KR20140102408A - 전력 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 재활용이 가능한 등 친환경적인 동시에, 내열성, 굴곡성, 가공성, 절연 성능 등이 우수한 절연 조성물로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블에 관한 것이다.

Description

전력 케이블{Power cable}

본 발명은 전력케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 재활용이 가능한 등 친환경적인 동시에, 내열성, 굴곡성, 가공성, 절연 성능 등이 우수한 절연 조성물로부터 제조되는 절연층을 포함하는 전력케이블에 관한 것이다.

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

최근, 증가하는 전력 수요에 따라 고용량 케이블의 개발이 요구되고 있으며 이를 위해서는 기계적, 전기적 특성이 우수한 절연층(3)을 제조하기 위한 절연 재료가 필요한 상황이 되었다. 종래 상기 절연 재료를 구성하는 기재 수지로서 폴리에틸렌, 에틸렌/프로필렌 탄성 공중합체(EPR), 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체(EPDM) 등의 폴리올레핀계 고분자를 가교시킨 것이 일반적으로 사용되어 왔다. 이러한 종래의 가교 수지는 심지어 고온하에서도 우수한 유연성 및 만족스런 전기적·기계적 특성 등을 유지하기 때문이다.

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

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

한편, 고분자 자체의 녹는점이 160℃ 이상으로 가교하지 않고도 내열성이 우수하여 환경 친화적인 폴리프로필렌 수지를 기재 수지로 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다. 다만, 상기 폴리프로필렌 수지는 이의 높은 강성(rigidity)에 의한 불충분한 유연성, 굴곡성(flexibility)으로 인해, 이로부터 제조되는 절연층을 포함하는 케이블의 포설 작업시 작업성이 떨어지고 그 용도가 제한되는 문제가 있다.

또한, 상기 폴리프로필렌 수지는 통상 낮은 입체 특이성을 갖는 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매, 대표적으로 삼염화타이타늄과 다이에틸염화알루미늄으로 이루어진 착염하에서 합성되고, 구체적인 합성법은 문헌[Albizzati et al. in "Polypropylene Handbook", Chapter 2, page 11 on wards (Hanser Publisher, 1996)]에 개시되어 있다. 상기 지글러-나타 촉매하에서 폴리프로필렌 수지가 합성되는 경우 합성되는 수지의 분자량 분포가 다소 넓어 가공성이 우수한 반면, 폴리프로필렌 수지 내에 촉매의 잔량이 다소 높아 절연 성능 등의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 가교하지 않고도 내열성이 우수하여 환경 친화적인 동시에, 높은 강성에도 불구하고 유연성, 굴곡성 등이 우수하며, 가공성, 전기적 특성 등이 우수한 절연 재료 및 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 전력 케이블이 요구되고 있다.

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

또한, 본 발명은 높은 강성에도 불구하고 유연성, 굴곡성 우수한 절연 재료로부터 제조된 절연층을 포함하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 기재 수지의 좁은 분자량 분포에도 불구하고 가공성이 우수한 절연 재료로부터 제조된 절연층을 포함하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 기재 수지 내의 촉매 잔량이 낮아 전기적 특성이 우수한 절연 재료로부터 제조된 절연층을 포함하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

하나 이상의 도체, 상기 각각의 도체를 감싸는 절연층, 및 최외곽 쉬스층을 포함하는 전력 케이블에 있어서, 상기 절연층은 메탈로센 촉매하에서 중합되는 비가교 폴리프로필렌 수지를 포함하는 기재 수지 및 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 절연유 2.5 내지 10 중량부를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 메탈로센 촉매하에서 중합되는 비가교 폴리프로필렌 수지의 분자량이 250,000 내지 350,000이고, 용융지수(melting index)가 3 내지 10인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 메탈로센 촉매하에서 중합되는 비가교 폴리프로필렌 수지의 촉매 잔량이 200 내지 700 ppm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

그리고, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지가 프로필렌 단독중합체 및 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함하고, 상기 프로필렌 단독중합체와 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 배합비는 80:20 내지 50:50인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 에틸렌 단량체의 함량은 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 총 중량을 기준으로 6 내지 7 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

한편, 상기 절연유는 모노사이클릭 나프텐계 탄화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

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

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

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

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

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

또한, 본 발명에 따른 전력케이블은 이를 구성하는 절연층의 기재 수지인 비가교 폴리프로필렌로서 메탈로센 촉매하에서 중합되는 폴리프로필렌을 포함하여 기재 수지 내의 촉매 잔량을 최소화함으로써 전기적 특성이 우수한 효과를 나타낸다.

그리고, 본 발명에 따른 전력케이블은 이를 구성하는 절연층이 상기 기재 수지 이외에 절연유를 추가로 포함함으로써 높은 강성에도 불구하고 유연성, 굴곡성, 가공성 등이 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 종단면도이다.

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

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

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

본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 형성하는 절연 조성물은 기재 수지로서 비가교 폴리프로필렌 수지를 포함할 수 있다.

상기 비가교 폴리프로필렌 수지(이하, '폴리프로필렌' 또는 '폴리프로필렌 수지'라 한다)를 구성하는 중합체는 프로필렌 단독중합체 및/또는 프로필렌과 에틸렌 또는 탄소수 4 내지 12의 α-올레핀, 예를 들어, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 공단량체 등, 바람직하게는 에틸렌과의 공중합체를 포함할 수 있다. 프로필렌과 에틸렌을 공중합시키면 단단하면서 유연한 성질을 나타내기 때문이다. 여기서, 상기 프로필렌 단독중합체와 프로필렌 공중합체의 배합비는 예를 들어 80:20 내지 50:50일 수 있다.

상기 프로필렌 공중합체에 있어서, 공단량체의 함량은 바람직하게는 상기 프로필렌 공중합체를 구성하는 단량체 총 중량을 기준으로 6 내지 7 중량%일 수 있다. 또한, 상기 프로필렌 공중합체는 프로필렌과 에틸렌 및/또는 α-올레핀이 규칙성 없이 중합된 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 그리고, 상기 폴리프로필렌은 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀을 추가로 포함할 수 있다.

상기 폴리프로필렌, 즉 프로필렌 단독중합체 및/또는 공중합체는 메탈로센(metallocene) 촉매하에서 합성되는 것을 특징으로 한다. 상기 메탈로센은 사이클로펜타디엔과 전이금속이 샌드위치 구조로 결합한 새로운 유기금속화합물인 비스(사이클로펜타이덴일)금속의 총칭으로, 가장 간단한 구조의 일반식은 M(C₅H₅)₂(여기서, M은 Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Ru, Zr, Hf 등)이다.

상기 메탈로센은 사이클로펜타디엔 금속 화합물을 티타늄, 지르코늄, 하프늄과 같은 전이 금속의 할로겐화물과 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 상기 메탈로센의 제조 방법은 미국 특허 4,752,579, 5,017,714, 및 유럽 특허 320,762, 416,815, 537,686, 669,340, 그리고 문헌[H. H. 브린쯔징거(Brintzinger) 등; 앤드류. 캠. (Andrew, Chem.), 107 (1995년), 1255], 문헌[H. H. 브린쯔징거 등; J. 오르가노메트. 캠. (Organomet. Chem), 232 (1982년), 233] 등에 개시되어 있다.

상기 메탈로센 촉매는 이의 기본적인 특성이 리간드 스피어(ligand sphere)의 특정 치환 패턴에 의해 조직적으로 제어될 수 있어, 상기 폴리프로필렌 중합시 중합 활성, 입체선택성(stereoselective), 위치선택성(regioselectivity), 용융점 등을 제어할 수 있는 반면, 종래 폴리프로필렌 중합 촉매로 사용되어 온 지글러-나타(Ziegler-Natta) 촉매는 메틸기가 같은 방향으로 정연하게 배열되는 아이소택틱(isotactic) 구조를 갖는 폴리프로필렌만을 합성할 수 있다.

또한, 상기 메탈로센 촉매는 합성된 상기 폴리프로필렌의 촉매 잔량이 낮아 상기 폴리프로필렌의 전기적 특성 저하를 유발하지 않거나 최소화하는 우수한 효과를 나타낸다. 구체적으로, 상기 메탈로센 촉매에 의해 합성된 폴리프로필렌의 경우 촉매 잔량이 200 내지 700 ppm에 불과하여 합성된 폴리프로필렌의 절연 성능 등의 전기적 특성이 저하되지 않거나 최소화되는 반면, 종래 지글러-나타 촉매에 의해 합성된 폴리프로필렌의 경우 촉매 잔량이 1,000 내지 3,000 ppm에 해당되어 이러한 다량의 촉매 잔량이 합성된 폴리프로필렌의 절연 성능 등의 전기적 특성을 상당히 저하시키는 문제가 있다.

상기 메탈로센 촉매에 의해 합성된 폴리프로필렌은 최고 결정화 온도가 바람직하게는 110 내지 125℃(시차주사열량계(DSC)로 측정)일 수 있다. 상기 최고 결정화 온도가 110℃ 미만인 경우 IEC 국제 규격에서 요구하는 노화(aging) 시험 조건(135 또는 150℃)에서 상기 폴리프로필렌이 용융되어 케이블의 연속사용 온도인 110℃ 조건을 만족할 수 없으며, 상기 최고 결정화 온도가 125℃를 초과하는 경우 냉각 중 결정화 속도가 빨라져 상온에서의 인장 신율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 폴리프로필렌 수지를 구성하는 프로필렌 단독중합체 및 공중합체는 중량평균 분자량(Mw)이 200,000 내지 450,000일 수 있고, 이로 인해 용융지수(Melting Index; MI)가 3 내지 10dg/분(ASTM D-1238에 의해 측정됨)일 수 있다. 나아가, 상기 폴리프로필렌 수지는 녹는점(Tm)이 140 내지 175℃(시차주사열량계(DSC)에 의해 측정됨), 용융엔탈피가 30 내지 85 J/g(DSC에 의해 측정됨), 실온에서의 굴곡탄성률이 30 내지 1400 MPa, 더욱 바람직하게는 60 내지 1000 MPa(ASTM D790-00에 따라 측정됨)일 수 있다.

상기 메탈로센 촉매하에서 상기 폴리프로필렌 수지를 중합시키는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 폴리프로필렌 수지의 중합은 -60 내지 300℃의 온도에서, 0.5 내지 2,000 bar의 압력하에서, 벌크로(in bulk), 현탁액에서 또는 가스상에서, 연속적으로 또는 배치식(batchwise)으로, 하나 또는 복수의 단계로 제조될 수 있다.

앞서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블에 있어서, 절연층(3)의 기재 수지인 비가교 폴리프로필렌 수지는 비가교 형태임에도 불구하고 자체적인 녹는점이 높아 충분한 내열성을 발휘함으로써 연속 사용 온도가 향상된 전력 케이블을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 비가교 형태이므로 재활용이 가능한 등 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다.

반면, 종래의 가교 형태의 수지는 재활용이 어려워 친환경이지 않을 뿐만 아니라, 절연층(3) 형성시 가교 결합 또는 스코치(scorch)가 조기에 발생하면 균일한 생산 능력을 발휘할 수 없는 등 장기 압출성 저하를 야기할 수 있다.

또한, 상기 비가교 폴리프로필렌 수지는 종래 지글러-나타 촉매가 아닌 메탈로센 촉매하에서 합성됨으로써 촉매 잔량이 낮아 이로부터 제조되는 절연층(3)의 절연 성능 등 전기적 특성의 손상을 회피하거나 최소화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 형성하는 절연 조성물은 기재 수지인 비가교 폴리프로필렌 수지 이외에 절연유를 추가로 포함할 수 있다.

상기 절연유는 광유, 합성유 등을 사용할 수 있다. 특히, 상기 절연유는 디벤질톨루엔, 알킬벤젠, 알킬디페닐에탄 같은 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 방향족계 오일, 파라핀계 탄화수소 화합물로 이루어진 파라핀계 오일, 나프텐계 탄화수소 화합물로 이루어진 나프텐계 오일, 실리콘유 등을 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 절연유는 일반 분자식이 C_nH_2n(여기서, n은 20 내지 60의 정수이다)인 모노사이클릭(mono-cyclic) 나프텐계 탄화수소로 이루어진 나프텐계 오일을 사용할 수 있다. 상기 n이 20 미만이 경우 상기 모노사이클릭 나프텐계 탄화수소의 분자량이 너무 작아 이를 포함하는 절연층(3) 압출시 기화하여 분해될 수 있는 반면, 상기 n이 60 초과인 경우 상기 모노사이클릭 나프텐계 탄화수소의 분자량이 너무 커 이를 포함하는 절연층(3) 압출과정에서 상기 절연층(3) 밖으로 용출될 수 있기 때문이다.

또한, 상기 절연유는 20 내지 30℃에서 2㎟/s 이상의 점도를 가지며, 상기 점도를 만족하는 절연유는 이를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되는 절연층으로부터 용출되는 현상을 회피하거나 최소화할 수 있다.

한편, 상기 절연유의 함량은 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 2.5 내지 10 중량부일 수 있고, 상기 절연유의 함량이 2.5 중량부 미만인 경우 상기 절연유를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되는 절연층(3)의 유연성, 굴곡성 등이 불충분하여 상기 절연층(3)을 포함하는 케이블의 포설이 용이하지 못한 문제가 발생할 수 있고, 10 중량부 초과인 경우 상기 절연유를 포함하는 절연 조성물로부터 도체(1) 상에 절연층(3)을 형성하는 압출 과정에서 상기 절연유가 용출되는 현상이 발생하여 케이블의 가공이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.

상기 절연유는 앞서 기술한 바와 같이 강성(rigidity)이 커서 유연성(flexibility)이 다소 낮은 폴리프로필렌 수지를 기재 수지로 하는 절연 조성물로부터 제조되는 절연층(3)의 유연성, 굴곡성 등을 개선함으로써 케이블의 포설 작업을 용이하게 하는 동시에, 상기 폴리프로필렌 수지가 본질적으로 가지는 우수한 내열성, 기계적·전기적 특성을 유지 또는 개선시키는 탁월한 효과를 나타낸다. 특히, 상기 절연유는 상기 메탈로센 촉매하에서 중합되는 폴리프로필렌 수지의 다소 좁은 분자량 분포에 의해 다소 저하된 가공성을 보충하는 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(3)을 형성하는 절연 조성물은 상기 기재 수지 및 상기 절연유 이외에 산화방지제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 산화방지제는 아민계, 디알킬에스테르계, 티오에스테르계, 페놀계 산화방지제 등을 사용할 수 있고, 예를 들어, [3-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로파노일옥시]-2,2-비스[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로파노일옥시메틸]프로필], 3-(3,5-디-3차 부틸-4-하이드록시페닐)프로파노에이트, 티오디에틸렌 비스(3,5-디-3차 부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트), 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시벤젠프로피온산 옥타데실 에스테르, 프로피온산, 3,3'티오비스-1,1'디옥타데실 에스테르 등일 수 있다. 여기서, 상기 산화방지제 등의 기타 첨가제 각각의 함량은 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 5 중량부일 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.

1. 제조예

본 발명에 따른 전력 케이블에 포함된 절연층(3)의 물성을 평가하기 위해 아래 표 1에 나타난 구성성분 및 함량으로 절연 조성물을 제조하고, 일정한 규격의 구리도체 위에 용융된 상기 절연 조성물을 각각 압출 코팅함으로써, 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 4의 케이블 시편을 각각 제작했다. 여기서, 구성성분 함량의 단위는 중량부이다.

구성성분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
기재 수지 1	50	50	50	50
기재 수지 2					50	50
기재 수지 3	50	50	50	50	50	50
절연유	2.5	5	1	15	2.5	5

- 기재 수지 1 : 메탈로센 촉매하에서 중합된 폴리프로필렌 수지(제조사: 폴리미래; 제품명: RM5100; 용융지수(melting index, MI): 3)

- 기재 수지 2 : 지글러-나타 촉매하에서 중합된 폴리프로필렌 수지(제조사: SK 종합화학; 제품명: H920Y; 용융지수(melting index, MI): 3)

- 기재 수지 3 : 프로필렌-에틸렌 공중합체(제조사: SK 종합화학; 제품명: R520Y)

- 절연유 : 모노사이클릭 나프텐계 오일(제조사: 동남석유화학; 절연유 4호)

2. 물성 측정 및 평가

상기 제조예에서 제조된 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 4에 따른 각각의 케이블 시편에 대해 상온에서의 기계적 물성인 인장강도 및 인장신율, 가열 후 인장강도 잔율 및 인장신율 잔율, 그리고 전기적 물성인 교류절연파괴강도(AC breakdwon; ACBD)를 아래의 규격에 따라 측정했고, 그 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.

가. 상온 기계적 물성

IEC 60811-1-1에 준하여 인장속도 250 mm/분으로 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 4에 따른 케이블 시편 각각에 대해 측정하였고, 측정된 인장강도는 1.27 kgf/㎟ 이상, 인장신율은 200% 이상이어야 한다.

나. 가열 후 기계적 물성

실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 4에 따른 케이블 시편 각각을 150℃에서 168시간 동안 가열 노화한 후 기계적 물성을 측정하였고, 측정된 인장강도 잔율과 인장신율 잔율은 75% 이상이어야 한다.

다. 굴곡 강도

IEC 60811-1-1 규격에 따라 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 4에 따른 케이블 시편 각각에 대해 굴곡 강도를 측정하였고, 낮은 수치를 보일수록 우수한 유연성, 굴곡성, 포설성을 가진다.

라. 전기적 물성

ASTM D149 규격에 의해 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 내지 4에 따른 케이블 시편 각각에 대해 절연파괴강도를 측정하였고, 높은 수치를 보일수록 우수한 절연 성능의 전기적 물성을 나타낸다.

물성	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
상온 인장강도(kgf/㎟)	2.0	1.9	2.4	측 정 불 가	2.1	2.0
상온 인장신율(%)	698	712	650		670	680
가열 후 인장강도 잔율(%)	81	85	88		100	90
가열 후 인장신율 잔율(%)	79	80	76		75	80
굴곡강도(MPa)	35	32	42		33	34
절연파괴강도 (kV/mm)	65	65	55		42	45

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우 절연유를 소량, 즉 기재 수지 100 중량부를 기준으로 1 중량부 사용함에 따라 케이블의 굴곡 강도가 높게 나타난 유연성, 굴곡성, 포설성 등이 불충분한 것으로 확인되었다.

또한, 비교예 2의 경우 절연유를 과량, 즉 기재 수지 100 중량부를 기준으로 15 중량부 사용함에 따라 케이블 시편 제조시 압출 과정에서 절연유가 용출되어 압출기 내 미끄러짐 현상이 발생함으로써, 시편을 제조할 수 없었다.

그리고, 비교예 3 및 4의 경우 종래의 지글러-나타 촉매하에서 제조된 폴리프로필렌을 절연층의 기재 수지로 사용함에 따라 절연파괴강도가 실시예 1 및 2의 절연파괴강도인 65 kV/㎜에 비해 상당히 낮은 42 kV/㎜ 및 45 kV/㎜로 나타났고, 이는 상기 지글러-나타 촉매하에서 제조된 폴리프로필렌이 실시예 1 및 2에서 절연층의 기재 수지로 사용된 메탈로센 촉매하에서 제조된 폴리프로필렌에 비해 상대적으로 다량의 촉매 잔량을 포함함으로써 절연층의 절연 성능 등의 전기적 물성을 저하시키는 것으로 확인되었다.

반면, 본 발명에 따르는 실시예 1 및 2의 케이블 시편은 상온 및 가열 후의 기계적 물성이 우수하고, 전기적 물성 또한 우수할 뿐만 아니라, 적절한 함량의 절연유를 포함함으로써 케이블의 유연성도 확보한 것으로 확인되었다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1 : 도체 2 : 내부 반도전층
3 : 절연층 4 : 외부 반도전층
5 : 쉬스층

Claims (10)

1. 하나 이상의 도체, 상기 각각의 도체를 감싸는 절연층, 및 최외곽 쉬스층을 포함하는 전력 케이블에 있어서,
   상기 절연층은 메탈로센 촉매하에서 중합되는 비가교 폴리프로필렌 수지를 포함하는 기재 수지 및 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 절연유 2.5 내지 10 중량부를 포함하는 절연 조성물로부터 제조되는, 전력 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메탈로센 촉매하에서 중합되는 비가교 폴리프로필렌 수지의 분자량이 250,000 내지 350,000이고, 용융지수(melting index)가 3 내지 10인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. 제1항에 있어서,
   상기 메탈로센 촉매하에서 중합되는 비가교 폴리프로필렌 수지의 촉매 잔량이 200 내지 700 ppm인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비가교 폴리프로필렌 수지가 프로필렌 단독중합체 및 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함하고, 상기 프로필렌 단독중합체와 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 배합비는 80:20 내지 50:50인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
5. 제4항에 있어서,
   상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 에틸렌 단량체의 함량은 상기 프로필렌-에틸렌 공중합체의 총 중량을 기준으로 6 내지 7 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절연유는 모노사이클릭 나프텐계 탄화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 아민계, 디알킬에스테르계, 티오에스테르계 또는 페놀계 산화방지제 0.2 내지 5 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 쉬스층은 상기 절연 조성물의 기재 수지와 동일한 기재 수지를 포함하는 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도체와 상기 절연층 사이에 배치된 내부 반도전층, 및 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 반도전층, 상기 외부 반도전층, 또는 이들 모두는 상기 절연 조성물의 기재 수지와 동일한 기재 수지를 포함하는 반도전 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.

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