KR101968799B1

KR101968799B1 - 난연성 및 내수성을 갖는 전력 케이블

Info

Publication number: KR101968799B1
Application number: KR1020150172969A
Authority: KR
Inventors: 박도현; 김형준; 권중지; 유익현
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2019-04-15
Anticipated expiration: 2035-12-07
Also published as: KR20170012003A; KR20170012858A; KR20170012167A; KR20170012002A

Abstract

본 발명은 난연성 및 내수성을 갖는 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 난연성 및 내수성이 우수한 시스층을 보유함으로써, 수분에 노출된 환경에서도 절연층의 절연 성능이 저하되지 않고 수트리에 의한 누설전류, 절연파괴 등의 문제를 회피하거나 최소화할 수 있어 수명이 연장될 수 있는 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

난연성 및 내수성을 갖는 전력 케이블{Power cable having fire retardant and water resistance}

도 1은 일반 전기 공작물 또는 전기기기의 배선, 옥내배선 등의 용도로 사용되고 있는 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같은 옥내배선 등의 용도로 사용되는 저전압 케이블은 도체(100'), 상기 도체(100')를 감싸는 절연층(200'), 상기 절연층(200')을 보호하기 위해 이를 감싸는 시스층(300') 등을 포함할 수 있다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같은 중전압 케이블은 절연층(200')과 시스층(300') 사이에 배치되고 도체(100')에 흐르는 전류에 의해 형성되는 전자파를 차폐하는 금속차폐층(400')을 추가로 포함할 수 있다.

수중 환경 등 수분에 노출될 수 있는 환경에서 사용되는 케이블은 상기 절연층(200')에 수분이 침투함으로써 절연 성능이 저하되거나, 수트리, 즉 절연층(200')에 침투한 수분이 이온화되고 이러한 이온에 교번전계가 가해져 진동함으로써 절연층(200')에 틈이 생성되고 그 틈을 통해서 수분이 스며들어 도체(100')에 까지 수분이 침투하는 현상에 의해 누설전류, 절연파괴 등이 유발될 수 있다.

또한, 케이블의 시스층(300')이 수분을 흡습함으로써, 수분 침투에 의한 금속차폐층(400')의 부식에 의한 손상, 편단접지된 금속차폐층(400')의 오픈단에서의 유기전압 상승시 인체 접촉 감전 사고 또는 단선 사고 등이 유발될 수 있다.

따라서, 수분 침투에 의한 절연층(200')의 절연 성능 저하, 누설전류, 절연파괴, 금속차폐층(400')의 부식 등으로부터 케이블을 보호하기 위해 케이블을 구성하는 상기 시스층(300')의 내수성을 향상시키기 위한 연구개발이 진행되고 있다.

한편, 상기 케이블의 유연성, 작업성, 시스층의 가공성 등의 확보를 위해 상기 시스층(300')을 형성하는 시스용 조성물에 가소제를 첨가하는 경우 이러한 가소제는 침투한 물에 의해 추출되거나 가수분해되어 케이블의 전기적 특성을 저해하는 문제점을 유발할 수 있다.

또한, 상기 시스층(300')은 난연성 확보를 위해 다량의 난연제를 포함하는 시스용 조성물에 의해 형성될 수 있으나, 상기 난연제가 친수성을 띄는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 금속 수산화물인 경우 상기 시스층(300')의 내수성이 저하될 수 있는 반면, 내수성 저하를 억제하기 위해 난연제의 함량을 감축시키는 경우 상기 시스층(300')의 난연성이 저하될 수 있다.

종래 케이블의 내수성을 향상시키기 위해 차수층으로서 금속 박막이나 수밀 테이프 등을 사용한 예가 있으나 편리성과 경제성 등을 고려할 때 구조적으로 자재를 더 도입하는 것은 바람직하지 않다.

이러한 상황에서, 난연성 및 내수성이 우수한 시스층을 보유함으로써, 수분에 노출된 환경에서도 절연층의 절연 성능이 저하되지 않고 수트리에 의한 누설전류, 절연파괴 등의 문제를 회피하거나 최소화할 수 있어 수명이 연장될 수 있는 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 난연성 및 내수성이 동시에 우수한 시스층을 보유하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 시스층을 포함하는 전력 케이블로서, 상기 시스층은 폴리염화비닐 수지, 가소제 및 무기 첨가제를 포함하는 시스용 조성물로부터 형성되고, 상기 시스층의 아래 수학식 2의 수분흡습량이 1.5 mg/cm² 이하인, 전력 케이블을 제공한다.
[수학식 2]
수분흡습량(mg/cm²) = (시스층 시편을 70℃의 물속에 24시간 동안 보관한 후 측정한 질량 - 시스층 시편의 초기 질량)/시스층 시편의 표면적
여기서, 상기 시스용 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 폴리염화비닐 수지의 함량은 40 내지 65 중량%, 상기 가소제의 함량은 5 내지 30 중량%, 및 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 35 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 절연층과 상기 시스층 사이에 금속차폐층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 시스층의 상기 수학식 2의 수분흡습량이 1.0 mg/cm² 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 무기 첨가제는 난연제, 클레이 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 하이드로마그네사이트, 수산화탄산마그네슘 및 하이드로탈사이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 수산화물을 포함하고, 상기 금속 수산화물은 표면이 실란에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 클레이는 실란으로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 시스층을 포함하는 전력 케이블로서, 상기 시스층은 폴리염화비닐 수지, 가소제 및 무기 첨가제를 포함하는 시스용 조성물로부터 형성되고, 상기 시스층은 아래 a) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
a) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 시편 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 시편에 400 내지 600V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정하고, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편에 400 내지 600 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정함으로써 계산한 침수에 의한 열화 전후의 절연저항 감소율이 90% 이하.
여기서, 상기 시스용 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 폴리염화비닐 수지의 함량은 40 내지 65 중량%, 상기 가소제의 함량은 5 내지 30 중량%, 및 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 35 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 시스층은 아래 b) 또는 c) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
b) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 시편 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ가 15% 미만; 및
c) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 시편 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 시편에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정함으로써 계산한 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 증가율이 25% 이하.
그리고, 상기 시스층은 아래 d) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
d) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편의 일면에 고압 전극을 연결하고 상기 일면과 마주보는 반대쪽 타면에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 시편에 400 내지 600 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 체적저항을 측정하고, 상기 케이블 시스층 시편을 40 내지 50℃의 물에 1 내지 4시간 동안 침지시키고 상기 케이블 시스층 시편에 400 내지 600 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 체적저항을 측정함으로써 계산한 침수에 의한 열화 전후의 체적저항의 감소율이 40% 이하.
나아가, 상기 시스층은 아래 e) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
e) 챔버 내에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편이 고정되고 상기 시편에서 서로 마주보는 2개의 표면 각각이 서로 격리된 제1,2 공간에 각각 배치되며 제1 공간에는 수증기가 순환하고 제2 공간에는 상대습도가 일정하게 조절된 가스가 주입되는 시스템을 이용하여, 2시간 동안 상기 시스템을 운용하면서, 상기 제1 공간을 순환하는 수증기에 의해 공급되고 상기 시편을 통과한 수분이 상기 상대습도가 일정하게 조절된 가스의 상대습도를 증가시킨 양인 수분 투수량이 4.5 gm/sq.M/day 이하.
또한, 상기 절연층과 상기 시스층 사이에 금속차폐층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 케이블은 아래 f) 또는 g) 조건을 만족하는, 전력 케이블을 제공한다.
f) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블로부터 일정 길이로 절단하여 분리된 케이블 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 케이블 시편 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체 또는 금속차폐층에 고압 전극을 연결하고 상기 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 수조에 담긴 물을 60 내지 80℃로 승온시키고 20 내지 28시간 후에 상기 도체 또는 금속차폐층에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 측정한 tanδ가 20% 이하; 및
g) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블로부터 일정 길이로 절단하여 분리된 케이블 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 케이블 시편 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체 또는 금속차폐층에 고압 전극을 연결하고 상기 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 도체 또는 금속차폐층에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 상기 수조에 담긴 물을 60 내지 80℃로 승온시키고 20 내지 28시간 후에 상기 도체 또는 금속차폐층에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정함으로써 계산된 침수에 의한 열화 전후의 tanδ 증가율이 100% 이하.
나아가, 상기 무기 첨가제는 난연제, 클레이 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 하이드로마그네사이트, 수산화탄산마그네슘 및 하이드로탈사이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 수산화물을 포함하고, 상기 금속 수산화물은 표면이 실란에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 클레이는 실란으로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
한편, 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 시스층을 포함하거나 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 금속차폐층 및 상기 금속차폐층을 감싸는 시스층을 포함하는 전력 케이블로서, 상기 시스층은 폴리염화비닐 수지, 가소제 및 무기 첨가제를 포함하는 시스용 조성물로부터 형성되고, 상기 시스층의 아래 수학식 3의 수분흡습량이 1.5 mg/cm² 이하인, 전력 케이블을 제공한다.
[수학식 3]
수분흡습량(mg/cm²) = (시스층 시편을 70℃의 물속에 14일 동안 보관한 후 측정한 질량 - 시스층 시편의 초기 질량)/시스층 시편의 표면적
여기서, 상기 시스용 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 폴리염화비닐 수지의 함량은 40 내지 65 중량%, 상기 가소제의 함량은 5 내지 30 중량%, 및 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 35 중량%인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
또한, 상기 시스층은 아래 h) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
h) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 시편 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 시편에 400 내지 600V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정하고, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편에 400 내지 600 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정함으로써 계산한 침수에 의한 열화 전후의 절연저항 감소율이 90% 이하.
그리고, 상기 시스층은 아래 i) 또는 j) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
i) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 시편 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ가 15% 미만; 및
j) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 시편 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 시편에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정함으로써 계산한 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 증가율이 25% 이하.
나아가, 상기 시스층은 아래 k) 내지 n) 조건 중 하나 이상의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
k) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편의 일면에 고압 전극을 연결하고 상기 일면과 마주보는 반대쪽 타면에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 시편에 400 내지 600 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 체적저항을 측정하고, 상기 케이블 시스층 시편을 40 내지 50℃의 물에 1 내지 4시간 동안 침지시키고 상기 케이블 시스층 시편에 400 내지 600 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안 인가하여 체적저항을 측정함으로써 계산한 침수에 의한 열화 전후의 체적저항의 감소율이 40% 이하;
l) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편에 대해 정전용량을 측정한 후 상기 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 정전용량을 측정하고, 상기 측정결과에 기초하여 계산한 정전용량의 증가율이 20% 미만;
m) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편에 대해 유전율을 측정한 후 상기 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 유전율을 측정하고, 상기 측정결과에 기초하여 계산한 유전율의 증가율이 100% 미만; 및
n) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편에 대해 상기 시편의 두께 및 절연파괴전압을 측정한 후 상기 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 절연파괴전압을 측정하고, 상기 측정결과에 기초하여 계산한 파괴전계의 감소율이 71% 미만.
또한, 상기 시스층은 아래 o) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
o) 챔버 내에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편이 고정되고 상기 시편에서 서로 마주보는 2개의 표면 각각이 서로 격리된 제1,2 공간에 각각 배치되며 제1 공간에는 수증기가 순환하고 제2 공간에는 상대습도가 일정하게 조절된 가스가 주입되는 시스템을 이용하여, 2시간 동안 상기 시스템을 운용하면서, 상기 제1 공간을 순환하는 수증기에 의해 공급되고 상기 시편을 통과한 수분이 상기 상대습도가 일정하게 조절된 가스의 상대습도를 증가시킨 양인 수분 투수량이 4.5 gm/sq.M/day 이하.
그리고, 상기 시스층은 아래 p) 또는 q) 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
p) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 규격 IEC 60811-1-1에 따라 측정한 인장강도가 15.5 kgf/㎟ 이상; 및
q) 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 규격 IEC 60811-1-1에 따라 측정한 신장율이 190% 이상.
나아가, 상기 케이블은 아래 r) 또는 s) 조건을 만족하는, 전력 케이블을 제공한다.
r) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블로부터 일정 길이로 절단하여 분리된 케이블 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 케이블 시편 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체 또는 금속차폐층에 고압 전극을 연결하고 상기 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 도체 또는 금속차폐층에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 상기 수조에 담긴 물을 60 내지 80℃로 승온시키고 20 내지 28시간 후에 상기 도체 또는 금속차폐층에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정함으로써 계산된 침수에 의한 열화 전후의 tanδ 증가율이 100% 이하; 및
s) 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블로부터 일정 길이로 절단하여 분리된 케이블 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 케이블 시편 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체 또는 금속차폐층에 고압 전극을 연결하고 상기 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 상기 수조에 담긴 물을 60 내지 80℃로 승온시키고 20 내지 28시간 후에 상기 도체 또는 금속차폐층에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV의 교류전압을 인가한 후 측정한 tanδ가 20% 이하.
한편, 상기 시스층의 아래 수학식 4의 수분흡습량이 2.0 mg/cm² 이하인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
[수학식 4]
수분흡습량(mg/cm²) = (시스층 시편을 70℃의 물속에 21일 동안 보관한 후 측정한 질량 - 시스층 시편의 초기 질량)/시스층 시편의 표면적
또한, 상기 시스층 시편의 초기 질량은 상기 시스층 시편을 물속에 보관하기 전에 70℃에서 3일 동안 건조시킨 후 측정한 질량과 상기 시스층 시편을 물속에 보관한 이후에 70℃에서 3일 동안 건조시킨 후 측정한 질량 중 최소값인 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 무기 첨가제는 난연제, 클레이 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 하이드로마그네사이트, 수산화탄산마그네슘 및 하이드로탈사이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 수산화물을 포함하고, 상기 금속 수산화물은 표면이 실란에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

또한, 상기 클레이는 실란으로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 시스용 조성물은 유기 난연제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블을 제공한다.

삭제

본 발명에 따른 전력 케이블은 시스층이 정밀하게 제어된 수분 흡습율을 보유함으로써 다량의 난연제를 포함함에도 불구하고 내수성이 우수하여 절연수트리 또는 금속차폐층의 부식을 방지할 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 종래 전력 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 시스층 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 전력 케이블의 시스층 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 또 다른 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 케이블의 시스층 시편에 대해 수분 투수성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 전력 케이블의 케이블 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 전력 케이블의 케이블 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 또 다른 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명 되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공 되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 난연성 및 내수성을 갖는 전력 케이블은 도체(100), 상기 도체(100)를 감싸는 절연층(200) 및 상기 절연층(200)을 보호하기 위해 이를 감싸는 시스층(300)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 케이블은 중전압 케이블인 경우 상기 절연층(200)과 상기 시스층(300) 사이에 상기 도체(100)로부터의 전자파를 차폐하기 위한 금속차폐층(400)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 금속차폐층(400)은 금속 테이프 등의 횡권에 의해 형성될 수 있다.

상기 도체(100)는 전류가 흐를 수 있는 전도성 소재, 예를 들어, 구리, 알루미늄 등의 금속으로 이루어질 수 있고, 단선 또는 복수의 소선이 연합된 연선일 수 있으며, 상기 절연층(200)은 케이블의 전기절연을 위한 것으로, 예를 들어, 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 상기 도체(100)의 직경은 이를 포함하는 케이블의 용량에 의해, 상기 절연층(200)의 두께는 이를 포함하는 케이블의 전압에 의해 각각 적절히 선택될 수 있다.

상기 시스층(300)은 베이스 수지로서 폴리염화비닐(PVC) 수지에 가소제와 난연제, 클레이 등의 무기 첨가제를 혼입한 시스용 조성물에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 상기 시스용 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 베이스 수지의 함량은 40 내지 65 중량%, 상기 가소제의 함량은 5 내지 30 중량%, 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 35 중량%일 수 있다.

상기 베이스 수지로서 폴리염화비닐(PVC) 수지는 자체적인 난연성이 우수하나 내수성이 낮은 문제점을 갖고 있다. 따라서, 상기 폴리염화비닐 수지의 내수성을 향상시키기 위해 후술하는 무기 첨가제가 첨가될 수 있다.

상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 하이드로마그네사이트, 수산화탄산마그네슘, 하이드로탈사이트 등의 금속 수산화물인 무기 난연제, 유기 인계, 할로겐계, 멜라민 수지 등의 유기 난연제 등을 포함할 수 있고, 상기 유기 난연제는 상기 베이스 수지와의 상용성이 우수한 반면, 상기 금속 수산화물은 표면에 수산화기(-OH)를 가져 수분을 쉽게 흡수하는 성질이 있기 때문에 소수성인 상기 베이스 수지와의 상용성이 낮고 상기 시스층의 내수성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 상기 금속 수산화물 난연제는 상기 베이스 수지와의 상용성을 향상시키고 상기 시스층의 내수성을 향상시키기 위해 실란 등에 의해 소수성으로 표면처리될 수 있다.

상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 80 중량부일 수 있고, 상기 난연제의 함량이 10 중량부 미만인 경우 상기 시스층의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 상기 난연제의 함량이 80 중량부 초과인 경우 상기 시스층의 형성을 위한 시스용 조성물의 압출시 부하 및 시스층 외관 불량이 발생할 수 있다.

또한, 상기 시스용 조성물은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 가소제 30 내지 80 중량부, 클레이 3 내지 50 중량부, 안정화제 1 내지 15 중량부 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 가소제는 케이블의 유연성, 작업성 및 상기 시스층의 압출성, 가공성 등을 향상시킬 수 있으나 상기 가소제에 용융된 이온이 이온 교환 반응을 일으켜 전도성 불순물이 생성되고 이로써 시스층의 전기적 특성이 저하될 수 있다.

여기서, 상기 가소제는 예를 들어 프탈레이트계, 포스페이트계, 트리멜라이트계, 에폭시계, 에스테르계, 시트레이트계, 고분자계 가소제, 또는 이들의 배합물을 포함할 수 있고, 상기 가소제의 함량이 30 중량부 미만인 경우 상기 케이블의 유연성이 저하될 수 있는 반면, 상기 가소제의 함량이 80 중량부 초과인 경우 휘발 또는 침출됨으로써 상기 시스층의 내열성, 내유성, 난연성, 인장강도 등의 물성이 저하될 수 있다.

상기 시스용 조성물은 클레이를 포함함으로써 상기 가소제에 의해 생성되는 상기 전도성 불순물을 흡수하도록 함으로써 상기 시스층의 전기적 특성이 저하되는 것을 억제하는 동시에 상기 시스층의 내수성을 추가로 향상시킬 수 있다. 상기 클레이는 상기 베이스 수지와의 상용성을 향상시키고 상기 시스층의 내수성을 추가로 향상시키기 위해 실란 등에 의해 소수성으로 표면처리될 수 있다.

상기 시스용 조성물은 납계 안정화제제, 비납계 안정화제, 에폭시계 스테아린산염, 금속비누계 안정화제, 또는 이들의 배합물 등의 안정화제를 추가로 포함할 수 있고, 상기 안정화제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 시스층의 내열성이 급격히 저하될 수 있는 반면, 상기 안정화제의 함량이 15 중량부 초과인 경우 안정화제가 불필요하게 과량으로 첨가되는 것이다.

본 발명에 따른 난연성 및 내수성을 갖는 전력 케이블은 난연성과 내수성이 동시에 우수하고, 기타 내열성, 내유성, 인장강도, 전기적 특성 등의 물성이 저하되지 않기 위해서, 상기 시스용 조성물의 베이스 수지, 가소제, 난연제, 클레이, 안정화제 등이 정밀한 배합비로 혼합되어야 하고, 정밀한 조건에 의해 제조되어야 하며, 이러한 정밀한 배합비, 제조조건 등은 케이블의 구조, 규격 등에 따라 매우 상이할 수 있다.

본 발명자들은 상기 시스용 조성물의 구성성분과 이들의 배합비 및 제조조건이 정밀하게 제어되는 경우 아래 기술하는 내수성 평가방법 중 하나 이상에 의한 평가결과가 각각의 기준을 만족시킴을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성했다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 전력 케이블은 이의 시스층(300) 시편에 대하여 침수에 의한 열화 전후의 정전용량, 유전율, 교류파괴전압, 절연저항, tanδ, 체적저항 등의 전기적 특성 또는 인장강도, 신장율 등의 기계적 특성의 변화를 측정함으로써 간접적으로 내수성을 평가할 수 있다.

상기 전기적 특성 중 tanδ는 케이블 시스층 시편에 교류전압을 인가시 상기 시편 내 에너지 손실이 발생하여 충전전류(I_c)와 손실전류(I_R)의 합산 전류가 흐르는데, 이 때의 손실각을 δ로 하여 아래 수학식 1과 같이 정의되는 유전손실(dielectric loss)로서 케이블 시스층의 침수에 의한 열화정도 및 상기 시스층의 내수성 등을 판단할 수 있으며, 예를 들어, 쉐링 브릿지(schering bridge)법 또는 이에 준하는 측정방법으로 측정될 수 있다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서,

IR은 저항성분으로 분류하는 손실전류이고,

Ic는 커패시턴스 성분으로 분류하는 충전전류이고,

ω는 인가전압의 각속도(=2πf)[s^-1]이고,

R은 대지간 누설저항[Ω]이고,

C는 대지간 커패시턴스[F]이다.

도 3은 본 발명에 따른 전력 케이블의 시스층 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

상기 전기적 특성 평가 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 물이 담긴 수조(50)에 전력 케이블의 시스층 시편(10)을 부분적으로 침지시키고 상기 시편(10) 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극(20)을 연결하고 상기 수조(50)의 물에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 특정 직류전압 또는 특정 주파수의 특정 교류전압을 특정 시간동안 상기 시편(10)에 인가한 후 전류계, 저항계, 전압계 등의 측정 장치(40)를 통해 절연저항, tanδ 등의 전기적 특성을 측정할 수 있는 시스템으로서, 상기 전력 케이블 시스층 시편(10)의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화로부터 상기 전력 케이블 시스층의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다.

특히, 물이 담긴 수조(50)는 상기 케이블 시스층 시편(10)을 고정하는 제1,2 고정부재(51,52)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 고정부재(51)는 상기 수조(50)의 내벽에 고정되어 있고, 상기 제2 고정부재(52)는 볼트 등에 의해 상기 제1 고정부재(51)와 결합될 수 있으며, 상기 제1 고정부재(51)와 상기 제2 고정부재(52) 사이에 상기 시편(10)이 배치되어 고정될 수 있다.

그리고, 상기 제1 고정부재(51) 내부에는 상기 시편(10) 중 물에 침지되지 않은 부분에 연결되는 고압 전극이 배치될 수 있고, 상기 제2 고정부재(52) 내부에는 상기 시편(10) 중 상기 고압 전극이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하는 빈 공간(53)이 존재할 수 있다. 또한, 상기 접지 전극(30)은 상기 수조(50) 내의 물과 접촉한다면 위치는 상관 없다.

종래 케이블 또는 이의 시스층에 대한 내수성 평가방법들은 단순히 상기 시스층 시편의 흡습량을 기준으로 평가했고, 이로써 오차 범위를 벗어나 의미있는 흡습량을 측정하기 위해 상기 시스층 시편을 장시간 동안 침수시켜야 했으며, 침수 후 증발 등에 의해 흡습량을 정확히 측정하는 것이 곤란했다.

또한, 케이블의 시스층은 외부의 압력이나 충격으로부터 케이블을 보호하는 기능을 수행하므로 주로 절연체에서 평가된 전기적 특성을 통해 상기 시스층의 내수성을 평가하는 방법은 종래에는 전혀 고려된 바 없다.

따라서, 본 발명에서와 같이 시스층의 전기적 특성의 변화를 통해 내수성을 간접적으로 평가하는 방법은 종래 케이블의 내수성 평가방법으로부터 예측할 수 없는 전혀 새로운 방법으로서 단시간 내에 정확하게 내수성을 평가할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

상기 전기적 특성 중 정전용량 및 유전율은 상기 시스층 시편의 침수에 의한 흡습으로 인한 열화시 증가하게 되고, 상기 전기적 특성 중 교류파괴전압은 상기 시스층 시편의 침수에 의한 흡습으로 인한 열화시 감소하게 되므로, 상기 정전용량 및 상기 유전율의 증가율, 그리고 상기 교류파괴전압의 감소율로서 케이블 시스층의 침수에 의한 열화정도 및 상기 시스층의 내수성 등을 판단할 수 있다.

상기 정전용량, 유전율 및 교류파괴전압의 평가방법은 규격 IEC 60502-1에 준하여 케이블 시스층 시편의 정전용량, 유전율 및 교류파괴전압을 각각 측정한 후 해당 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 정전용량, 유전율 및 교류파괴전압을 각각을 측정하여 상기 정전용량 및 상기 유전율의 증가율 및 상기 파괴전계의 감소율을 계산함으로써 수행될 수 있다. 상기 정전용량의 증가율이 20% 이상이거나 상기 유전율의 증가율이 100% 이상인 경우, 또는 상기 파괴전계의 감소율이 71% 이상인 경우, 케이블 시스층의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

나아가, 도 3에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 케이블 시스층 시편의 전기적 특성의 변화를 측정하는 경우 상기 시편의 전기적 특성을 수중에서 측정할 수 있기 때문에 상기 시편의 전기적 특성을 측정하기 위해 상기 시편을 물 밖으로 꺼내는 경우 상기 시편에 흡습된 수분이 증발함으로써 측정 결과가 부정확해지는 것을 회피할 수 있다.

도 3에 도시된 시스템을 이용하여 전력 케이블 시스층 시편(10)의 침수에 의한 열화 전후의 절연저항의 변화를 평가하는 방법은 구체적으로, 상온의 물이 담긴 수조(50)에 상기 케이블 시스층 시편(10)을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편(10) 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극(20)을 연결하고 상기 시편(10) 중 상기 고압 전극(20)이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 상기 시편(10)에 400 내지 600 V, 바람직하게는, 500 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안, 바람직하게는 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정하고, 상기 물을 40 내지 50℃, 바람직하게는, 45℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편(10)에 400 내지 600 V, 바람직하게는, 500 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안, 바람직하게는 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 절연저항 감소율을 계산하는 방법을 포함할 수 있고, 이로부터 케이블 시스층의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 절연저항 감소율이 90% 초과인 경우 케이블 시스층의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

또한, 도 3에 도시된 시스템을 이용하여 전력 케이블 시스층 시편(10)의 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 변화를 평가하는 방법은 구체적으로, 상온의 물이 담긴 수조(50)에 상기 케이블 시스층 시편(10)을 부분적으로 침지시키고, 상기 시편(10) 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극(20)을 연결하고 상기 시편(10) 중 상기 고압 전극(20)이 연결된 면과 마주보는 반대쪽 면이 물에 침지되도록 하고, 상기 물에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 상기 시편(10)에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV, 바람직하게는 6±0.3 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편(10)에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV, 바람직하게는 6±0.3 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 증가율을 계산하거나, 상기 물을 40 내지 50℃로 승온시키고 1 내지 4시간 후 상기 시편(10)에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV, 바람직하게는 6±0.3 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하는 방법을 포함할 수 있고, 이로부터 케이블 시스층의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 tanδ의 증가율이 25% 초과이거나 열화 후 tanδ가 15% 이상인 경우 케이블의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

앞서 기술한 바와 같이, 절연저항, tanδ 등의 전기적 특성의 변화를 평가하기 위한 방법에서의 시스층 시편의 침수 열화 조건으로서, 40 내지 50℃의 물에 1 내지 4시간 동안 침수시키는 조건보다 완화된 열화 조건으로 열화를 진행하는 경우, 케이블의 내수성 평가에 장시간이 소요되거나 측정결과의 부정확성이 급격히 증가할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 전력 케이블의 시스층 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 또 다른 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 4에 도시된 시스템을 이용하여 전력 케이블 시스층 시편(10)의 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 변화를 평가하는 방법은 구체적으로, 상기 전력 케이블 시스층 시편(10)의 일면에 고압 전극(20)을 연결하고 상기 일면과 마주보는 반대쪽 타면에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 상기 시편(10)에 400 내지 600 V, 바람직하게는 500 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안, 바람직하게는 10분 동안 인가하여 측정장치(40)를 이용하여 체적저항을 측정하고, 상기 시편(10)을 40 내지 50℃, 바람직하게는 45℃의 물에 1 내지 4시간 동안 침지시키고 상기 시편(10)에 400 내지 600 V, 바람직하게는 500 V의 직류전압을 1 내지 10분 동안, 바람직하게는 10분 동안 인가하여 측정장치(40)를 이용하여 체적저항을 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 체적저항의 감소율을 계산하는 방법으로서, 이로부터 전력 케이블 시스층의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 체적저항의 감소율이 40% 초과인 경우 케이블의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

삭제

그리고, 본 발명에 따른 전력 케이블은 이의 시스층(300) 시편이 특정 시간 동안 투과하는 수분 투과량을 측정함으로써 케이블 시스층 시편의 투수성을 평가하는 방법을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전력 케이블의 시스층 시편에 대해 수분 투수성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 5에 도시된 시스템을 이용하여 전력 케이블 시스층 시편(10)의 수분 투수성을 평가하는 방법은 구체적으로, 챔버(60) 내에 전력 케이블 시스층 시편(10)이 고정되고 상기 시편(10)에서 서로 마주보는 2개의 표면 각각이 서로 격리된 제1,2 공간(61,62)에 배치되며 제1 공간(61)에는 수증기가 순환하고 제2 공간(62)에는 상대습도(RH)가 일정하게 조절된 가스가 주입되는 시스템을 이용하여, 약 2시간 동안 시스템을 운용하면서 상기 제1 공간(61)을 순환하는 수증기에 의해 공급되고 상기 시편(10)을 통과한 수분이 상기 상대습도(RH)가 일정하게 조절된 가스의 상대습도(RH)를 증가시킨 양을 측정하여 상기 시편(10)의 수분 투수성을 평가함으로써 케이블 시스층의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 수분 투수성이 4.5 gm/sq.M/day 이상인 경우 케이블의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

또한, 본 발명에 따른 전력 케이블은 이의 시스층(300) 시편이 침수에 의한 열화 후의 인장강도, 신장율 등의 기계적 특성을 평가함으로써 상기 시스층(300)의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다.

상기 기계적 특성의 변화를 평가하는 방법은 상기 시스층(300) 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지 후 상기 수조로부터 꺼내어 규격 IEC 60811-1-1에 따라 상기 시스층(300) 시편의 인장강도 및 신장율을 각각 측정함으로써 수행될 수 있다. 여기서, 상기 열화 후 인장강도는 15.5 kgf/㎟ 미만이거나 상기 열화 후 신장율이 190% 미만인 경우에는 상기 시스층(300)의 내수성이 불충분한 것으로 확인되었다.

한편, 본 발명에 따른 전력 케이블은 아래와 같이 이의 케이블 시편에 대하여 침수에 의한 열화 전후의 절연저항, tanδ 등의 전기적 특성의 변화를 측정함으로써 간접적으로 내수성을 평가할 수 있다.

도 6 및 7은 본 발명에 따른 전력 케이블의 시편에 대해 전기적 특성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

도 6에 도시된 시스템은 물이 담긴 수조(80)에 도체(71), 상기 도체(71)를 감싸는 절연층(72) 및 상기 절연층(72)을 감싸는 시스층(73)을 갖는 케이블 시편(70)이 부분적으로 침지되고, 바람직하게는 U자형 케이블 시편(70)의 하부 굴곡 부분이 침지되고, 더욱 바람직하게는 케이블 시편(70) 전체 길이의 60% 이상이 침지되고, 상기 케이블 시편(70) 중 물에 침지되지 않은 말단 부분의 도체(71)에 고압 전극(20)을 연결하고 수조(80)의 물에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 특정 직류전압 또는 특정 주파수의 특정 교류전압을 특정 시간동안 상기 도체(71)에 인가한 후 전류계, 저항계, 전압계 등의 측정 장치(40)를 통해 절연저항, tanδ 등의 전기적 특성을 측정할 수 있는 시스템으로서, 이로부터 전력 케이블 시편(70) 중 절연층(72)과 시스층(73)의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화로부터 전력 케이블의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다.

여기서, 상기 케이블 시편(70) 전체 길이의 60% 미만이 침지되는 경우 상기 케이블 시편(70)에 대한 열화 조건이 완화되어 단시간 내에 정확하게 케이블의 내수성을 평가할 수 없을 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 전력 케이블이 중전압급으로서 금속차폐층(74)을 갖는 경우 상기 고압 전극(20)을 전력 케이블 시편(70)의 도체(71)가 아닌 금속차폐층(74)에 연결함으로써 상기 시편(70) 중 시스층(73)의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화로부터 전력 케이블의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다.

여기서, 상기 케이블 시편(70)은 별도의 고정부재에 의해 상기 수조(80) 내에서 고정되거나 U자형 케이블 시편(70)이 상기 수조(80)의 양쪽 기둥에 걸치는 형태로 고정될 수 있다.

도 6 및 7에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 전력 케이블 시편(70) 중 절연층(72) 및 시스층(73)의 전기적 특성의 변화를 측정하는 경우 상기 시편(70)의 내수성을 수중에서 평가할 수 있기 때문에, 종래 케이블의 시스층 시편의 전기적 특성을 측정하기 위해 상기 시스층 시편을 물 밖으로 꺼내는 경우 상기 시스층 시편에 흡습된 수분이 증발함으로써 측정 결과가 부정확해지는 것을 회피할 수 있다.

특히, 상기 전기적 특성 중 절연저항은 상기 케이블 시편(70)의 침수에 의해 상기 케이블 시편(70) 중 절연층(72) 및 시스층(73)이 수분을 흡습함에 따라 저하될 것이므로, 상기 케이블 시편(70)의 침수 전후의 절연층(72)과 시스층(73) 또는 시스층(73)의 절연저항을 측정하여 상기 케이블 시편(70)의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다.

도 6 및 7에 도시된 시스템을 이용하여 전력 케이블 시편(70)의 tanδ를 평가하는 방법은 구체적으로, 상온의 물이 담긴 수조(80)에 상기 케이블 시편(70)을 부분적으로 침지시키고 상기 시편(70) 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체(71) 또는 금속차폐층(74)에 고압 전극(20)을 연결하고 상기 수조(80)의 물에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 상기 도체(71) 또는 금속차폐층(74)에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV, 바람직하게는 6±0.3 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 상기 수조(80)에 담긴 물을 60 내지 80℃, 바람직하게는 70℃로 승온시키고 20 내지 28시간, 바람직하게는 24시간 후에 상기 도체(71) 또는 금속차폐층(74)에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV, 바람직하게는 6±0.3 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하여, 고온 침수에 의한 열화 전후의 tanδ 증가율을 계산함으로써, 케이블의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 tanδ 증가율이 100% 초과인 경우 케이블의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

그리고, 상온의 물이 담긴 수조(80)에 상기 케이블 시편(70)을 부분적으로 침지시키고 상기 시편(70) 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체(71) 또는 금속차폐층(74)에 고압 전극(20)을 연결하고 상기 수조(80)의 물에 접지 전극(30)을 연결한 상태에서, 상기 수조(80)에 담긴 물을 60 내지 80℃, 바람직하게는 70℃로 승온시키고 20 내지 28시간, 바람직하게는 24시간 후에 상기 도체(71) 또는 금속차폐층(74)에 주파수 50 내지 60 Hz의 1 내지 10 kV, 바람직하게는 6±0.3 kV의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정함으로써, 케이블의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 tanδ가 20% 초과인 경우 케이블의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.

[실시예]

1. 제조예

아래 표 1에 따른 구성성분, 배합비 및 크기로 실시예 및 비교예 각각에 따른 시스층 시편을 제조했다. 표 1에 기재된 구성성분의 함량의 단위는 중량부이다.

		실시예 1	실시예 2	실시예3	실시예 4	비교예 1	비교예2	비교예3	비교예 4
구 성 성 분	수지	100	100	100	100	100	100	100	100
	난연제1					30	30	30	30
	난연제2	15	15	15	15
	가소제	50	50	50	50	20	20	20	20
	클레이	30	30	30	30
	안정화제	4	4	4	4	7	7	7	7
크 기	길이(cm)	8.999	20	5	25	8.972	20	5	25
	폭(cm)	0.5037	20	5	4	0.4760	20	5	4
	두께(cm)	0.09973	0.1	0.01	0.01	0.09690	0.1	0.01	0.01
	표면적(cm²)	10.96	-	-	-	10.37	-	-	-

또한, 아래 표 2에 따른 도체 규격 및 시스층의 구성성분과 배합비로 형성된 케이블 시편(길이 2.5 m)을 제조했다. 표 2에 기재된 구성성분의 함량의 단위는 중량부이다.

		실시예 5	실시예 6	실시예 7	비교예 5	비교예 6	비교예 7
구리도체 규격(SQ)		50	300	500	50	300	500
시 스 층	수지	100	100	100	100	100	100
	난연제1				30	30	30
	난연제2	15	15	15
	가소제	50	50	50	20	20	20
	클레이	30	30	30
	안정화제	4	4	4	7	7	7

- 수지 : 폴리염화비닐 수지

- 난연제1 : 수산화알루미늄

- 난연제2 : 실란 코팅된 수산화알루미늄

- 가소제 : 프탈레이트계 가소제

- 안정화제 : Ca-Mg-Zn계 안정화제

2. 물성 평가결과

1) 절연저항 측정

상기 제조예에서 제조한 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2의 시스층 시편에 대하여, 도 3에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 상온의 물이 담긴 수조에 각각의 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서 상기 시편에 500 V의 직류전압을 10분 동안 인가한 후 절연저항을 측정하고, 또한 수조의 물을 45℃로 승온시키고 1시간 후 500 V의 직류전압을 10분 동안 인가하여 절연저항을 측정했다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

2) tanδ 측정

상기 제조예에서 제조한 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2의 시스층 시편에 대하여, 도 3에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 상온의 물이 담긴 수조에 각각의 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서 상기 시편에 6 kV(주파수 : 60 Hz)의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 또한 수조의 물을 45℃로 승온시키고 4시간 후 6 kV(주파수 : 60 Hz)의 교류전압을 인가하여 tanδ를 측정했다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

또한, 상기 제조예에서 제조한 실시예 5 내지 7, 그리고 비교예 5 내지 7의 케이블 시편에 대하여, 도 6에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 상온의 물이 담긴 수조에 각각의 U자형 케이블 시편을 부분적으로 침지(침지된 길이 : 1.5 m)시키고 상기 케이블 시편 중 물에 침지되지 않은 일말단 부분의 도체에 고압 전극을 연결하고 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서 상기 케이블 시편에 6 kV(주파수 : 60 Hz)의 교류전압을 인가한 후 tanδ를 측정하고, 또한 수조의 물을 70℃로 승온시키고 24시간 후 6 kV(주파수 : 60 Hz)의 교류전압을 인가하여 tanδ를 측정했다. 측정결과는 아래 표 3 및 4에 나타난 바와 같다.

3) 체적저항 측정

상기 제조예에서 제조한 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2의 시스층 시편에 대하여, 도 4에 도시된 바와 같은 시스템을 이용하여 시편에 500 V의 직류 전압을 10분 동안 인가한 후 체적저항을 측정하고, 상기 시편을 45℃ 물에 1시간 동안 침지시킨 후 500 V의 직류 전압을 10분 동안 인가하여 체적저항을 측정했다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

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4) 투수성 측정

상기 제조예에서 제조한 실시예 1 및 2, 그리고 비교예 1 및 2의 시스층 시편에 대하여, 도 5에 도시된 바와 같은 시스템(제조사 : MOCON; 제품명 : PERMATRAN-W 3/33)을 이용하여 ASTM F-1249 또는 JIS K-7129에 따라 2시간 동안의 수분 투습량을 측정했다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

5) 정전용량, 유전율 및 파괴전계 측정

규격 IEC 60502-1에 따라 상기 제조예에서 제조한 실시예 3 및 비교예 3의 시스층 시편의 열화 전 정전용량, 유전율 및 교류파괴전압을 측정한 후, 70℃의 수조에 24시간 동안 침지에 의한 열화 후 정전용량, 유전율 및 교류파괴전압을 측정하여, 정전용량 및 유전율 각각의 증가율 및 파괴전계을 계산했다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

6) 인장강도 및 신장율 측정

규격 IEC 60811-1-1에 따라 상기 제조예에서 제조한 실시예 4 및 비교예 4의 시스층 시편을 70℃의 수조에 24시간 동안 침지한 후 인장강도 및 신장율을 측정하였다. 측정결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

평가항목	평가대상	실시예 1	실시예 2	실시예3	실시예4	비교예 1	비교예 2	비교예3	비교예 4
절연저항	초기 절연저항 (GΩ)	-	72	-	-	-	41	-	-
	열화 후 절연저항(GΩ)	-	40	-	-	-	0.746	-	-
	절연저항 감소율(%)	-	44	-	-	-	98	-	-
tanδ	초기 tanδ (%)	-	12	-	-	-	11.6	-	-
	열화 후 tanδ (%)	-	13.2	-	-	-	15	-	-
	tanδ 증가율 (%)	-	10	-	-	-	29	-	-
체적저항	초기 체적저항 (Ω·㎝)	-	2.47×10¹²	-	-	-	3.63×10¹¹	-	-
	침수 후 체적저항(Ω·㎝)	-	1.55×10¹²	-	-	-	2.11×10¹¹	-	-
	체적저항 감소율(%)	-	37	-	-	-	42	-	-
정전용량	열화 전 정전용량(pF)	-	-	62.91	-	-	-	66.61	-
	열화 후 정전용량(pF)	-	-	73.33	-	-	-	80.42	-
	정전용량 증가율(%)	-	-	16	-	-	-	21	-
유전율	열화 전 유전율	-	-	4	-	-	-	3	-
	열화 후 유전율	-	-	5.4	-	-	-	6	-
	유전율 증가율(%)	-	-	35	-	-	-	100	-
파괴전계	열화 전 파괴전계	-	-	75.569	-	-	-	75.615	-
	열화 후 파괴전계	-	-	22.659	-	-	-	17.314	-
	파괴전계 감소율(%)	-	-	70	-	-	-	77	-
투수성	수분 투습량 (gm/sq.M/day)	-	4.034501	-	-	-	4.651040	-	-
기계적 특성	열화 후 인장강도(kgf/㎟)	-	-	-	16.53	-	-	-	15.05
기계적 특성	열화 후 신장율(%)	-	-	-	239.5	-	-	-	186.35

평가항목	평가대상	실시예5	실시예 6	실시예 7	비교예 5	비교예 6	비교예 7
tanδ 평가	초기 tanδ(%)	7.4	6.2	13.0	7.3	6.1	13.8
	침수 후 tanδ(%)	11.3	11.8	14.8	26.8	17.9	26
	tanδ 증가율(%)	53	90	14	267	193	88

상기 표 3 및 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 난연성 및 내수성을 갖는 전력 케이블은 시스층 시편의 침수에 의한 열화 후 절연저항 감소율이 90% 이하, tanδ 증가율이 25% 이하, 체적저항 감소율이 40% 이하, 수분 투습량이 4.5 gm/sq.M/day 이하, 정전열량 감소율이 20% 이하, 유전율 감소율이 100% 미만, 파괴전계 감소율이 71% 미만, 인장강도가 15.5 kgf/㎟ 이상, 신장율이 190% 이상이고, 케이블 시편의 침수에 의한 열화 후 tanδ 값이 20% 이하이고, tanδ 증가율이 100% 이하로 내수성이 우수한 반면, 비교예의 난연성 전력 케이블은 상기 평가항목별 평가결과가 기준 미달로 내수성이 불충분한 것으로 확인되었다.

상기에서는 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.

100 : 도체 200 : 절연층
300 : 시스층 400 : 금속차폐층

Claims

도체, 상기 도체를 감싸는 절연층 및 상기 절연층을 감싸는 시스층을 포함하는 전력 케이블로서,
상기 시스층은 폴리염화비닐 수지, 가소제 및 무기 첨가제를 포함하는 시스용 조성물로부터 형성되고,
상기 시스용 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 폴리염화비닐 수지의 함량은 40 내지 65 중량%, 상기 가소제의 함량은 5 내지 30 중량%, 및 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 35 중량%이며,
상기 시스층은 아래 e) 조건을 만족하는, 전력 케이블.
e) 챔버 내에 상기 시스층으로부터 절단하여 분리된 시편이 고정되고 상기 시편에서 서로 마주보는 2개의 표면 각각이 서로 격리된 제1,2 공간에 각각 배치되며 제1 공간에는 수증기가 순환하고 제2 공간에는 상대습도가 일정하게 조절된 가스가 주입되는 시스템을 이용하여, 2시간 동안 상기 시스템을 운용하면서, 상기 제1 공간을 순환하는 수증기에 의해 공급되고 상기 시편을 통과한 수분이 상기 상대습도가 일정하게 조절된 가스의 상대습도를 증가시킨 양인 수분 투수량이 4.5 gm/sq.M/day 이하.
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제1항에 있어서,
상기 무기 첨가제는 난연제, 클레이 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제5항에 있어서,
상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 하이드로마그네사이트, 수산화탄산마그네슘 및 하이드로탈사이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 수산화물을 포함하고, 상기 금속 수산화물은 표면이 실란에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
제5항에 있어서,
상기 클레이는 실란으로 표면처리된 것을 특징으로 하는, 전력 케이블.
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