KR20210139068A - Composition for eco-friendly insulator, and cable using the same for dc power cable - Google Patents

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KR20210139068A
KR20210139068A KR1020200057343A KR20200057343A KR20210139068A KR 20210139068 A KR20210139068 A KR 20210139068A KR 1020200057343 A KR1020200057343 A KR 1020200057343A KR 20200057343 A KR20200057343 A KR 20200057343A KR 20210139068 A KR20210139068 A KR 20210139068A
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김민아
김동욱
안성원
김영관
이용욱
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한국전력공사
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에이치디씨현대이피 주식회사
(주)티에스씨
목포해양대학교 산학협력단
한국전기산업기술연구조합
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Abstract

The present invention relates to an eco-friendly insulating composition for a direct current power cable, and a direct current power cable manufactured using same. Provided are the eco-friendly insulating composition for the direct current power cable, and the direct current power cable manufactured using the same, wherein the composition is effectively mixed with polypropylene and elastomer so as to exhibit high insulation and be useable under the condition of a maximum use temperature of 110℃ or higher.

Description

직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블{COMPOSITION FOR ECO-FRIENDLY INSULATOR, AND CABLE USING THE SAME FOR DC POWER CABLE}Eco-friendly insulation composition for DC power cables and cables manufactured using them

본 발명은 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블에 관한 것이다.The present invention relates to an eco-friendly insulating composition for a DC power cable and a cable manufactured using the same. More particularly, it relates to an eco-friendly insulating composition for a DC power cable and a cable manufactured using the same.

기존 전력망은 송전단계부터 최종 사용자 단계까지 전압의 크기를 유연하게 변압하여 사용처별 최적 전압 적용이 가능한 교류 송전시스템을 중심으로 구성되었다.The existing power grid is centered on the AC power transmission system that can flexibly transform the voltage level from the transmission stage to the end user stage and apply the optimal voltage for each use.

그러나 교류 송전시스템은 기본적으로 주파수 성분을 보유하고 있으며, 송전선의 저항, 캐패시턴스를 포함한 임피던스의 영향을 받아 에너지 손실이 발생하므로 이를 보상해주는 설비가 일정 거리마다 필수적으로 설치되어야 한다.However, the AC power transmission system basically has a frequency component, and energy loss occurs under the influence of impedance including the resistance and capacitance of the transmission line.

또한, 서로 다른 주파수를 가진 두 전력계통의 직접 연계가 불가능하므로, 전력설비의 효율적인 운영에 장애물로 작용한다.In addition, since direct connection between two power systems having different frequencies is impossible, it acts as an obstacle to the efficient operation of power facilities.

최근 장거리 송전 및 신재생에너지 연계를 목적으로 대두되고 있는 초고압직류송전(High Voltage Direct Current Transmission System, HVDC)은 앞서 설명한 기존 교류 송전시스템의 단점인 전송거리 제약 및 주파수가 다른 계통의 연계를 상호 변환을 통하여 해결할 수 있어 시장에서 확대 적용되고 있다.High Voltage Direct Current Transmission System (HVDC), which has recently emerged for the purpose of long-distance transmission and linking with new and renewable energy, is a mutual conversion between the transmission distance limitation and linkage of systems with different frequencies, which are the disadvantages of the existing AC power transmission system described above. It can be solved through

이러한 초고압직류송전의 또 다른 장점으로는, 동일한 전력선을 활용하면서 교류 송전시스템 대비 2배 이상 향상된 송전 용량을 제공한다.Another advantage of such ultra-high voltage direct current transmission is that it provides power transmission capacity that is more than twice that of an AC power transmission system while using the same power line.

최근 전력케이블의 절연층을 구성하는 재료로 주로 유기 과산화물을 사용한 가교 반응을 통해 폴리에틸렌을 중합한 가교 폴리에틸렌이 사용되고 있다.Recently, as a material constituting the insulating layer of a power cable, cross-linked polyethylene obtained by polymerizing polyethylene through a cross-linking reaction using organic peroxide is mainly used.

그러나 가교 폴리에틸렌은 가교공정시 메탄가스, 알파메틸스틸렌, 아세트페논, 이산화탄소와 같은 가교 부산물이 발생하여 환경적인 문제점이 발생할 수 있으며, 이러한 가교 부산물 발생으로 인해 케이블 내에 축적되어 포설이나 제조 공정시 화재를 유발할 수 있는 문제점이 있다.However, cross-linked polyethylene may cause environmental problems by generating cross-linking by-products such as methane gas, alpha methyl styrene, acetphenone, and carbon dioxide during the cross-linking process. There are problems that can cause it.

또한, 직류 전력케이블에 사용될 경우, 가교공정시 생성된 가교부산물에 의해 공간전하가 축적되는 문제로 인하여 국부적 또는 지역적인 전계 왜곡 효과를 일으켜 절연파괴가 발생할 수 있다.In addition, when used in a DC power cable, due to the problem of accumulating space charges by cross-linking by-products generated during the cross-linking process, a local or regional electric field distortion effect may occur, resulting in insulation breakdown.

반면, 최근 상용화되어 사용 중인 직류 전력케이블용 가교 폴리에틸렌의 경우, 공간전하 축적에 대한 문제를 해결하였음에도 재료의 열적 및 기계적 특성의 한계로 인하여 케이블 운영시 최대 사용온도를 약 70도 수준으로 제한하고 있다.On the other hand, in the case of cross-linked polyethylene for DC power cables that have been commercialized and used recently, although the problem of space charge accumulation has been solved, the maximum operating temperature for cable operation is limited to about 70 degrees due to the limitations of the thermal and mechanical properties of the material. .

이러한 문제를 해결하기 위하여 한국공개특허 제10-2020-0004061호에서는 가교하지 않아도 내열성이 우수하고, 환경 친화적인 폴리프로필렌을 기재 수지로 사용한 재료를 개시하고 있으나, 높은 강성에 의해 발생하는 불충분한 내한성, 유연성 굴곡성(Flexibility) 등의 문제로 인하여 절연 케이블의 포설 작업시 작업성이 떨어지고 그 용도가 제한되는 문제가 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2020-0004061 discloses a material using polypropylene as a base resin, which has excellent heat resistance and is environmentally friendly even without crosslinking, but insufficient cold resistance caused by high rigidity. Due to problems such as , flexibility, flexibility, etc., there is a problem in that workability is deteriorated during installation of an insulated cable and its use is limited.

따라서, 직류 시스템 하에서 고온에서 안정적으로 운영이 가능한 새로운 절연조성물이 요구되고 있다. Therefore, there is a demand for a new insulating composition capable of stably operating at a high temperature under a DC system.

한국공개특허 제10-2020-0004061호(2020.01.13)Korea Patent Publication No. 10-2020-0004061 (2020.01.13)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 문제점들을 개선하기 위해 고온에서 도전율 상승 정도가 낮고 직류 전압 조건에서의 절연파괴강도가 높아 고온에서 안정적으로 사용이 가능한 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention provides an eco-friendly insulation composition for a DC power cable that can be used stably at high temperature due to a low degree of increase in conductivity at high temperature and high dielectric breakdown strength under DC voltage conditions, and manufactured using the same in order to improve the conventional problems as described above. The purpose is to provide a cable.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물은 절연내력 및 기계적 물성을 향상시키기 위해 폴리프로필렌에 엘라스토머 및 첨가제가 포함된다.In order to achieve the above object, the eco-friendly insulation composition for a DC power cable according to the present invention contains an elastomer and an additive in polypropylene to improve dielectric strength and mechanical properties.

상기 폴리프로필렌은 30질량% 이상 70질량% 이하로 포함하고, 상기 엘라스토머는 30질량% 이상 70질량% 이하로 포함할 수 있다.The polypropylene may be included in an amount of 30% by mass or more and 70% by mass or less, and the elastomer may be included in an amount of 30% by mass or more and 70% by mass or less.

상기 친환경 절연조성물의 직류절연파괴강도는 15도 이상 30도 이하의 상온 범위에서 200kV/mm 이상 250kV/mm 이하이고, 전도도는 10-17S/m 이상 10-16S/m 이하일 수 있다.The DC insulation breaking strength of the eco-friendly insulating composition may be 200 kV/mm or more and 250 kV/mm or less in a room temperature range of 15 degrees or more and 30 degrees or less, and the conductivity may be 10 -17 S/m or more and 10 -16 S/m or less.

상기 친환경 절연조성물의 절연파괴강도는 도체 최대 사용온도인 고온 범위에서 150kV/mm 이상 200kV/mm 이하이고, 전도도는 10-14S/m 이상 4 X 10-13S/m 이하일 수 있다.The dielectric breakdown strength of the eco-friendly insulating composition may be 150 kV/mm or more and 200 kV/mm or less in the high temperature range that is the maximum use temperature of the conductor, and the conductivity may be 10 -14 S/m or more and 4 X 10 -13 S/m or less.

상기 폴리프로필렌은 호모 프로필렌, 랜덤 프로필렌, 블록 프로필렌, 중합설비에서 제조된 반응성 폴리올레핀 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The polypropylene may include at least one of homopropylene, random propylene, block propylene, and reactive polyolefin produced in a polymerization facility.

상기 엘라스토머는 폴리스티렌계, PVC계, 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The elastomer may include at least one of polystyrene-based, PVC-based, polyolefin-based, polyester-based, polyamide-based, and polyurethane-based materials.

상기 첨가제는 산화방지제, 핵제, 슬립제, 활제 및 동해방지제로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. The additive may include at least one or more from the group consisting of an antioxidant, a nucleating agent, a slip agent, a lubricant, and an antifreeze agent.

또한, 본 발명에 의한 직류 전력케이블용 친환경 절연케이블은 상기 친환경 절연조성물을 배합하여 제조한다.In addition, the eco-friendly insulating cable for a DC power cable according to the present invention is manufactured by mixing the eco-friendly insulating composition.

상기 친환경 절연조성물는 절연케이블에서 제1 반도전층과 제2 반도전층 사이에 배치되어 절연층을 형성할 수 있다.The eco-friendly insulating composition may be disposed between the first semiconducting layer and the second semiconducting layer in the insulating cable to form an insulating layer.

상기 친환경 절연케이블은 최대 사용온도가 110도 이상인 것을 특징으로 한다.The eco-friendly insulated cable is characterized in that the maximum use temperature is 110 degrees or more.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물 및 이를 이용하여 제조된 케이블에 의하면, 가교 반응을 포함하지 않으므로 가교 부산물이 발생하지 않아 절연성능 저하와 같은 문제점이 발생하지 않으며, 폴리프로필렌과 엘라스토머를 효율적으로 혼합하여 높은 절연성을 보이면서도 최대사용온도가 110도 이상인 조건에서 사용할 수 있다.As described above, according to the eco-friendly insulation composition for a DC power cable according to the present invention and a cable manufactured using the same, there is no cross-linking reaction, so cross-linking by-products do not occur, and problems such as insulation performance degradation do not occur. Efficient mixing of propylene and elastomer shows high insulation and can be used under the condition that the maximum operating temperature is 110 degrees or higher.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력케이블용 친환경 절연케이블을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물에서 절연이 파괴되는 절연파괴강도를 측정한 그래프도이다.
1 is a cross-sectional view showing an eco-friendly insulated cable for a DC power cable according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the measurement of the dielectric breakdown strength at which insulation is broken in the eco-friendly insulation composition for a DC power cable according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be construed to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다. The term “and/or” may include a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. can be understood On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it may be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and one or more other features It may be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary may be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, it is interpreted in an ideal or excessively formal meaning. it may not be

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, the following embodiments are provided to more completely explain to those with average knowledge in the art, and the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 전력케이블용 친환경 절연케이블은 제1 반도전층(20)과 제2 반도전층(40)의 사이에 배치되어 고온 조건에서 절연케이블의 절연이 파괴되는 것을 방지하도록 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물로 구성된 절연층(30)을 포함한다.1, the eco-friendly insulated cable for a DC power cable according to an embodiment of the present invention is disposed between the first semiconducting layer 20 and the second semiconducting layer 40, so that the insulation of the insulated cable under high temperature conditions is improved. It includes an insulating layer 30 made of an eco-friendly insulating composition for a DC power cable to prevent it from being destroyed.

상세히 설명하면, 직류 전력케이블용 친환경 절연케이블은 전력이 전달되는 도체(10), 도체(10)를 감싸는 제1 반도전층(20), 케이블을 보호하는 시스층(50), 시스층(50) 내에 형성되는 제2 반도전층(40), 제1 반도전층(20) 및 제2 반도전층(40) 사이에 위치하는 절연층(30)으로 구성된다.In detail, an eco-friendly insulated cable for a DC power cable includes a conductor 10 through which power is transmitted, a first semiconducting layer 20 surrounding the conductor 10, a sheath layer 50 protecting the cable, and a sheath layer 50. It consists of a second semiconducting layer 40 formed therein, a first semiconducting layer 20 , and an insulating layer 30 positioned between the second semiconducting layer 40 .

상기 친환경 절연케이블은 최대 사용온도가 110도 이상인 것을 특징으로 하여 약 70도까지 사용가능한 일반적인 가교 폴리에틸렌보다 더 높은 온도에서 사용될 수 있으며, 사용온도 증가에 따른 허용전류값이 증가할 수 있다.The eco-friendly insulated cable can be used at a higher temperature than general crosslinked polyethylene that can be used up to about 70 degrees because the maximum use temperature is 110 degrees or more, and the allowable current value can increase according to the increase in the use temperature.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물은, 절연내력 및 기계적 물성을 향상시키기 위해 폴리프로필렌에 엘라스토머 및 첨가제 중 적어도 하나 이상이 포함되어 형성된다.An eco-friendly insulating composition for a DC power cable according to another embodiment of the present invention is formed by including at least one of an elastomer and an additive in polypropylene to improve dielectric strength and mechanical properties.

상세히 설명하면, 폴리프로필렌은 30질량% 이상 70질량% 이하로 포함하고, 엘라스토머는 30질량% 이상 70질량% 이하로 포함하므로 폴리프로필렌의 고내열성 및 고강도 특성을 가짐과 동시에 엘라스토머에 의해 충분한 유연성을 가질 수 있는 절연조성물을 제공한다.Specifically, polypropylene contains 30% by mass or more and 70% by mass or less, and the elastomer contains 30% by mass or more and 70% by mass or less. It provides an insulating composition that can have.

폴리프로필렌이 30질량% 미만이거나 엘라스토머가 70질량% 초과인 경우 엘라스토머 위주로 구성되므로 고탄성에도 불구하고 절연케이블에 필요한 절연 특성을 획득하기 어렵다.When polypropylene is less than 30% by mass or elastomer is more than 70% by mass, it is mainly composed of elastomer, so it is difficult to obtain insulation properties required for insulated cables despite high elasticity.

또한, 폴리프로필렌이 70질량%를 초과하거나 엘라스토머가 30질량% 미만인 경우 케이블의 굴곡특성이 높아져 포설이 어려울 수 있는 문제점이 있다.In addition, when polypropylene exceeds 70 mass % or elastomer is less than 30 mass %, there is a problem in that the flexural characteristics of the cable may be increased and installation may be difficult.

상기 친환경 절연조성물의 직류절연파괴강도는 15도 이상 30도 이하의 상온 범위에서 200kV/mm 이상 250kV/mm 이하이고, 전도도는 10-17S/m 이상 10-16S/m 이하일 수 있다.The DC insulation breaking strength of the eco-friendly insulating composition may be 200 kV/mm or more and 250 kV/mm or less in a room temperature range of 15 degrees or more and 30 degrees or less, and the conductivity may be 10 -17 S/m or more and 10 -16 S/m or less.

상기 친환경 절연조성물의 직류절연파괴강도는 도체 최대 사용온도인 고온 범위에서 150kV/mm 이상 200kV/mm 이하이고, 전도도는 10-14S/m 이상 4 X 10-13S/m 이하일 수 있다.The DC dielectric breakdown strength of the eco-friendly insulation composition may be 150 kV/mm or more and 200 kV/mm or less in the high temperature range that is the maximum conductor temperature, and the conductivity may be 10 -14 S/m or more and 4 X 10 -13 S/m or less.

상기 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물의 특성은 비교군인 가교폴리에틸렌보다 높은 절연파괴강도와 낮은 전도도를 나타낸다.Characteristics of the eco-friendly insulation composition for DC power cables show higher dielectric breakdown strength and lower conductivity than the comparative group, cross-linked polyethylene.

폴리프로필렌과 엘라스토머는 배합 후 압출 및 절단 공정을 통해 파티클 또는 펠렛(pellet) 형태의 절연재로 제조된다. Polypropylene and elastomer are manufactured into an insulating material in the form of particles or pellets through extrusion and cutting processes after mixing.

폴리프로필렌을 기본 원료로 사용하여 절연조성물을 제조하면 가교 공정이 필요하지 않아 제조과정이 간편하고, 메탄가스 등의 유독물질과 각종 부산물이 발생하지 않으며, CO2 등의 온실가스도 줄어들고, 폐기 후에도 각종 플라스틱 제품으로 재활용할 수 있다. 가교 공정이 없어지면 절연조성물의 제조 속도와 효율이 증대된다.When an insulating composition is manufactured using polypropylene as a basic raw material, no crosslinking process is required, so the manufacturing process is simple, toxic substances such as methane gas and various by-products are not generated , greenhouse gases such as CO 2 are reduced, and even after disposal It can be recycled into various plastic products. When the crosslinking process is eliminated, the manufacturing speed and efficiency of the insulating composition are increased.

또한, 폴리프로필렌과 엘라스토머를 배합하여 제조한 절연조성물은 폴리프로필렌의 우수한 내열성으로 인해 전력 케이블의 최대사용온도(허용온도)가 110도 이상 조성물의 용융점 이하의 온도에서 사용할 수 있어 송전용량을 높일 수 있는 장점이 있다.In addition, the insulation composition prepared by blending polypropylene and elastomer can be used at a maximum operating temperature (permissible temperature) of a power cable of 110 degrees or more and below the melting point of the composition due to the excellent heat resistance of polypropylene, thereby increasing the power transmission capacity. there are advantages to

상기 폴리프로필렌은 가공 또는 제조방법에 따라 호모 프로필렌, 랜덤 프로필렌, 블록 프로필렌, 중합설비에서 제조된 반응성 폴리올레핀을 포함할 수 있다.The polypropylene may include homopropylene, random propylene, block propylene, and reactive polyolefin prepared in a polymerization facility according to processing or manufacturing methods.

폴리프로필렌은 프로필렌의 배열에 따라 무작위로 배열되는 랜덤 폴리프로필렌. 동일한 방향으로 배열되는 호모 폴리프로필렌, 프로필렌 단량체와 스타이렌 등의 이종 단량체가 결합된 블록 폴리프로필렌, 중합설비에서 제조된 반응성 폴리올레핀 중 적어도 하나 이상을 포함한다.Polypropylene is a random polypropylene that is randomly arranged according to the arrangement of the propylene. It includes at least one of homo polypropylene arranged in the same direction, block polypropylene in which a propylene monomer and heterogeneous monomers such as styrene are bonded, and reactive polyolefin produced in a polymerization facility.

비정형성이 많은 랜덤 폴리프로필렌을 통해 충격강도 및 유연성을 개선할 수 있으며, 높은 결정화도를 가지는 호모 폴리프로필렌을 통해 높은 강성 및 내열성을 얻을 수 있다.Impact strength and flexibility can be improved through random polypropylene with many irregularities, and high rigidity and heat resistance can be obtained through homo polypropylene with high crystallinity.

또한, 생산과정에서 프로필렌에 에틸렌 등을 투입하여 중합한 블록 폴리프로필렌을 통해 강성을 크게 떨어뜨리지 않으면서 내충격성을 크게 향상할 수 있다.In addition, through block polypropylene polymerized by adding ethylene to propylene during the production process, impact resistance can be greatly improved without significantly lowering rigidity.

상기 엘라스토머는 폴리스티렌계, PVC계, 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The elastomer may include at least one of polystyrene-based, PVC-based, polyolefin-based, polyester-based, polyamide-based, and polyurethane-based materials.

바람직하게는 유연성이 높으면서 영구적인 변형이 적어 가황고무에 가장 가까운 폴리스티렌계 엘라스토머를 적용하여 열가소성을 가지므로 가공 또는 재사용 공정이 용이하면서 우수한 탄성을 얻을 수 있다.Preferably, since the polystyrene-based elastomer closest to vulcanized rubber is applied because it has high flexibility and little permanent deformation, it has thermoplasticity, so that it is easy to process or reuse and excellent elasticity can be obtained.

또한, PVC계나 폴리올레핀계 엘라스토머를 사용하면 가격이 저렴하면서 가공이 용이하다는 장점을 가진다.In addition, when a PVC-based or polyolefin-based elastomer is used, it has the advantage of being inexpensive and easy to process.

또한, 본 발명에 따른 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물은 산화방지제, 핵제, 슬립제, 활제 및 동해방지제로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 첨가제로 포함할 수 있다.In addition, the eco-friendly insulation composition for a DC power cable according to the present invention may include at least one or more from the group consisting of an antioxidant, a nucleating agent, a slip agent, a lubricant, and an antifreeze agent as an additive.

첨가제는 0질량% 초과 1질량% 이하를 포함할 수 있으며, 산화방지 외에 가공성 향상 등의 기능성 강화를 위해 사용될 수 있다.Additives may include more than 0 mass % and 1 mass % or less, and may be used for functional enhancement such as improvement of processability in addition to oxidation prevention.

첨가제가 1질량%를 초과하는 경우 절연 조성물의 열적 및 기계적 특성의 향상에도 불구하고 분자에 전하가 축적되어 절연파괴를 일으킬 수 있어 전기적 특성을 저하시킬 수 있다.When the additive exceeds 1% by mass, electrical properties may be deteriorated because electric charges may be accumulated in molecules to cause dielectric breakdown despite the improvement of thermal and mechanical properties of the insulating composition.

산화방지제는 공기중의 산소에 의해 산화되어 친환경 절연조성물의 제조 또는 사용시에 품질저하를 일으키는 것을 방지하기 위해 첨가될 수 있다. 산화방지제는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 산화방지제라면 어떠한 것을 사용해도 무방하나, 바람직하게는 페놀계 및 인계 산화방지제 중 1종 이상을 사용할 수 있다.Antioxidants may be added to prevent oxidization by oxygen in the air and cause deterioration in quality during manufacture or use of the eco-friendly insulation composition. As the antioxidant, any antioxidant commonly used in the art may be used, but preferably one or more of phenolic and phosphorus antioxidants may be used.

핵제는 폴리프로필렌의 결정을 치밀하게 만들어 친환경 절연조성물에 공간전하가 축적되는 것을 방지하고 전력 케이블의 내전압 특성을 향상시키며, 소비톨(Sorbitol), 이노시톨(Inositol), 포도당(Glucose)류의 유기물을 사용할 수 있다.The nucleating agent makes polypropylene crystals dense, preventing the accumulation of space charges in the eco-friendly insulation composition, improving the withstand voltage characteristics of power cables, and removing organic substances such as sorbitol, inositol, and glucose. Can be used.

슬립제 및 활제는 압출 가공시 친환경 절연조성물의 흐름성을 향상시키며, 압출 외관 향상을 위해 첨가될 수 있다.Slip agents and lubricants improve the flowability of the eco-friendly insulating composition during extrusion, and may be added to improve the appearance of the extrusion.

동해방지제(Metal Deactivator)는 절연체내에 포함된 미세량의 이온 불순물에 의한 분해방지를 위해 사용되어질 수 있다.A metal deactivator may be used to prevent decomposition by a small amount of ionic impurities contained in the insulator.

이하에서는 본 발명의 효과를 실험을 통해 설명하기로 한다,Hereinafter, the effects of the present invention will be described through experiments,

본 발명에 따른 직류 전력케이블에 사용될 수 있도록 상용화된 직류 전력케이블용 가교폴리에틸렌 절연조성물과 대비하여 실시예로 친환경 절연조성물을 제조하였으며, 온도에 따른 도전율과 직류파괴전계값을 측정하여 비교하였다.An eco-friendly insulating composition was prepared as an example in comparison with the commercial cross-linked polyethylene insulation composition for DC power cables that could be used in DC power cables according to the present invention, and the conductivity and DC breakdown field values according to temperature were measured and compared.

(실시예 1-2 / 비교예)(Example 1-2 / Comparative Example)

상기 실시예 및 비교예는 표 1에 보고된 대로 친환경 절연조성물을 제조하였다.In the Examples and Comparative Examples, eco-friendly insulating compositions were prepared as reported in Table 1.

친환경 절연조성물은 30mm의 직경 및 L/D가 40인 트윈(Twin) 압출기를 사용하였고, 가공온도는 실린더 170~190℃로 놓고 헤드 및 다이 부분을 200℃로 설정하여 공정을 진행하여 제조하였다.The eco-friendly insulating composition was manufactured by using a twin extruder having a diameter of 30 mm and an L/D of 40, and the processing temperature was set at 170 to 190°C of the cylinder, and the head and die parts were set at 200°C to proceed with the process.

각 고분자가 친환경 절연조성물에서 차지하는 비율은 조성물의 총 중량에 대하여 질량%로 표현한다.The proportion of each polymer in the eco-friendly insulating composition is expressed in mass% with respect to the total weight of the composition.

비교예comparative example 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 가교폴리에틸렌crosslinked polyethylene 100100 폴리프로필렌polypropylene 3030 7070 엘라스토머elastomer 7070 3030

비교예로 사용한 가교폴리에틸렌는 상용화된 직류 전력케이블용 가교폴리에틸렌을 사용하였다.(Borealis, LS 4258 DCE)As the cross-linked polyethylene used as a comparative example, commercially available cross-linked polyethylene for DC power cables was used. (Borealis, LS 4258 DCE)

실시예로 사용한 폴리프로필렌은 충격 강도를 개선하기 위해 프로필렌과 에틸렌을 공중합하여 제조한 블록 폴리프로필렌 및 프로필렌 중합설비에서 제조된 반응성 폴리올레핀을 사용하였으며, MI(용융지수)는 각 0.5 및 0.8이다. As the polypropylene used in Examples, block polypropylene prepared by copolymerizing propylene and ethylene to improve impact strength and reactive polyolefin prepared in a propylene polymerization facility were used, and MI (melt index) was 0.5 and 0.8, respectively.

엘라스토머는 중합설비에서 제조된 반응성 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리스타이렌 함량이 12질량%인 스타이렌-에틸렌-부타디엔 공중합체를 사용하였다.As the elastomer, a reactive polyolefin-based elastomer prepared in a polymerization facility and a styrene-ethylene-butadiene copolymer having a polystyrene content of 12% by mass were used.

표 1의 조성물에 산화방지제(페놀계 및 인계) 0.2질량%을 추가하여 배합하고 압출하여 펠렛으로 제조한 후 물성을 측정하였다.To the composition of Table 1, 0.2 mass % of antioxidants (phenolic and phosphorus) were added, blended, and extruded to prepare pellets, and then physical properties were measured.

측정된 물성은 하기된 표 2, 표 3 및 도 2와 같다,The measured physical properties are shown in Table 2, Table 3 and Figure 2 below,

항목item 단위unit 비교예comparative example 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 인장강도tensile strength MPaMPa 23.023.0 23.823.8 25.925.9 신율elongation %% 606606 607607 766766 노화후 잔율
(비교예 :
135°C/168hr
실시예 :
135°C/240hr)
residual rate after aging
(Comparative example:
135°C/168hr
Example:
135°C/240hr)
인장
강도
Seal
burglar
%% -4.5-4.5 -4.5-4.5 -4.0-4.0
신율elongation %% -6.8-6.8 -12.0-12.0 -9.8-9.8 밀도density g/cm3 g/cm 3 0.920.92 0.890.89 0.880.88 MIMI g/10분g/10 min 2.02.0 1.11.1 1.21.2 내한타격시험
(-40도)
Cold-resistant hitting test
(-40 degrees)
파괴시편수number of fractured specimens 00 00 00
굴곡탄성률flexural modulus MPaMPa 180180 158158 172172

표 2를 참조하면, 폴리프로필렌 30질량% 및 엘라스토머 70질량%를 포함하는 실시예 1 및 폴리프로필렌 70질량% 및 엘라스토머 30질량%를 포함하는 실시예 2은 비교예와 대비하여 엘라스토머에 의하여 연신율이 향상되면서 인장강도가 우수한 절연조성물을 제공한다.Referring to Table 2, Example 1 containing 30% by mass of polypropylene and 70% by mass of elastomer and Example 2 containing 70% by mass of polypropylene and 30% by mass of elastomer have elongation by the elastomer compared to Comparative Example. To provide an insulating composition with excellent tensile strength while improving.

또한, 용융지수(Melt Index, MI)에서 실시예 1 및 실시예 2는 비교예보다 매우 낮은 값을 보이므로, 압출성형성이 우수하여 절연 케이블의 제조에 적합한 조성물을 제공하는 것을 확인할 수 있다.In addition, since Examples 1 and 2 show very low values in Melt Index (MI) than Comparative Examples, it can be confirmed that excellent extrudability provides a composition suitable for manufacturing an insulated cable.

또한, 굴곡탄성률에서 실시예 1 및 실시예 2는 비교예보다 낮은 굴곡탄성률을 보이므로, 가교폴리에틸렌을 사용하는 비교예보다 가공성이 향상된 것을 확인할 수 있다.In addition, in the flexural modulus, Examples 1 and 2 show a lower flexural modulus than the comparative example, and thus it can be confirmed that the processability is improved compared to the comparative example using cross-linked polyethylene.

도전율
(S/m)
conductivity
(S/m)
측정온도Measured temperature 비교예comparative example 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2
상온
(15~30도)
room temperature
(15-30 degrees)
5x10-16 ~ 3x10-15 5x10 -16 to 3x10 -15 3x10-17 ~ 7x10-17 3x10 -17 to 7x10 -17 1x10-17 ~ 2x10-17 1x10 -17 to 2x10 -17
중온
(70도 미만)
medium temperature
(less than 70 degrees)
8x10-14 ~ 2x10-13 8x10 -14 to 2x10 -13 1x10-14 ~ 4x10-14 1x10 -14 to 4x10 -14 8x10-16 ~ 2x10-15 8x10 -16 to 2x10 -15
고온
(70도~110도 이상)
High temperature
(70 degrees to 110 degrees or more)
4x10-13 ~ 6x10-13 4x10 -13 to 6x10 -13 2x10-13 ~ 4x10-13 2x10 -13 to 4x10 -13 1x10-14 ~ 2x10-14 1x10 -14 to 2x10 -14

표 3를 참조하면, 폴리프로필렌 30질량% 및 엘라스토머 70질량%를 포함하는 실시예 1은 상온범위(15~30도)에서 3x10-17S/m 이상 7x10-17S/m 이하의 전도도를 나타내며, 중온범위(70도 미만)에서 1x10-14S/m 이상 4x10-14S/m 이상의 전도도를 나타내며, 고온범위(70~110도 이상)에서 2x10-13S/m 이상 4x10-13S/m 이하의 전도도를 나타낸다.Referring to Table 3, Example 1 containing 30% by mass of polypropylene and 70% by mass of elastomer shows a conductivity of 3x10 -17 S/m or more and 7x10 -17 S/m or less in the room temperature range (15 to 30 degrees) , It shows conductivity of 1x10 -14 S/m or more in the mid-temperature range (less than 70 degrees) and 4x10 -14 S/m or more, and 2x10 -13 S/m or more in the high-temperature range (70-110 degrees or more) 4x10 -13 S/m or more The following conductivity is shown.

폴리프로필렌 70질량% 및 엘라스토머 30질량%를 포함하는 실시예 2은 상온범위에서 1x10-17S/m 이상 2x10-17S/m 이하의 전도도를 나타내며, 중온범위에서 8x10-16S/m 이상 2x10-15S/m 이상의 전도도를 나타내며, 고온범위에서 1x10-14S/m 이상 2x10-14S/m 이하의 전도도를 나타낸다.Example 2 containing 70% by mass of polypropylene and 30% by mass of elastomer shows a conductivity of 1x10 -17 S/m or more and 2x10 -17 S/m or less in the room temperature range, and 8x10 -16 S/m or more 2x10 in the intermediate temperature range It shows the conductivity of -15 S/m or more, and it shows the conductivity of 1x10 -14 S/m or more and 2x10 -14 S/m or less in the high temperature range.

반면, 가교폴리에틸렌을 포함하는 비교예는 상온범위에서 5x10-16 S/m 이상 3x10-15S/m 이하의 전도도를 나타내며, 중온범위에서 8x10-14S/m 이상 2x10-13S/m 이상의 전도도를 나타내며, 고온범위에서 4x10-13S/m 이상 6x10-13S/m 이하의 전도도를 나타낸다.On the other hand, the comparative example containing cross-linked polyethylene shows a conductivity of 5x10 -16 S/m or more and 3x10 -15 S/m or less in the room temperature range, and 8x10 -14 S/m or more and 2x10 -13 S/m or more in the medium temperature range. and shows the conductivity of 4x10 -13 S/m or more and 6x10 -13 S/m or less in the high temperature range.

이를 통해 친환경 절연조성물은 폴리프로필렌을 40질량% 이상 50질량% 이하로 포함하고, 엘라스토머는 50질량% 이상 60질량% 이하로 포함하면 더욱 바람직함이 확인된다.Through this, it is confirmed that the eco-friendly insulating composition is more preferably contained in an amount of 40% by mass or more and 50% by mass or less of polypropylene, and 50% by mass or more and 60% by mass or less of elastomer.

도 2를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 친환경 절연조성물에 의하여 제조된 절연케이블에서 절연이 파괴되는 절연파괴강도를 측정하고자 샘플을 50x50mm 크기로 준비한 후 샘플의 양면에 상하 동일 전극을 맞물리고 단계적으로 전압을 상승시켜 파괴가 발생되는 전압을 측정하여 두께로 나누었다.2, in order to measure the dielectric breakdown strength at which insulation is broken in the insulated cable manufactured by the eco-friendly insulating composition of Examples 1 and 2, a sample was prepared in a size of 50x50 mm, and the upper and lower identical electrodes were placed on both sides of the sample. By increasing the voltage step by step, the voltage at which destruction occurs was measured and divided by the thickness.

비교예 또한, 동일한 방법으로 측정이 진행된다. Comparative Example Measurement was also carried out in the same manner.

상온 범위(15~30도)에서 실시예 1은 약 250kV/mm에 가까운 절연파괴강도를 보이며, 실시예 2는 200kV/mm를 약간 초과하는 절연파괴강도를 보이는 반면, 비교예는 200kV/mm보다 낮은 절연파괴강도를 보인다.In the room temperature range (15 to 30 degrees), Example 1 shows a dielectric breakdown strength close to about 250 kV/mm, and Example 2 shows a dielectric breakdown strength slightly exceeding 200 kV/mm, whereas Comparative Example is more than 200 kV/mm It shows low dielectric breakdown strength.

이로부터 상온 범위에서 실시예 1이 가장 바람직한 친환경 절연조성물임을 확인할 수 있다.From this, it can be confirmed that Example 1 is the most preferable eco-friendly insulating composition in the room temperature range.

고온 범위(70~110도 이상)에서 실시예 1은 약 165kV/mm의 절연파괴강도를 보이며, 실시예 2는 실시예 1보다 향상된 약 180kV/mm의 절연파괴강도를 보이는 반면, 비교예는 약 155kV/mm의 절연파괴강도를 보인다.In the high temperature range (70 to 110 degrees or more), Example 1 shows a dielectric breakdown strength of about 165 kV/mm, Example 2 shows an improved dielectric breakdown strength of about 180 kV/mm compared to Example 1, whereas Comparative Example is about It has a dielectric breakdown strength of 155 kV/mm.

이로부터 고온 범위에서 실시예 2가 가장 바람직한 친환경 절연조성물임을 확인할 수 있다.From this, it can be confirmed that Example 2 is the most preferable eco-friendly insulating composition in the high temperature range.

상기한 바와 같이 온도 범위에 따라 다른 조성에서 최적값을 나타내므로 실시자가 선택적으로 조성을 실시하여 활용할 수 있다.As described above, since the optimum value is shown in different compositions according to the temperature range, the practitioner can selectively implement the composition and utilize it.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto. It is clear that the transformation or improvement is possible by the person.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

도 1Figure 1

Claims (10)

절연특성과 기계적 물성이 향상되도록 폴리프로필렌에 엘라스토머 및 첨가제가 포함되는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
An eco-friendly insulation composition for DC power cables that contains elastomer and additives in polypropylene to improve insulation and mechanical properties.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리프로필렌은,
30질량% 이상 70질량% 이하로 포함하고,
상기 엘라스토머는,
30질량% 이상 70질량% 이하로 포함하는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
The method according to claim 1,
The polypropylene is
30% by mass or more and 70% by mass or less,
The elastomer is
An eco-friendly insulation composition for DC power cables containing 30% by mass or more and 70% by mass or less.
청구항 1에 있어서,
15도 이상 30도 이하의 온도에서 직류절연파괴강도는 200kV/mm 이상 250kV/mm 이하이고, 전도도는 10-17S/m 이상 10-16S/m 이하인 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
The method according to claim 1,
Eco-friendly insulation for DC power cables, characterized in that at a temperature of 15 degrees or more and 30 degrees or less, the breaking strength of DC insulation is 200 kV/mm or more and 250 kV/mm or less, and the conductivity is 10 -17 S/m or more and 10 -16 S/m or less. composition.
청구항 1에 있어서,
도체 최대 사용온도인 고온 범위에서 절연파괴강도는 150kV/mm 이상 200kV/mm 이하이고, 전도도는 10-14S/m 이상 4 X 10-13S/m 이하인 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
The method according to claim 1,
Eco-friendly insulation for DC power cables, characterized in that the dielectric breakdown strength is 150kV/mm or more and 200kV/mm or less, and the conductivity is 10 -14 S/m or more and 4 X 10 -13 S/m or less in the high temperature range, which is the maximum operating temperature of the conductor composition.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리프로필렌은,
호모 프로필렌, 랜덤 프로필렌, 블록 프로필렌, 중합설비에서 제조된 반응성 폴리올레핀를 포함하는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
The method according to claim 1,
The polypropylene is
An eco-friendly insulation composition for DC power cables containing homopropylene, random propylene, block propylene, and reactive polyolefin manufactured in a polymerization facility.
청구항 1에 있어서,
상기 엘라스토머는,
폴리스티렌계, PVC계, 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
The method according to claim 1,
The elastomer is
An eco-friendly insulation composition for a DC power cable, comprising at least one of polystyrene-based, PVC-based, polyolefin-based, polyester-based, polyamide-based, and polyurethane-based.
청구항 1에 있어서,
상기 첨가제는,
산화방지제, 핵제, 슬립제, 활제 및 동해방지제로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함하는 직류 전력케이블용 친환경 절연조성물.
The method according to claim 1,
The additive is
An eco-friendly insulating composition for a DC power cable comprising at least one from the group consisting of antioxidants, nucleating agents, slip agents, lubricants and anti-freeze agents.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 친환경 절연조성물을 배합하여 제조된 직류전력 케이블.
A DC power cable manufactured by blending the eco-friendly insulation composition according to any one of claims 1 to 7.
청구항 8에 있어서,
상기 친환경 절연조성물은,
제1 반도전층과 제2 반도전층 사이에 배치되어 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 직류전력 케이블.
9. The method of claim 8,
The eco-friendly insulating composition,
DC power cable, characterized in that it is disposed between the first semiconducting layer and the second semiconducting layer to form an insulating layer.
청구항 8에 있어서,
최대 사용온도가 110도 이상인 것을 특징으로 하는 직류전력 케이블.
9. The method of claim 8,
DC power cable, characterized in that the maximum operating temperature is 110 degrees or more.
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