KR20160133908A - Power cable having a semiconductive layer - Google Patents

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KR20160133908A
KR20160133908A KR1020150067070A KR20150067070A KR20160133908A KR 20160133908 A KR20160133908 A KR 20160133908A KR 1020150067070 A KR1020150067070 A KR 1020150067070A KR 20150067070 A KR20150067070 A KR 20150067070A KR 20160133908 A KR20160133908 A KR 20160133908A
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semiconductive
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KR1020150067070A
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이원석
남기준
김두기
신지욱
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a power cable having a semi-conductive layer. Specifically, the present invention relates to a compact power cable including a semi-conductive layer having a sufficient semi-conductive property and, at the same time, having a reduced total outer diameter as well as a longer lifetime as compared with conventional cables.

Description

반도전층을 갖는 전력 케이블{Power cable having a semiconductive layer}Technical Field The present invention relates to a power cable having a semiconductive layer,

본 발명은 반도전층을 갖는 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 충분한 반도전 특성이 구현된 반도전층을 포함하는 동시에 종래 케이블에 비해 수명이 연장될 뿐만 아니라 전체 외경이 감소되어 컴팩트한 전력 케이블에 관한 것이다.The present invention relates to a power cable having a semiconductive layer. Specifically, the present invention relates to a compact power cable including a semiconductive layer having a sufficient semi-conductive property and at the same time having a reduced overall outer diameter as well as a longer lifetime as compared with conventional cables.

일반적인 전력 케이블은 도체를 중심으로 내부 반도전층, 절연층, 외부 반도전층, 쉬스층 등의 순서로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 내부 반도전층은 케이블 제조시 도체와 절연층 사이의 계면조도를 향상시켜 이들 사이의 공기층 형성을 억제하고, 절연저항의 구배(gradient)를 형성하여 국부적인 전계집중을 완화시켜 주는 등의 기능을 수행한다.A general power cable can be formed in the order of an inner semiconductive layer, an insulating layer, an outer semiconductive layer, a sheath layer, etc. in the order of a conductor. Particularly, the inner semiconductive layer improves the degree of interfacial surface between the conductor and the insulating layer during cable production, suppresses formation of an air layer therebetween, forms a gradient of insulation resistance, and alleviates local field concentration Function.

또한, 상기 외부 반도전층은 케이블의 차폐기능을 수행하고, 상기 절연층에 균등한 전계가 걸리도록 하는 등의 기능을 수행한다. 즉, 상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층(이하, '반도전층'이라 한다)은 케이블의 전기적·기계적 특성 강화 및 이에 따른 수명 연장의 측면에서 매우 중요한 기능을 수행한다.In addition, the outer semiconductive layer performs a function of shielding the cable, and performs an equal electric field on the insulating layer. That is, the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer (hereinafter, referred to as a semiconductive layer) perform a very important function in terms of reinforcing the electrical and mechanical properties of the cable and hence the service life.

관련 미국 특허 공개공보 제2010-0206607호에 개시된 바와 같이, 상기 반도전층은 케이블에 있어서 국부적인 전계집중 완화, 차폐기능 등을 수행하기 위해 일반적으로 금속 입자, 카본블랙 등과 같은 도전재료를 포함한다.As disclosed in related U.S. Patent Application Publication No. 2010-0206607, the semiconductive layer generally includes a conductive material such as metal particles, carbon black, etc. to perform local field concentration mitigation, shielding function and the like in the cable.

또한, 상기 도전재료들은 일반적으로 나노(nano) 사이즈의 미세 입자들로서 상기 반도전층을 구성하는 기재 수지 내에서 서로 응집(entanglement)하려는 경향이 있으므로, 상기 기재 수지 내에서 서로 연결되어 도전성 네트워크(conductive network)를 형성함으로써 상기 반도전층의 반도전 특성을 나타내기 위해서는, 상당한 함량, 예를 들어, 반도전층 총 중량을 기준으로 40 내지 60 중량% 정도의 함량으로 포함되어야 한다.In addition, since the conductive materials are generally nano-sized fine particles and tend to entanglement with each other in the base resin constituting the semiconductive layer, they are connected to each other in the base resin to form a conductive network In order to exhibit the semi-conductive characteristics of the semiconductive layer by forming a relatively large amount, for example, in an amount of about 40 to 60% by weight based on the total weight of the semiconductive layer.

그러나, 상기 상당한 함량으로 포함된 도전재료는 제조되는 반도전층의 표면에 돌기(protrusions)를 유발하는 등 상기 반도전층의 표면 평활도를 저하시킴으로써, 전계집중, 절연내력과 차폐성능 저하 등을 유발하는 문제를 갖는다.However, the conductive material contained in the above-mentioned substantial amount may cause protrusions on the surface of the semiconductive layer to be produced, thereby lowering the surface smoothness of the semiconductive layer, thereby causing problems such as electric field concentration, dielectric strength, .

상기 반도전층의 표면 특성 저하는 상기 반도전층을 구성하는 기재 수지가 이에 첨가되는 도전재료 등의 충전재를 균일하게 분산된 형태로 포함할 수 있는 특성, 즉 충전재 로딩성(filler loading property)이 불량할수록 더욱 두드러지고, 한편 충전재 로딩성이 우수한 기재 수지를 사용하는 경우 상기 반도전층과 접촉하는 절연층을 구성하는 기재 수지와의 이질성 때문에 이들 사이의 결합력이 저하되는 문제가 유발될 수도 있다.The lowering of the surface properties of the semiconductive layer is caused by the fact that the base resin constituting the semiconductive layer can contain the filler such as a conductive material added thereto in a uniformly dispersed form, that is, the poorer the filler loading property In the case of using a base resin which is more prominent and which has excellent filling material loading property, there may be a problem that the bond strength between the base resin and the base resin is deteriorated due to the heterogeneity with the base resin constituting the insulating layer in contact with the semiconductive layer.

이와 관련하여, 종래에는 도전재료(conductive material)로서 탄소나노튜브(carbon nano tube)를 포함하는 도전성 고분자 복합재가 공지되어 있다. 상기 탄소나노튜브는 종횡비가 큰 형상을 갖고 있어, 종래의 카본 블랙 등의 플레이트(plate), 플레이크(flake) 형상에 비해 상대적으로 소량의 함량으로 도전성 네트워크를 형성할 수 있다는 장점이 있다.In this regard, conventionally, a conductive polymer composite material including a carbon nano tube is known as a conductive material. Since the carbon nanotubes have a large aspect ratio, they have an advantage in that a conductive network can be formed in a relatively small amount relative to a conventional plate or flake shape such as carbon black.

다만, 탄소나노튜브는 앞서 기술한 바와 같이 종횡비가 큰 형상을 가지므로 반도전층을 구성하는 기재 수지 내에서 서로 실타래처럼 얽혀 분산이 어렵고 이러한 미분산에 의해 반도전층 표면에 돌기가 발생함으로써 반도전층과 절연층 사이의 빈 공간 형성 및 이로 인한 전계집중에 의한 절연내력 저하 등을 유발하게 되고, 결과적으로 이러한 절연내력 저하를 감안하여 절연층의 두께를 증가시켜야 하거나, 절연층의 두께를 증가시키지 않으면 전력 케이블의 수명이 단축되는 문제가 있다.However, since the carbon nanotubes have a large aspect ratio as described above, they are entangled with each other in the base resin constituting the semiconductive layer and are difficult to disperse. As a result of such micro dispersion, projections are formed on the surface of the semiconductive layer, It is necessary to increase the thickness of the insulating layer in consideration of the decrease in the dielectric strength of the insulating layer or to increase the thickness of the insulating layer by increasing the thickness of the insulating layer There is a problem that the life of the cable is shortened.

따라서, 충분한 반도전 특성이 구현된 반도전층을 포함하는 동시에 종래 케이블에 비해 수명이 연장될 뿐만 아니라 전체 외경이 감소되어 컴팩트한 전력 케이블이 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a demand for a compact power cable because it includes a semiconductive layer having a sufficient semi-conductive property and at the same time has a longer overall life as compared with a conventional cable and has a reduced overall outer diameter.

본 발명은 충분한 반도전 특성을 나타내는 반도전층을 포함하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a power cable including a semiconductive layer exhibiting sufficient semi-conductive properties.

또한, 본 발명은 종래 전력 케이블에 비해 수명이 연장된 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a power cable having a longer life than a conventional power cable.

그리고, 본 발명은 종래 전력 케이블에 비해 전체 외경이 감소되어 컴팩트한 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a compact power cable having a reduced overall outer diameter as compared with a conventional power cable.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,In order to solve the above problems,

하나 이상의 도체; 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층; 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층; 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층; 및 상기 외부 반도전층을 감싸는 쉬스층을 포함하고, 상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층은 기재 수지 및 도전성 충전재를 포함하는 반도전성 조성물에 의해 형성되고, 상기 도전성 충전재는 길이가 5 내지 600 ㎛인 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층 가교도는 각각 독립적으로 55 내지 85%인, 전력 케이블을 제공한다.One or more conductors; An inner semiconductive layer surrounding the conductor; An insulating layer surrounding the inner semiconductive layer; An outer semiconductive layer surrounding the insulating layer; And a sheath layer surrounding the outer semiconductive layer, wherein the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer are formed from a semiconductive composition comprising a base resin and a conductive filler, wherein the conductive filler has a length of 5 to 600 mu m Carbon nanotubes, wherein the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer crosslinks are each independently 55 to 85%.

여기서, 상기 탄소나노튜브의 길이는 더욱 바람직하게는 10 내지 300 ㎛이고, 상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층 가교도는 각각 독립적으로 60 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.Here, the length of the carbon nanotubes is more preferably 10 to 300 탆, and the cross-sections of the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer are independently 60 to 80%.

또한, 상기 반도전성 조성물은, 상기 도전성 충전재의 첨가에 의해 증가하는 점도가 100 내지 5,000 Pa·s이고, 체적저항이 1 내지 1x107 Ω㎝이며, 상기 점도는 상기 기재 수지의 용융 온도 및 고정 전단 속도 1x102s-1에서 측정한 값인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.Also, the semiconductive composition preferably has a viscosity increased by addition of the conductive filler of 100 to 5,000 Pa · s, a volume resistivity of 1 to 1 × 10 7 Ω · cm, a viscosity of the base resin, And a value measured at a speed of 1x10 < 2 > s < -1 >.

나아가, 상기 도전성 충전재의 함량은 상기 반도전성 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.Further, the content of the conductive filler is 0.5 to 20 wt% based on the total weight of the semiconductive composition.

한편, 상기 반도전성 조성물의 기재 수지와 상기 절연층을 구성하는 기재 수지가 동일한 수지인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.On the other hand, the power cable is characterized in that the base resin of the semiconductive composition and the base resin constituting the insulating layer are the same resin.

여기서, 상기 기재 수지는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.Here, the power cable is characterized in that the base resin is low density polyethylene (LDPE).

한편, 상기 반도전성 조성물의 기재 수지는 에틸렌 에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.On the other hand, the base resin of the semiconductive composition is ethylene ethyl acrylate (EEA), ethylene butyl acrylate (EBA), or a mixture thereof.

그리고, 상기 도전성 충전재는 상기 탄소나노튜브(CNT)와 선 접촉에 의해 결합하고 금속플레이크(metal flake), 금속플레이트(metal plate), 탄소나노플레이크(CNF, carbon nano flake) 및 탄소나노플레이트(CNP; carbon nano plate)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 도전성 입자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.The conductive filler is bonded to the carbon nanotubes (CNTs) in a line contact manner, and the metal flake, the metal plate, the carbon nanoflake (CNF), and the carbon nanoplate and a carbon nano plate. The power cable may further include at least one conductive particle selected from the group consisting of carbon nano plates.

나아가, 상기 도전성 입자 및 상기 탄소나노튜브(CNT)는 이의 표면에 수산화기(-OH), 아민기(-NH2), 카르복시기(-COOH) 및 에폭시기(-O-)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 관능기를 갖고, 상기 관능기는 비닐트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 또는 이들의 유도체의 실란 결합제; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 또는 이들의 유도체의 다가알코올 결합제; 및 옥살산, 프로판이산, 부탄이산, 또는 이들의 유도체의 폴리카르복실산 결합제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 결합제와 화학 결합하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.Further, the conductive particles and the carbon nanotubes (CNTs) may be coated on the surface of the conductive particles and the carbon nanotubes (CNTs) with one or two or more kinds selected from the group consisting of hydroxyl group (-OH), amine group (-NH 2 ), carboxyl group (-COOH) and epoxy group Wherein the functional group is a silane coupling agent of vinyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, or derivatives thereof; Polyhydric alcohol binders of ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, or derivatives thereof; And a polycarboxylic acid bonding agent of oxalic acid, propanedioic acid, butane diacid, or a derivative thereof. The present invention also provides a power cable.

또한, 상기 도전성 충전재는 상기 기재 수지의 입자 표면에 도입되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.Further, the present invention provides a power cable, characterized in that the conductive filler is introduced into the particle surface of the base resin.

그리고, 상기 반도전성 조성물은, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 윤활제 0.5 내지 2 중량부, 산화방지제 0.5 내지 2 중량부, 및 계면활성제 1 내지 20 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.The semi-conductive composition further comprises 0.5 to 2 parts by weight of a lubricant, 0.5 to 2 parts by weight of an antioxidant and 1 to 20 parts by weight of a surfactant based on 100 parts by weight of the base resin. Cable.

본 발명에 따른 전력 케이블은 포함되는 반도전층에 도전성 충전재로서 길이가 정밀하게 조절된 탄소나노튜브(CNT)를 첨가함으로써 충분한 반도전 특성을 구현할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.The power cable according to the present invention exhibits an excellent effect of realizing a sufficient semi-conductive property by adding carbon nanotubes (CNT) precisely adjusted as a conductive filler to the semiconductive layer included therein.

또한, 본 발명에 따른 전력 케이블은 도전성 충전재인 탄소나노튜브(CNT)의 길이를 정밀하게 조절하는 동시에 반도전층의 가교도를 정밀하게 제어함으로써 종래 케이블에 비해 수명이 연장되고 절연내력의 저하를 회피하거나 최소화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.Further, the power cable according to the present invention can precisely control the length of the carbon nanotube (CNT) as a conductive filler and precisely control the degree of crosslinking of the semiconductive layer, thereby prolonging the lifetime compared with the conventional cable, And exhibits excellent effects that can be minimized.

도 1은 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 3은 실시예 및 비교예 각각에 대하여 절연내력을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a power cable according to the present invention.
2 is a longitudinal sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a power cable according to the present invention.
3 is a graph showing the results of evaluation of dielectric strength against each of the example and the comparative example.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1 및 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 실시예를 도시한 것이다.1 and 2 show an embodiment of a power cable according to the present invention.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 구리, 알루미늄 등의 도전성 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 차폐역할 및 상기 절연층(3)에 균등한 전계가 걸리도록 하는 역할을 수행하는 외부 반도전층(4), 케이블 보호를 위한 쉬스층(5) 등을 포함할 수 있다.1 and 2, a power cable according to the present invention includes a conductor 1 made of a conductive material such as copper or aluminum, an insulating layer 3 made of an insulating polymer, (3), thereby suppressing partial discharge at the interface with the conductor (1), eliminating the air layer between the conductor (1) and the insulating layer (3) An outer semiconductive layer 4 serving as a shielding function of a cable and a function of applying an electric field uniform to the insulating layer 3, a sheath layer 5 for protecting the cable, And the like.

상기 절연층(3)은 고분자를 기재 수지로 하는 절연 조성물로부터 제조될 수 있다. 상기 기재 수지를 구성하는 고분자는 대부분 전기 절연성 물질이므로 특별한 제한은 없다. 전기가 통하기 위해서는 양전하나 전자를 이동시킬 수 있는 이온이나 금속류와 같은 자유 전자 등이 있어야 하는데, 고분자는 탄소 간의 공유결합으로 이루어진 물질이므로 이러한 능력이 거의 없기 때문이다.The insulating layer 3 may be manufactured from an insulating composition containing a polymer as a base resin. The polymer constituting the base resin is mostly an electrically insulating material, so there is no particular limitation. For electricity to pass, there must be free electrons, such as ions or metals, that can move positive electrons and electrons, because polymers are substances that are made up of covalent bonds between carbons and thus have little ability.

일반적으로, 고압용 또는 초고압용 케이블의 절연층(3)을 형성하는 기재 수지는 폴리에틸렌(PE; polyethylene), 폴리프로필렌(PP; polyprophylene), 에틸렌 프로필렌 고무(EPR; ethylene propylene rubber) 등의 폴리올레핀이 사용될 수 있다.In general, the base resin forming the insulating layer 3 of the high-voltage or ultra-high-pressure cable is a polyolefin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), or ethylene propylene rubber (EPR) Can be used.

상기 폴리에틸렌(PE)은 예를 들어 에틸렌 단독중합체 및/또는 에틸렌과 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 공중합체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 에틸렌 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌은 초저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The polyethylene (PE) may comprise, for example, an ethylene homopolymer and / or a copolymer of ethylene and an alpha -olefin such as propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene or 1-octene. Here, the ethylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer. The polyethylene may also comprise ultra low density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, high density polyethylene, or mixtures thereof.

상기 폴리프로필렌(PP)은 예를 들어 프로필렌 단독중합체 및/또는 프로필렌과 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 공중합체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 프로필렌 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.The polypropylene (PP) may include, for example, a propylene homopolymer and / or a copolymer of propylene and an? -Olefin such as ethylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene or 1-octene. Here, the propylene copolymer may be a random copolymer or a block copolymer.

본 발명에 있어서, 상기 반도전층(2,4)은 기재 수지 및 도전성 충전재(conductive filler)를 포함하는 반도전성 조성물로부터 제조될 수 있다.In the present invention, the semiconductive layer (2, 4) can be produced from a semiconductive composition comprising a base resin and a conductive filler.

상기 기재 수지는 통상적으로 사용되는 반도전층용 기재 수지 중 적절한 것을 선택할 수 있고, 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 또는 에틸렌 비닐 아크릴레이트, 에틸렌 에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA) 등의 올레핀 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리스티렌, 이들의 혼합물 등일 수 있고, 도전성 충전재 등의 충전재 로딩성(filler loading capacity)을 고려한다면 에틸렌 에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA) 등이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The base resin may be appropriately selected from among conventionally used base resin for semiconductive layer, and examples thereof include polyolefins such as low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene and polypropylene, and polyolefins such as ethylene vinyl acrylate, ethylene ethyl acrylate EEA) and ethylene butyl acrylate (EBA), polyacrylates, polyesters, polycarbonates, polyurethanes, polyimides, polystyrenes, and mixtures thereof, and fillers such as conductive fillers ethylene ethyl acrylate (EEA), ethylene butyl acrylate (EBA) and the like are preferable, but not limited thereto.

한편, 본 발명에 따른 반도전성 조성물은 도전성 충전재로서 탄소나노튜브(CNT)를 사용하기 때문에 소량의 도전성 충전재만을 포함하는 경우에도 충분한 도전성 네트워크 및 반도전 특성을 구현할 수 있으므로, 충전재 로딩성이 종래 올레핀 공중합체보다는 낮으나 절연층(3)용 기재 수지와의 상용성 및 결합력이 우수한 기재 수지, 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 사용할 수 있다.On the other hand, since the semiconductive composition according to the present invention uses carbon nanotubes (CNTs) as a conductive filler, even when a small amount of conductive filler is contained, sufficient conductivity network and anti-conduction characteristics can be realized, A low density polyethylene (LDPE) which is lower than the copolymer but superior in compatibility with the base resin for the insulating layer 3 and in bonding strength, preferably low density polyethylene (LDPE) can be used.

상기 도전성 충전재는 앞서 기술한 바와 같이 탄소나노튜브(CNT)를 포함할 수 있다. 상기 탄소나노튜브(CNT)는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 튜브 보양을 이루고 있는 소재로서, 단일벽 또는 다중벽 구조를 가질 수 있다. 상기 탄소나노튜브(CNT)는 직경이 1 내지 200 nm, 바람직하게는 5 내지 100 nm일 수 있으며, 길이는 5 내지 600 ㎛, 바람직하게는 10 내지 300 ㎛일 수 있다. 본 명세서에서 탄소나노튜브(CNT)의 길이는 굴곡되지 않은 탄소나노튜브(CNT) 입자 하나의 양 말단 사이의 거리를 의미한다.The conductive filler may include carbon nanotubes (CNTs) as described above. The carbon nanotubes (CNTs) are hexagons having six carbon atoms connected to each other to serve as tubes, and may have a single wall or a multiwall structure. The carbon nanotube (CNT) may have a diameter of 1 to 200 nm, preferably 5 to 100 nm, and the length may be 5 to 600 μm, preferably 10 to 300 μm. In this specification, the length of a carbon nanotube (CNT) means a distance between both ends of one unvulcanized carbon nanotube (CNT) particle.

여기서, 상기 탄소나노튜브(CNT)의 길이가 5 ㎛ 미만으로 너무 짧은 경우 충분한 전기적 네트워크를 형성할 수 없으므로 국소적인 전계 집중에 의해 상기 절연층(3)의 절연내력이 저하될 수 있는 반면, 상기 탄소나노튜브(CNT)의 길이가 600 ㎛를 초과하여 너무 긴 경우 기재 수지 내에서의 응집(entanglement)에 의한 미분산으로 형성된 반도전층(2,4) 표면에 돌기가 발생하고 결과적으로 절연층(3)과 반도전층(2,4) 사이의 빈 공간의 형성 및 이로 인한 전계집중, 절연내력 저하 등의 문제가 유발될 수 있다.If the length of the carbon nanotube (CNT) is too short to be less than 5 μm, a sufficient electric network can not be formed. Therefore, the dielectric strength of the insulating layer 3 may be lowered due to local field concentration, When the length of the carbon nanotubes (CNTs) is longer than 600 탆, projections are formed on the surface of the semiconductive layer (2, 4) formed by micro-dispersion due to entanglement in the base resin, 3) and the semiconductive layer (2, 4), and consequently, electric field concentration and deterioration of the dielectric strength may be caused.

또한, 상기 도전성 충전재의 함량은 상기 반도전성 조성물 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%, 바람직하게는 2 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 도전성 충전재의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우 충분한 반도전 특성을 나타낼 수 없고, 20 중량%를 초과하는 경우 상기 도전성 충전재의 고함량으로 제조비용이 증가할 수 있으며, 형성되는 반도전층의 표면 평활도가 저하될 수 있다.Also, the content of the conductive filler may be 0.5 to 20 wt%, preferably 2 to 10 wt%, based on the total weight of the semiconductive composition. If the content of the conductive filler is less than 0.5% by weight, sufficient semiconducting properties can not be exhibited. If it exceeds 20% by weight, a high content of the conductive filler may increase the production cost, Can be degraded.

상기 도전성 충전재는 상기 탄소나노튜브(CNT)와 선(line) 접촉에 의해 결합하는 다른 도전성 입자, 바람직하게는 플레이크(flake) 또는 플레이트(plate) 형상의 도전성 입자, 예를 들어, 금속플레이크(metal flake), 금속플레이트(metal plate), 탄소나노플레이크(CNF; carbon nano flake), 탄소나노플레이트(CNP; carbon nano plate) 등을 추가로 포함할 수 있다.The conductive filler may include other conductive particles, preferably flake or plate conductive particles, such as metal flakes, which are bonded in a line contact with the carbon nanotubes (CNTs) flake, a metal plate, carbon nano flake (CNF), carbon nano plate (CNP), and the like.

여기서, 상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 도전성 입자의 중량비는 예를 들어 90:10 내지 10:90, 바람직하게는 80:20 내지 50:50, 더욱 바람직하게는 80:20 내지 70:30일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이로써, 상기 도전성 충전재는 상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 도전성 입자 사이의 접촉 면적을 최대로 하여 접촉면에서의 접촉 저항을 최소화함으로써, 추가로 상기 반도전층(2,4)의 반도전 특성을 향상시킬 수 있다.Here, the weight ratio of the carbon nanotube (CNT) to the other conductive particles is, for example, 90:10 to 10:90, preferably 80:20 to 50:50, and more preferably 80:20 to 70:30 But is not limited thereto. As a result, the conductive filler maximizes the contact area between the carbon nanotube (CNT) and the other conductive particles to minimize the contact resistance at the contact surface, thereby further improving the semiconducting properties of the semiconductive layer (2, 4) Can be improved.

또한, 소량의 도전성 충전재의 사용에 의해 상기 반도전층(2,4) 기재 수지의 충전재 로딩성(filler loading property)을 크게 고려하지 않아도 되므로, 충전재 로딩성이 우수하여 종래 반도전층용 기재 수지로 사용되어 온 에틸렌 에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA) 등을 대체하여 충전재 로딩성은 이들보다 다소 떨어지나 상기 절연층(3)용 기재 수지, 예를 들어, 폴리에틸렌(PE)과의 상용성 및 결합력이 우수한 기재 수지를 사용할 수 있다.In addition, since the filler loading property of the semiconductive layer (2, 4) base resin is not greatly taken into account by the use of a small amount of the conductive filler, the filler can be easily loaded and used as a base resin for a conventional semiconductive layer (EEA), ethylene butyl acrylate (EBA), and the like, and the filling property is somewhat lower than these, but the compatibility with the base resin for the insulating layer 3, for example, polyethylene (PE) And a base resin having excellent bonding strength can be used.

금속플레이크, 금속플레이트, 탄소나노플레이크(CNF), 탄소나노플레이트(CNP) 등의 상기 다른 도전성 입자는 각각 0.5 내지 25 ㎛, 바람직하게는 1 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 2 내지 5 ㎛의 크기와 10 내지 100 nm, 바람직하게는 10 내지 50 nm, 더욱 바람직하게는 20 내지 30 nm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The other conductive particles, such as metal flakes, metal plates, carbon nanoflake (CNF), and carbon nanoplate (CNP), each have a size of 0.5 to 25 탆, preferably 1 to 10 탆, more preferably 2 to 5 탆 And a thickness of 10 to 100 nm, preferably 10 to 50 nm, more preferably 20 to 30 nm, but is not limited thereto.

상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 도전성 입자는 이의 표면에 수산화기(-OH), 아민기(-NH2), 카르복시기(-COOH), 에폭시기(-O-) 등의 관능기를 가질 수 있다. 이러한 관능기들은 탄소나노튜브(CNT) 등의 합성시 생성될 수 있고, 합성 후 추가적인 공정에 의해 도입될 수도 있다. 이러한 관능기들은 비닐트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 또는 이들의 유도체와 같은 실란; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 또는 이들의 유도체와 같은 다가알코올; 및 옥살산, 프로판이산, 부탄이산, 또는 이들의 유도체와 같은 폴리카르복실산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 결합제와 화학 결합함으로써 상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 탄소 충전재를 결합시킬 수 있다.The carbon nanotube (CNT) and the other conductive particles may have a functional group such as a hydroxyl group (-OH), an amine group (-NH 2 ), a carboxyl group (-COOH), and an epoxy group (-O-). These functional groups may be produced in the synthesis of carbon nanotubes (CNTs) or the like, and may be introduced by an additional process after synthesis. These functional groups include silanes such as vinyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, or derivatives thereof; Polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, or derivatives thereof; And a polycarboxylic acid such as oxalic acid, propanedioic acid, butane diacid, or a derivative thereof, to thereby bond the carbon nanotube (CNT) with the other carbon filler .

여기서, 상기 결합제의 함량은 상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 도전성 입자를 포함하는 도전성 충전재 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 결합제의 함량이 1 중량부 미만인 경우, 상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 도전성 입자 사이의 화학 결합이 불충분할 수 있고, 20 중량부 초과인 경우 상기 탄소나노튜브(CNT)와 상기 다른 도전성 입자, 또는 상기 탄소나노튜브(CNT)들 사이의 과도한 화학 결합에 의해 상기 반도전층(2,4)의 전기적 특성이 저하될 수 있다.Here, the content of the binder may be 1 to 20 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the conductive filler comprising the carbon nanotube (CNT) and the other conductive particles. When the content of the binder is less than 1 part by weight, the chemical bond between the carbon nanotube (CNT) and the other conductive particles may be insufficient. When the content of the binder is more than 20 parts by weight, the carbon nanotube (CNT) The electrical characteristics of the semiconductive layer (2, 4) may be lowered due to excessive chemical bonding between the carbon nanotubes (CNTs).

상기 반도전층(2,4)을 형성하기 위해, 상기 기재 수지와 상기 도전성 충전재를 포함하는 반도전성 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 상기 도전성 충전재를 Hybridizer (제조사 : Nara Machinery), Nobilta (제조사 : Hosokawa Micron), Q-mix (Mitsui Mining) 등의 장비를 이용하여 상기 기재 수지 입자의 표면에 도입함으로써 상기 반도전성 조성물을 제조할 수 있고, 이러한 경우 상기 도전성 충전재의 상기 기재 수지 내에서의 분산성을 추가로 개선시킬 수 있다.The method for producing the semiconductive composition comprising the base resin and the conductive filler to form the semiconductive layer (2, 4) is not particularly limited. Preferably, the conductive filler is introduced into the surface of the base resin particles by using a device such as a Hybridizer (manufacturer: Nara Machinery), Nobilta (manufacturer: Hosokawa Micron) or Q-mix (Mitsui Mining) And in this case, the dispersibility of the conductive filler in the base resin can be further improved.

상기 반도전성 조성물은 상기 기재 수지의 가교를 위한 가교제, 상기 기재 수지 내에서의 상기 도전성 충전재의 분산성 개선을 위한 계면활성제, 반도전층 형성을 위한 가공성 개선을 위한 윤활제, 반도전층 산화 억제에 의한 케이블 수명 연장을 위한 산화방지제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.The semiconductive composition comprises a crosslinking agent for crosslinking the base resin, a surfactant for improving the dispersibility of the conductive filler in the base resin, a lubricant for improving processability for forming a semiconductive layer, a cable And other additives such as antioxidants for prolonging life.

상기 가교제의 종류는 특별히 제한되지 않고 적용되는 가교 방식에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 예를 들어, 화학가교의 경우 디큐밀 퍼옥사이드(DCP), 디(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠 등의 유기과산화물을 사용할 수 있고, 수가교의 경우 실란 가교제를 사용할 수 있다.The type of the crosslinking agent is not particularly limited and may be appropriately selected according to the crosslinking method to be used. For example, in the case of chemical crosslinking, dicumyl peroxide (DCP), di (t-butylperoxy) Of organic peroxides may be used, and silane crosslinking agents may be used in the case of water spraying.

여기서, 상기 반도전성 조성물에 의해 형성되는 상기 반도전층(2,4)의 가교도는 55 내지 85%, 바람직하게는 60 내지 80%일 수 있다. 상기 반도전층(2,4)의 가교도가 55% 미만으로 너무 낮은 경우 가교도 부족으로 인해 전력 케이블을 이의 운전 조건인 90℃에서 연속 사용시 상기 반도전층(2,4)의 신장율 감소와 이로 인한 크랙 발생 등에 의해 전력 케이블의 수명이 단축될 수 있는 반면, 상기 반도전층(2,4)의 가교도가 85% 초과로 너무 높은 경우 상기 반도전층(2,4)의 압출시 스코치(scorch)에 의해 표면에 돌기가 형성되고, 이로써 전계집중에 의한 상기 절연층(3)의 절연내력이 저하되고, 결과적으로 이러한 절연내력을 감안하여 상기 절연층(3)을 두껍게 형성해야 하거나, 그렇지 않은 경우 전력 케이블의 수명이 단축될 수 있다.Here, the degree of crosslinking of the semiconductive layer (2, 4) formed by the semiconductive composition may be 55 to 85%, preferably 60 to 80%. When the degree of crosslinking of the semiconductive layer (2, 4) is too low to be less than 55%, due to insufficient cross-linking, the power cable is continuously used at 90 ° C, which is its operating condition, When the degree of crosslinking of the semiconductive layer (2, 4) is excessively high, for example, more than 85%, the surface of the semiconductive layer (2, 4) is scorched by the scorch during the extrusion of the semiconductive layer So that the dielectric strength of the insulating layer 3 due to the electric field concentration is lowered and consequently the insulating layer 3 must be formed thickly in view of the dielectric strength, The life span can be shortened.

나아가, 상기 반도전층(2,4)의 가교도를 정밀하게 제어함으로써 가교제를 적절한 함량으로 첨가하게 되어 아세토페논, 알파메틸스티렌 등의 가교 부산물의 생성을 억제하고, 이로써 상기 반도전층(2,4)의 전기적 특성이 저하되는 것을 추가로 억제할 수 있다.Further, by controlling the degree of crosslinking of the semiconductive layer (2, 4) precisely, a crosslinking agent is added in an appropriate amount to inhibit the formation of crosslinked byproducts such as acetophenone, alphamethylstyrene, It is possible to further suppress the degradation of the electrical characteristics of the semiconductor device.

상기 계면활성제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 도데실황산나트륨(SDS; sodium dodecyl sulfate), 글리콜산 에톡실레이트 4-노닐페닐 에테르(GAENPE; glycolic acid ethoxylate 4-nonylphenyl ether), n-라우로일사르코신염 등의 음이온성 계면활성제, 브롬화 도데실트리메틸암모늄(DTAB; dodecyltrimethylammonium bromide) 등의 양이온성 계면활성제, Triton X-45, Triton X-114, Triton X-100 등의 비이온성 계면활성제, 또는 이들의 배합물일 수 있다. 여기서, 상기 계면활성제의 함량은 상기 도전성 충전재 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 2 내지 5 중량부일 수 있다.The kind of the surfactant is not particularly limited and examples thereof include sodium dodecyl sulfate (SDS), glycolic acid ethoxylate 4-nonylphenyl ether (GAENPE), n- A cationic surfactant such as dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB), a nonionic surfactant such as Triton X-45, Triton X-114, and Triton X-100 , Or a combination thereof. The content of the surfactant may be 1 to 10 parts by weight, preferably 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the conductive filler.

또한, 상기 윤활제의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 스테아릴 스테아레이트, erucamide, 또는 스테아르산 등의 지방산 등을 이용할 수 있고, 여기서, 상기 윤활제의 함량은 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2 중량부일 수 있다.The kind of the lubricant is not particularly limited, and for example, fatty acid such as stearyl stearate, erucamide, stearic acid, or the like can be used. Here, the content of the lubricant is based on 100 parts by weight of the base resin 0.1 to 2 parts by weight.

상기 산화방지제는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 아민계 산화방지제; 디알킬에스테르계, 디스테릴 티오디프로피오네이트, 디라우릴 티오디프로피오네이트 같은 티오에스테르계 산화방지제; 테트라키스(2,4-디-t-부틸페닐)4,4'-비페닐렌 디포스파이트, 2,2'-티오 디에틸 비스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트], 4,4'-티오비스(2-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2'-티오비스(6-t-부틸-4-메틸페놀), 트리에틸렌 글리콜-비스-[3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트]) 같은 페닐계 산화방지제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 산화방지제를 사용할 수 있고, 여기서, 상기 산화방지제는 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 2 중량부일 수 있다.The antioxidant is not particularly limited and includes, for example, amine-based antioxidants; Thioester-based antioxidants such as dialkyl esters, distearyl thiodipropionate, and dilauryl thiodipropionate; Tetrakis (2,4-di-t-butylphenyl) 4,4'-biphenylene diphosphite, 2,2'-thiodiethylbis- [3- (3,5- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], pentaerythrityl-tetrakis- [3- Methyl-6-t-butylphenol), 2,2'-thiobis (6-t-butyl-4-methylphenol), triethylene glycol-bis- [3- (3- 4-hydroxy-5-methylphenyl) propionate]), and mixtures thereof, wherein the antioxidant is a mixture of 100 parts by weight of the base resin May be 0.1 to 2 parts by weight.

상기 반도전성 조성물은 이에 포함되는 기재 수지와 도전성 충전재의 종류 및 함량, 그리고 상기 기재 수지 내에서의 상기 도전성 충전재의 분산성 등에 따라 상이한 점도를 가질 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 반도전성 조성물은 상기 도전성 충전재의 첨가에 의해 증가하는 점도가 100 내지 5,000 Pa·s, 바람직하게는 2,000 내지 3,000 Pa·s인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 점도는 기재 수지의 용융 온도에서 고정 전단 속도 1x102s-1에서 측정한 값이다. 또한, 상기 반도전성 조성물의 체적저항(volume resistivity)은 1 내지 1x107 Ω㎝일 수 있다.The semiconductive composition may have a different viscosity depending on the type and content of the base resin and the conductive filler contained therein, and the dispersibility of the conductive filler in the base resin. In the present invention, it is preferable that the semiconductive composition has an increased viscosity of 100 to 5,000 Pa · s, preferably 2,000 to 3,000 Pa · s, by the addition of the conductive filler. Here, the viscosity is a value measured at a fixing shear rate of 1 x 10 2 s -1 at the melting temperature of the base resin. Also, the volume resistivity of the semiconductive composition may be 1 to 1x10 < 7 >

상기 도전성 충전재의 첨가에 의해 반도전성 조성물의 증가하는 점도가 100 내지 5,000 Pa·s인 동시에 상기 반도전성 조성물의 체적저항(volume resistivity)이 1 내지 1x107 Ω㎝임은, 상기 도전성 충전재의 함량이 상기 반도전성 조성물로부터 형성되는 반도전층의 표면 평활도를 저하시키지 않을 만큼 소량이고, 또한 상기 도전성 충전재가 상기 기재 수지 내에 균일하게 분산되어 도전성 네트워크를 형성함으로써 충분한 반도전 특성을 발휘함을 나타낸다.Wherein the semiconductive composition has an increased viscosity of 100 to 5,000 Pa · s and a volume resistivity of 1 to 1 × 10 7 Ω · cm by the addition of the conductive filler, The amount of the conductive filler is small enough not to lower the surface smoothness of the semiconductive layer formed from the semiconductive composition and the conductive filler is uniformly dispersed in the base resin to form a conductive network to exhibit sufficient semiconducting properties.

한편, 상기 쉬스층(5)은 상기 외부 반도전층(4)과의 상용성 및 결합력을 위해 상기 반도전층(4)의 기재 수지와 동일한 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the sheath layer 5 is preferably made of the same resin as the base resin of the semiconductive layer 4 for compatibility with the external semiconductive layer 4 and bonding strength.

본 발명에 따른 전력 케이블을 구성하는 상기 도체(1), 내부 반도전층(2), 절연층(3), 외부 반도전층(4), 쉬스층(5) 등의 내부직경, 외부직경, 두께 등에 관한 규격은 상기 케이블의 용도, 사용전압 등에 따라 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
The outer diameter, the thickness, etc. of the conductor 1, the inner semiconductive layer 2, the insulating layer 3, the outer semiconductive layer 4, the sheath layer 5, etc. constituting the power cable according to the present invention May be suitably selected by a person skilled in the art depending on the use of the cable, the operating voltage, and the like.

[실시예]
[Example]

1. 제조예
1. Manufacturing Example

에틸렌 에틸아크릴레이트를 기재 수지로 하고, 아래 표 1의 다양한 길이를 갖는 다중벽 탄소나노튜브를 포함하는 도전성 충전재 8 중량%, 가교제로서 디큐밀퍼옥사이드를 다양한 함량으로 포함하여 아래 표 1의 가교도를 갖는 반도전층 시편 및 이러한 내부 반도전층과 외부 반도전층을 갖는 케이블 시편(소선지름 0.8mm, 소선수 7개 연선, 3.5SQ, 반도전층 두께 1mm, 절연층 두께 0.2mm)을 각각 제조했다.
8% by weight of a conductive filler containing multi-walled carbon nanotubes having various lengths as shown in the following Table 1, ethylene dichloride and ethylene ethyl acrylate as a base resin, and various concentrations of dicumyl peroxide as a cross- (A wire diameter of 0.8 mm, seven stranded strands of seven strands, 3.5 SQ, a half-thickness layer thickness of 1 mm, and an insulating layer thickness of 0.2 mm) having the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer.

CNT 길이(㎛)CNT length (탆) 가교도(%)Cross-linkability (%) 실시예1Example 1 1010 6060 실시예2Example 2 1010 7575 실시예3Example 3 1010 8585 실시예4Example 4 300300 6060 실시예5Example 5 300300 7575 실시예6Example 6 300300 8585 실시예7Example 7 600600 6060 실시예8Example 8 600600 7575 실시예9Example 9 600600 8585 비교예1Comparative Example 1 1010 4040 비교예2Comparative Example 2 1010 9090 비교예3Comparative Example 3 300300 4040 비교예4Comparative Example 4 300300 9090 비교예5Comparative Example 5 600600 4040 비교예6Comparative Example 6 600600 9090 비교예7Comparative Example 7 1One 4040 비교예8Comparative Example 8 1One 6060 비교예9Comparative Example 9 1One 7575 비교예10Comparative Example 10 1One 8585 비교예11Comparative Example 11 1One 9090 비교예12Comparative Example 12 900900 4040 비교예13Comparative Example 13 900900 6060 비교예14Comparative Example 14 900900 7575 비교예15Comparative Example 15 900900 8585 비교예16Comparative Example 16 900900 9090

3. 물성 평가3. Property evaluation

1) 케이블 수명 평가1) Cable life evaluation

반도전층 시편을 케이블 운전 온도인 90℃ 보다 높은 임의의 3개의 온도에서 각각 방치하면서 지속적으로 신장율의 변화를 모니터링하여 신장율이 초기값 대비 50%가 되는 시간을 확인한 후 이렇게 수득한 온도별 신장잔율 50% 도달시간을 가지고 아레니우스 플롯(arrhenius plot)을 통해 아레니우스 방정식(Arrhenius' Equation)(k=Ae-Ea/RT; A:빈도상수, Ea:활성화에너지, R:기체상수, T:온도) 중 활성화에너지(Ea) 및 빈도상수(A)를 구하고, 이로부터 반응상수(k)를 계산하여 이를 아래 수학식에 따른 노화도 계산식에 적용하여 90℃(T)에서 반도전층 시편의 신장잔율(P/Po*100)이 50%가 될 때까지의 시간(t)을 구하여 이를 케이블 수명으로 평가했다.The half-thickness specimen was continuously kept at any three temperatures higher than the cable operating temperature of 90 ° C, and the change in elongation was continuously monitored to determine the elongation percentage to be 50% of the initial value. The elongation percentage (K = Ae- Ea / RT, A: frequency constant, Ea: activation energy, R: gas constant, T: constant) with an Arrhenius plot The activation energy Ea and the frequency constant A of the semi-conductor layer were measured at 90 ° C (T) by calculating the reaction constant (k) from the activation energy (Ea) (T) until the battery voltage (P / Po * 100) became 50% was evaluated and evaluated as cable life.

[수학식][Mathematical Expression]

In (P/Po) = -k(T)tIn (P / Po) = -k (T) t

상기 수학식에서,In the above equation,

P : 반도전층의 변경된 신장율P: Modified elongation of the semiconductive layer

Po : 반도전층의 초기 신장율Po: initial elongation of the semiconductive layer

k : 반응상수k: reaction constant

T : 온도T: temperature

t : 시간
t: time

3) 절연 내력 평가3) Evaluation of dielectric strength

IEC 60243-1에 따른 Short-Time-Test 전압상승 방법에 의해 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 인가된 전압을 500 V/s로 승압하면서 절연파괴가 발생할 때의 전압을 측정했다.
IEC 60243-1, the voltage applied to each of the cable specimens of the examples and comparative examples was raised to 500 V / s to measure the voltage at which the insulation breakdown occurred.

상기 물성 평가의 결과는 아래 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같다.
The results of the physical property evaluation are shown in Table 2 and FIG. 3 below.

90℃ 기준 수명(년)90 ℃ Standard life (years) 절연 내력(kV/mm)Dielectric strength (kV / mm) 실시예1Example 1 2626 74.9874.98 실시예2Example 2 3737 73.9473.94 실시예3Example 3 4343 72.4972.49 실시예4Example 4 2828 74.1274.12 실시예5Example 5 3939 70.2870.28 실시예6Example 6 4545 71.271.2 실시예7Example 7 3131 72.2272.22 실시예8Example 8 4141 67.3467.34 실시예9Example 9 4646 69.3269.32 비교예1Comparative Example 1 1313 75.3275.32 비교예2Comparative Example 2 4444 45.6745.67 비교예3Comparative Example 3 1212 73.2873.28 비교예4Comparative Example 4 4444 47.9147.91 비교예5Comparative Example 5 1414 73.2173.21 비교예6Comparative Example 6 4747 39.4639.46 비교예7Comparative Example 7 1616 33.2933.29 비교예8Comparative Example 8 2727 32.5732.57 비교예9Comparative Example 9 4040 39.4339.43 비교예10Comparative Example 10 4343 32.3232.32 비교예11Comparative Example 11 4545 27.5827.58 비교예12Comparative Example 12 1313 49.2349.23 비교예13Comparative Example 13 3030 52.9352.93 비교예14Comparative Example 14 3939 48.2348.23 비교예15Comparative Example 15 4444 48.2348.23 비교예16Comparative Example 16 4343 30.9130.91

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 9의 케이블은 각각 반도전층에 첨가된 도전성 충전재로서 탄소나노튜브(CNT)의 길이 및 반도전층의 가교도가 정밀하게 제어됨으로써 반도전층의 반도전 특성이 충분히 구현된 동시에 절연내력과 수명이 모두 향상된 것으로 확인되었다.As shown in Table 2 above, the cables of Examples 1 to 9 according to the present invention are characterized in that the length of the carbon nanotube (CNT) and the degree of crosslinking of the semiconductive layer are precisely controlled as conductive fillers added to the semiconductive layer, It was confirmed that the semi-conductive property was sufficiently realized and both the dielectric strength and the life were improved.

반면, 비교예 1, 3, 5, 7 및 12의 전력 케이블은 반도전층의 가교도가 너무 낮아 수명이 단축된 반면, 비교예 2, 4, 6, 11 및 16의 전력 케이블은 반도전층의 가교도가 너무 높아 압출시 스코치가 발생하는 등의 이유로 반도전층 표면에 돌기가 형성됨으로써 절연층과 반도전층 사이에 빈 공간이 형성되어 전계집중, 절연내력 저하 등의 문제가 유발된 것으로 확인되었다.On the other hand, in the power cables of Comparative Examples 1, 3, 5, 7 and 12, the lifetime was shortened because the degree of crosslinking of the semiconductive layer was too low, while the power cables of Comparative Examples 2, 4, 6, 11, It is confirmed that protrusions are formed on the surface of the semiconductive layer due to too high a scorch during extrusion, thereby forming a void space between the insulating layer and the semiconductive layer to cause problems such as field concentration and deterioration of dielectric strength.

또한, 비교예 7 내지 11의 전력 케이블은 반도전층에 첨가된 탄소나노튜브의 길이가 너무 짧아 충분한 반도전 특성을 구현하지 못하고 이로써 국소적인 전계집중에 의해 절연내력이 저하된 것으로 확인되었고, 비교예 12 내지 16의 전력 케이블은 반도전층에 첨가된 탄소나노튜브의 길이가 너무 길어 기재 수지 내에서의 미분산으로 인해 반도전층 표면에 돌기가 형성됨으로써 절연층과 반도전층 사이에 빈 공간이 형성되어 전계집중, 절연내력 저하 등의 문제가 유발된 것으로 확인되었다.In addition, the power cables of Comparative Examples 7 to 11 showed that the length of the carbon nanotubes added to the semiconductive layer was too short to realize a sufficient semiconducting property, and as a result, the dielectric strength was lowered due to local electric field concentration. The length of carbon nanotubes added to the semiconductive layer of 12 to 16 power cables is too long to form projections on the surface of the semi-conductive layer due to micro dispersion in the base resin, thereby forming a void space between the insulating layer and the semiconductive layer, Concentration, and lowering of dielectric strength.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. . It is therefore to be understood that the modified embodiments are included in the technical scope of the present invention if they basically include elements of the claims of the present invention.

1 : 도체 2 : 내부 반도전층
3 : 절연층 4 : 외부 반도전층
5 : 쉬스층
1: conductor 2: inner semiconductive layer
3: insulating layer 4: outer semiconductive layer
5: Sheath layer

Claims (11)

하나 이상의 도체;
상기 도체를 감싸는 내부 반도전층;
상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층;
상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층; 및
상기 외부 반도전층을 감싸는 쉬스층을 포함하고,
상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층은 기재 수지 및 도전성 충전재를 포함하는 반도전성 조성물에 의해 형성되고,
상기 도전성 충전재는 길이가 5 내지 600 ㎛인 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층 가교도는 각각 독립적으로 55 내지 85%인, 전력 케이블.
One or more conductors;
An inner semiconductive layer surrounding the conductor;
An insulating layer surrounding the inner semiconductive layer;
An outer semiconductive layer surrounding the insulating layer; And
And a sheath layer surrounding the outer semiconductive layer,
Wherein the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer are formed by a semiconductive composition comprising a base resin and a conductive filler,
Wherein the conductive filler comprises carbon nanotubes having a length of 5 to 600 mu m,
Wherein the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer crosslinking degree are each independently 55 to 85%.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 길이는 10 내지 300 ㎛이고,
상기 내부 반도전층 및 상기 외부 반도전층 가교도는 각각 독립적으로 60 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
The method according to claim 1,
The length of the carbon nanotubes is 10 to 300 탆,
Wherein the inner semiconductive layer and the outer semiconductive layer crosslinking degree are each independently 60 to 80%.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도전성 조성물은, 상기 도전성 충전재의 첨가에 의해 증가하는 점도가 100 내지 5,000 Pa·s이고, 체적저항이 1 내지 1x107 Ω㎝이며, 상기 점도는 상기 기재 수지의 용융 온도 및 고정 전단 속도 1x102s-1에서 측정한 값인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the semiconductive composition has a viscosity increased by addition of the conductive filler of 100 to 5,000 Pa · s, a volume resistivity of 1 to 1 × 10 7 Ω · cm, a viscosity of the base resin and a fixed shear rate of 1 × 10 2 < / RTI > s < -1 & gt ;.
제3항에 있어서,
상기 도전성 충전재의 함량은 상기 반도전성 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
The method of claim 3,
Wherein the content of the conductive filler is 0.5 to 20 wt% based on the total weight of the semiconductive composition.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도전성 조성물의 기재 수지와 상기 절연층을 구성하는 기재 수지가 동일한 수지인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the base resin of the semiconductive composition and the base resin constituting the insulating layer are the same resin.
제5항에 있어서,
상기 기재 수지는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
6. The method of claim 5,
Wherein the base resin is low density polyethylene (LDPE).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도전성 조성물의 기재 수지는 에틸렌 에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the base resin of the semiconductive composition is ethylene ethyl acrylate (EEA), ethylene butyl acrylate (EBA), or a mixture thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도전성 충전재는 상기 탄소나노튜브(CNT)와 선 접촉에 의해 결합하고 금속플레이크(metal flake), 금속플레이트(metal plate), 탄소나노플레이크(CNF, carbon nano flake) 및 탄소나노플레이트(CNP; carbon nano plate)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 도전성 입자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. The method according to claim 1 or 2,
The conductive filler is bonded to the carbon nanotubes (CNTs) in a line contact, and the conductive fillers are mixed with metal flakes, metal plates, carbon nano flakes (CNFs) nano plate). < RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제8항에 있어서,
상기 도전성 입자 및 상기 탄소나노튜브(CNT)는 이의 표면에 수산화기(-OH), 아민기(-NH2), 카르복시기(-COOH) 및 에폭시기(-O-)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 관능기를 갖고,
상기 관능기는 비닐트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 또는 이들의 유도체의 실란 결합제; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 또는 이들의 유도체의 다가알코올 결합제; 및 옥살산, 프로판이산, 부탄이산, 또는 이들의 유도체의 폴리카르복실산 결합제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 결합제와 화학 결합하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
9. The method of claim 8,
The conductive particles and the carbon nanotubes (CNTs) may have at least one or more selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), an amine group (-NH 2 ), a carboxyl group (-COOH) and an epoxy group Having a functional group,
Wherein the functional group is a silane coupling agent of vinyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, or derivatives thereof; Polyhydric alcohol binders of ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, or derivatives thereof; And a polycarboxylic acid coupling agent of oxalic acid, propane diacid, butane diacid, or a derivative thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도전성 충전재는 상기 기재 수지의 입자 표면에 도입되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the conductive filler is introduced into the particle surface of the base resin.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도전성 조성물은, 상기 기재 수지 100 중량부를 기준으로, 윤활제 0.5 내지 2 중량부, 산화방지제 0.5 내지 2 중량부, 및 계면활성제 1 내지 20 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the semiconductive composition further comprises 0.5 to 2 parts by weight of a lubricant, 0.5 to 2 parts by weight of an antioxidant, and 1 to 20 parts by weight of a surfactant based on 100 parts by weight of the base resin.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019124916A1 (en) * 2017-12-18 2019-06-27 전자부품연구원 High-voltage cable insulation material composition and manufacturing method therefor
WO2020145738A1 (en) * 2019-01-10 2020-07-16 엘에스전선 주식회사 Highly flame retardant cable

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