초록 ▼

핵심기술
○탄소나노튜브를 반도전 고분자에 고르게 분산시켜, 저 함량으로 효과적인 전도 네트워크를 형성함으로서 반도전 돌기 및 표면평활도 향상을 통한 주 절연층의 두께를 저감시킨 컴팩트 전력케이블 개발

최종목표
○본 과제는 나노반도전 소재를 적용하여 절연층 두께를 15%이상 저감시킨 154kV급 초고압 컴팩트 케이블의 개발을 위하여, 초평활 나노반도전 컴파운드 압출공정의 최적화 기술을 개발하고, 154kV급 초고압 컴팩트 케이블 및 중간 접속재의 설계/제조 기술을 개발하고, 신뢰성 평가기술을 개발하기 위함

핵심기술
○탄소나노튜브를 반도전 고분자에 고르게 분산시켜, 저 함량으로 효과적인 전도 네트워크를 형성함으로서 반도전 돌기 및 표면평활도 향상을 통한 주 절연층의 두께를 저감시킨 컴팩트 전력케이블 개발

최종목표
○본 과제는 나노반도전 소재를 적용하여 절연층 두께를 15%이상 저감시킨 154kV급 초고압 컴팩트 케이블의 개발을 위하여, 초평활 나노반도전 컴파운드 압출공정의 최적화 기술을 개발하고, 154kV급 초고압 컴팩트 케이블 및 중간 접속재의 설계/제조 기술을 개발하고, 신뢰성 평가기술을 개발하기 위함

개발내용 및 결과
○1세부와 2세부에서 개발한 탄소나노소재가 7~8 wt.% 고분산된 반도전 컴파운드의 화학/기계/전기적 시험을 수행함. (총 39종)
○반도전층/절연층 계면을 시트, Tape압출, McKeown 구대구 전극, 침전극 기술 개발 및 기계/전기적 시험을 개발하고 수행함. (총 14종 410회)
○미니모델케이블 제조기술 개발 및 전기적특성 평가수행. (총 24종 930회)
○모델케이블 제조/평가기술개발 및 화학/기계/전기적 평가수행. (총 16종 232회)
○시제품 케이블 제조기술개발 및 화학/기계/전기적 평가수행. (총 3종)
○전력케이블 설계 인자인 모델케이블의 전기특성평가(Impulse) 결과, 최종목표 대비 101% 향상되었고, AC BDS는 108% 향상됨.
○154kV급 초고압 컴팩트 전력케이블 시제품의 개발시험을 2017년 5월 2일에 한국전력 전력연구원과 협약하였고 Type test에 준하는 시험을 통해 가능성을 확인함.

○154kV급 초고압 컴팩트 전력케이블 시제품에 대한 한국전력의 표준구매 규격을 제안함. (1건)
○특허출원 13건, 특허등록 2건, 해외논문 2건, 국내논문 18건
○전력케이블의 30년 수명이 전세계 주요 도시를 중심으로 도래하고 있음.
○전력케이블의 컴팩트화로 인해 기존 관로를 그대로 사용하면서 고전압으로의 upgrade를 원하는 소비자의 needs에 부합하기 때문에 유럽 maker의 기술장벽을 넘어설 수 있는 전략적 사업화가 가능함.

기술개발 배경
○초고압 전력케이블의 수명과 안전성의 큰 요인 중 하나인 반도전층 계면의 초평활도 및 돌기 향상을 위한 기존 연구들은 주로 카본블랙 및 각종첨가재 종류/크기/함량의 조정 또는 변경이 주요하였으나, 카본블랙의 고함량 때문에 돌기 발생의 한계를 넘지 못 함.

○나노크기의 탄소나노튜브를 반도전 고분자에 고르게 분산시키면, 돌기발생의 문제를 억제하여 표면평활도 향상을 통한 전계완화 효과 증대, 또한 도체와 절연층 사이의 접착성을 향상시켜 공극발생에 의한 부분방전을 방지하여 주 절연층의 두께를 저감시킨 컴팩트 전력케이블 개발이 가능.

○초고압 전력케이블의 30년 수명을 고려할 때 케이블 세계 시장의 막대한 수요가 2020년 전후부터 예상됨.
○전력케이블의 컴팩트화를 통해 지중 케이블의 기존 관로를 사용하여 시공 비용을 저감할 수 있음.

○전 세계적으로 케이블의 컴팩트화가 이슈사항이며 케이블의 외경이 동일하면서 상위 전압으로 up-grade하고자하는 수요자 needs를 타겟으로 함.

핵심개발 기술의 의의
○기존의 30~40 wt.%의 고함량 카본블랙 반도전층을 신기능성 나노소재인 카본나노소재로 10 wt.%미만으로 획기적인 감소를 실현하였고 반도전층/절연층 계면의 돌기 크기와 수를 저감함.

○돌기에 의한 케이블 파괴 위험을 저감하였고, 절연두께 및 케이블 외경의 감소가 가능하였음.

○컴팩트 케이블은 제조 및 포장/운반/시공성은 물론, 기존보다 장조장 생산/운영에 유리하고, 케이블 시공관로가 XLPE 케이블 보다 작은, 노후된 OF 케이블에 대해 추가적인 공사 없이 대체가 가능한 장점이 있어, 향후 시장진입 및 확장에 유리할 것으로 판단됨.

○카본나노튜브 및 컴파운드의 국내외 대량 수요의 부재를 본 연구의 성과인 컴팩트 케이블을 통해 다소 확장하는데 기여하였고, 나노융합산업화를 통한 제품의 첨단화에 기여함.

적용 분야
○154kV급 초고압 전력케이블
○상위 전압 전력케이블 및 고부가가치의 특수 케이블

(출처 : 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 12
• 목차 ... 18
• 제 1 장 서 론 ... 19
• 제 1 절 과제의 개요 ... 19
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 방법(기술개발 내용 및 방법) ... 24
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 24
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 27
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 31
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 31
• 제 3 장 결과 ... 32
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 32
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 32
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 35
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 267
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 270
• 1. 연차별 추진체계 ... 270
• 2. 각 기관/기업 별 역할 및 추진 내역 ... 272
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 273
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 274
• 제 4 장 사업화 계획 ... 275
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 275
• 제 2 절 사업화 계획 ... 278
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 281
• 끝페이지 ... 285