KR20170012855A - 케이블의 내수성 평가 방법 - Google Patents

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KR20170012855A
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유익현
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 케이블의 내수성 평가 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 신뢰성 있는 평가 기준에 기초하여 케이블의 내수성을 정확하고 효과적으로 평가할 수 있는 케이블의 내수성 평가 방법에 관한 것이다.

Description

케이블의 내수성 평가 방법{Method for evaluating water resistance in cable}
본 발명은 케이블의 내수성 평가 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 신뢰성 있는 평가 기준에 기초하여 케이블의 내수성을 정확하고 효과적으로 평가할 수 있는 케이블의 내수성 평가 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 저전압 케이블은 전류가 흐르는 도체(200), 상기 도체를 감싸는 절연층(300), 외부의 충격, 압력 등의 환경으로부터 케이블을 보호하기 위해 상기 절연층(300)을 감싸는 시스층(400) 등을 포함할 수 있다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 중전압 케이블은 절연층(300)과 시스층(400) 사이에 배치되고 도체(200)에 흐르는 전류에 의해 형성되는 전자파를 차폐하는 금속차폐층(500)을 포함할 수 있다.
수중 환경 등 수분에 노출될 수 있는 환경에서 사용되는 케이블은 상기 절연층(300)에 수분이 침투함으로써 절연 성능이 저하되거나, 수트리, 즉 절연층(300)에 침투한 수분이 이온화되고 이러한 이온에 교번전계가 가해져 진동함으로써 절연층(300)에 틈이 생성되고 그 틈을 통해서 수분이 스며들어 도체(200)까지 수분이 침투하는 현상에 의해 누설전류, 절연파괴 등이 유발될 수 있다.
또한, 케이블의 시스층(400)이 수분을 흡습함으로써, 수분 침투에 의한 금속차폐층(500)의 부식에 의한 손상, 편단접지된 금속차폐층(500)의 오픈단에서의 유기전압 상승시 인체 접촉 감전 사고 또는 단선 사고 등이 유발될 수 있다.
따라서, 수분 침투에 의한 절연 성능 저하, 누설전류, 절연파괴, 금속차폐층 부식 등으로부터 케이블을 보호하고, 감전 사고 또는 단선 사고 등을 회피하기 위해, 케이블을 구성하는 상기 시스층(400)의 내수성을 향상시키기 위한 연구개발이 진행되고 있으나, 현재 시스층의 내수성 등을 평가하기 위한 신뢰성 있는 판단 기준이 없기 때문에, 케이블의 내수성 개선 관련 연구개발, 품질관리 등이 어려운 실정이다.
그러므로, 케이블의 내수성에 대한 신뢰성 있는 평가방법을 제공함으로써 케이블의 연구개발 및 품질관리를 가능하게 할 수 있는 케이블의 내수성 평가 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 케이블의 내수성을 정확하고 효과적으로 평가할 수 있는 케이블의 내수성 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
케이블의 내수성 평가 방법으로서, 아래 a) 내지 c)의 방법 중 하나 이상의 방법을 포함하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
a) 케이블 시스층 시편의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화를 측정하는 방법; b) 케이블 시스층 시편이 70℃의 물속에 24시간 동안 침수되는 경우 흡습하는 수분 흡습량을 측정하는 방법; 및 c) 케이블 시스층 시편이 2 시간 동안 투과시키는 수분 투과량을 측정하는 방법.
여기서, 상기 전기적 특성은 절연저항, tanδ, 체적저항, 절연파괴전압, 전도성 전류 및 주파수 가속 수트리로 이루어진 그룹을부터 선택된 1종 이상의 전기적 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
또한, 상기 a) 방법은, 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 특정 직류전압 또는 특정 주파수의 특정 교류전압을 특정 시간동안 상기 시편에 인가한 후 절연저항 또는 tanδ를 측정할 수 있는 시스템에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
여기서, 상기 a) 방법은, 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 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 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 절연저항 감소율을 계산하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
또한, 상기 절연저항 감소율이 90% 이하인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
한편, 상기 a) 방법은, 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 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 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 증가율을 계산하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
여기서, 상기 tanδ의 증가율이 25% 이하인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
한편, 상기 a) 방법은, 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 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 tanδ를 측정하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
여기서, 상기 tanδ가 15% 미만인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
한편, 상기 a) 방법은, 상기 케이블 시스층 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 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 체적저항의 감소율을 계산하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
여기서, 상기 체적저항의 감소율이 40% 이하인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
한편, 상기 b) 방법은 케이블 시스층 시편의 질량 및 표면적을 측정하는 제1 단계, 상기 케이블 시스층 시편을 70℃의 물속에 24시간 동안 보관하는 제2 단계, 제2 단계 이후에 물에서 꺼낸 상기 케이블 시스층 시편의 질량을 측정하는 제3 단계, 및 아래 수학식 2에 따른 수분흡습량을 계산하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
[수학식 2]
수분흡습량(mg/cm2) = (제3 단계에서 측정한 시편의 질량 - 제1 단계에서 측정한 시편의 질량)/제1 단계에서 측정한 시편의 표면적
여기서, 상기 제4 단계 이후에 상기 수분흡습량이 1.5 mg/cm2 이하인지 여부를 판단하는 제5 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
한편, 상기 c) 방법은 챔버 내에 상기 케이블 시스층 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 양을 측정하여 상기 시편의 수분 투수성을 평가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
여기서, 상기 수분 투수성이 4.5 gm/sq.M/day 이하인지 여부를 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 케이블의 내수성 평가 방법은 과도하게 반복적으로 수행된 실험을 통해 수립된 신뢰성 있는 평가 기준에 따라 케이블의 내수성을 평가함으로써 신뢰성 있는 평가결과를 단시간에 제공할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 일반적인 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 내수성 평가방법 중 케이블 시스층의 전기적 특성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 내수성 평가방법 중 케이블 시스층의 전기적 특성을 평가하는 또 다른 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 내수성 평가방법 중 케이블 시스층의 투수성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
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.
본 발명에 따른 케이블의 내수성 평가방법은 아래 a) 내지 c)의 방법 중 하나 이상의 방법을 포함할 수 있다.
a) 케이블 시스층 시편의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화를 측정하는 방법;
b) 케이블 시스층 시편이 70℃의 물속에 24시간 동안 침수되는 경우 흡습하는 수분 흡습량을 측정하는 방법; 및
c) 케이블 시스층 시편이 2 시간 동안 투과시키는 수분 투과량을 측정하는 방법.
여기서, 상기 케이블 시스층 시편은 시스층을 형성하는 수지 복합재의 압연에 의해 형성된 시편 또는 케이블 중 시스층으로부터 절단한 시편일 수 있다. 또한, 상기 a) 방법에서, 상기 전기적 특성은 절연저항, tanδ, 체적저항, 절연파괴전압, 전도성 전류, 주파수 가속 수트리 등을 포함할 수 있다.
상기 전기적 특성 중 tanδ는 케이블 시스층 시편에 교류전압을 인가시 상기 시편 내 에너지 손실이 발생하여 충전전류(Ic)와 손실전류(IR)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]
Figure pat00001
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 2는 본 발명에 따른 내수성 평가방법 중 케이블 시스층의 전기적 특성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 a) 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 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 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 시스템을 이용하여, 상기 케이블 시스층 시편(10)의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화로부터 상기 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.
나아가, 도 2에 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.
구체적으로, 상기 a) 방법은, 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, 상기 a) 방법은, 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, 체적저항 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 3은 본 발명에 따른 내수성 평가방법 중 케이블 시스층의 전기적 특성을 평가하는 또 다른 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 a) 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 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 방법을 포함할 수 있고, 이로부터 케이블 시스층의 내수성을 간접적으로 평가할 수 있다. 여기서, 상기 체적저항의 감소율이 40% 초과인 경우 케이블의 내수성이 기준 미달임을 실험적으로 확인하였다.
한편, 상기 b) 방법은 케이블 시스층 시편이 70℃의 물속에 24시간 동안 침수되는 경우 흡습하는 수분 흡습량을 측정함으로써 케이블 시스층 시편의 흡습성을 평가하는 방법을 포함할 수 있다.
구체적으로, 케이블 시스층 시편의 흡습성 평가방법은 케이블의 시스층 시편의 질량 및 표면적을 측정하는 제1 단계, 케이블의 시스층 시편을 70℃의 물속에 24시간 동안 보관하는 제2 단계, 제2 단계 이후에 물에서 꺼낸 케이블의 시스층 시편의 질량을 측정하는 제3 단계, 및 아래 수학식 2에 따른 수분흡습량을 계산하는 제4 단계를 포함할 수 있다.
[수학식 2]
수분흡습량(mg/cm2) = (제3 단계에서 측정한 시편의 질량 - 제1 단계에서 측정한 시편의 질량)/제1 단계에서 측정한 시편의 표면적
여기서, 상기 수분흡습량이 1.5 mg/cm2 이하, 바람직하게는 1.0 mg/cm2 이하인 경우, 상기 케이블의 내수성이 우수한 것으로 실험을 통해 확인되었다.
본 발명에 따른 케이블의 내수성 평가방법 중 시스층의 흡습성 평가방법은 특정 조건에서 시스층 시편의 열화를 가속하기 때문에 단시간 내에 신뢰할 수 있는 평가결과를 제공할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
그리고, 상기 c) 방법은 케이블 시스층 시편이 특정 시간 동안 투과하는 수분 투과량을 측정함으로써 케이블 시스층 시편의 투수성을 평가하는 방법을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 내수성 평가방법 중 케이블 시스층의 투수성을 평가하는 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(100) 내에 케이블 시스층 시편(10)이 고정되고 상기 시편(10)에서 서로 마주보는 2개의 표면 각각이 서로 격리된 제1,2 공간(110,120)에 배치되며 제1 공간(110)에는 수증기가 순환하고 제2 공간(120)에는 상대습도(RH)가 일정하게 조절된 가스가 주입되는 시스템을 이용하여, 약 2시간 동안 시스템을 운용하면서 상기 제1 공간(110)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.
[실시예]
1. 시편 제조예
아래 표 1에 따른 구성성분, 배합비 및 크기로 각각의 케이블 시스층 시편을 제조했다. 표 1에 기재된 구성성분의 함량의 단위는 중량부이다.
시편 1 시편 2 시편 3 시편 4

구
성
성
분		 수지 100 100 100 100
난연제1 30 30
난연제2 15 15
가소제 50 50 20 20
클레이 30 30
안정화제 4 4 7 7

크
기		 길이(cm) 8.999 20 8.972 20
폭(cm) 0.5037 20 0.4760 20
두께(cm) 0.09973 0.1 0.09690 0.1
표면적(cm2) 10.96 - 10.37 -
- 수지 : 폴리염화비닐 수지
- 난연제1 : 수산화알루미늄
- 난연제2 : 실란 코팅된 수산화알루미늄
- 가소제 : 프탈레이트계 가소제
- 안정화제 : Ca-Mg-Zn계 안정화제
2. 물성 평가결과
1) 절연저항 측정
상기 시편 제조예에서 제조한 시편 2 및 4에 대하여, 도 2에 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 2에 나타난 바와 같다.
2) tanδ 측정
상기 시편 제조예에서 제조한 시편 2 및 4에 대하여, 도 2에 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 2에 나타난 바와 같다.
3) 체적저항 측정
상기 시편 제조예에서 제조한 시편 2 및 4에 대하여, 도 3에 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 2에 나타난 바와 같다.
4) 흡습량 측정
상기 시편 제조예에서 제조한 시편 1 및 3을 70℃ 물속에 24시간 동안 침수시키기 전과 후의 질량을 측정한 후 수분흡습량을 측정했다. 측정결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
5) 투수성 측정
상기 시편 제조예에서 제조한 시편 2 및 4에 대하여, 도 4에 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 2에 나타난 바와 같다.
평가항목 평가대상 시편 1 시편 2 시편 3 시편 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

수분 흡습량		 초기 질량(mg) 646.7 - 700.9 -
침수 후 질량(mg) 646.9 - 703.4 -
수분흡습량(mg/cm2) 0.2746 - 2.5217 -
투수성 수분 투습량(gm/sq.M/day) - 4.034501 - 4.651040
상기 시편 1 및 2인 난연 및 내수 케이블 시스층 시편은 본 발명에 따른 케이블 내수성 평가방법에 적용 후 절연저항의 감소율, tanδ 증가율 및 체적저항 감소율이 각각 낮은 등 전기적 특성의 저하가 최소화되고, 수분흡습량 및 수분투습량도 상대적으로 낮아, 결과적으로 내수성이 우수한 것으로 확인된 반면, 상기 시편 3 및 4인 난연 케이블 시스층 시편은 본 발명에 따른 케이블 내수성 평가방법에 적용 후 내수성이 열등한 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명에 따른 케이블 내수성 평가방법은 단시간에 신뢰할 수 있는 내수성 평가결과를 제공할 수 있는 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.
10 : 시편 20 : 고압 전극
30 : 접지 전극 40 : 측정 장치
50 : 수조 100 : 챔버

Claims (15)

  1. 케이블의 내수성 평가 방법으로서, 아래 a) 내지 c)의 방법 중 하나 이상의 방법을 포함하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
    a) 케이블 시스층 시편의 침수에 의한 열화 전후의 전기적 특성의 변화를 측정하는 방법;
    b) 케이블 시스층 시편이 70℃의 물속에 24시간 동안 침수되는 경우 흡습하는 수분 흡습량을 측정하는 방법; 및
    c) 케이블 시스층 시편이 2 시간 동안 투과시키는 수분 투과량을 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 절연저항, tanδ, 체적저항, 절연파괴전압, 전도성 전류 및 주파수 가속 수트리로 이루어진 그룹을부터 선택된 1종 이상의 전기적 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 a) 방법은, 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 시편을 부분적으로 침지시키고 상기 시편 중 물에 침지되지 않은 부분에 고압 전극을 연결하고 상기 수조의 물에 접지 전극을 연결한 상태에서, 특정 직류전압 또는 특정 주파수의 특정 교류전압을 특정 시간동안 상기 시편에 인가한 후 절연저항 또는 tanδ를 측정할 수 있는 시스템에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 a) 방법은, 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 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 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 절연저항 감소율을 계산하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연저항 감소율이 90% 이하인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 a) 방법은, 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 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 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 tanδ의 증가율을 계산하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 tanδ의 증가율이 25% 이하인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 a) 방법은, 상온의 물이 담긴 수조에 상기 케이블 시스층 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 tanδ를 측정하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 tanδ가 15% 미만인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 a) 방법은, 상기 케이블 시스층 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 측정하고, 고온 침수에 의한 열화 전후의 체적저항의 감소율을 계산하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 체적저항의 감소율이 40% 이하인지 여부를 평가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 b) 방법은 케이블 시스층 시편의 질량 및 표면적을 측정하는 제1 단계, 상기 케이블 시스층 시편을 70℃의 물속에 24시간 동안 보관하는 제2 단계, 제2 단계 이후에 물에서 꺼낸 상기 케이블 시스층 시편의 질량을 측정하는 제3 단계, 및 아래 수학식 2에 따른 수분흡습량을 계산하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
    [수학식 2]
    수분흡습량(mg/cm2) = (제3 단계에서 측정한 시편의 질량 - 제1 단계에서 측정한 시편의 질량)/제1 단계에서 측정한 시편의 표면적
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 단계 이후에 상기 수분흡습량이 1.5 mg/cm2 이하인지 여부를 판단하는 제5 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 c) 방법은 챔버 내에 상기 케이블 시스층 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 양을 측정하여 상기 시편의 수분 투수성을 평가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수분 투수성이 4.5 gm/sq.M/day 이하인지 여부를 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블의 내수성 평가 방법.
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