WO2022010244A1 - 고전압 전력 케이블 - Google Patents

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WO2022010244A1 PCT/KR2021/008612 KR2021008612W WO2022010244A1 WO 2022010244 A1 WO2022010244 A1 WO 2022010244A1 KR 2021008612 W KR2021008612 W KR 2021008612W WO 2022010244 A1 WO2022010244 A1 WO 2022010244A1
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crystallinity
insulating layer
voltage power
power cable
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조영은
손수진
신여울
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엘에스전선 주식회사
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    • Y02A30/14—Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage power cable.
  • the present invention has excellent dielectric strength such as dielectric breakdown voltage and impulse breakdown strength, and in particular, when the temperature of the cable insulator rises due to power transmission, or when a negative impulse or polarity reversal is made, the insulation characteristics can be implemented and maintained. It relates to a high-voltage power cable that can be
  • the transmission method can be largely divided into an AC transmission method and a DC transmission method.
  • the AC transmission method is a method of transmitting AC power without converting the AC power of the transmission side
  • the DC transmission method is the AC power of the transmission side first It converts power to an appropriate voltage, converts it to DC by a forward converter, and sends it to the receiving side through the transmission line.
  • the DC transmission method is advantageous for long-distance transport of large-capacity power, enables interconnection of asynchronous power systems, has low power loss and high stability, whereas the AC transmission method facilitates voltage step-up and step-down and It has the advantage of being able to easily obtain a rotating magnetic field and ensuring consistent operation.
  • the present invention has excellent dielectric strength such as breakdown voltage and impulse breakdown strength, and in particular, when the temperature of the cable insulator rises due to power transmission progressing, or when a negative impulse or polarity reversal occurs, high voltage that can implement and maintain insulation properties
  • An object of the present invention is to provide a power cable.
  • a high voltage power cable comprising: a conductor; and an insulating layer surrounding the conductor, wherein the difference between the crystallinity of the layer having the highest degree of crystallinity and the degree of crystallinity of the layer with the lowest degree of crystallinity is 10% or less when the insulating layer is divided into thirds based on the thickness of the inner layer, the middle layer, and the outer layer, High voltage power cables are provided.
  • the insulating layer includes cross-linked polyethylene (XLPE) as a base resin, and the degree of crystallinity is defined by Equation 1 below.
  • XLPE cross-linked polyethylene
  • Crystallinity (%) ⁇ H(J/g)/100% of the insulating layer specimen for each layer ⁇ H(J/g) ⁇ 100
  • ⁇ H is obtained a differential scanning calorimeter (DCS) 1st heating curve (1 st heating curve) for the temperature and rate of temperature increase 10 °C / min for 30 to 200 °C using the device to the insulation layer specimen, and the first heating It means a value obtained by integrating the endothermic peak in the temperature range of 20 to 120°C in the curve.
  • DCS differential scanning calorimeter
  • the insulating layer includes non-crosslinked polypropylene (PP) as a base resin, and the crystallinity is defined by Equation 1 below, to provide a high voltage power cable.
  • PP polypropylene
  • Crystallinity (%) ⁇ H(J/g)/100% of the insulating layer specimen for each layer ⁇ H(J/g) ⁇ 100
  • ⁇ H is obtained a differential scanning calorimeter (DCS) 1st heating curve (1 st heating curve) for the temperature and rate of temperature increase 10 °C / min for 30 to 200 °C using the device to the insulation layer specimen, and the first heating It means a value obtained by integrating the endothermic peak in the temperature range of 100 to 170°C in the curve.
  • DCS differential scanning calorimeter
  • the crystallinity of the inner layer, the middle layer and the outer layer is each independently 34 to 47%, it provides a high voltage power cable, characterized in that.
  • an inner semiconducting layer surrounding the conductor the insulating layer surrounding the inner semiconducting layer, an outer semiconducting layer surrounding the insulating layer, a shielding layer surrounding the outer semiconducting layer, and an outer shell surrounding the shielding layer
  • an inner semiconducting layer surrounding the conductor the insulating layer surrounding the inner semiconducting layer
  • an outer semiconducting layer surrounding the insulating layer a shielding layer surrounding the outer semiconducting layer
  • an outer shell surrounding the shielding layer To provide a high voltage power cable.
  • the insulating layer provides a high voltage power cable, characterized in that formed from an insulating composition comprising a polyolefin resin as a base resin.
  • the insulating layer provides a high voltage power cable, characterized in that formed from a crosslinked polyethylene (XLPE) resin.
  • XLPE crosslinked polyethylene
  • the high-voltage power cable according to the present invention has excellent dielectric strength such as breakdown voltage and impulse breakdown strength by precisely designing the crystallinity of the insulation layer in a new way, and in particular, when the temperature of the cable insulator rises due to transmission, or when the temperature of the cable insulator rises or a negative impulse Alternatively, even when the polarity is reversed, it exhibits an excellent effect that insulating properties can be implemented and maintained.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of an embodiment of a high voltage power cable according to the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional structure of another embodiment of a high voltage power cable according to the present invention.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • the high voltage power cable 100 has a center conductor 10 , an inner semiconducting layer 12 surrounding the conductor 10 , and an insulating layer surrounding the inner semiconducting layer 12 .
  • an outer semiconducting layer 16 surrounding the insulating layer 14 a shielding layer 18 surrounding the outer semiconducting layer 16 and made of a metal sheath or neutral wire for electrical shielding and return of short-circuit current, the It may include a shell 20 and the like surrounding the shielding layer 18 .
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional structure of another embodiment of a high-voltage power cable according to the present invention, and schematically shows the cross-sectional structure of the submarine cable.
  • the high voltage power cable 200 includes a conductor 10 , an inner semiconducting layer 12 , an insulating layer 14 and an outer semiconducting layer 16 according to the embodiment of FIG. 1 described above. Since it is similar to the example, a repetitive description will be omitted.
  • a sheath 32 made of a resin such as polyethylene and a bedding layer 34 are provided on the outside of the soft sheath 30 to prevent direct contact with water.
  • An iron wire sheath 40 may be provided on the bedding layer 34 .
  • the iron wire sheath 40 is provided on the outside of the cable to increase the mechanical strength to protect the cable from the external environment of the seabed.
  • a jacket 42 is provided as an exterior of the cable at the outside of the wire sheath 40, that is, at the outside of the cable.
  • the jacket 42 is provided on the outside of the cable and serves to protect the internal configuration of the cable 200 .
  • the jacket 42 has excellent weather resistance and mechanical strength to withstand a submarine environment such as seawater.
  • the jacket 42 may be made of polypropylene yarn or the like.
  • the central conductor 10 may be made of a single wire made of copper, aluminum, preferably copper, or a stranded wire in which a plurality of conductive wires are combined, and the diameter of the central conductor 10, the diameter of the strands constituting the stranded wire, etc.
  • the included standard may be different depending on the transmission voltage, use, etc. of the power cable including the same, and may be appropriately selected by a person skilled in the art.
  • the center conductor 10 is preferably made of a stranded wire having excellent flexibility rather than a single wire.
  • the inner semiconducting layer 12 is disposed between the central conductor 10 and the insulating layer 14 to eliminate an air layer causing interlayer lifting of the central conductor 10 and the insulating layer 14, and It performs functions such as alleviating phosphorus electric field concentration.
  • the outer semiconducting layer 16 performs a function of applying an equal electric field to the insulating layer 14 , mitigating local electric field concentration, and protecting the cable insulating layer from the outside.
  • conductive particles such as carbon black, carbon nanotubes, carbon nanoplates, and graphite are dispersed in a base resin, and a crosslinking agent, antioxidant, scorch inhibitor, etc. It is formed by extrusion of an additionally added semiconducting composition.
  • an olefin resin similar to the base resin of the insulating composition forming the insulating layer 14 is used as the base resin, for interlayer adhesion between the semiconducting layers 12 and 16 and the insulating layer 14.
  • an olefin resin similar to the base resin of the insulating composition forming the insulating layer 14 is used.
  • polar monomers for example, ethylene vinyl acetate (EVA), ethylene methyl acrylate (EMA), ethylene methyl methacrylate (EMMA), ethylene Ethyl acrylate (EEA), ethylene ethyl methacrylate (EEMA), ethylene (iso)propyl acrylate (EPA), ethylene (iso)propyl methacrylate (EPMA), ethylene butyl acrylate (EBA), ethylene butyl meta It is preferable to use acrylate (EBMA) or the like.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • EMA ethylene methyl acrylate
  • EMMA ethylene methyl meth
  • the crosslinking agent is a silane-based crosslinking agent, or dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, lauryl peroxide, t-butyl cumyl peroxide, di( t-butyl peroxyisopropyl) benzene, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane, or an organic peroxide-based crosslinking agent such as di-t-butyl peroxide.
  • silane-based crosslinking agent or dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, lauryl peroxide, t-butyl cumyl peroxide, di( t-butyl peroxyisopropyl) benzene, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane, or an organic peroxide-based crosslinking agent such as di-t-butyl peroxide.
  • the semiconducting composition forming the semiconducting layers 12 and 16 contains about 60 to 70% by weight of the copolymer resin of the olefin and the polar monomer based on the total weight thereof.
  • the content of the polar monomer is precisely controlled to 1 to 18% by weight, preferably 1 to 12% by weight, based on the total weight of the copolymer resin, thereby crosslinking generated during crosslinking of the semiconducting layers 12 and 16
  • By-products move into the insulating layer 14 through the interface between the semi-conductive layers 12 and 16 and the insulating layer 14, thereby accumulating heterocharges in the insulating layer 14 to generate an electric field.
  • the problem of lowering the breakdown voltage of the insulating layer 14 can be avoided or minimized by increasing the distortion of the insulating layer 14 .
  • the space charge accumulation in the insulating layer 14 is greatly accelerated, whereas when the content of the polar monomer is less than 1% by weight, the base resin and the conductive particles are separated by weight.
  • the compatibility is lowered, the extrudability of the semiconducting layers 12 and 16 is lowered, and semiconducting properties may not be realized.
  • the content of the crosslinking agent is 0.1 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base resin thereof. It can be precisely adjusted to 1.5 parts by weight.
  • the content of the cross-linking agent is more than 5 parts by weight
  • the content of the cross-linking by-products essentially generated during cross-linking of the base resin included in the semi-conductive composition is excessive, and these cross-linking by-products are mixed with the semi-conductive layers 12 and 16
  • the amount is less than 0.1 parts by weight
  • the degree of crosslinking is insufficient, and thus the mechanical properties and heat resistance of the semiconducting layers 12 and 16 may be insufficient.
  • the semiconducting composition forming the inner and outer semiconducting layers 12 and 14 contains 45 to 70 parts by weight of conductive particles such as carbon black based on 100 parts by weight of the base resin thereof. can do.
  • the content of the conductive particles is less than 45 parts by weight, sufficient semi-conductive properties cannot be realized, whereas when it exceeds 70 parts by weight, the extrudability of the inner and outer semi-conductive layers 12 and 14 is lowered, so that the surface properties are lowered or the cable There is a problem that productivity is lowered.
  • the thickness of the inner and outer semiconducting layers 12 and 16 may be different depending on the transmission voltage of the cable. For example, in the case of a 345 kV power cable, the thickness of the inner semiconducting layer 12 is 1.0 to 2.5 mm. The thickness of the outer semiconducting layer 16 may be 1.0 to 2.5 mm.
  • the insulating layer 14 may be, for example, a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene as a base resin, and may preferably be formed by extrusion of an insulating composition including a polyethylene resin.
  • the polyethylene resin may be ultra low density polyethylene (ULDPE), low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), or a combination thereof.
  • the polyethylene resin may be a homopolymer, a random or block copolymer of ethylene and an ⁇ -olefin such as propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, and 1-octene, or a combination thereof.
  • the insulating composition forming the insulating layer 14 may or may not contain a crosslinking agent depending on the base resin. It can be made of cross-linked polyolefin (XLPO), preferably cross-linked polyethylene (XLPE) by the process.
  • the insulating composition may further include other additives such as antioxidants, extrudability improvers, and crosslinking aids.
  • the crosslinking agent included in the insulating composition may be the same as the crosslinking agent included in the semiconducting composition.
  • a silane-based crosslinking agent or dicumyl peroxide for example, depending on the crosslinking method of the polyolefin, a silane-based crosslinking agent or dicumyl peroxide, benzoyl peroxide, lauryl peroxide , t-butyl cumyl peroxide, di(t-butyl peroxyisopropyl)benzene, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane, di-t-butyl peroxide It may be a peroxide-based crosslinking agent.
  • the crosslinking agent included in the insulating composition may be included in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin.
  • the insulating layer 14 includes the insulating layer 14 and the semiconducting layers 12 and 16 through precise control of the polar monomer content and the crosslinking agent content of the base resin included in the semiconducting layers 12 and 16 in contact therewith. Since it is possible to suppress the generation of heterocharge at the interface of the , and reduce the accumulation of space charges, it does not contain inorganic particles such as magnesium oxide for space charge reduction or the content of the inorganic particles can be greatly reduced. , it is possible to suppress a decrease in extrudability and a decrease in impulse strength of the insulating layer 14 due to the inorganic particles.
  • the thickness of the insulating layer 14 may be different depending on the transmission voltage of the power cable. For example, in the case of a 345 kV power cable, the thickness of the insulating layer 14 may be 23.0 to 31.0 mm.
  • extrusion, crosslinking, and cooling processes for forming the cable insulation layer are carried out in consideration of process time, crosslinking efficiency, etc. without considering the uniformity of the crystallinity of the insulation layer. Therefore, the present inventor recognized that the crystallinity deviation of the insulating layer may occur in the existing insulating layer process, and as a result of the experiment, the cause of the degradation of the dielectric strength such as the breakdown voltage and the impulse breakdown strength of the insulating layer 14, especially the power transmission When the temperature of the cable insulator increases as this progresses, or when a negative impulse or polarity reversal occurs, the cause of the deterioration of the insulating properties is the non-uniform crystallinity inside the insulating layer.
  • the present invention was completed by experimentally confirming that insulation properties are realized even when the cable is operated when the crystallinity difference is 10% or less and the insulation properties are not easily deteriorated.
  • the crystallinity of each of the inner layer, the middle layer, and the outer layer may be independently 34 to 47%.
  • the crystallinity of each layer of the insulating layer 14 can be measured using a differential scanning calorimeter (DSC) device.
  • the inner layer of the insulating layer using a differential scanning calorimeter (DCS) device at a temperature of 30 to 200°C and a temperature increase rate of 10°C/min.
  • DCS differential scanning calorimeter
  • Crystallinity (%) ⁇ H(J/g)/100% of the insulating layer specimen for each layer ⁇ H(J/g) ⁇ 100
  • ⁇ H of the 100% crystallized insulating specimen may be 293 J/g.
  • the insulating layer 14 contains non-crosslinked polypropylene (PP) as a base resin
  • the insulating layer is formed at a temperature of 30 to 200°C and a temperature increase rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter (DCS) device.
  • DCS differential scanning calorimeter
  • the crystallinity when the crystallinity is measured, several specimens may be prepared from each of the inner, middle, and outer layers of the cable insulation layer, and the average value of the plurality of specimens may be determined as the crystallinity of each layer. For example, based on the cross-section of the inner layer, one or more specimens may be manufactured at a region close to the conductor, a region close to the middle layer, and an intermediate point, respectively.
  • the insulating layer 14 is formed through extrusion->crosslinking->cooling of the insulating composition, and control of the crystallinity for each layer is performed by adjusting the type and content of the base resin and crosslinking agent of the insulating composition, and extrusion/crosslinking/cooling. It can be carried out by controlling the speed of the beam, the temperature and time conditions for each section in the crosslinking zone during crosslinking, and the temperature and time for each section in the cooling zone during cooling.
  • the crosslinking time and cooling time in the crosslinking zone and cooling zone will increase, thereby lowering the crosslinking temperature during crosslinking, resulting in sufficient crosslinking under sufficient temperature and time conditions.
  • the overall degree of crystallinity can be increased by slowly cooling the insulating layer 14 by lowering the temperature difference between the end of the cross-linking region and the introduction of the cooling region as much as possible.
  • the temperature difference between the end portion of the cross-linking region and the introduction portion of the cooling region is reduced as much as possible, and the insulating layer 14 is cooled by slow cooling, thereby increasing the overall crystallinity.
  • the degree of crystallinity can be controlled.
  • the jacket layer 20 may include polyethylene, polyvinyl chloride, polyurethane, etc., for example, is preferably made of polyethylene resin, and is a layer disposed at the outermost part of the cable, so considering the mechanical strength, high density It is more preferably made of polyethylene (HDPE) resin.
  • the jacket layer 20 may include a small amount, for example, 2 to 3% by weight of an additive such as carbon black, in order to implement the color of the power cable, for example, a thickness of 0.1 to 8 mm can have
  • An XLPE cable specimen having a conductor 400 SQ, an insulating layer thickness of 4 mm, and an inner/outer semiconducting layer thickness of 1 mm each was prepared.
  • the crystallinity of each layer was controlled as shown in Table 1 below by controlling the temperature and beam speed for each section during crosslinking/cooling of the cross-linked polyethylene (XLPE) insulating layer.
  • 9 specimens are prepared from each of the inner, middle, and outer layers of the insulation layer of the XLPE cable specimen, the crystallinity of the nine specimens is calculated according to Equation 1, and the average of the crystallinity of the nine specimens is calculated as the value of each layer. The degree of crystallinity was determined.
  • the inner layer three specimens were prepared at a region close to the conductor, a region close to the middle layer, and an intermediate point based on the cross-section of the inner layer, respectively, and then the average crystallinity value of the nine specimens was determined as the crystallinity of the inner layer.
  • the crystallinity of the middle layer and the outer layer was measured in the same way as the inner layer.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Outer layer crystallinity 41 42 41 42 Interlayer crystallinity 43 44 44 43 inner layer crystallinity 38 36 34 32 Crystallinity Deviation (Max.-Min.) 5% 8% 10% 11%
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Weibull breakdown voltage (63.2%, kV) 395.4 366.3 297.7 211.1 Weibull shape parameters 13.68 11.98 17.09 9.204
  • the crystallinity deviation which is the difference between the crystallinity of the layer with the highest degree of crystallinity and the degree of crystallinity of the layer with the lowest degree of crystallinity among the outer layer, the middle layer, and the inner layer of the insulating layer, is 10% or less
  • the cable specimens of Examples 1 to 3 are On the other hand, it was confirmed that the cable specimen of Comparative Example 1, which exhibited a Weibull breakdown voltage of about 300 kV (63.2% average value), and a crystallinity deviation of 11% exceeding 10%, rapidly decreased the Weibull breakdown voltage (63.2% average value).
  • the shape parameter that is the slope of the distribution line of the Weibull breakdown voltage of Examples 1 to 3 is the shape parameter of the Weibull breakdown voltage of Comparative Example 1 Since it is relatively large and uniformly distributed close to vertical, it can be seen that the cables of Examples 1 to 3 have a stable and uniform breakdown voltage.
  • the Weibull breakdown voltage error range of Examples 1 to 3 also has overlapping regions, so the difference cannot be regarded as a meaningful difference, but the Weibull breakdown voltage error range of Comparative Example 1 is the Weibull breakdown voltage error range of Examples 1 to 3 Since it does not overlap with the breakdown voltage error range, the cable of Comparative Example 1, in which the crystallinity difference for each layer of the insulating layer exceeds 10%, shows a meaningful difference from the cables of Examples 1 to 3 in terms of breakdown voltage became

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Abstract

본 발명은 고전압 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 절연파괴전압 및 임펄스 파괴강도 등 절연 내력이 우수하고, 특히 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에도 절연 특성이 구현 및 유지될 수 있는 고전압 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

고전압 전력 케이블
본 발명은 고전압 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 절연파괴전압 및 임펄스 파괴강도 등 절연 내력이 우수하고, 특히 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에도 절연 특성이 구현 및 유지될 수 있는 고전압 전력 케이블에 관한 것이다.
일반적으로 대용량과 장거리 송전이 요망되는 대형 전력계통에서는 전력손실의 감소, 건설용지 문제, 송전용량 증대 등의 관점에서 송전전압을 높이는 고전압송전이 필수적이라 할 수 있다.
송전방식은 크게 교류송전방식과 직류송전방식으로 구분될 수 있으며, 구체적으로, 상기 교류송전방식은 송전 쪽의 교류전력을 변환하지 않고 송전하는 방식인 반면, 상기 직류송전방식은 먼저 송전 쪽의 교류전력을 적당한 전압으로 바꾸고 순변환장치에 의해 직류로 변환한 뒤 송전선로를 통해 수전 쪽으로 보내면, 수전 쪽에서는 역변환장치에 의해 직류전력을 다시 교류전력으로 변환하는 방식이다.
특히, 상기 직류전송방식은 대용량의 전력을 장거리 수송하는데 유리하고 비동기 전력계통의 상호 연계가 가능하며 전력 손실이 적고 안정도가 높은 장점이 있는 반면, 상기 교류전송방식은 전압의 승압 및 강압이 용이하고 회전 자계를 쉽게 얻을 수 있으며 일관된 운용을 기할 수 있다는 장점이 있다.
그런데, 이러한 교류송전방식 및 직류송전방식은 모두 고전압 송전 케이블을 이용하여 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에 최초 설계된 절연 파괴전압보다 낮은 전압에서 절연 파괴가 일어나는 등 상기 절연체의 절연 특성이 현저하게 저하되는 현상을 보이는 문제점이 있고, 이는 다양한 원인으로 발생할 수 있으며, 아직 밝혀지지 않은 이유도 있다.
따라서, 절연파괴전압 및 임펄스 파괴강도 등 절연 내력이 우수하고, 특히 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에도 절연 특성이 구현 및 유지될 수 있는 고전압 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 절연파괴전압 및 임펄스 파괴강도 등 절연 내력이 우수하고, 특히 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에도 절연 특성이 구현 및 유지될 수 있는 고전압 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
고전압 전력 케이블로서, 도체; 및 상기 도체를 감싸는 절연층을 포함하고, 상기 절연층을 두께 기준으로 내층, 중층 및 외층으로 3등분할 때 결정화도가 가장 큰 층의 결정화도와 결정화도가 가장 낮은 층의 결정화도의 차이가 10% 이하인, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 절연층은 베이스 수지로서 가교 폴리에틸렌(XLPE)을 포함하고, 상기 결정화도는 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
[수학식 1]
결정화도(%)={층별 절연층 시편의 △H(J/g)/100% 결정화된 절연 시편의 △H(J/g)}×100
상기 수학식 1에서,
△H는 시차주사열량계(DCS) 장비를 이용하여 30 내지 200℃의 온도 및 승온속도 10℃/min 조건으로 절연층 시편에 대한 1차 가열곡선(1st heating curve)을 획득하고 상기 1차 가열곡선에서 20 내지 120℃의 온도구간에서의 흡열 피크를 적분한 값을 의미한다.
한편, 상기 절연층은 베이스 수지로서 비가교 폴리프로필렌(PP)을 포함하고, 상기 결정화도는 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
[수학식 1]
결정화도(%)={층별 절연층 시편의 △H(J/g)/100% 결정화된 절연 시편의 △H(J/g)}×100
상기 수학식 1에서,
△H는 시차주사열량계(DCS) 장비를 이용하여 30 내지 200℃의 온도 및 승온속도 10℃/min 조건으로 절연층 시편에 대한 1차 가열곡선(1st heating curve)을 획득하고 상기 1차 가열곡선에서 100 내지 170℃의 온도구간에서의 흡열 피크를 적분한 값을 의미한다.
여기서, 상기 내층, 상기 중층 및 상기 외층의 결정화도는 각각 독립적으로 34 내지 47%인 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 상기 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 차폐층, 및 상기 차폐층을 감싸는 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 절연층은 베이스 수지로서 폴리올레핀 수지를 포함하는 절연 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 절연층은 가교 폴리에틸렌(XLPE) 수지로부터 형성된 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 고전압 전력 케이블은 새로운 방식으로 절연층의 결정화도를 정밀하게 설계함으로써 절연파괴전압 및 임펄스 파괴강도 등 절연 내력이 우수하고, 특히 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에도 절연 특성이 구현 및 유지될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 절연층의 층별 결정화도를 측정하기 위해 시차주사열량계(DSC)를 통해 수득한 그래프를 도시한 것이다.
도 4는 실시예 및 비교예 케이블의 Weibull 파괴전압 분포를 도시한 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블(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 고전압 전력 케이블의 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것으로서, 해저케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블(200)은 도체(10), 내부 반도전층(12), 절연층(14) 및 외부 반도전층(16)은 전술한 도 1의 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.
상기 외부 반도전층(16)의 외부에는 외부의 물과 같은 이물질이 침입하게 되면 절연층(14)의 절연성능이 저하되므로 이를 방지하기 위하여 납(lead)으로 된 금속시스(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 안되도록 베딩층(34)을 구비한다. 상기 베딩층(34)의 위에는 철선외장(40)을 구비할 수 있다. 상기 철선외장(40)은 상기 케이블의 외곽에 구비되어 해저의 외부환경으로부터 케이블을 보호하도록 기계적 강도를 높이는 역할을 하게 된다.
상기 철선외장(40)의 외곽, 즉 케이블의 외곽에는 케이블의 외장으로서 자켓(42)을 구비하게 된다. 자켓(42)은 케이블의 외곽에 구비되어 케이블(200)의 내부 구성을 보호하는 역할을 하게 된다. 특히, 해저케이블의 경우에 자켓(42)은 해수 등과 같은 해저환경에 견딜 수 있는 내후성 및 기계적 강도가 우수한 성질을 갖게 된다. 예를 들어, 상기 자켓(42)은 폴리프로필렌 얀(polypropylene yarn) 등으로 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 전력 케이블의 송전압, 용도 등에 따라 상이할 수 있고, 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 고전압 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 배치되어 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 걸리도록 하는 기능, 국부적인 전계집중 완화 및 외부로부터 케이블 절연층을 보호하는 기능을 수행한다.
통상, 상기 내부 반도전층(12) 및 외부 반도전층(16)은 베이스 수지에 카본블랙, 카본나뉴튜브, 카본나노플레이트, 그라파이트 등의 전도성 입자가 분산되어 있고, 가교제, 산화방지제, 스코치 억제제 등이 추가로 첨가된 반도전 조성물의 압출에 의해 형성된다.
여기서, 상기 베이스 수지는 상기 반도전층(12,16)과 상기 절연층(14)의 층간 접착력을 위해 상기 절연층(14)을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지와 유사한 계열의 올레핀 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 전도성 입자와의 상용성을 고려하여 올레핀과 극성 단량체, 예를 들어 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌 메틸 메타크릴레이트(EMMA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌 에틸 메타크릴레이트(EEMA), 에틸렌 (이소)프로필 아크릴레이트(EPA), 에틸렌 (이소)프로필 메타크릴레이트(EPMA), 에틸렌 부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌 부틸 메타크릴레이트(EBMA) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가교제는 상기 반도전층(12,16)에 포함된 베이스 수지의 가교방식에 따라 실란계 가교제, 또는 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블에서, 상기 반도전층(12,16)을 형성하는 반도전 조성물은 이의 총 중량을 기준으로 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 중량%, 바람직하게는 1 내지 12 중량%로 정밀하게 조절됨으로써, 상기 반도전층(12,16)의 가교시 생성되는 가교부산물이 상기 반도전층(12,16)과 상기 절연층(14)의 계면을 통해 상기 절연층(14) 내부로 이동하고, 이로써 상기 절연층(14) 내부에 이종전하(heterocharge)를 축적시켜 전계의 왜곡을 가중시킴으로써 상기 절연층(14)의 절연파괴 전압을 저하시키는 문제를 회피하거나 최소화할 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 중량% 미만인 경우 상기 베이스 수지와 상기 전도성 입자와의 상용성이 저하되어 상기 반도전층(12,16)의 압출성이 저하되고 반도전 특성이 구현되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블에서, 상기 반도전층(12,16)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 있다.
여기서, 상기 가교제의 함량이 5 중량부 초과인 경우 상기 반도전 조성물에 포함된 베이스 수지의 가교시 필수적으로 생성되는 가교부산물의 함량이 과다하고, 이러한 가교부산물이 상기 반도전층(12,16)과 상기 절연층(14) 사이의 계면을 통해 상기 절연층(14) 내부로 이동하여 이종전하(heterocharge)를 축적시킴으로써 전계의 왜곡을 가중시켜 상기 절연층(14)의 절연파괴 전압을 저하시키는 문제를 유발할 수 있는 반면, 0.1 중량부 미만인 경우 가교도가 불충분하여 상기 반도전층(12,16)의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 고전압 전력 케이블에서, 상기 내부 및 외부 반도전층(12,14)을 형성하는 반도전 조성물은 이의 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 카본블랙 등의 전도성 입자를 45 내지 70 중량부로 포함할 수 있다. 상기 전도성 입자의 함량이 45 중량부 미만인 경우 충분한 반도전 특성이 구현될 수 없는 반면, 70 중량부 초과시 상기 내부 및 외부 반도전층(12,14)의 압출성이 저하되어 표면특성이 저하되거나 케이블의 생산성이 저하되는 문제가 있다.
상기 내부 및 외부 반도전층(12,16)의 두께는 케이블의 송전압에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 345kV 전력 케이블의 경우, 상기 내부 반도전층(12)의 두께는 1.0 내지 2.5 mm일 수 있고, 상기 외부 반도전층(16)의 두께는 1.0 내지 2.5 mm일 수 있다.
상기 절연층(14)은 예를 들어 베이스 수지로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지일 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 절연 조성물의 압출에 의해 형성될 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지는 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌 수지는 단독중합체, 에틸렌과 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 랜덤 또는 블록 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 절연층(14)을 형성하는 절연 조성물은 베이스 수지에 따라 가교제를 포함하거나 가교제를 포함하지 않을 수 있고, 가교제를 포함하는 경우 상기 절연층(14)은 압출시 또는 압출 후 별도의 가교 공정에 의해 가교 폴리올레핀(XLPO), 바람직하게는 가교 폴리에틸렌(XLPE)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 절연 조성물은 산화방지제, 압출성향상제, 가교조제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 절연 조성물에 포함되는 가교제는 상기 반도전 조성물에 포함되는 가교제와 동일할 수 있고, 예를 들어, 상기 폴리올레핀의 가교방식에 따라 실란계 가교제, 또는 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제일 수 있다. 여기서, 상기 절연 조성물에 포하되는 가교제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 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) 생성을 억제하고 공간전하의 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 임펄스 강도 저하를 억제할 수 있다.
상기 절연층(14)의 두께는 전력 케이블의 송전압에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 345kV 전력 케이블의 경우, 상기 절연층(14)의 두께는 23.0 내지 31.0 mm일 수 있다.
일반적으로 케이블 절연층을 형성하는 압출, 가교 및 냉각 공정은 절연층의 결정화도의 균일성 측면을 고려하지 않고 공정 시간, 가교 효율 등을 고려하여 진행된다. 따라서, 본 발명자는 기존 절연층 공정에서 절연층의 결정화도 편차가 발생할 수 있음을 인지하고 실험한 결과, 상기 절연층(14)의 절연파괴전압 및 임펄스 파괴강도 등 절연 내력이 저하되는 원인, 특히 송전이 진행되어 케이블 절연체의 온도가 상승할 때나 부극성 임펄스 또는 극성 반전이 이루어진 경우에 절연 특성이 저하되는 원인이 절연층 내부의 결정화도 불균일이며, 특히, 절연층(14)의 두께를 내층, 중층 및 외층으로 3등분할 때 각각의 층간 결정화도 편차가 클수록 절연 특성이 쉽게 저하됨을 확인하였고, 상기 절연층(14)의 두께를 내층, 중층 및 외층으로 3등분할 때 결정화도가 최대인 층과 최소인 층의 결정화도 차이가 10% 이하일 때 케이블 운용시에도 절연 특성이 구현되며 절연 특성이 쉽게 저하되지 않고 유지됨을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
예를 들어, 상기 절연층(14)을 3등분 했을 때, 내층, 중층 및 외층 각각의 결정화도는 독립적으로 34 내지 47%일 수 있다. 여기서, 상기 절연층(14)의 층별 결정화도는 시차주사열량계(DSC) 장비를 이용해 측정 가능하다.
구체적으로, 상기 절연층(14)이 베이스 수지로서 가교폴리에틸렌(XLPE)을 포함하는 경우 시차주사열량계(DCS) 장비를 이용해 30 내지 200℃의 온도 및 승온속도 10℃/min 조건으로 절연층의 내층, 중층 및 외층 각각의 시편에 대한 도 3에 도시된 바와 같은 1차 가열곡선(1st heating curve)을 획득하고 20 내지 120℃의 온도구간에서의 흡열 피크의 적분값(△H)을 구한 후 하기 수학식 1에 따라 층별 결정화도를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
결정화도(%)={층별 절연층 시편의 △H(J/g)/100% 결정화된 절연 시편의 △H(J/g)}×100
여기서, XLPE의 결정화도를 구할 경우, 상기 100% 결정화된 절연 시편의 △H 는 293 J/g일 수 있다.
또한, 상기 절연층(14)이 베이스 수지로서 비가교 폴리프로필렌(PP)을 포함하는 경우 시차주사열량계(DCS) 장비를 이용해 30 내지 200℃의 온도 및 승온속도 10℃/min 조건으로 절연층의 내층, 중층 및 외층 각각의 시편에 대한 1차 가열곡선(1st heating curve)을 획득하고 100 내지 170℃의 온도구간에서의 흡열 피크의 적분값(△H)을 구한 후 상기 수학식 1에 따라 층별 결정화도를 계산할 수 있다. 여기서, 비가교 폴리프로필렌의 결정화도를 구할 경우, 상기 100% 결정화된 절연 시편의 △H 는 207 J/g일 수 있다.
한편, 결정화도를 측정할 경우, 케이블 절연층의 내층, 중층 및 외층 각각으로부터 여러 개의 시편을 제조할 수 있고, 여러 개의 시편의 평균한 값을 각 층의 결정화도로 결정할 수 있다. 예를 들어, 내층의 횡단면 기준으로 도체에 가까운 부위, 중층에 가까운 부위 및 중간 지점에서 각각 시편을 하나 이상 제조할 수 있다.
또한, 상기 절연층(14)은 절연 조성물의 압출->가교->냉각을 통해 형성되고, 층별 결정화도의 조절은 절연 조성물의 베이스 수지, 가교제 등의 종류 및 함량의 조절 그리고 압출/가교/냉각시 선속, 가교시 가교영역에서 구간별 온도 및 시간 조건, 냉각시 냉각영역에서 구간별 온도 및 시간 등의 조절에 의해 수행할 수 있다.
예를 들어, 압출/가교/냉각시 선속을 낮추면 가교영역 및 냉각영역에서의 가교시간 및 냉각시간이 증가하게 되고, 이로써 가교시 가교온도를 낮출 수 있어, 결과적으로 충분한 온도 및 시간 조건하에서 충분한 가교를 구현하는 동시에 가교영역 말단부와 냉각영역 도입부의 온도 차이를 최대한 낮추어 절연층(14)을 서냉으로 냉각함으로써 전제적인 결정화도를 높일 수 있다.
또한, 이와 달리 가교 시 가교영역에서의 구간별 온도를 제어함으로써 가교영역 말단부와 냉각영역 도입부의 온도 차이를 최대한 낮추어 절연층(14)을 서냉으로 냉각함으로써 전체적인 결정화도를 높일 수 있다.
추가로 내층, 중층 및 외층 각각의 배치에 따른 상황 및 거동, 즉 도체와 가장 인접한 내층, 내층과 외층 사이에서 가장 안정적으로 거동하는 중층, 외부에 노출되는 외층의 상황 및 이에 따른 거동을 고려함으로써 층별 결정화도를 조절할 수 있다.
상기 자켓층(20)은 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄 등을 포함할 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 전력 케이블의 색상을 구현하기 위해 카본 블랙 등의 첨가제를 소량, 예를 들어, 2 내지 3 중량% 포함할 수 있고, 예를 들어 0.1 내지 8 mm의 두께를 가질 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
도체 400 SQ, 절연층 두께 4 mm, 내부/외부 반도전층 두께 각 1mm인 XLPE 케이블 시편을 제조했다. 여기서, 가교폴리에틸렌(XLPE) 절연층 가교/냉각시 구간별 온도 및 선속 조절을 통해 층별 결정화도를 아래 표 1에 기재된 바와 같이 조절했다. 한편, XLPE 케이블 시편의 절연층의 내층, 중층 및 외층 각각으로부터 9개의 시편을 제조하고, 9개의 시편의 결정화도를 수학식 1에 따라 계산하고, 9개의 시편의 결정화도를 평균한 값을 각 층의 결정화도로 결정하였다. 예를 들어, 내층의 경우, 내층의 횡단면 기준으로 도체에 가까운 부위, 중층에 가까운 부위 및 중간 지점에서 각각 3개의 시편을 제조한 뒤, 9개의 시편의 결정화도 평균 값을 내층의 결정화도로 결정하였다. 중층 및 외층도 내층과 동일한 방법으로 결정화도를 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
외층 결정화도 41 42 41 42
중층 결정화도 43 44 44 43
내층 결정화도 38 36 34 32
결정화도 편차(Max.-Min.) 5% 8% 10% 11%
2. 교류 절연파괴전압 평가
실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 대해 Weibull 분석에 의한 파괴 전압을 측정했고, 측정 결과는 아래 표 2 및 도 4에 기재된 바와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
Weibull 파괴 전압
(63.2%, kV)		 395.4 366.3 297.7 211.1
Weibull 형상 모수 13.68 11.98 17.09 9.204
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 절연층의 외층, 중층 및 내층 중 결정화도가 가장 높은 층의 결정화도와 결정화도가 가장 낮은 층의 결정화도의 차이인 결정화도 편차가 10% 이하인 실시예 1 내지 3의 케이블 시편은 약 300 kV 수준의 Weibull 파괴 전압(63.2% 평균값)을 나타내는 반면, 결정화도 편차가 10%를 초과하는 11%인 비교예 1의 케이블 시편은 Weibull 파괴 전압(63.2% 평균값)이 급격히 저하되는 것으로 확인되었다.또한, 도 4에 도시된 바와 같이, Weibull 파괴 전압 분포(신뢰도 95%)에 있어서, 실시예 1 내지 3의 Weibull 파괴 전압의 분포선 기울기인 형상 모수가 비교예 1의 Weibull 파괴 전압의 형상 모수에 비해 상대적으로 크기 때문에 수직에 가깝게 균일하게 분포하므로, 실시예 1 내지 3의 케이블은 절연파괴전압이 안정적이고 균일하게 구현됨을 확인할 수 있다.
나아가, 실시예 1 내지 3 각각의 Weibull 파괴 전압 오차 범위 역시 서로 중복되는 영역이 존재하여 그 차이가 의미 있는 차이라 볼 수 없지만, 비교예 1의 Weibull 파괴 전압 오차 범위는 실시예 1 내지 3의 Weibull 파괴 전압 오차 범위와 전혀 중복되지 않기 때문에, 절연층의 층별 결정화도 차이가 10%를 초과하는 비교예 1의 케이블은 절연파괴 전압의 관점에서 실시예 1 내지 3의 케이블과 의미있는 차이를 보이는 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (5)

  1. 고전압 전력 케이블로서,
    도체; 및
    상기 도체를 감싸는 절연층을 포함하고,
    상기 절연층을 두께 기준으로 내층, 중층 및 외층으로 3등분 할 때 결정화도가 가장 큰 층의 결정화도와 결정화도가 가장 낮은 층의 결정화도의 차이가 10% 이하인, 고전압 전력 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 베이스 수지로서 가교 폴리에틸렌(XLPE)을 포함하고,
    상기 결정화도는 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블.
    [수학식 1]
    결정화도(%)={층별 절연층 시편의 △H(J/g)/100% 결정화된 절연 시편의 △H(J/g)}×100
    상기 수학식 1에서,
    △H는 시차주사열량계(DCS) 장비를 이용하여 30 내지 200℃의 온도 및 승온속도 10℃/min 조건으로 절연층 시편에 대한 1차 가열곡선(1st heating curve)을 획득하고 상기 1차 가열곡선에서 20 내지 120℃의 온도구간에서의 흡열 피크를 적분한 값을 의미한다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 베이스 수지로서 비가교 폴리프로필렌(PP)을 포함하고,
    상기 결정화도는 아래 수학식 1로 정의되는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블.
    [수학식 1]
    결정화도(%)={층별 절연층 시편의 △H(J/g)/100% 결정화된 절연 시편의 △H(J/g)}×100
    상기 수학식 1에서,
    △H는 시차주사열량계(DCS) 장비를 이용하여 30 내지 200℃의 온도 및 승온속도 10℃/min 조건으로 절연층 시편에 대한 1차 가열곡선(1st heating curve)을 획득하고 상기 1차 가열곡선에서 100 내지 170℃의 온도구간에서의 흡열 피크를 적분한 값을 의미한다.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 내층, 상기 중층 및 상기 외층의 결정화도는 각각 독립적으로 34 내지 47%인 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 상기 절연층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 차폐층, 및 상기 차폐층을 감싸는 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고전압 전력 케이블.
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