KR20120115345A

KR20120115345A - 가교 폴리올레핀 조성물, 직류 전력 케이블 및 직류 전력 선로의 시공 방법

Info

Publication number: KR20120115345A
Application number: KR1020127019721A
Authority: KR
Inventors: 다까히로 사꾸라이; 도시야 다나까
Original assignee: 가부시키가이샤 비스카스; 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 가부시끼가이샤 후지꾸라
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-10-17
Also published as: WO2011093211A1; CN102725344A; JPWO2011093211A1; HK1176371A1; KR101454092B1; CN102725344B

Abstract

고온의 열 이력 후에도 전기 특성이 저하하지 않는 직류 전력 케이블을 제공한다. 폴리올레핀에 유기 과산화물 가교제를 배합한 가교 폴리올레핀 조성물이며, (1) 폴리올레핀 100질량부에 대하여, (2) 카본블랙을 0.1 내지 5질량부 및 (3) 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물 0.02 내지 2질량부를 더 배합하고, (4) 소정량의 유기 과산화물 가교제를 더 배합한 가교 폴리올레핀 조성물을 절연층으로서 사용함으로써, 고온의 열 이력 후에도 전기 특성이 저하하지 않는 직류 전력 케이블을 얻을 수 있다.

Description

가교 폴리올레핀 조성물, 직류 전력 케이블 및 직류 전력 선로의 시공 방법 {CROSSLINKED POLYOLEFIN COMPOSITION, DIRECT-CURRENT POWER CABLE, AND PROCESS FOR CONSTRUCTION OF DIRECT-CURRENT POWER LINE}

본 발명은, 가교 폴리올레핀 조성물, 가교 폴리올레핀 조성물로 절연층을 형성한 직류용 전력 케이블(본원에서 「직류 전력 케이블」이라고 함) 및 직류 전력 케이블을 사용한 직류 전력 선로의 시공 방법에 관한 것이다.

가교 폴리에틸렌(XLPE)계 조성물을 사용해서 절연층을 형성한 압출 절연 케이블(이하, XLPE계 케이블)은 교류용 전력 케이블(본원에서 「교류 전력 케이블」이라고 함)에 범용되고 있다. 그러나, XLPE계 케이블의 고전압 직류 전력 케이블에 적용하는 예는 적다. 22V 이상의 고전압 직류 전력 케이블로서는, 일반적으로 유침 케이블(OF 케이블, MI 케이블)이 사용되고 있다.

고전압 직류 전력 케이블로의 XLPE계 케이블의 적용예가 적은 이유는, XLPE계 케이블에서는, 디쿠밀퍼옥시드(DCP)의 분해 잔사(아세토페논, 쿠밀알코올)가 직류 고전압 인가 시에 공간 전하를 형성하고, 직류 특성을 현저하게 저하시키기 때문이다. 여기서, 디쿠밀퍼옥시드(DCP)는 폴리에틸렌을 가교하는데 범용적으로 사용되는 가교제이다.

상기 공간 전하를 억제하는 수단으로서, 어떤 종류의 무기 충전제를 XLPE계 조성물에 배합하는 것이 행해지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, XLPE계 케이블에서, 절연층을 형성하는 XLPE계 조성물에 어떤 종류의 카본블랙을 배합함으로써 직류 특성을 향상시키는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 교류 전력 케이블에서, 트리알릴이소시아누레이트를 가교 보조제로서 배합하는 것이 기재되어 있다. 가교 보조제를 배합함으로써, 가교제의 배합량을 줄일 수 있는 것이 공지이다.

또한, 특허문헌 3에는, 직류 전력 케이블에서, 폴리올레핀에 트리알릴이소시아누레이트 및 디엔계 중합체를 배합한 수지 조성물을 가교해서 절연체층을 형성하는 것, 유기 과산화물 가교제를 일정량 이하로 억제함과 함께 트리알릴이소시아누레이트 및 디엔계 중합체를 배합함으로써, 가교제 분해 잔사에 의한 공간 전하의 형성이 억제되는 것이 기재되어 있다.

일본 특허 제3602297호 공보 일본 특허 공개 소57-49635호 공보 일본 특허 공개 제2001-325834호 공보

그런데, 발명자들은, 카본블랙을 배합한 XLPE계 조성물로 절연층을 형성한 직류 전력 케이블의 전기 특성을 평가했다. 그 결과, 일정 시간의 열 이력을 가한 후에는, 반드시 충분한 전기 특성이 얻어지지 않는 것을 알았다. 예를 들어, 160℃로 10시간 이상 가열을 행한 후에 평가한 직류 파괴 특성은, 가열 전의 특성의 약 70％ 가까이 저하했다.

XLPE계 케이블끼리의 접속부나 종단부를 몰드 조인트할 경우에는, 케이블의 접속부나 종단부를 덮는 반도전층이나 절연층을 가열 성형할 때, 그 부근에 상기와 같은 고온의 열 이력이 가해진다. 이로 인해, 열 이력을 첨가한 후에 직류 전기 특성이 저하하는 XLPE계 케이블에서는, 접속부나 종단부 부근의 성능에 영향이 있고, 직류 전력 수송에 불리하다.

본 발명의 과제는, 상기 특허문헌 1(일본 특허 제3602297호 공보)에 개시된 직류 전력 케이블용 절연 재료를 개량하여, 열 이력에 의한 직류 전기 특성의 저하를 억제할 수 있는 XLPE계 직류 전력 케이블을 제공하는 것이다. 즉, 더욱 고전압의 전력 수송에 사용 가능한 XLPE계 직류 전력 케이블을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 가교 폴리올레핀 조성물은, 폴리올레핀에 유기 과산화물 가교제를 배합한 가교 폴리올레핀 조성물이며,

(1) 폴리올레핀 100질량부에 대하여,

(2) 카본블랙을 0.1 내지 5질량부 및

(3) 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물 0.02 내지 2질량부를 더 배합한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 직류 전력 케이블은, 상기 가교 폴리올레핀 조성물로 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 직류 전력 선로의 제조 방법은, 상기 직류 전력 케이블을 접속한 부분을 절연 재료로 덮어 가열 처리함으로써 절연층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열 이력을 받은 경우에도 직류 전기 특성의 저하가 작고, 더욱 고전압의 전력 수송에 사용 가능한 XLPE계 직류 전력 케이블을 제공할 수 있다.

본 발명은, 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 더욱 충분히 이해될 것이지만, 이들은 오로지 설명을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 작성한 직류 케이블(10)의 단면도이다.
도 2는 케이블 접속부의 단면도이다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태에 대해서 도면을 사용해서 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시 형태에는, 본 발명을 실시하기 위해서 기술적으로 바람직한 다양한 한정이 부가되어 있지만, 본 발명의 범위를 이하의 실시 형태 및 도시예로 한정하는 것이 아니다.

본 발명에 관한 가교 폴리올레핀 조성물은, (1) 폴리올레핀 100질량부에 대하여, (2) 카본블랙을 0.1 내지 5질량부 및 (3) 가교 보조제로서, 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물 0.02 내지 2질량부를 배합하고, (4) 소정량의 유기 과산화물 가교제를 더 배합하여 이루어진다. 여기서, 「질량부」라는 단어는, 배합하는 각 원료의 질량비를 나타내고, 이하의 설명에서는, 폴리올레핀 100질량부에 대한 질량부를 나타낸다.

[폴리올레핀]

폴리올레핀은 본 발명에 관한 가교 폴리올레핀 조성물의 베이스가 된다. 폴리올레핀으로서는, 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체나, 이들의 2 이상의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

[카본블랙]

카본블랙은 평균 일차 입경이 10 내지 100nm인 나노 분산 입자인 것이 바람직하다. 이러한 나노 분산 입자라면, 공간 전하 억제 작용을 발휘하기 때문이다.

각 입자 직경 구간의 입자수를 Ni, 입경 직경 구간의 중심값을 Di로 했을 때, 평균 일차 입경은 이하의 식에서 구해진다.

평균 일차 입경=∑Ni?Di/∑Ni

이 평균 일차 입경 10 내지 100nm 크기의 카본블랙이, 폴리에틸렌 등의 절연체의 결정 구조를 어지럽히지 않는 최적의 값이다. 결정 구조가 어지럽혀지면 절연체의 전기적 성능이 저하한다. 또한, 입경이 이보다 크면 카본블랙의 분산이나 섞임 상태가 나빠진다. 또한, 이보다 작은 경우는 제조가 어려워 현실적이지 않다.

카본블랙의 배합량은 0.1 내지 5질량부인 것이 바람직하다. 0.1질량부 미만에서는 직류 특성의 개선 효과를 얻을 수 없다. 또한, 5질량부보다 많으면 직류 특성이 저하한다. 또한, 5질량부보다 많으면 충전제가 다량이 되기 때문에, 긴 압출 특성을 손상시킨다.

카본블랙은, 입경이 300nm 이상인 카본블랙 입자의 존재 비율이 1중량％ 이하인 것이 바람직하다. 입경이 300nm 이상인 카본블랙 입자의 존재 비율을 1중량 이하로 함으로써, 뇌임펄스 파괴 전압을 향상시킬 수 있다. 임펄스 파괴는, 도전성 돌기가 파괴 기점이 되는 경우가 많다. 입경 300nm 이상의 큰 카본 입자의 존재 비율이 많으면, 카본 입자가 응집해서 만들 수 있는 응집체도 당연 커진다. 본 발명에 관한 가교 폴리올레핀 조성물로 케이블의 절연층을 형성한 경우, 절연층 중에 존재하는 응집체가 커지면, 절연층에 인접하는 내부 반도전층이나 외부 반도전층에 이 응집체가 접촉 또는 근접할 확률도 증가한다. 이러한 내부 반도전층 부근이나 외부 반도전층 부근의 카본 응집체는 케이블의 임펄스 파괴에 영향을 미친다고 생각되기 때문이다.

또한, 카본블랙은, BET법으로 측정한 비표면적(m²/g)에 대한 광물유의 흡유량(cc/100g)의 비가 0.7 이상, 3.5 이하인 것이 바람직하다. 여기서, BET법이란, 기상 흡착법에 의한 분체의 표면적 측정법의 하나이며, 흡착 등온선으로부터 1g의 시료가 갖는 총 표면적, 즉 비표면적을 구하는 방법이다. 통상 흡착 기체로서는, 질소 가스가 많이 사용되고, 흡착량을 피흡착 기체의 압력 또는 용적의 변화로부터 측정하는 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 다분자 흡착의 등온선을 표현하는데 가장 저명한 것은, Brunauer, Emmett, Teller의 식으로, BET식이라고 불린다. BET식은 표면적 결정에 널리 사용되고 있다. BET식에 기초하여 흡착량을 구하고, 흡착 분자 1개가 표면에서 차지하는 면적을 곱하여 표면적이 얻어진다.

비표면적(m²/g)에 대한 광물유의 흡유량(cc/100g)의 비를 0.7 이상, 3.5 이하로 함으로써, 공간 전하의 누설을 촉진할 수 있다. 이하, 그 이유를 설명한다.

가교 폴리에틸렌 조성물의 저항률(비저항)을 ρ(Ω?m)로 하고, 절연 저항의 온도 계수를α(1/℃), 전계 계수(절연 저항의 스트레스 계수)를 β(mm/kv), 절연체에 걸리는 전계 강도를 E(kv/mm)로 하면, 이하의 관계가 성립되는 것이 알려져 있다.

그리고, 카본블랙을 배합하면, 전계 계수 β가 증가하는 한편, 온도 계수 α가 감소하고, 절연체 조성물에서의 공간 전하의 누설을 촉진시킨다. 왜냐하면, 전계 계수 β가 증가하면 저항률 ρ가 저하하기 때문에, 고 스트레스부(강한 전계가 걸리는 부분)의 전계가 완화되기 때문이다. 또한, 온도 계수 α가 감소하면, 도체 온도가 높을 때에 차폐 측에 나타나고 있던 최대 전계 Emax가 감소하기 때문이다. 이렇게 해서 절연체 조성물 내에서의 전계 분포가 균일화 방향으로 움직이고, 공간 전하의 축적이 저감된다.

카본블랙의 배합량을 증가시키면 입자 간의 거리가 줄어들고, 고전계 하에서는 입자 간에 터널 효과에 의한 전류가 흐른다. 이로 인해, 전계 계수 β가 필요 이상으로 커져 열 파괴를 재촉하는 원인이 된다. 따라서, 적은 배합량으로 수학식 1의 저항률 ρ를 저하시키는 것이 필수이다. 그런데, 비표면적에 대한 흡유량의 비가 큰 카본블랙 쪽이, 소량으로 저항률 ρ를 낮출 수 있고, 이 비가 0.7 이상이면 양호한 결과가 얻어진다.

한편, 이 비가 3.5보다 커지면 입자의 응집도가 증가해서 외관의(응집체의) 입자 직경이 커지고, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지와 섞이는 상태가 나빠진다. 특히 아세틸렌 카본에서는 입자가 쇄상으로 연결되어 있으므로 이 영향이 크다.

또한, 퍼니스계 카본블랙인 SAF, ISAF, I-ISAF, CF, SCF, HAF 카본의 어느 하나의 카본블랙을 사용했을 때에는, 상기 비가 0.7 내지 1.5의 범위에서, 특히 양호한 것이 실험적으로 확인되었다.

또한, 카본블랙은, 탄소 함유율이 97 중량％ 이상인 것이 바람직하다. 카본블랙에는, 회분, O2, H2 등의 불순물이 포함되어 있고, 이들 불순물이 많으면, 전기적 특성이 저하한다. 따라서, 카본의 순도는 높을수록 양호하다.

[가교 보조제]

본 발명에 관한 가교 폴리올레핀 조성물의 가장 특징적인 점은, 가교 보조제로서, 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물을 배합하는 점이다. 배합비는 0.02 내지 2질량부이다. 0.02질량부 미만에서는, 고온의 열 이력에 의한 절연 성능 저하를 억제하는 효과를 얻을 수 없다. 한편, 2질량부를 초과하면, 가교 폴리올레핀 조성물을 압출할 때, 압출기 내에서 슬립이나 수지 버닝이 발생한다. 수지 버닝이 발생하면, 압출 중에 수지 압력이 상승하고, 안정된 직류 전력 케이블의 제조가 불가능해진다. 또한, 직류 케이블의 전기 성능도 저하한다. 상기 가교 보조제의 더욱 바람직한 배합량은 0.1 내지 2질량부이다. 0.1질량부 이상 배합함으로써, 유기화 산화물 가교제의 배합량을 저감시킬 수 있고, 압출기 내에서의 수지 버닝을 억제하는 효과도 얻을 수 있다.

[유기 과산화물 가교제]

유기 과산화물 가교제로서는, 통상의 가교에 사용하는 유기 과산화물이면 좋다. 예를 들어, 디쿠밀퍼옥시드(DCP), t-부틸쿠밀퍼옥시드, α,α'-비스(t-부틸퍼옥시-m-이소프로필)벤젠 등을 사용할 수 있다. t-부틸쿠밀퍼옥시드, α,α'-비스(t-부틸퍼옥시-m-이소프로필)벤젠의 분해 잔사에는, DCP의 분해 잔사와 마찬가지로, 수산기 등의 극성기를 가진 화합물이 포함되어 있고, DCP를 사용한 경우와 마찬가지로, 전술한 문제가 발생하지만, 본 발명으로 이 문제를 해결할 수 있다.

유기 과산화물 가교제의 배합량은, 사용하는 유기 과산화물, 폴리올레핀의 종류 등에 의해 적절히 조정된다. 0.1 내지 5질량부가 바람직하고, 0.5 내지 3질량부가 더욱 바람직하다. 유기 과산화물 가교제의 배합량이 지나치게 적으면 가교가 불충분해서, 절연층의 기계적 특성 및 내열성이 저하한다. 한편, 유기 과산화물 가교제의 배합량이 지나치게 많으면, 가교 폴리올레핀 조성물을 압출할 때, 압출기 내에서 수지 버닝이 발생한다. 수지 버닝이 발생하면, 압출 중에 수지 압력이 상승하여, 안정된 직류 전력 케이블의 제조를 할 수 없게 된다. 또한, 직류 전력 케이블의 전기 성능도 저하한다.

[산화 방지제]

또한, 필요에 따라 가교 폴리올레핀 조성물에 산화 방지제를 배합해도 좋다. 산화 방지제로서는, 일반적으로 사용되는 산화 방지제를 적절히 선택해서 배합할 수 있다. 페놀계, 포스파이트계, 티오에테르계의 노화 방지제가 바람직하다. 특히, 4,4'-티오비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀)는, 가교 폴리올레핀 조성물을 압출할 때, 가교 반응을 억제하는 효과가 있어 바람직하다.

산화 방지제의 배합량은, 사용하는 산화 방지제의 종류, 내산화 성능을 고려해서 적절히 조정되지만, 0.1 내지 1.0질량부인 것이 바람직하다.

(실시예)

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다.

[전력 케이블]

도 1은 작성한 직류 케이블(10)의 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 직류 전력 케이블(10)은, 도체(11)의 외측이 내부 반도전층(12), 절연층(13), 외부 반도전층(14), 금속 차폐층(15), 외피(16)를 순서대로 형성해서 이루어진다. 도체(11)의 단면적은 200mm², 절연층(13)의 두께는 3mm이며, 내부 반도전층(12) 및 외부 반도전층(14)의 두께는 각각 1mm이다.

(1) 내부 반도전층

내부 반도전층(12)은 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 유기 과산화물 가교제(DCP), 카본블랙(아세틸렌 블랙), 산화 방지제[4,4'-티오비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀)]를 배합한 조성물(반도전성 수지 조성물)을 사용해서 형성했다.

(2) 절연층

절연층(13)은 본 발명에 관한 가교 폴리에틸렌 조성물을 사용해서 형성되었다. 폴리올레핀, 카본블랙, 가교 보조제, 유기 과산화물 가교제의 배합비(질량부)는 표 1 내지 4에 나타내는 바와 같다.

폴리올레핀으로는, LDPE(DOW사제의 NUC-9026)를 사용했다. 카본블랙은, BET법으로 측정한 비표면적 140m²/g, 광물유의 흡유량 114cc/100g, 탄소 함유량이 97.5질량％, 1차 입자의 평균 입경이 18nm, 300nm 이상의 조대 입자 함유량이 1％이하의 퍼니스계 카본블랙인 SAF를 사용했다. 비표면적(m²/g)에 대한 광물유의 흡유량(cc/100g)의 비는 0.8이다.

가교 보조제로는, 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트를 사용했다.

유기 과산화물 가교제로는, DCP, t-부틸쿠밀퍼옥시드, α,α'-비스(t-부틸퍼옥시-m-이소프로필)벤젠을 사용했다.

상기 재료를 밴버리 믹서로 혼련하고, 눈금 34㎛의 금속제 스크린 메쉬에 통과시키고, 또한 헨쉘 혼합기로 DCP를 혼합함으로써 가교 폴리에틸렌 조성물을 작성했다.

(3) 외부 반도전층

외부 반도전층(14)은 내부 반도전층(12)과 같은 배합의 반도전성 수지 조성물을 사용해서 형성되었다.

(1) 내지 (3)의 조성물을 도체(11)의 외주부에 동시에 압출하여, 질소 분위기 하에서 압력 10kg/cm², 온도 280℃의 가압 가열을 행하고, 유기 과산화물 가교제를 개시제로 하는 라디칼 반응에 의해 가교를 진행시켰다. 계속해서, 통상법에 의해, 금속 차폐층 및 외피를 형성하여 직류 전력 케이블을 작성했다.

[케이블 접속부의 구조]

직류 전력 선로는 상기 수순으로 작성한 직류 전력 케이블(10)을 접속해서 제조되었다.

케이블 접속부의 개략 단면을 도 2에 도시한다. 케이블 접속부는, 도 2에 도시한 바와 같이, 2개의 직류 전력 케이블(10, 10)을 단부에서 도체(11, 11)끼리 대향시켜 맞대서 접속하고[도면 중 부호 21], 그 주위를 내부 반도전층(22), 절연층(23), 외부 반도전층(24)에 의해 순서대로 피복한 구조이다.

내부 반도전층(22), 절연층(23)은, 맞대서 접속한 도체(11, 11)에 반도전성 테이프, 절연 테이프를 순차 소정의 두께까지 권회한 후, 권회한 테이프를 가열 융착시킴으로써 형성된다. 외부 반도전층(24)은 반도전성 수축 튜브를 사용해서 형성된다. 반도전성 테이프, 반도전성 수축 튜브는, 직류 전력 케이블(10)의 내부 반도전층(12), 외부 반도전층(14)과 같은 반도전성 수지 조성물(가교 전의 것)을 사용해서 형성했다. 절연 테이프는, 직류 전력 케이블(10)의 절연층(13)과 같은 배합의 가교 폴리에틸렌 조성물(가교 전의 것)을 단축 압출기로 두께 0.1mm, 폭 20mm, 길이 150m의 테이프 형상으로 압출 가공함으로써 작성했다.

[케이블의 접속 방법]

이하, 케이블의 접속 방법에 대해서 설명한다.

우선, 2개의 직류 전력 케이블(10, 10)의 종단부를 외피(16), 금속 차폐층(15), 외부 반도전층(14), 절연층(13), 내부 반도전층(12)의 순서로 단 형상으로 박리하여 대략 원추 형상으로 가공했다. 이어서, 2개의 직류 케이블(10, 10)의 도체(11, 11)끼리 서로 붙여 접속을 행하고, 도체 접속부(21)를 형성했다. 이어서, 반도전성 테이프를 도체 접속부(21)에 감아 돌려 가열 융착시킴으로써, 내부 반도전층(22)을 작성했다.

이어서, 절연 테이프를 내부 반도전층(22)에 감아 돌리고, 또한 그 외주를 반도전성 수축 튜브로 피복했다. 이 위에 다시 반도전성 수축 튜브를 씌워 가열해서 수축시켰다.

이어서, 반도전성 수축 튜브의 외주를 가스 배리어층으로 피복하고, 가스 배리어층의 외주를 히터로 피복했다. 또한, 히터의 외측에, 2개로 나누어진 금형과 양단부의 패킹으로 이루어진 가교관을 조립했다. 또한, 가교관은, 2개의 직류 전력 케이블(10, 10)의 외부 반도전층(14, 14) 간의 거리(도 2 중의 A 내지 C의 범위)보다 충분히 긴 것을 사용한다. 이 실시예에서는, 외부 반도전층(14, 14) 간의 거리는 760mm이며, 가교관으로는 도 2 중 A 내지 D를 덮는 길이 1150mm인 것을 사용했다.

그 후, 가교관 내의 내압을 질소 가스에 의해 0.8MPa로 하고, 히터로 승온시키며, 220도를 3시간 유지함으로써, 절연층(23), 외부 반도전층(24)을 형성했다.

[평가]

(1) 제조한 전력 케이블의 가교도는, 케이블 절연체의 두께 방향의 중간 부분으로부터 시험편을 채취하고, JISC 3005 4.25항에 준거해서 측정했다.

(2) 접속된 직류 전력 케이블의 직류 파괴 전압(kV)을 계측했다. 케이블 접속부를 포함하는 전체 길이 20m의 직류 전력 케이블에 대하여, -60kV의 스타트 전압으로부터 -20kV/10분의 스텝 업으로 전압을 상승시켜서 파괴 전압을 측정했다. 통전 중인 도체 온도는 90℃가 되도록 조정했다. 또한, 접속 전의 직류 전력 케이블의 직류 파괴 전압은 평균 -320kV이었다.

(3) 파괴 후에 접속부를 해체하여 파괴 부위를 특정했다. 절연층(23)의 양단부(23A, 23A) 사이에서 파괴된 경우에는 파괴 부위를 A, 절연층(23)의 양단부(23A, 23A)에서 파괴된 경우에는 파괴 부위를 B, 절연층(23)의 단부(23A)와 외부 반도전층(14)의 단부(14A) 사이에서 파괴된 경우에는 파괴 부위를 C, 외부 반도전층(14)의 단부(14A)와 가교관의 단부 사이에서 파괴된 경우에는 파괴 부위를 D로 했다.

결과를 표 1 내지 4에 나타낸다.

(4) 직류 전력 케이블을 제조하는데 있어서, 절연층 압출기 스크류 선단에 장착한 눈금 34㎛의 금속제 스크린메쉬 부분에서 압출 수지 압력을 측정했다. 압출 개시로부터 5시간 경과한 시점에서의 수지 압력의 상승 경향에서 압출 특성을 평가했다. 평가 기준은 이하와 같다. 또한, 압출기 중에서 슬립이 발생하여 안정된 압출이 불가능한 것에는 ×를 표시했다.

-: 수지 압력의 상승은 대부분 인정되지 않는다.

+: 수지 압력의 상승은 인정되지만, 긴 케이블 제조상 전혀 문제없다.

++: 수지 압력의 상승은 인정되지만, 긴 케이블 제조가 가능하다.

+++: 수지 압력의 상승이 인정되고, 긴 케이블의 제조가 곤란하다.

LDPE; DOW제 NUC-9026

A; 접속부 중앙, B; 테이프 절연층 입상부, C; 케이블 외도 처리부, D; 케이블 재가열부

LDPE; DOW제 NUC-9026

LDPE; DOW제 NUC-9026

LDPE; DOW제 NUC-9026

가교 보조제의 배합량이 0.02 내지 2질량부인 범위에서는, 가교 보조제로서 트리알릴이소시아누레이트를 사용한 경우(실시예 1 내지 6 및 12 내지 17), 트리메탈릴이소시아누레이트를 사용한 경우(실시예 7 내지 11)의 직류 파괴 전압이 -320 내지 -260kV이며, 모두 우수한 직류 전기 특성을 나타냈다. 파괴 부위는 A부 또는 B부, 즉 접속부의 절연층(23) 범위이었다.

한편, 가교 보조제의 배합량이 0.01질량부인 경우(비교예 1, 5, 8 및 10)는, 직류 파괴 전압이 절대값에서 200 이하로 되어 있어, 직류 전기 특성이 나빴다. 파괴 부위는 외부 반도전층(14)의 단부(14A)보다 외측인 D부였다. 이러한 부위에서 파괴가 일어난 것은, 접속부의 절연층(23)이 되는 가교 폴리에틸렌 조성물을 가교시키기 위한 가열 처리에서, 직류 전력 케이블의 절연층(13)의 직류 전기 특성이 저하했기 때문이다.

실시예 4와 비교예 1, 실시예 10과 비교예 5, 실시예 13과 비교예 8, 실시예 16과 비교예 10에 있어서의 가교제 배합량은 동일하다. 그러나, 접속부의 절연층(23)이 되는 가교 폴리에틸렌 조성물을 가교시키기 위한 가열 처리를 행하여도, 실시예 4, 10, 13, 16에서는 비교예 1, 5, 8, 10에 비하여 직류 전기 특성의 저하가 작다. 이 결과로부터, 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트를 0.02질량부 이상 배합하면, 재가열시에 직류 전기 특성이 저하해버리는 것을 방지하는 효과가 현저해지는 것을 알 수 있다.

트리알릴이소시아누레이트 등의 배합량이 2.5질량부인 경우(비교예 2, 6, 비교예 9, 비교예 11)는, 압출 중에 슬립이 발생했기 때문에, 직류 전력 케이블을 제조할 수 없었다.

카본블랙의 배합량이 적은 비교예 3, 많은 비교예 4에서는 모두 직류 파괴 전압이 낮아 직류 전기 특성이 충분하지 않다.

비교예 7은, 가교 보조제로서 m-페닐렌비스말레이미드를 배합한 예이다. 비교예 7에서는, 케이블 D부에 있어서 -160kV로 파괴하고 있다. 이 파괴는, 접속부의 절연층(23)이 되는 가교 폴리에틸렌 조성물을 가교시키기 위한 가열 처리에 의해, 직류 전력 케이블의 절연층(13)의 직류 전기 특성이 저하했기 때문에 발생했다. 이 결과로부터, 트리알릴이소시아누레이트나 트리메탈릴이소시아누레이트와 같은 효과가, m-페닐렌비스말레이미드에는 없는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 가교 폴리에틸렌 조성물을 사용함으로써, 열 이력을 받아도 전기 특성의 저하가 적은 직류 전력 케이블을 얻을 수 있다. 또한, 이 직류 전력 케이블은 보다 고전압의 직류 전력 수송에 사용할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, [케이블의 접속 방법]으로서, 절연 테이프를 감아 이것을 가열 가교해서 절연층을 형성하는 방법을 설명했지만, 본 발명의 직류 전력 선로의 제조 방법에서 사용하는 접속 방법은, 접속부를 절연 재료로 덮어 가열 처리하는 방법이라면, 다른 방법을 채용할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 직류 전력 선로의 제조 방법에서는, 압출기를 사용해서 절연 재료를 압출하고, 이것을 가열 가교해서 절연층을 형성하는, 소위 압출 몰드법(EMJ)을 접속 방법으로서 채용할 수 있다. 또한, 케이블의 접속에 사용되는 절연 재료는, 직류용 절연 재료이면, 실시예에 나타내는 케이블 절연체에 사용되는 절연 재료와 동일한 조성이 아니라도 상관없다.

2010년 1월 28일에 출원된, 일본 특허 출원 제2010-016111호의 명세서, 청구범위, 도면, 요약을 포함하는 모든 개시는, 여기에 인용함으로써 포함된다.

다양한 전형적인 실시 형태를 나타내며 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음 청구 범위에 의해서만 한정되는 것이다.

10: 직류 전력 케이블
11: 도체
12, 22: 내부 반도전층
13, 23: 절연층
14, 24: 외부 반도전층
14A: 단부
21: 도체 접속부
23A: 양단부

Claims

폴리올레핀에 유기 과산화물 가교제를 배합하고,
(1) 폴리올레핀 100질량부에 대하여,
(2) 카본블랙을 0.1 내지 5질량부 및
(3) 트리알릴이소시아누레이트 또는 트리메탈릴이소시아누레이트로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 화합물 0.02 내지 2질량부를 더 배합한 가교 폴리올레핀 조성물로 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 케이블.
제1항에 있어서, 카본블랙이 다음의 특성을 만족하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 케이블.
(1) BET법으로 측정한 비표면적(m²/g)에 대한 광물유의 흡유량(cc/100g)의 비가 0.7 이상, 3.5 이하.
(2) 탄소 함유율이 97중량％ 이상.
(3) 입경이 300nm 이상인 카본블랙 입자의 존재 비율이 1중량％ 이하.
제1항 또는 제2항에 기재된 직류 전력 케이블을 접속한 부분을 절연 재료로 덮어 가열 처리함으로써 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 직류 전력 선로의 제조 방법.