (210 및 212)는 절연 자켓 위에서 상기한 절연 스웨이징 영역 내에서 (즉, 하우징의 체결 부분 내에서) 하우징의 제1 말단부를 따라 축 위치에서 하우징 (130)의 내벽에 원주의 홈 (136)을 형성함으로써 제공된다. 원주의 홈 (136) 및 돌기 (210 및 212)는 하우징 (130)의 내벽의 내부 원주 둘레에 완전히 연장한다. 각각의 돌기 (210 및 212)는 홈 내에 위치하는 하우징 (130)의 방사상으로 내부로 면한 오목한 벽 부분 (216)으로부터 방사상으로 내부로 이격된 전체적으로 방사상으로 외부로 면한 벽 (214)를 갖는다. 홈 (136) 내에서 한쌍의 원주로 연장되는 오목부 (218)은 돌기 (210 및 212)의 방사상으로 외부로 면한 벽 (214)와 하우징 (130)의 방사상으로 내부로 면한 오목한 벽 부분 (216) 사이에 규정된다. 오목부 (218)은 돌기의 방사상으로 외부로 위치하는 축방향으로 개방하는 언더컷 (undercut) 공간을 갖고, 그 내부에서 케이블 섹션 (10)의 절연 자켓 (12)의 일부가 눌리고, 상기 설명된 절연 스웨이징 영역에서 하우징 (130)의 제1 말단부의 외부에 적용된 스웨이지의 결과로서 적어도 부분적으로 유동하고, 케이블은 사용 상태로 놓인다. 상기 작동은 절연 자켓 (12)의 적어도 일부의 중합체를 홈 (136) 내로 및 더욱 오목부 (218) 내로 (즉, 언더컷 내로) 밀어 넣는다. 본질적으로, 홈 (136) 내의 절연 자켓 (12)의 중합체 및 홈 자체는 열장 장부 맞춤 (dovetail mortise and tenon joint) 또는 접합관 (union)과 같이 연결 맞춤을 형성한다. 그 결과, 절연 자켓 (12)와 하우징 (130) 사이에 유체-기밀 밀봉이 형성되고, 이는 절연 자켓의 후퇴 (pushback)을 방지할 뿐만 아니라, 달리 상대적인 방사상 운동 및 절연 자켓과 하우징의 분리, 및 따라서 열 사이클의 냉각기 동안 유체 누출을 일으킬 수 있는 케이블 섹션이 승압에서 유체를 함유하고 실질적인 열 순환할 때 누출이 없는 작동을 제공한다. 본원의 목적에서 "실질적인 열 순환"은 ΔT (높은 도체 온도와 낮은 도체 온도 사이의 차이)의 시간에 관한 분포의 방식 (즉, 피크)이 적어도 약 20℃인 열 순환을 의미한다.

도 17 및 18에 도시된 고압 커넥터에서, 절연 자켓 (12) 위의 절연 스웨이징 영역 (하우징 (130)의 체결 부분)은 적어도 하나의 사다리꼴의 하우징 홈 (136) 및 O-링 (134)를 포함하고, 후자는 별개의 O-링 홈 (135) 내에 놓인다. 도 17은 아래에 더욱 설명되는 바와 같이 유전 특성 향상 유체를 케이블 섹션 (10) 내로 주입하기 직전에 스웨이징 가능 고압 단부 커넥터 (110) 위의 위치에서 클램핑된 주입 도구 (139)의 부분 단면도를 보여준다. 상기 실시태양을 사용하는 전형적인 조립 과정에서, 케이블 섹션 (10)의 절연 자켓 (12)가 먼저 상기한 미국 특허 출원 공개 US 2005/0191910에 설명된 바와 같이 커넥터의 종단 크림프 (termination crimp) 커넥터 (131)을 수용하기 위해 준비된다. 커넥터 (110)의 하우징 (130)은 주입 포트 (48)을 포함한다 (상세 영역 B, 도 19 참조). 상기한 바와 같이, 하우징은 하우징의 제1 말단부에서 그의 보다 큰 내경 (ID)이 절연 자켓 (12)의 외경 (OD)보다 단지 약간 더 크고, 반대편 제2 말단부에서 그의 보다 작은 ID가 종단 크림프 커넥터 (131)의 OD보다 단지 약간 더 큰 크기이다. 하우징 (130)은 케이블 섹션 (10)의 도체 (14) 위로 및 케이블 섹션의 절연 자켓 (12) 위로 미끄러지고, 이어서, 종단 크림프 커넥터 (131)은 도체 (14)의 말단 위로 및 하우징 내에서 미끄러진다. 제1 O-링 (104)가 그 내부의 홈에 위치하는 하우징 (130)의 제2 말단부가 먼저 종단 크림프 커넥터 (131)에 관하여 스웨이징된다. 상기 제1 스웨이지는 제1 O-링 (104) 및 하우징 (130)의 본질상 정사각형의 기계 가공된 내부 치형부 (teeth) (108) 위로 적용된다. 스웨이징은 도체 (14) 및 종단 크림프 커넥터 (131)과 함께 스웨이징을 생산하고, 하우징 (130) 및 종단 크림프 커넥터 (131)과 함께 스웨이징을 생산하도록 단일 작동으로 수행될 수 있다. 별법으로, 스웨이징은 단계로 수행될 수 있다 (여기서, 종단 크림프 커넥터 (131)은 도체 (14)와 함께 스웨이징된 후, 하우징 (130)이 생성되는 종단 크림프 커넥터/도체 조합체와 함께 스웨이징된다). 상기 스웨이징 작동은 도체 (14), 종단 크림프 커넥터 (131), 및 하우징 (130)을 친밀한 기계적, 열 및 전기적 접합으로 연결하고, 하우징 (130)과 종단 크림프 커넥터 (131) 사이에 유체-기밀 밀봉을 제공하도록 O-링 (104)에 여분의 밀봉을 제공한다. 도체 위로 스웨이징하기 전에 절연체 위로 스웨이징 작동을 수행하는 것도 가능하지만, 상기 순서가 바람직하다.

도 17에서, 구리 종단 러그 (133)은 알루미늄 종단 크림프 커넥터 (131)에 회전 용접되어 전형적인 전기 접속을 제공한다. 이어서, 스웨이징된 조립체는 (임의로) 스트랜드 간극 내외로 유체 유동을 용이하게 하기 위해 도체 (14)의 외부 스트랜드의 상태를 똑바르게 하도록 꼬인다. 이어서, 제2 스웨이지가 하우징 (130)의 제1 말단부의 외부에, 제2 O-링 (134) (하우징 (130) 내에 별개의 내부 홈 (135) 내에 놓인), 애크미 나사형의 홈 (138), 및 사다리꼴의 홈 (136) (즉, 도 17의 상세 영역 A 및 도 18의 확대도에서 절연 스웨이징 영역 위로) 위로 적용된다. O-링 (104 및 134)는 플루오로엘라스토머, 예를 들어 빈톤 (Viton)(등록상표), 에틸렌-프로필렌 고무 (EPR), 또는 바람직하게는 에틸렌-프로필렌 디엔 모노머 (EPDM) 고무로 제작될 수 있는 한편, 하우징 (130)은 바람직하게는 스테인레스 스틸로 제조된다. 상기 스웨이징 작동은 O-링 (134)를 도 18에 도시된 근사 형태로 동시에 변형시키면서 절연 자켓 (12)의 적어도 일부 중합체를 사다리꼴의 홈 (136) 및 애크미 나사형 홈 (138) 내로 밀어넣는다. 그 결과, 유체-기밀 밀봉이 절연 자켓 (12)와 하우징 (130)의 제1 말단부 사이에 형성되고, 상기 밀봉은 케이블 섹션 (10)이 승압에서 유체를 함유하고 상기 설명한 바와 같이 실질적인 열 순환할 때 절연체의 후퇴를 방지하고 누출이 없는 작동을 제공한다. 상기 지점에서, 스웨이징된 커넥터 (110) 및 그가 부착되는 케이블 섹션 (10)은 승압에서 유전 특성 향상 유체를 주입하도록 준비된다.

전형적인 주입 과정에서, 아래에서 추가로 설명되는 플러그 핀 (140)이 도 19에 도시된 바와 같이 스프링 콜렛 (spring collet) (166)에 의해 제자리에 유지되도록 주입 도구 (139)의 밀봉 튜브 주입기 첨단부 (160) 내로 로딩된다. 스프링 콜렛 (166)은 플러그 핀 (140)이 취급 또는 유체 유동에 의해 제거되지 않지만, 플러그 핀 (140)이 도 19에 상세히 도시된 바와 같이 주입 포트 (48) 내로 삽입될 때 제거될 수 있도록 충분한 힘으로 플러그 핀 (140)을 잡는 2개의 180°로 마주보는 "핑거 (finger)" (도시하지 않음)를 갖는 부분 절단 실린더를 포함한다. 주입될 유전 특성 향상 유체는 스프링 콜렛 (166)의 상기 "핑거" 사이에서 유동할 수 있다. 도 17 및 19를 참고로 하면, 요크 (yoke) (148)이 하우징 (130) 위로 배치되고, 그의 중앙선은 정밀 정렬 핀 (도시하지 않음)을 사용하여 주입 포트 (48)과 일직선으로 되고, 이는 요크 (148) 내로 감긴다. 정밀 정렬 핀은 클램프 놉 (knob) (150)의 축 및 주입 포트 (48)을 정밀하게 정렬시킨다. 요크 (148)에 한 측면에서 부착된 클램프 체인 (142)는 하우징 (130) 둘레에 감싸진 후, 다시 요크 (148)의 다른 측면에서 후크 (hook) (145) (도 21 참조)에 부착된다. 현재 느슨하게 부착된 체인은 클램프 놉 (150)을 회전시킴으로써 (나사에 의해 - 도시하지 않음) 조여진다. 정밀 정렬 핀은 풀리고, 요크 (148)로부터 제거된다. 주입 도구 (139)가 요크 (148) 내로 감기고, 이어서, 밀봉 놉 (146)이 클램프 놉 (150) 내로 감기어 중합체 밀봉 (162)를 하우징 (130)의 외부에 대해 압박하고, 이제 전체 주입 도구 (139)는 주입 포트 (48)과 정밀 정렬에 놓인다. 이 지점에서, 밀봉 튜브 주입기 첨단부 (160)과 하우징 (130) 사이에 유체-기밀 밀봉이 존재하여, 도 19에 도시된 바와 같이 주입 도구 (139)의 내부와 하우징 (130)의 내부 사이에 주입 포트 (48)을 통한 유동 경로 (유체에 대한)를 제공한다. 보다 명확하게 설명하기 위해, 도 20 및 도 21은 하우징 (130)의 축 방향을 따른 방향으로 주입 도구 (139)(의 적어도 일부)의 확대 단면도를 제공한다. 이들 도면은 체인 (142)의 장력의 약 2배의 힘으로 하우징 (130)에 대해 누르는 슬라이드 블록 (318)을 보여준다. 가이드 핀 (316)은 밀봉 튜브 주입기 첨단부 (160) 내의 슬롯 (slot)과 일직선으로 되어, 그들의 각각의 만곡의 축이 일직선으로 되어, 유체-기밀 밀봉이 만들어지도록 그를 하우징 (130)에 대해 배향시킨다.

이어서, 가압된 유전 특성 향상 유체 조성물이 커넥터 (110)의 내부로 도입되고, 튜브 (158), 밀봉 튜브 도입구 (154) 및 고리 (도시하지 않음)를 통해 케이블 섹션 (10)의 간극 공극 부피가 밀봉 튜브 주입기 첨단부 (160)과 프레스 핀 (152) 및 플러그 핀 (140)의 조립체 사이에 형성된다. 소정량의 유체가 도입된 후 (또는 상기 인용된 특허 공개 2005/0189130 A1에 상세히 설명된 바와 같이 케이블 섹션의 전체 길이를 따라 소정의 균일한 압력에 도달된 후), 프레스 핀 작동기 (actuator) 놉 (144)가 조여져서 (주입 도구 (139)에서 메이티드 (mated) 나사를 사용하여 - 도시하지 않음), 프레스 핀 (152)를 주입 포트 (48)을 향해 진행시키고, 그에 의해 플러그 핀 (140)을 주입 포트 (48) 내로 밀어서 플러그 핀의 제1 모따기 (chamfered) 단부 (141)에 인접하게 위치하는 플러그 핀 (140)의 명목상 원형 단부 표면이 본질적으로 하우징 (130)의 외부 표면과 같은 높이가 되도록 한다. 도 22에 투시도로 예시된 플러그 핀 (140)의 제1 모따기 단부 (141)은 하우징 (130)의 완료된 조립체에 대해 주입 후 "걸림이 없는 (no snag)" 외부 표면을 보장한다. 플러그 핀 (140)은 내부에 강제 피트를 제공하도록 직경이 주입 포트 (48)의 직경보다 약간 더 크다. 마지막으로, 플러그 핀 (140)은 또한 주입 포트 (48) 내로의 자가안내 (self-guidance)를 허용하고, 주입 포트 (48)과의 강제 피트를 허용하여 유체-기밀 밀봉을 생성하기 위해 제2 모따기 단부 (143)을 갖는다. 플러그 핀 (140)은 추가의 유체가 주입되어야 하거나 임의의 이유로 시스템이 빼내어질 필요가 있는 경우에 후속적으로 커넥터 (110)의 내부로 밀어질 수 있고, 나중에 약간 더 큰 플러그 핀이 재삽입될 수 있다. 이 지점에서, 가압된 유체 공급이 중단되고, 주입 도구 (139)는 커넥터 (110)으로부터 분리되어 주입 공정을 완료한다. 주입 단계의 상기 설명에서, 본 발명의 통합된 방법에 의해 요구되는 바와 같이 승압에서 주입되는 케이블 섹션의 다른 단부에 유사한 스플라이스 (또는 단부) 고압 커넥터의 존재가 함축된다. 따라서, 상기에서 및 앞서 인용된 특허 공개 2005/0189130에서 논의된 바와 같이, 섹션의 간극 공극 부피가 완전히 채워지고, 케이블 섹션의 주입 단부로부터 반대편 단부에서 바람직하게는 부분적으로 빼내어질 때, 유체는 섹션의 간극 공극 부피 내에 및 고압 커넥터 내에 한정되어, 요구되는 양의 유체를 불충분한 간극 부피를 갖는 케이블 섹션 내로 도입시킨다. 후자의 방법의 경우에서와 같이, 유전 특성 향상 유체 조성물이 약 50 psig를 초과하는 압력에서 간극 공극 부피 내에 한정되기 전에 약 2시간 이상 동안 공급될 수 있음이 본원에서 고려된다. 당업자는 또한 상기 실시태양의 설명이 단부 고압 커넥터를 통한 주입을 설명하지만, 케이블 섹션 (10)은 상기 규정된 바와 같은 케이블 세그먼트 또는 케이블 하위-세그먼트일 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 예를 들어, 상기 인용된 특허 공개 2005/019190의 도 8에 도시된 (유사한) 이중 하우징 고압 스플라이스 커넥터에 의해 예시되는 바와 같이, 케이블 섹션이 스플라이스 스트랜드 커넥터의 반대편 단부에 스웨이징된 2RODLM 커넥터를 포함하는 적어도 하나의 고압 스플라이스를 포함할 수 있음이 본원에서 고려된다.

Claims (39)

1. 적어도 하나의 사용 중인 전기 케이블 섹션의 유용 수명을 연장하기 위한 방법으로서, 상기 전기 케이블 섹션은 중합체 절연체에 수용된 도체 차폐물로 둘러싸인 스트랜드형 도체를 갖고 도체의 영역 내에 간극 공극 부피를 갖고, 케이블 섹션의 평균 작동 온도는 T이고,

   다음 (1) 내지 (4)로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 유전 특성 향상 유체 조성물을 간극 공극 부피 내에 주입하는 것을 포함하는 방법.

   (1) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는 수 반응성 물질

   (i) 온도 T에서 측정되는 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰, 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

   (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

   (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

   (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

   (2) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는, 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 수 반응성 물질

   (i) 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

   (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

   (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

   (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

   (3) 상기 중합체 절연체 내에서의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 유기 물질 (여기서, 확산 계수 및 평형 농도는 온도 T에서 측정됨); 또는

   (4) 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물.
2. 제1항에 있어서, 성분이 알콕시-관능성 유기실란 모노머 또는 에놀옥시-관능성 유기실란 모노머로부터 선택되고, 상기 모노머의 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰 것인 방법.
3. 제2항에 있어서, 성분이 유기알콕시실란인 방법.
4. 제3항에 있어서, 유전 특성 향상 유체 조성물이 축합 촉매를 추가로 포함하는 것인 방법.
5. 제4항에 있어서, 유기알콕시실란이 (3-메틸페닐)메틸디메톡시실란, 디(p-톨릴)디메톡시실란, (4-메틸페닐)메틸디메톡시실란, 펜에틸트리메톡시실란, (p-스티릴에틸)트리메톡시실란, 3-(2,4-디니트로페닐아미노)프로필트리에톡시실란, 또는 3-(트리에톡시실릴프로필) p-니트로벤즈아미드 중에서 선택되는 것인 방법.
6. 제4항에 있어서, 성분이 (p-톨릴에틸)메틸디메톡시실란, 3-시아노프로필메틸디메톡시실란, 또는 2-시아노부틸메틸디메톡시실란 중에서 선택되는 것인 방법.
7. 제2항에 있어서, 성분이 메틸페닐 비스 (1-페닐 에테닐옥시)실란 또는 메틸비닐 비스 (1-페닐 에테닐옥시)실란 중에서 선택되는 것인 방법.
8. 제1항에 있어서, 성분이 알콕시-관능성 유기실란 모노머 또는 에놀옥시-관능성 유기실란 모노머로부터 선택되고, 성분이 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 것인 방법.
9. 제8항에 있어서, 성분이 유기알콕시실란 모노머이고, 유전 특성 향상 유체 조성물이 축합 촉매를 추가로 포함하는 것인 방법.
10. 제9항에 있어서, 유기알콕시실란이 페닐옥틸디알콕시실란, 도데실메틸디알콕 시실란, n-옥타데실디메틸메톡시실란, n-데실트리에톡시실란, 도데실메틸디에톡시실란, 도데실트리에톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란, 1-도코세닐트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 또는 n-옥타데실트리메톡시실란 중에서 선택되는 것인 방법.
11. 제1항에 있어서, 중합체 절연체 내에서 성분의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³이고, 성분이 메탈로센, 1,3 디케톤, HALS 화합물, 트리아졸, 니켈 킬레이트, 또는 UV 흡수 화합물 중에서 선택되는 것인 방법.
12. 제11항에 있어서, 성분의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 적어도 약 0.01 g/cm³인 방법.
13. 제11항에 있어서, 성분이 n-부틸페로센, 옥타노일 페로센, 아보벤존, 벤조페오논, 옥토크릴렌, 멘틸안트라닐레이트, 아세토아세트산의 에틸 에스테르, 아세토아세트산의 n-프로필 에스테르, 또는 (CAS# 129757-67-1), (CAS# 191743-75-6), (CAS# 79720-19-7), CAS# 104810-47-1 및 CAS# 104810-48-2 및 글리콜의 혼합물, 또는 (CAS# 204848-45-3)의 CAS 넘버로부터 선택되는 화합물로부터 선택되는 것인 방법.
14. 제13항에 있어서, 성분이 아보벤존, 옥토크릴렌, 또는 멘틸안트라닐레이트 중에서 선택되는 것인 방법.
15. 제1항에 있어서, 성분이, 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물인 방법.
16. 제15항에 있어서, 성분이 페로센인 방법.
17. 제15항에 있어서, 성분이 시아노프로필메틸디메톡시실란 또는 시아노부틸메틸디메톡시실란 중에서 선택되는 것인 방법.
18. 적어도 하나의 전기 케이블 섹션의 유전 특성을 향상시키기 위한 방법으로서, 상기 전기 케이블 섹션은 중합체 절연 자켓에 수용된 중심부의 스트랜드형 도체를 갖고 도체의 영역 내에 간극 공극 부피를 갖고, 케이블 섹션의 평균 작동 온도는 T이고,

    (a) 중합체 절연 자켓의 탄성 한계 미만의 압력에서 간극 공극 부피를 적어도 하나의 유전 특성 향상 유체 조성물로 채우고,

    (b) 약 50 psig를 초과하는, 섹션의 전체 길이를 따라 부가되고 탄성 한계 미만인 잔류 압력에서 유전 특성 향상 유체 조성물을 간극 공극 부피 내에 한정하 는 것을 포함하고,

    상기 조성물은 다음 (1) 내지 (4)로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 것인 방법.

    (1) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는 수 반응성 물질

    (i) 온도 T에서 측정되는 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰, 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

    (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

    (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

    (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

    (2) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는, 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 수 반응성 물질

    (i) 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

    (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

    (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

    (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

    (3) 상기 중합체 절연체 내에서의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평 형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 유기 물질 (여기서, 확산 계수 및 평형 농도는 온도 T에서 측정됨); 또는

    (4) 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물.
19. 제18항에 있어서, 성분이 알콕시-관능성 유기실란 모노머 또는 에놀옥시-관능성 유기실란 모노머 중에서 선택되고, 상기 각각의 모노머의 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰 것인 방법.
20. 제19항에 있어서, 성분이 유기알콕시실란인 방법.
21. 제20항에 있어서, 유전 특성 향상 유체 조성물이 축합 촉매를 추가로 포함하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 유기알콕시실란이 (3-메틸페닐)메틸디메톡시실란, 디(p-톨릴)디메톡시실란, (4-메틸페닐)메틸디메톡시실란, 펜에틸트리메톡시실란, (p-톨릴에틸)메틸디메톡시실란, (p-스티릴에틸)트리메톡시실란, 3-(2,4-디니트로페닐아미노)프로필트리에톡시실란, 또는 3-(트리에톡시실릴프로필) p-니트로벤즈아미드 중에서 선택되는 것인 방법.
23. 제21항에 있어서, 성분이 (p-톨릴에틸) 메틸디메톡시실란, 3-시아노프로필메틸디메톡시실란, 또는 2-시아노부틸메틸디메톡시실란 중에서 선택되는 것인 방법.
24. 제19항에 있어서, 성분이 메틸페닐 비스 (1-페닐 에테닐옥시)실란 또는 메틸비닐 비스 (1-페닐 에테닐옥시)실란 중에서 선택되는 것인 방법.
25. 제18항에 있어서, 성분이 알콕시-관능성 유기실란 모노머 또는 에놀옥시-관능성 유기실란 모노머 중에서 선택되고, 성분이 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 것인 방법.
26. 제25항에 있어서, 성분이 유기알콕시실란 모노머이고, 유전 특성 향상 유체 조성물이 축합 촉매를 추가로 포함하는 것인 방법.
27. 제26항에 있어서, 유기알콕시실란이 페닐옥틸디알콕시실란, 도데실메틸디알콕시실란, n-옥타데실디메틸메톡시실란, n-데실트리에톡시실란, 도데실메틸디에톡시실란, 도데실트리에톡시실란, 헥사데실트리메톡시실란, 1-도코세닐트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 또는 n-옥타데실트리메톡시실란 중에서 선택되는 것인 방법.
28. 제18항에 있어서, 중합체 절연체 내에서 성분의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³이고, 성분이 메탈로센, 1,3 디케톤, HALS 화합물, 트리아졸, 니켈 킬레이트, 또는 UV 흡수 화합물 중에서 선택되는 것인 방법.
29. 제28항에 있어서, 성분의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 적어도 약 0.01 g/cm³인 방법.
30. 제28항에 있어서, 성분이 페로센, n-부틸페로센, 옥타노일 페로센, 아보벤존, 벤조페오논, 옥토크릴렌, 멘틸안트라닐레이트, 아세토아세트산의 에틸 에스테르, 아세토아세트산의 n-프로필 에스테르, 또는 (CAS# 129757-67-1), (CAS# 191743-75-6), (CAS# 79720-19-7), CAS# 104810-47-1 및 CAS# 104810-48-2 및 글리콜의 혼합물, 또는 (CAS# 204848-45-3)의 CAS 넘버로부터 선택되는 화합물로부터 선택되는 것인 방법.
31. 제30항에 있어서, 성분이 아보벤존, 옥토크릴렌, 또는 멘틸안트라닐레이트 중에서 선택되는 것인 방법.
32. 제18항에 있어서, 상기 성분이, 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물인 방법.
33. 제32항에 있어서, 성분이 페로센인 방법.
34. 제32항에 있어서, 성분이 3-시아노프로필메틸디메톡시실란 또는 2-시아노부틸메틸디메톡시실란 중에서 선택되는 것인 방법.
35. 제18항에 있어서, 잔류 압력이 약 100 psig 내지 약 1000 psig인 방법.
36. 제18항에 있어서, 유전 특성 향상 유체 조성물이 간극 공극 부피 내에 한정되기 전에 약 2시간을 초과하는 시간 동안 약 50 psig를 초과하는 압력에서 공급되는 것인 방법.
37. 제18항에 있어서, 잔류 압력이 필수적으로 약 2시간을 초과하는 시간 내에 0 psig로 감소하는 것인 방법.
38. 적어도 하나의 사용 중인 전기 케이블 섹션의 유용 수명을 연장하기 위한 방법으로서, 상기 전기 케이블 섹션은 중합체 절연체에 수용된 도체 차폐물로 둘러싸인 스트랜드형 도체를 갖고 도체의 영역 내에 간극 공극 부피를 갖고 플럭스 가중 (flux-weighted) 작동 온도 T_{flux - avg}를 갖고,

    다음 (1) 내지 (4)로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 유전 특성 향상 유체 조성물을 간극 공극 부피 내에 주입하는 것을 포함하는 방법.

    (1) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는 수 반응성 물질

    (i) 온도 T_{flux - avg}에서 측정되는 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰, 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

    (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

    (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

    (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

    (2) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는, 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 수 반응성 물질

    (i) 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

    (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

    (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

    (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

    (3) 상기 중합체 절연체 내에서의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평 형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 유기 물질 (여기서, 확산 계수 및 평형 농도는 온도 T_{flux - avg}에서 측정됨); 또는

    (4) 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물.
39. 적어도 하나의 전기 케이블 섹션의 유전 특성을 향상시키기 위한 방법으로서, 상기 전기 케이블 섹션은 중합체 절연 자켓에 수용된 중심부의 스트랜드형 도체를 갖고 도체의 영역 내에 간극 공극 부피를 갖고 플럭스 가중 작동 온도 T_{flux -avg}를 갖고,

    (a) 중합체 절연 자켓의 탄성 한계 미만의 압력에서 간극 공극 부피를 적어도 하나의 유전 특성 향상 유체 조성물로 채우고,

    (b) 약 50 psig를 초과하는, 섹션의 전체 길이를 따라 부가되고 탄성 한계 미만인 잔류 압력에서 유전 특성 향상 유체 조성물을 간극 공극 부피 내에 한정하는 것을 포함하고,

    상기 조성물은 다음 (1) 내지 (4)로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 것인 방법.

    (1) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는 수 반응성 물질

    (i) 온도 T_{flux - avg}에서 측정되는 확산 계수가 그의 대응하는 테트라머의 확산 계수보다 적어도 약 15배 더 큰, 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

    (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

    (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

    (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

    (2) 다음 (i) 내지 (iv)로부터 선택되는, 7 내지 약 20개의 -CH₂- 단위를 포함하는 규소에 부착된 적어도 하나의 기를 갖는 수 반응성 물질

    (i) 적어도 2개의 수 반응성 기를 갖는 유기실란 모노머,

    (ii) 수 반응성 기 중의 적어도 하나가 축합가능 실라놀기로 치환된 상기 유기실란 모노머 (i),

    (iii) 상기 유기실란 모노머 (i)의 올리고머, 또는

    (iv) 상기 유기실란 모노머 (i)의 공-올리고머;

    (3) 상기 중합체 절연체 내에서의 확산 계수가 약 10^-9 cm²/sec 미만이고 평형 농도가 적어도 약 0.005 g/cm³인 비-수 반응성 유기 물질 (여기서, 확산 계수 및 평형 농도는 온도 T_{flux - avg}에서 측정됨); 또는

    (4) 55℃에서의 중합체 절연체 내에서의 평형 농도가 22℃에서의 평형 농도의 2.25배 미만인 유기 화합물.

Images