WO2018190490A1

WO2018190490A1 - 직류 전력 케이블

Info

Publication number: WO2018190490A1
Application number: PCT/KR2017/014343
Authority: WO
Inventors: 조영은; 남진호; 남기준
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2018-10-18
Also published as: EP3611739A1; KR102371836B1; CN110520940A; CN114300190A; KR20180115175A; JP2020517061A; US20210118593A1; EP3611739A4; JP2022009935A

Abstract

본 발명은 직류 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 공간전하 (space charge) 축적에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임필스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있고, 절연층 등의 압출성이 저하되지 않고 제조비용이 절감될 수 있는 직류 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

【명세서】

【발명의 명칭】

직류 전력 케이블

【기술분야】

본 발명은 직류 전력 케이블에 관한 것이다ᅳ 구체적으로， 본 발명은 공간전 하 (space charge) 축적에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임필스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있고, 절연층 등의 압출성이 저하되지 않고 제조비용이 절감될 수 있는 직류 전력 케이블에 관한 것이다.

【배경기술】

일반적으로 대용량과 장거리 송전이 요망되는 대형 전력계통에서는 전력손실 의 감소， 건설용지 문제, 송전용량 증대 둥의 관점에서 송전전압올 높이는 고압송 전이 필수적이라 할 수 있다.

송전방식은 크게 교류송전방식과 직류송전방식으로 구분될 수 있으며， 이 중 직류송전방식은 직류로 전기 에너지를 보내는 것을 말한다. 구체적으로， 상기 직류 송전방식은 먼저 송전 쪽의 교류전력올 적당한 전압으로 바꾸고 순변환장치에 의해 직류로 변환한 뒤 송전선로를 통해 수전 쪽으로 보내면， 수전 쪽에서는 역변환장치 에 의해 직류전력을 다시 교류전력으로 변환하는 방식이다.

특히， 상기 직류전송방식은 대용량의 전력을 장거리 수송하는데 유리하고 비 동기 전력계통의 상호 연계가 가능하다는 장점이 있을 뿐만 아니라， 장거리 송전에 있어서 직류가 H류보다 전력 손실이 적고 안정도가 높으므로 많이 이용되고 있는 실정이다. 그런데， 고압 직류 송전 케이블을 이용하여 송전이 진행되는 경우 케이블 절 연체의 은도가 상승할 때나 부극성 임필스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에 상기 절연체의 절연 특성이 현저하게 저하되는 현상을 보이는문제점이 있고， 이는 절연 체 내에 일단의 전하가 포획되거나 방전되지 않으면서 수명이 긴 공간전하 (space charge)가 축적되기 때문인 것으로 알려져 있다.

상술한 공간전하는 고압 직류 송전 케이블 절연체 내의 전기장을 왜곡시켜 최초 설계된 절연 파괴전압보다 낮은 전압에서 절연 파괴를 일으킬 수 있다.

따라서， 공간전하 (space charge) 축적에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임펄 스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있고， 절연층 둥의 압출성이 저하되지 않 고 제조비용이 절감될 수 있는 직류 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이 다.

【발명의 상세한 설명】

【기술적 과제】

본 발명은 공간전하 (space charge) 축적에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임 필스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있는 직류 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한， 본 발명은 절연^둥의 압출성이 저하되지 않고 제조비용이 절감될 수 있는 직류 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

【기술적 해결방법】

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은，

직류 전력 케이블로서, 도체; 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층; 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층; 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층; 및 상기 외부 반 도전층을 감싸는 외피를 포함하고, 상기 내부 반도전층 또는상기 외부 반도전층은 베이스 수지로서 올레핀과 극성 단량체의 공중합 수지 및 상기 수지 내에 분산된 전도성 입자를 포함하는 반도전 조성물로부터 형성되며, 상기 극성 단량체의 함량 은 상기 공증합 수지의 총 중량을 기준으로 18 중량 % 이하이고， 아래 수학식 1로 정의되는 상기 절연층의 전계왜곡도 (Fi e ld Enhancement Factor ; FEF)가 100 내지 150%인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블을 제공한다.

[수학식 1]

FEF= (시편에서 최대로 증가돤 전계 /시편에 인가된 전계) * 100

상기 수학식 1에서, 상기 시편은 두께가 120卿이고 상기 절연층을 형성하는 절연 조성물로부터 형성된 절연 필름 및 상기 절연 필름의 상부면 및 하부면에 각 각 접착되고 각각의 두께가 50 이며 상기 반도전 조성물로부터 형성된 반도전 필 름을 포함하는 시편이고， 상기 시편에 인가된 전계는 상기 절연 필름에 1시간 동안 인가된 50kVAnra 직류 전계이고， 상기 시편에서 최대로 증가된 전계는 상기 절연 필 름에 직류 전계가 인가되는 1시간 동안 증가된 전계값 중 최대값이다.

여기서， 상기 반도전 조성물은 가교제를 추가로 포함하고， 상기 가교제의 함 량은 상기 베이스 수지 100 증량부를 기준으로 0. 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이불을 제공한다.

또한, 상기 극성 단량체의 함량은 1 내지 12 중량 ¾인 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블을 제공한다.

그리고， 상기 극성 단량체는 아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특장으로 하는， 직류 전력 케이블을 제공한다.

여기서， 상기 공중합 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) , 에틸렌 메틸 아 크릴레이트 (EMA) , 에틸렌 메될 메타크릴레이트 (EMMA) , 에틸렌 에틸 아크릴레이 트 (EEA) , 에틸렌 에틸 메타크릴레이트 (EEMA) , 에틸렌 (이소)프로필 아크릴레이 트 (EPA) , 에틸렌 (이소)프로 메타크릴레이트 (EPMA) , 에틸렌 부틸 아크릴레이 트 (EBA) 및 에틸렌 부틸 메타 H릴레이트 (EBMA)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1 종 이상을 포：함하는 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블을 제공한다.

한편， 상기 가교제의 함량은 0. 1 내지 1 5 중량부인 것을 특징으로 하는， 직 류 전력 케이블.

그라고， 상기 가교제는 과산화물계 가교제인 것을 특징으로 하는, 직류 전력 케이블올 제공한다.

여기서, 상기 과산화물계 가교제는 디큐밀퍼옥사이드， 벤조일퍼옥사이드， 라 우릴퍼옥사이드, _t-부틸 큐밀퍼옥사이드， 디 ( t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠， 2 , 5-디메틸 -2 , 5-디 (t-부틸 퍼옥시)핵산 및 디 -t-부틸 퍼옥사이드로 이루어진 그룹 으로부터 선택된 1종 어상을 포함하는 것올 특징으로 하는， 작류 전력 케이블을 제 공한다.

한편, 상기 전도성 입자의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 45 내지 70 중량부인 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블올 제공한다.

또한, 상기 절연층은 베이스 수지로서 폴리을레핀 수지를 포함하는 절연 조 성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블을 제공한다.

여기서, 상기 절연층은 가교 폴리에틸렌 (XLPE) 수지로부터 형성된 것을 특징 으로 하는， 직류 전력 케이블을 제공한다.

【발명의 효과】

본 발명에 따른 직류 전력 케이블은 반도전층의 베이스 수지 및 가교도를 정 밀하게 제어함으로써 절연층 내부의 공간전하 축적 및 이에 의한 직류 절연내력의 저하 및 임펼스 파괴강도의 저하를 동시에 방지할 수 있는 우수한 효과를 나타낸 다.

또한， 본 발명은 절연층에 포함되어 공간전하 축적을 억제하는 무기입자의 첨가량을 감축시킴으로써 상기 무기입자에 의한 절연층 둥의 압출성 저하를 억제하 고， 또한 상기 절연층의 두께 ;증가를 억제하여 케이블의 제조비용을 절감시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

【도면의 간단한 설명】

도 1은 본 발명에 따른 전력 케이블와 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으 로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략 적으로 도시한 것이다.

도 3은 실시예에서 FT-IR 평가 결과를 도시한 것이다.

도 4는 실시예에서 PEA 평가 결과를 도시한 것이다.

【발명의 실시를 위한 형태】

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다ᅳ 오히려， 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도톡, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 층분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어 지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나 타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 직류 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략 적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이， 본 발명에 따른 직류 전력 케이 블 (100)은 중심 도체 ( 10)， 상기 도체 (10)를 감싸는 내부 반도전층 (12)， 상기 내부 반도전층 (12)을 감싸는 절연층 (14)， 상기 절연층 ( 14)을 감싸는 외부 반도전층 (16)， 상기 외부 반도전층 ( 16)을 감싸고 금속시스 또는 중성선으로 이루어져 전기적 차폐 및 단락전류의 귀로를 위한 차폐층 ( 18)， 상기 차폐층 (18)을 감싸는 외피 (20) 등을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 직류 전력 케이블의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것으로서， 해저케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이 다.

도 2에 도시된 바와 같이， _: 본 발명에 따른 직류 전력 케이블 (200)은 도 체 (10)， 내부 반도전층 (12) , 절연층 (14) 및 외부 반도전층 (16)은 전술한 도 1의 실 시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

상기 외부반도전층 (16)의 외부에는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되 면 절연층 (14)의 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납 ( lead)으로 된 금 속시스 (metal sheath) , 소위 '연피시스' (30)를 구비한다.

나아가， 상기 연피시스 (30)의 외부에 폴리에틸렌 (polyethylene) 등과 같은 수지로 구성된 시스 (32)와 물과 직접 접촉이 안되도톡 베딩층 (34)을 구비한다. 상 기 베딩층 (34)의 위에는 철선외장 (40)을 구비할 수 있다. 상기 철선외장 (40)은 상 기 케이블의 외곽에 구비되어 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보호하도록 기계 적 강도를 높이는 역할을 하게 된다.

상기 철선외장 (40)의 외곽， 즉 케이블의 외곽에는 케이블의 외장으로서 자 켓 (42)을 구비하게 된다. 자켓 (42)은 케이블의 외곽에 구비되어 케이블 (200)의 내 부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히， 해저케이블의 경우에 자켓 (42)은 해 수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖 게 된다. 예를 들어， 상기 자켓 (42)은 폴리프로필렌 얀 (polypropylene yarn) 등으 로 구성될 수 있다.

상기 중심 도체 (10)는 구리， 알루미늄， 바람직하게는 구리로 이루어진 단선 또는 복수의 도선이 연합된 연선에 의해 이루어질 수 있고， 상기 중심 도체 (10)의 직경, 연선을 구성하는 소선의 직경 등을 포함하는 규격은 이를 포함하는 직류 전 력 케이블의 송전압， 용도 등에 따라 상이할 수 있고， 통상의 기술자에 의해 적절 히 선택될 수 있다ᅳ 예를 들어, 본 발명에 따른 직류 전력 케이블이 해저 케이블 같이 포설성, 가요성 등이 요구되는 용도로 사용되는 경우， 상기 중심 도체 (10)는 단선보다는 유연성이 우수한 연선에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 내부 반도전층 (12)은 상기 중심 도체 (10)와 상기 절연층 (14) 사이에 배 치되어 상기 중심 도체 (10)와 상기 절연층 ( 14)의 층간 들뜸을 유발하는 공기층을 없애주며， 국부적인 전계집중을 완화시켜 주는 등의 기능을 수행한다. 한편， 상기 외부 반도전층 (16)은 상기 절연층 (14)에 균등한 전계가 걸리도톡 하는 기능， 국부 적인 전계집중 완화 및 외부로부터 케이블 절연층을 보호하는 기능을 수행한다. 통상， 상기 내부 반도전층 (12) 및 외부 반도전층 ( 16)은 베이스 수지에 카본 블랙, 카본나뉴류브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 전도성 입자가 분산되어 있고, 가교제， 산화방지제， 스코치 억제제 등이 추가로 첨가된 반도전 조성물의 압 출에 의해 형성된다.

여기서, 상기 베이스 수지는 상기 반도전층 (12 , 16)과 상기 절연층 (14)의 층 간 접착력을 위해 상기 절연층 (14)을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지와 유사 한 계열의 올레핀 수지를 사용하는 것이 바람직하고， 더욱 바람직하게는 상기 전도 성 입자와의 상용성을 고려하여 을레핀과 극성 단량체， 예를 들어 에틸렌 비닐 아 세테이트 (EVA) , 에틸렌 메틸 아크릴레이트 (EMA) , 에틸렌 메틸 메타크릴레이 트 (EMMA) , 에틸렌 에틸 아크릴레이트 (EEA) , 에틸렌 에틸 메타크릴레이트 (EEMA) , 에 틸렌 (이소)프로필 아크릴 ^:레이트 (EPA) , 에틸렌 (이소)프로필 메타크릴레이 트 (EPMA) , 에틸렌 부틸 아크릴레이트 (EBA) , 에틸렌 부틸 메타크릴레이트 (EBMA) 등 을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가교제는 상기 반도전층 (12 , 16)에 포함된 베이스 수지의 가교방 식에 따라 실란계 가교제， 또는 디큐밀퍼옥사이드， 벤조일퍼옥사이드， 라우릴퍼옥 사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드， 디 (t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠， 2，5—디메 틸 -2 , 5-디 (t-부틸 퍼옥시)핵산, 디 -t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제 일 수 있다.

본 발명자들은 상기 내부 반도전층 (12) 및 상기 외부 반도전층 (16)올 형성하 는 반도전 조성물에 포함된 베이스 수지로서 을레핀과 극성 단량체의 공중합 수지 및 /또는 극성 단량체가 상기 반도전층 (12)과 상기 절연층 ( 14)의 계면을 통해 상기 절연층 ( 14) 내부로 이동함으로써 상기 절연층 (14)의 공간전하 축적을 더욱 가중시 키고， 또한 상기 반도전층 ( 12，16)의 가교시 생성되는 가교부산물이 상기 반도전 층 ( 12)과 상기 절연충 ( 14)의 계면을 통해 상기 절연층 ( 14) 내부로 이동하고， 이로 써 상기 절연층 (14) 내부에 이종전하 (heterocharge)를 축적시켜 전계의 왜곡을 가 중시킴으로써 상기 절연층 (14)의 절연파괴 전압을 저하시키는 문제를 유발함을 실 험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

특히， 본 발명에 따른 직류 전력 ^: 케이블에서, 아래 수학식 1로 정의되는 상 기 절연층 (14)의 전계왜곡도 (Field Enhancement Factor ; FEF)가 100 내지 150%일 수 있다.

[수학식 1]

FEF= (최대로 증가된 전계 /인가된 전계) *100

여기서， 본 발명자들은 상기 절연층 (14)의 전계왜곡도 (FEF)가 150%를 초과하 는 경우 상기 절연층 (14) 내에 공간전하 축적이 과도하여 전계가 크게 왜곡되는 것 을 실험적으로 확인함으로써 본 발명올 완성하였다.

참고로， 상기 절연층 (14)의 전계왜곡도 (FEF)는 두께가 약 120 卿이며 상기 절연층 (14)을 형성하는 절연 조성물로부터 형성된 절연 필름 및 상기 절연 필름의 상부면 및 하부면에 각각 접착되고 각각의 두께가 약 50 이며 상기 반도전층 ( 12) 을 형성하는 반도전 조성물로부터 형성된 반도전 필름을 포함하는 시편에 대해 상 기 절연 필름에 50kV/隱의 DC 전계를 1시간 동안 인가하는 과정에서 인가된 전계 대비 증가된 전계값 중 최대값위 비율을 계산함으로써 측정할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 직류 전력 케이블에서， 상기 반도전층 (12)을 형 성하는 반도전 조성물은 이의 총 중량을 기준오로 올레핀과 극성 단량체의 공중합 수지의 함량이 약 60 내지 70 중량 %이고， 상기 공중합 수지의 총 중량을 기준으로 상기 극성 단량체의 함량이 1 내지 18 증량 ¾ᅳ 바람직하게는 1 내지 12 중량 %로 정 밀하게 조절될 수 있다.

여기서， 상기 극성 단량체의 함량이 18 중량 % 초과인 경우 상기 절연층 (14) 의 공간전하 축적이 크게 가속화되는 반면， 상기 극성 단량체의 함량이 1 증량 % 미 만인 경우 상기 베이스 수지와 상기 전도성 입자와의 상용성이 저하되어 상기 반도 전층 ( 12， 16)의 압출성이 저하되고 반도전 특성이 구현되지 않을 수 있다.

또한， 본 발명에 따른 직류 전력 케이블에서， 상기 반도전층 (12)을 형성하는 반도전 조성물은 이의 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 상기 가교제의 함량이 0.1 내지 5 중량부， 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량부로 정밀하게 조절될 수 있 다.

여기서, 상기 가 제의 함량이 5 중량부 초과인 경우 상기 반도전 조성물에 포함된 베이스 수지의 가교시 필수적으로 생성되는가교부산물의 함량이 과다하고， 이러한 가교부산물이 상기 반도전층 (12，16)과 상기 절연층 (14) 사이의 계면을 통해 상기 절연층 (14) 내부로 이동하여 이종전하 (heterocharge)를 축적시킴으로써 전계 의 왜곡을 가중시켜 상기 절연층 (14)의 절연파괴 전압을 저하시키는 문제를 유발할 수 있는 반면, 0. 1 증량부 미만인 경우 가교도가 불층분하여 상기 반도전층 (12， 16) 의 기계적 특성， 내열성 등이 불충분할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 직류 전력 케이블에서， 상기 내부 및 외부 반도전 층 (12， 14)올 형성하는 반도전 조성물은 이의 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 카본블랙 등의 전도성 입자를 45 내지 70 증량부로 포함할 수 있다. 상기 전도성 입자의 함량이 45 증량부 미만인 경우 층분한 반도전 특성이 구현될 수 없는 반면， 70 중량부 초과시 상기 내부 및 외부 반도전층 (12 , 14)의 압출성이 저하되어 표면특 성이 저하되거나 케이블의 생산성이 저하되는 문제가 있다.

상기 내부 및 외부 반도전층 (12， 16)의 두께는 케미블의 송전압에 따라 상이 할 수 있고， 예를 들어, 345kV 전력 케이블의 경우， 상기 내부 반도전층 ( 12)의 두 께는 1.0 내지 2.5 誦일 수 있고， 상기 외부 반도전층 (16)의 두께는 1.0 내지 2.5 隱일 수 있다.

상기 절연층 (14)은 예를 들어 베이스 수지로서 폴리에틸렌， 폴리프로필렌 등 의 폴리올레핀 수지일 수 있고， 바람직하게는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 절연 조 성물의 압출에 의해 형성될 수 있다.

상기 폴리에틸렌 수지는 초저밀도 폴리에틸렌 (ULDPE) , 저밀도 폴리에틸 렌 (LDPE) , 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) , 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE) , 고밀도 폴리 에틸렌 (HDPE) , 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한， 상기 폴리에틸렌 수지는 단독중 합체， 에틸렌과 프로필렌， 1-부텐， 1-펜텐， 1-핵센， 1—옥텐 등의 ^: α -올레핀과의 랜 덤 또는 블록 공중합체， 또는 이들의 조합일 수 있다.

또한, 상기 절연층 (14)을 형성하는 절연 조성물은 가교제 * 포함함으로써， 상기 절연층 (14)은 압출시 또는 압# 후 별도의 가교 공정에 의해 가교 폴리을레 핀 (XLP0) , 바람직하게는 가교 폴리에틸렌 (XLPE)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 절연 조성물은 산화방지제， 압출성향상제 가교조제 등의 기타 첨가제를 추가로 포 함할 수 있다. 상기 절연 조성물에 포함되는 가교제는 상기 반도전 조성물에 포함되는 가교 제와 동일할 수 있고， 예를 들어, 상기 폴리올레핀의 가교방식에 따라 실란계 가교 저 1 , 또는 디큐밀퍼옥사이드， 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드， t-부틸 큐밀퍼 옥사이드， ^: 디 (t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠， 2， 5-디메틸 -2 , 5-디 (t-부틸 퍼옥 시)핵산， 디— t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제일 수 있다. 여기서, 상기 절연 조성물에 포하되는 가교제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준오로 0. 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.

^] 상기 절연층 (14)은 이와 접촉하는 상기 반도전층 (12 , 16)에 포함되는 베이스 수지의 극성 단량체 함량 및 가교제 함량의 정밀한 제어를 통해 상기 절연층 (14)과 상기 반도전층 (12 , 16)의 계면에서의 이종전하 (heterocharge) 생성올 억제하고 공간 전하의 축적을 저감시킬 수 있어， 공간전하 저감을 위한 산화마그네슘 등의 무기 입자를 포함하지 않거나 상기 무기 입자의 함량을 크게 저하시킬 수 있기 때문에， 상기 무기 입자에 의한 절연층 (14)의 압출성 저하 및 임필스 강도 저하를 억제할 수 있다.

상기 절연층 (14)의 두께는 전력 케이블의 송전압에 따라 상이할 수 있고， 예 를 들어， 345kV 전력 케이블의 경우， 상기 절연층 ( 14)의 두께는 23.0 내지 31.0 誦 일 수 있다.

상기 차켓층 (20)은 폴리에틸렌， 폴리비닐클로라이드ᅳ 폴리우레탄 등을 포함 할 수 있고, 예를 들어， 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 것이 바람직하고， 케이블의 최외곽에 배치되는 층이므로 기계적 강도를 고려할 때， 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 수지로 이루어지는 것이 더욱:바람직하다. 또한， 상기 자켓층 (20)은 상기 직류 전 력 케어블의 색상을 구현하기 위해 카본 블랙 등의 첨가제를 소량， 예를 들어, 2 내지 3 중량 %포함할수 있고， 예를 들어 0. 1 내지 8 讓의 두께를 가질 수 있다.

[실시예]

1. 시편의 제조예

PEA( pulsed electro acoust i c) 평가를 위해， 아래 그림에 나타난 바와 같은 절연 박막 필름 및 절연+반도전 박막 필름을 각각 제조했다. 필름

구체적으로, 절연 박막 필름은 폴리에틸렌 수지, 과산화물 가교제， 기타 첨 가제를 포함하는 절연 조성물을 120^°C에서 5분 동안 가멸 압축함으로써 박막 필름 을 제조하고, 180^°C에서 8분 동안 가교한 후 120^°C로 넁각하고， 다시 실온에서 냉 각했다. 제조된 절연 박막 필름의 두께는 약 120 卿였다.

한편, 절연+반도전 박막 필름은 폴리에틸렌 수지, 과산화물 가교제， 기타 첨 가제를 포함하는 절연 조성물을 120^°C에서 5분 동안 가열 압축함으로써 박막 필름 을 제조하고， 부틸아크릴레이트 (BA)를 포함하는 수지， 과산화물 가교제， 기타 첨가 제를 포함하는 반도전 조성물을 12Q^°C에서 5분 동안 가열 압축함으로써 반도전 박 막 필름을 제조하고, 상기 반도전 박막 필름을 상기 절연 박막 필름의 전면 및 후 면에 부착시키고 120^°C에서 5분 동안 다시 용융시켜 서로 열적으로 결합시킨 후, 18CTC에서 8분 동안 가교한 후 120^°C로 냉각하고， 다시 실은에서 넁각했다. 제조된 절연 박막 필름 및 반도전 박막필름의 두께는 각각 약 120 및 약 50卿였다. 여기서, 상기 반도전 조성물은 수지의 총 중량을 기준으로 부틸아크릴레이 트 (BA)의 함량이 17 중량 %인 반도전 (SC-a) 박막 필름 및 부틸아크릴레이트 (BA)의 함량이 3 중량 %인 반도전 (SC-b) 박막 필름이 각각 적용된 절연+반도전 박막 필름을 제조했다.

또한, FT-IR 평가를 위해서는， 더 두꺼훈 필름을 제조했고， 절연 박막 필름 의 두께는 20 隱， 반도전 박막 필름의 두께는 1 隱로 제조했다. 그리고 절연 +반도 전 박막 필름은 반도전 필름이 절연 필름의 하나의 면에만 결합되고， 1 隱 두께의 마이크로롬 (mi crotome)으로 단면을 절단했다. 그리고， 상기 절연 박막 필름, 상기 절연+반도전 (SC-a) 박막 필름 및 상기 절연+반도전 (SC-b) 박막 필름 각각을 진공 및 70^°C에서 5일 동안 탈가스화를 통해 가교부산물올 제거한 필름도 추가로 제조했 다.

1. 물성 평가 1) FT-IR평가

절연 필름과 반도전 팔름 사이에 아크릴레이트 및 가교부산물의 이행 여부를 판단하기 위해 4 cm^"1 해상도에서 64 스캔에 걸쳐 4000 내지 650 ci 의 spectral data를 수집했다ᅳ FT-IR 평가는 마이크로스코프 및 MCT 검출기가 구비된 Varian 7000e 장비로수행했다ᅳ 평가 결과는 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 탈가스화에 의해 가교부산물이 제거되지 않은 필 름으로서 절연 박막 필름 (a), 절연 +반도전 (SC-a) 박막 필름 (c) 및 절연+반도전 (SC- b) 박막 필름 (e)은 가교부산물 중 하나인 아세토페논을 나타내는 1694.3 αιΓ¹의 피 크가 관찰된 반면， 탈가스화에 의해 가교부산물이 제거된 필름으로서 절연 박막 필 름 (b), 절연+반도전 (SC-a) 박막 필름 (d) 및 절연+반도전 (SC-b) 박막 필름 (f)은 가 교부산물 증 하나인 아세토페논을 나타내는 1694.3 cra^_1의 피크가 관찰되지 않아， 반도전 필름으로부터 절연 필름으로 가교부산물이 이행되는 것으로 확인되었다. 또한, 반도전 필름이 결합되지 않은 절연 박막 필름 (a,b)은 아크릴레이트 수 지를 나타내는 1735.6 cn ¹의 피크가 관찰되지 않은 반면 , 반도전 필름이 결합된 절 연+반도전 박막 필름 (c,d,e,f)은 아크릴레이트 수지를 나타내는 1735.6 cn ¹의 피크 가 관찰되었고, 특히 반도전 필름에 아크릴레이트 함량이 ^:상맥적으로 낮은 절연+반 도전 (SC-b) 박막 필름에 비해 반도전 필름에 아크릴레이트 함량이 상대적으로 높은 절연+반도전 (SC-a) 박막 필름에서 아크릴레이트 수지를 나타내는 1735.6 cn ¹의 피 크가 큰 것으로 확인되어 반도전 필름으로부터 절연 필름으로의 아크릴레이트 수지 의 이행이 큰 것으로 확인되었다.

2) 이종전하와공간전하 거동 및 전계왜곡도 평가 상기 제조된 절연 박막 필름， 절연+반도전 (SC-a) 박막 필름 및 절연 +반도 전 (SC-b) 박막 필름에 대해 PEA(pul sed electro acoust ic) 평가를 수행했다. 구체 적으로， 상기 필름들에 대해 실은에서 50kV/醒의 DC 전계를 1시간 동안 인가한 후 전계 인가를 중단하고 1시간 동안 단락시키는데, DC 전계를 인가한 경우와 단락시 킨 경우 LabView 프로그램을 이용하여 전하 밀도를 측정했다. 측정 결과는 도 4에 도시된 바와 같다.

또한， 시간별 전하 밀도를 나타내는 도 4의 그래프에서 전계 (Electr ic f ield)를 나타내는 적분값을 계산하고 적분값 중 최대값을 선별해 상기 수학식 1의 전계왜곡도 (FEF)를 계산했다. 시편 (a) , (c) 및 (e)에 대한 시간별 증가된 전계 측 정 결과 및 전계왜곡도 (FEF) 계산 결과는 아래 표 1에 나타난 바와 같다. 아래 표 1에 기재된 수치는 특별히 표시된 경우를 제외하고 전계값을 나타내는 kV/隱이다.

【표 1】

도 4에 도시된 바와 같이, 절연 박막 필름은 반도전 박막 필름과 결합되어 있지 않기 때문에， 상기 반도전 박막 필름의 가교시 발생한 가교부산물이 절연 박 막 필름쪽으로 아동하지 않아 이종전하 (heterocharge)가 형성되지 않고， 반도전 박 막 필름의 부틸아크릴레이트 (BA)가 절연 박막 필름쪽으로 이동하지 않기 때문에 DC 전계가 인가된 (a) 및 DC 전계 인가가 증단된 (b)에서 공간전하와 축적이 미미한 것으로 확인되었고， 이에 따라 전계왜곡도 (FEF)도 낮은 것으로 확인되었다.

반면, 도 4에 도시된 피크 (peak)의 갯수에 따라， 절연+반도전 박막 필름은 반도전 박막 필름의 가교시 발생한 가교부산물이 절연 박막 필름쪽으로 이동하여 절연 박막 필름과 반도전 박막 필름의 계면 부근에 이종전하가 형성되고， 반도전 박막 필름의 부틸아크릴레이트 (BA)가 절연 박막 필름쪽으로 이동하여 DC 전계가 인 가된 (c) (SC-a)와 (e) (SC-b) 및 DC 전계 인가가 중단된 (d) (SC-a)와 ( O (SC-b)에서 절연 박막 필름과 반도전 박막 ,필름의 계면 부근에 공간전하가 상대적으로 많이 축 적되며， 이에 따라 전계왜곡도 (FEF)도 상대적으로 높은 것으로 확인되었고， 특히 부틸아크릴레이트 (BA) 함량이 높은 절연+반도전 (SC-a) 박막 필름이 부틸아크릴레이 트 (BA) 함량이 상대적으로 낮은 절연+반도전 (SC-b) 박막 필름에 비해 공간전하가 상대적으로 더욱 많이 축적된 것으로 확인되었으며， 이에 따라 전계왜곡도 (FEF)도 상대적으로 더욱큰 것으로 확인되었다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한:실시예를 참조하여 설명하였지만， 해당 기 술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 ^명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으 S 본 발명의 특허청구범위의 구 성요소를포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims

【청구의 범위】

【청구항 1】

직류 전력 케이블로서 ,

도체；

상기 도체를 감싸는 내부 반도전층;

상기 내부 반도전층을 감싸는 절연층;

상기 절연층휼 감싸는 외부 반도전층; 및

상가 외부 반도전층을 감싸는 외피를 포함하고，

상기 내부 반도전층 또는 상기 외부 반도전층은 베이스 수지로서 올레핀과 극성 단량체의 공중합 수지 및 상기 수지 내에 분산된 전도성 입자를 포함하는 반 도전 조성물로부터 형성되며，

상기 극성 단량체의 함량은 상기 공중합 수지의 총 중량을 기준으로 18 중 량% 이하이고，

아래 수학식 1로 정의되는 상기 절연층의 전계왜곡도 (Field Enhancement Factor ; FEF)가 100 내지 150%인 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블.

L수학식 1]

FEF= (시편에서 최대로 증가된 전계 /시편에 인가된 ：전계 >100

상기 수학식 1에서,

상기 시편은 두께가 120 이고 상기 절연층을 형성하는 절연 조성물로부터 형성된 절연 필름 및 상기 절연 필름의 상부면 및 하부면에 각각 접착되고 각각의 두께가 50 이며 상기 반도전 조성물로부터 형성된 반도전 필름을 포함하는 시편 이고，

상기 시편에 인가된 전계는 상기 절연 필름에 1시간 동안 인가된 ^)kV/rnm 직 류 전계이고，

상기 시편에서 최대로 증가된 전계는 상기 절연 필름에 직류 전계가 인가되 는 1시간 동안 증가된 전계값 중 최대값이다.

【청구항 2]

제 1항에 있어서，

상기 반도전 조성물은 가교제를 추가로 포함하고，

상기 가교제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 직휴 전력 케이블.

【청구항 3】

제 1항：또는 제 2항에 있어서，

상기 극성 단량체의 함량은 1 내지 12 중량 ¾인 것을 특징으로 하는, 직류 전 력 케이블.

【청구항 4】

제 1항 또는 게 2항에 있어서,

상기 극성 단량체는 아크릴레이트 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는ᅳ 직류 전력 케이블.

【청구항 5]

제 4항에 있어서，

상기 공중합 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) , 에틸렌 메틸 아크릴레이 트 (EMA) , 에틸렌 메틸 메타크릴레이트 (EMMA) , 에틸렌 에틸 아크릴레이트 (EEA) , 에 틸렌 에틸 메타크릴레이트 (EEMA) , 에틸렌 (이소)프로필 아크릴레이트 (EPA) , 에틸렌 (이소)프로필 메타크릴레이트 (EPMA) , 에틸렌 부틸 아크릴레이트 (EBA) 및 에틸렌 부 틸 메타크릴레이트 (EBMA)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것 을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블.

【청구항 6】

제 2항에 있어서，

상기 가교제의 함량은 으 1 내지 1.5 중량부인 것을 특징으로 하는, 직류 전 력 케이블.

【청구항 7】

제 2항에 있어서,

상기 가교제는 과산화물계 가교제인 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블.

【청구항 8】

제 7항에 있어서，

상기 과산화물계 가교제는 디큐밀퍼옥사이드， 벤조일퍼옥사이드， 라우릴퍼옥 사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드， 디 (t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠， 2，5-디메 틸 -2，5-디 (t-부틸 퍼옥시)핵산 및 디 -t-부틸 퍼옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블.

【청구항 9】

제 1항 또는 제 2항에 있어세

상기 전도성 입자의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 45 내 지 70 중량부인 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블.

【청구항 10】

제 1항 또는 제 2항에 있어서，

상기 절연층은 베이스 수지로서 폴리올레핀 수지를 포함하는 절연 조성물로 부터 형성되는 것을 특징으로 하는， 직류 전력 케이블ᅳ

【청구항 11】

제 10항에 있어서，

상기 절연층은 가교 폴리에틸렌 (XLPE) 수지로부터 형성된 것을 특징으로 하 는， 직류 전력 케이블.