절연물의 특성2 2004. 2. 6 김석재.

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1 절연물의 특성2 김석재

2 목 차 1.유와 기타 액체 -특징 및 기초 특성 -절연파괴 -유침 절연 2.고체 절연물 -종류 및 특징 -정상전기전도
2.고체 절연물 -종류 및 특징 -정상전기전도 -절연파괴 및 특성 -부분파괴, 트리잉 그리고 유전정접 3.진공 절연파괴 기구 -특성 4.극저온의 기체와 액체 5.연면 방전 분류 및 구조에 따른 연면 방전

3 유입절연 절연유 -천연유 – 광유:원유로부터 분해된 것,분해 증기온도 170~200℃,비중0.87~0.88정도,황색 - 식물유
- 동물유 -인조유-실리콘유:내열성 풍부 내한성이 있고,화학적안전하여 열화가 어려움,불연성 특징 – 거의 도체절연물(종이 또는 플라스틱)과 조합되어 사용 - 열화(경년 열화 또는 경년 열화) 발생 - 미세한 불순물 함유되어 절연내력에 영향을 미침 - 열적(냉각)특성이 우수하나 취급이 어려운 점 - 광유: 가연성인 점, 실리콘유: 난연성 가격2배 변압기유의 요구 특성 -절연내력전압 및 기타의 전기적 특성이 양호 -변압기선륜의 냉각성능이 양호할 것 -물리적 토는 화학적으로 안정할 것

4 전기적 기초 특성 V-I 특성 v -극히 고순도 액체이외에는 포화 전류 영역이 나타나지 않는다.
-전기전도를 일으키는 하전 입자 :불순물 입자의 전리, 방사선에 의한 전리, 전극으로부터의 전자 방출 -전자방출 -Schottky 효과: 전계에 의한 일함수의 저하에 기인되는 열전자방출 -전계 방출: 턴넬 효과에 의한 냉음극 방출 v I 전자사태 포화영역 옴의영역

5 절연 파괴1 액체의 절연파괴 이론 -전자론적 파괴: 전자사태에 의하여 스트리머 파괴를 일으킴
인가전압이 급준성으로 파괴시간이 짧은 때 (지연시간이 100ns이하) 파괴 조건식:eEB (얻은에너지)=Chv(잃은에너지) EB=Chv/e:파괴되는 최소에너지 -기포적 파괴:전류에 의하여 기포가 발생하고 기포내의 방전때문에 전체 파괴에 도달됨 인가전압이 완만히 상승하는 파형인 경우 :음돌기부분(고전계)많은 전자 방출발열(온도상승)기체기화기체발생 기체의 절연파괴(액체의 10배)기체내 절연파괴기포가 점점 커져 양극까지 -부유 입 자 파괴설 정전력에 의해 입자 배열국부적으로 전계 강화파괴 ※유동대전:오일이 유동되기 때문에 생기는 대전:+이온 회전축적높은전계방전:BTA(억제) 절연파괴에 미치는 인자 -액체: 액체의 종류(분자구조,조성),불순물(용해가스,수분,고체불순물),압력,온도,열화 등 경년 변화 -전극: 구조(배치),재료, 갭 길이, 면적, 처리(탈 가스) -전압: 파형, 상승속도, 인가시간, 인가회수

6 절연파괴2 변압기 유의 파괴 전계에 대한 유중 불순물의 영향 절연물 초기여과순환전 재차여과순환전
10.0 교류파괴전계 kv/mm.rms) 재차여과순환전 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 10` 2 5 10` 2 5 10` 2 5 순도에 따른 도전율 20~50um 의 입자밀도(개/100cc) 절연재료에 의해 정해지는 정수 갭의 최대전계 절연물 f(E ):각각의 전계E에 대응한 단위체적당의 상대적 파괴확률 , v:체적

7 절연파괴3 같은 절연유의 절연효과 -Weibull분포적용 : 섬락전계
-교류의 경우 위치 파라미터가 2.5, 3.0 kV/mm로 0 이 아니기 때문에 직선이 아니지만 Ed에서 이 값을 뺀 양을 종축으로하면 직선이 된다. 뇌임펄스 Ed=57 × Vs EXP(-1/11.3) 교류1분간 Ed=11.5 × Vs EXP(-1/9.5)+2.5 임펄스파괴전계[KV/mm] 교류파괴전계[KV/m.m근] 개폐임펄스 Ed=46 × Vs EXP(-1/11.2) 교류30분간 Ed=8.5 × Vs EXP(-1/9.5)+3.0

8 절연파괴 4 -구갭에 대한 양질인 변압기유의 임펄스파괴전압 :인가 전압파형 따른 영향
-임펄스와 교류 모두 갭길이에 대하여 포 화성,갭길이가 길면 임펄스는 교류의 약 2~5배 임펄스의 파미의 영향이 큼 -유갭의 V-t 특성과 파괴확률분포 :인가시간 따른 영향 -낮은 확률의 곡선에서 평활하지 않는 부 분도 있는데 이것은 뇌임펄스,4종류의 개 폐임펄스 및 교류전압에 대한 결과를 정 리하였기 때문 파괴전압[kV] 갭 길이[cm] f (파괴확률) 공시유갭:로고우스키전극(130mmØ),갭길이 10mm 파괴확률 f(v)=1-eExp(-(v/v0)m) V-t 특성 V는 t^(-1/n)

9 유침(지)절연 유침절연의 파괴전계와 유갭치수사이의 관계 -고체절연물에 비하여 유전률이 낮고 파괴 전계도 낮은 절연유
-고체절연물에 비하여 유전률이 낮고 파괴 전계도 낮은 절연유 -유층의 길이와 임펄스 파괴강도 반비례 여러가지 유침지의 임펄스 파괴전계와 유갭부분의 전계 임펄스파괴\전계[KV/mm] 유갭길이[mm] 임펄스파괴\전계[KV/mm] 파괴시 유갭에 인가되는 전계

10 고체절연물의 종류와 특징1 사용상 종류 -고체만의 절연 (CV케이블,주형수지(모울드) 절연의 기기)
-대기,가스,액체,진공 등 다른 절연 방식의 지지절연물(애자) 재료상 종류 -무기질:천연재료: 운모,석면 인조재료: 자기,유리 -유기질:천연재료: 셀루로스, 크라프트지, 천연고무 인조재료: 여러가지 고분자 재료 #열가소성:폴리에틸렌,폴리프로필렌,염화비닐불소수지 열경화성:베크라이트(페놀수지),요소수지,멜라민,에폭시 수지 특징 -절연내력이 높으나 장시간 고전압 사용시 경화 문제 -관통파괴에서는 탄화된 방전로가 생겨 절연 회복 불가

11 고체절연물의 종류와 특징2 자기: 세라믹의 일종 -여러가지 산화물을 혼합하여 1300~1500℃의 고온에서 소성 시킨것
-장석자기:점토,장석,규석을 2:1:1로 혼합하여 소성시킨 자기 폴리에틸렌(chain type):온도  soft(연화)  녹는다(용융) -에틸렌(CH2=CH2)을 중합(polymerization)시킨 결정성 고분자 -저밀도 폴리에틸렌:1000기압 이상의 고압에서 중합시킨 것 -고밀도 폴리에틸렌:촉매를 사용하여 상압에서 중합시킨 것 (결정도가 높으며,경질이다) -가교 폴리에틸렌(XLPE): 방사선이나 유기과산화물을 이용하여 분자쇄 사이에 가교가 형성되도록 제조한 것(열변형 온도가 낮은 점 개선, 절연내력 우수, 유전특성 우수 체적 저항률이 높음, 유전성 풍부 전력케이블로 사용) 방사선을 조인다H가 끊어져서 H2가 나오고 남은 C끼리 결합(가산화물과 결합)

12 고체절연물의 종류와 특징3 에폭시수지: 주형(mold) 액상 상태에서 고체로
-에피크로프히드린과 비스페놀등의 축합으로 얻어지는 복잡한 분자구조의 수지 특징-기계적 강도가 우수한 점 -경화시 체적변화를 일으키지 않으므로 보이드나 갭이 생기지 않는 점 -자유로운 형상으로의 가공이 가능한 점 -아민화 혼합물 등의 경화제를 혼합하면 더욱 축합이 잘 일어나 경화됨 -알루미나나 실리카 등의 충전제를 혼합하면 기계적 강도가 증대 고분자 수지:[주제+경화제]+경화조건(압력,온도)잘못시 기포 발생 흑연 자기 금속 장석자기 XLPE 테프론 에폭시:무충전 에폭시:실리카충전 체적저항률[Ω㎝] 이상 비유전율 5.0~6.5 2.2~2.6 2.0 3.5~5.0 3.2~4.5 절연내력 30~35,10 43 17~19 12~20 12~22 Tan 170~250 2~10 <2 20~100 80~300

13 정상전기전도 -전류밀도 전기전도를 지배하는 캐리어 -전자성 전도 반도체: 1 eV 절연물: 5~10 eV
도전율은 전계가 극히 낮은경우를 제외하고 고전계에서 전계와 더불어 증대된다. 전류성 전류와 절연물 내부의 공간전하효과나 전극과의 계면에 있어서 턴넬 효과 -전류밀도 전기전도를 지배하는 캐리어 -전자성 전도 반도체: 1 eV 절연물: 5~10 eV 격자결함이나 불순물에 의하여 금지대내에 여라가지 트립 준위 형성되어 있으 며,열적으로 여기된 전자가 트랩 준위에 포획 있다. 이들 전자가 전도대로 이 동하며,가전자대에 가까운 트랩 준위에 포획된 정공이 가전자대로 이동하여 캐리어로 되므로 전기전도를 일으킨다. -이온성 전도 정이온과 부이온이 전계에 의하여 가속되어 주위의 원자가 만드는 장벽을 넘 어서 전기전도를 일으키는 것 불순물과 온도에 따라 현저의 증대 전도대 트립준위 금지대 가전자대

14 절연파괴1 진행 과정 재료고유의 파괴부분방전열화트리잉 절연파괴기구의 종류 (1)진성파괴  얻은 에너지=잃은 에너지 :저온
(1)진성파괴  얻은 에너지=잃은 에너지 :저온 전도전자가 전계로부터 에너지를 얻어 가속되어 격자와의 충돌에 의해 에너지를 잃는다. 절연파괴 강도 이상의 전계에서는 전자는 무한대로 가속되어 절연파괴를 발생한다. (2)열(적)파괴 :고온 전계를 인가하면 전도전류에 의한 줄 열과 유전체 손실에 의해 열이 발생하고 이 열이 고체의 온도상승과 주위의 방산에 의해 잃는다. 발열과 방열이 불평등 할때 열적 파괴 (3)전자사태파괴 :저온 (4)전기기계적 파괴 :고온 전계의 인가되면 Maxwell stress(ℇE^2/2)으로 압축되며 전계를 점차 증가시켜 가면 평행이 붕괴되는 파괴

15 절연파괴2 단시간 파괴 -전자적 파괴 과정-진성파괴:전자가 전계로부터 얻은 에저지=전자가 격자로부터 잃은 에너지 -단일입자
단시간 파괴 -전자적 파괴 과정-진성파괴:전자가 전계로부터 얻은 에저지=전자가 격자로부터 잃은 에너지 (전압을 가하자 마자) (파괴지연시간:소) 평행잃은>얻은파괴 -단일입자 -접합입자 -전자사태 파괴:전자가속충돌전리파괴 -제너파괴: 금속:절연체:금속 -자유체적파괴 -순열파괴과정 (파괴지연시간:대) -기계적 파괴 과정:절연체에 전계를 가하면 기계적 응력이 생긴다(Maxwell 응력)  어느 영역까지는 비례해서 늘어나다가 어느영역 한도가 지나면 끊어진다. 전계 Ec Ev 폭이 좁아져서 터널효과 기울기 급하다

16 절연파괴3 고분자재료의 절연파괴강도의 온도의존성 유극성 a 폴리 비닐 알코올 b 폴리메틸메타크리레이트 C 염화비닐아세테이트
D 염소화포리에틸렌(염소 55%) E 염소화 폴리에틸렌(염소 5%) 무극성 F 유바니쉬 G폴리스틸렌 H폴리에틸렌 I폴리이소부틸렌 절연파괴전계[MV/츠] 온도 t [℃]

17 파괴전압특성1 (1)두께의 영향 -파괴전압 : d=절연체의 두께, A,n:상수(n=0.3~1.0)
-교류파괴전압을 나타낸 것으로 원판전극을 양면에 사용한 경우는 n=0.4정도임에 비하여 홈이 판 것을 설치하면 현저하게 높아지고,유중을 설치하고 유압 을 높이게 되면 거의 n=1로 된다. -에폭시 수지 임펄스 교류 모두 n=0.68이며,임펄스 전압은 교류피고치의 2배이다 파괴전압[KVrms] 갭길이 d[mm] 자기의 절연파괴전압과 두께 사이의 관계 에폭시수지(알루미나충전)의 절연파괴전압

18 파괴전압특성2 (2)시간효과(V-t 특성) 단시간의 임펄스 전압에 대한 특성 -직선 상승파 전압에 대한 폴리에틸렌의 V-t특성
-수십us~수ms의 영역에서는 직류파괴전압보다 오히려 낮다 -온도 상승과 더불어 상당히 저하됨 장시간 교류전압에 대한 특성 -고체재료의 열화 때문에 시간이 길어지면 파괴전압은 저하됨 -전극과의 접촉부에서의 미소한(1pC이하)부분 방전이 일어나 서서히 열화 진전된다는 설 유력 절연파괴되기까지의 시가[us] 저압법 폴리에틸렌의 V-t특성 파괴시 도체상의 전계 E[kV/mm] 과전시간[h] CV(가교폴리에틸렌)케이블의 장시간 V-t 특성

19 파괴전압특성3 에폭시수지의 장시간V-t특성(보이드가 없는 주형) 으로 나타내면 CV케이블에서 n은 12이상
에폭시 수지는 10~16의 범위 파괴전계[kv/mm] 과전시간[h] 전극계와 n의 값

20 파괴전압특성4 (1)유리와 폴리에틸렌의 온도에 따른 영향 저온절연파괴특성: 고온절연파괴특성: (2)인가시간효과
(3)극성효과(불평등전계) (4)방사선 조사 효과 (5)주파수 효과 주파수  낮은 절연파괴전압수명 단축 (6)기계적 외력 MV/m 1/T 온도 유리 고분자 수지(폴리에틸렌) 파괴전압 시간[h] + 파괴전압 - 온도 폴리에틸렌이 80도 정도에서는 말랑말항하다가 100~120도정도에서는 녹는다.이때 방사선을 조사하게 되면 가교 반응이 일어나 열적인 특성이 개선됨 X선 NaCl 80도 1.열처리를 하지 않았다(내부응력이 있다) 2.열처리를 했다(내부잔류응력 줄인다) 전반적으로 편차는 줄었다 3.기계적 외력을 가했다 (파괴전계가 놓은 쪽으로 이동) max max [ kcl] max 파괴된 개수 min min min

21 부분방전1 -부분방전이 일어나기 쉬운 이유 가스공간은 고체보다 유전율이 낮아서 전계 높다
불꽃갭 -부분방전이 일어나기 쉬운 이유 가스공간은 고체보다 유전율이 낮아서 전계 높다 고체보다 기체의 방전 개시 전계가 낮다 -통상 C0>>Cg,Cd , 보이드: Cg>>Cd -점선( aV): 보이드에서 방전이 일어나지 않을 때 -Vg에 달하면 보이드 방전이 일어나 Vr(방전소멸전압) 까지 저하. 이때의 방전량 Ce는 g와의 병렬 정전용량으로 Ce=Cg+CdC0/(Cd+C0) 직렬로 존재하는 고체 절연물 때문에 방전은 계속되지 않으며, 보이드는 절연성을 회복하여 인가 전압V의 변 화분의 전압이 가해지며, 이것이 vg에 달하면 재차 방전 이 일어난다. V가 파고치에 도달된 후 전압은 감소하여 역극성인 방전전압 vg`에 달하면 역극성의 방전을 일으 키며,이와 같이 부분방전이 계속된다. 보이드 전극(전압V) Cg g C0 V Cd Rl 절연물중의 보이드 등가회로 누설저항 등가회로에서 Cg사이의 전압 v

22 부분방전2 고체시료전체의 전압변화⊿V이며,이것에 대응하는 전하의 변화 Qa 실제의 방전전하 Q를 구할수 없음
Qa=겉보기 방전전하,Cg>>Cd일때 Q보다 대단히 작은값 방전에너지W vr≃0 일때 vg/a는 인가전압V의 방전개시의 순시치에 상당한다. -보이드의 인가 전압 aV에 비해 vg가 작을 때,단위시간다의 부분방전 펄스수 N은 전압 의 주파수f에 대하여 -직류전압이 인가된 때 전압이 상승하는 동안에는 교류와 마찬가지의 부분방전을 일으키며,일정전압에 도달된 후는 누설저항 Rl에 의하여 방전전하가 소멸될 때까지 방전은 정지한다. 따라서 직류에서는 거의 시정수 Rl(Cg+Cd)정도의 시간간격으로 반복되는 것뿐이므로 직류에 의한 부분방전 열화는 거의 문제시 되지 않는다.

23 부분방전3 -부분방전이 발생하는 갭이 넓은 경우 v -공기나 산소의 방전으로 오존을 생성시키는 오존발생기 대표적 예
-교류 전압을 인가한 때 갭내의 전압은 일정의 vg(갭의 방전전압)로 유지되는 방전기간 과 인가전압의 파고치에서 잠시 방전이 휴지하는 비방전기간으로 이루어짐 전극(전압V) 고체절연물 vg v gap Cg 전극배치 갭사이의 전압변화 방전기간중의 등가회로

24 트리잉 -고체절연물의 국부적인 파괴진전의 상환을 관찰하여 보면 진전경로가 가지형으로
형성되므로 진전로를 ‘트리’라하고, 이 현상을 ‘트리잉(treeing)이라고 함 -두꺼운 시료에 불평등고전계가 인가된 경우 일어나기 쉽다 -기체,액체의 코로나 방전과 비슷하고 트리는 인가전압을 제거한 후에도 흔적 관찰 -1개의 경로는 직경이 수um~수백 um인 미세한 구멍으로 이루어짐 -대개 높은 누설저항(절연성)을 가짐 -전압이 인가된 후 트리가 발생하기까지는 어느정도의 시간지연이 있음 재료의 절연파괴,전하의 주입추출에 의한 열화,기계적 피로에 의한 크랙이나 보이드 발생 등의 기구가 고려되어지고 있으나 아직 불명확 -보이드나 갭의 부분방전으로부터 발생하는 트리는 부분방전에 의해서 절연물이 침식되며 국부적으로 방전이 집중되므로 방전구멍이 신장되기 때문 -실용의 재료에서는 전극표면의 이물, 절연물내의 물(수트리), 도체가 부식되어 생긴 유화동(화학트리) (a)수지형트리 (b)관목형트리 (c) 부채형 트리

25 등가회로와 유전정접(tan )1 절연물의 등가회로와 전류-시간 특성 전압이 높으면 절연물의 내부나
표면의 보이드,갭에서 발생하는 부분방전 손실 발생 -충전전류(Ic ):전자나 이온의 분극에 의하여 흐르는 전류를 포함(정전용량에 의해 발생) 인가전압의 상승시간이 짧을때는 거의 Ccdv/dt로 주어짐 -흡수전류(IA):저함을 받으며 회전하는 배향분극과 공간전하를 형성하는 전로로 거의 CA와 RA의 직렬 임피던스로 나타내어지며 시정수가 다른 몇 가지가 있다 -누설전류(IL):정상전류에 상당하며,실제로 전극간을 캐리어가 이동하여 흐르는 전류 체적 저항과 표면저항의 2종류가 있으며,표면저항은 오손이나 습기 때문에 고체 절연물의 표면층에서만 특별한 성질을 나타냄 전압 v CA1 CA2 RL (누설전류의 저항력) Cc 시간 RA1 RA2 순시충전전류 Ic 흡수전류 IA 누설전류 IL 전류 i 시간 등가회로 전류-시간특성 배향분극과 공간분극의 저항력

26 등가회로와 유전정접(tan )2 유전(체)손:교류에 있어서의 손실이때 특성을 정전용량 C와 콘덕턴스G로 나타냄
Ic:충전전류,Ig:흡수전류,Id:쌍극자 전도 전류 전도전류:쌍극자가 전계방향으로 전향하려고하는 현상으로 인하여 생김 직류:전향하면 곳 소멸 흡수전류가 생기지 않음 교류:교류주파수에 상당하는 주기로 그 방향을 전향하여 전류 흐름, 쌍극분자가 진동에 인한 인접인자와 마찰 발생손실 유전체에 소비하는 전력 유전손= -병렬 임피던스 대신 Cs와 Rs의 직렬 임피던스로 나타냄 -tan 는 절연물의 치수와 크기에는 무관한 값 조성이나 내부상태에 의하여 결정되는 특성치 재료나 절연구조의 성질을 나타내는 지표로 널리 사용 전원의 주파수나 온도에 의존하며, 부분 방전이 발생할 때는 전압에도 의존 Gv i jwCv Ic+(Ig+Id) C R=1/G v 절연물의 tan 손실각 유전체역률 유전정접

27 진공의 절연파괴기구 -기체중에서 전자의 평균자유행정(ℷ) r,N는 기체분자의 반경과 밀도
-기체의 압력이 10^-3Torr(1Torr=133Pa)정도되면 ℷ 가 수십cm로 되므로 기체 분자의 전리는 거의 일어나지 않는다.절연파괴전압은 대단히 놓아지나 무제한 으로 높아지지는 않고 전극의 존재로 절연파괴가 일어남 (1)클럼프 설: 전극표면에 약하게 부착되어 있는 금속미립자가 정전력에 의하여 이탈 하여 전극간의 전계로 가속되며,대향 전극에 충돌하여 금속 증기를 방출시킴으로써 파괴 (2)음극 가열설: 전계 방출에 의한 전류가 음극을 가열하여 용융 증발되어 파괴 (3)양극 가열설: 전계 방출에 의하여 발생한 전자가 전극간에서 가속되어 양극에 충돌될때 양극이 가열되어 증발된다는 설

28 절연파괴특성1 -절연내력은 실험 조건에 따라 크게 의존 -갭의 길이에 거의 비례
-갭의 길이가 짧을 때 파괴전압이 높지만 포화성이 현저하기 때문에 갭의 길이가 길어지면 수 atm의 SF6가스와는 반전된다 -파괴전압Vd와 갭길이 d사이의 관계 A,n은 전극의 재료,형상 인가전압등에 의존 대체로 n=0.4~0.7정도 n은 d 에도 의존하고 음극 가열설이 적용되는 d가 적은 범위에서의 n≃1 d의 증가와 더블어 Ed가 저하되는 현상(면적효과)이 있음 Seff는 최대전계의 90%이상인 면적, Ed=kSeff^-m, m=약0.24 절연파괴전압[kV] 갭의 길이[cm] 절연내력의 비교(평등전계, 교류파고치) 파괴전계 Ed 유효면적Seff[㎠] 파괴전계의 면적효과(구리전극,부극성 임펄스)

29 절연파괴특성2 전극재료와 평균파괴전압(직류전압) (갭길이:1mm)
-일반적인 경향으로 기계적 강도와 경도가 크고,비점과 융점이 높은 재료일수록 파괴전압이 높아짐 전극재료 파괴전압[kV] 임바(Imvar) 197 전해동 74 스테인레스동 179 알루미늄 57 크롬도금동(500℃가열) 143 납 54 닉켈 89.5 탄소 36 크롬도금동(상온) 89.4 은 27

30 교류절연내력시험 . -내전압시험:절연물이 구정된 전압에 대하여 충분히 견딜뿐 아니라 유도뇌 혹은 개폐
서지등의 이상전압에 견디는가을 알아 보기 위한 목적 규정전압의 1/2~1/3을 인가후 일정한 속도로 상승 혹은 계단적으로 서서히 상승 -절연파괴시험:시험전압을 점차로 상승시켜서 시료가 파괴될때의 최소절연파괴전압을 구하는 방법 -섬락시험:애자등의 절연물이 공기와 접촉하는 면에서 방전하고, 절연물의 실물에 파괴 하기 이전의 전압에서 외부에서 섬락하는 전압을 구하는 시험 내전압시험과 비슷하나 온도,기압및 습도 등 대기형태에 의하여 다른 값을 나타냄 주수섬락시험:주수하면서 행하는 것,건조섬락시험:760[mmHg],절대온도11[g/m^3]

31 극저온의 기체 및 액체1 -극저온기체(액화기체)-밀도가 대단히 높다 - 도전율은 정도
- 도전율은 정도 -극저온액체는 불순물이 적으며 캐리어가 적다 -공기나 질소의 파괴전압은 수 mm정도의 갭에서 거의 액화 온도부근까지 Paschen 법칙이 성립되며, *d(상대공기밀도*갭길이)가 커지게 되면 벗어남 -대개 한계의 전계는 수백kv/cm정도 -고전계로 되면 고기압 기체와 마찬가지로 전극표면의 거칠기등이 영향이 나타며 Paschen법칙보다 저하됨 -초임계 영역 부근에서 액체상태와 기체상태의 밀도가 같다면 파괴 전계는 연속적으로 변화한다. -대기압의 경우 밀도는 약 8배 다르지만 기체는 약 150kV/cm,액체는 약 200kV/cm 이다 압력[Mpa] 60mmø 평판전극 갭 길이 1mm 밀도[kg/㎥] 헬륨의 절연파괴전계와 온도,압력,밀도사이의 관계

32 극저온의 기체 및 액체2 갭길이 d와의 관계는 고체,진공과 마찬가지로 로 근사화 된다
-수소,질소,헬륨의 예에서는 n≈0.9 이다. -극저온의 질소,수소는 상온에서의 절연유 이상의 절연특성을 가진다. -극저온액체의 절연파괴기구는 통상의 액체와 동일하다고 생각되지만 특히 방출전자로부터 액체분자에 주어지는 전기에너지가 전극표면에서 증기의 기포를 발생시킨다는 설이 유력 파괴전압[kv rms] 갭길이[mm]

33 연면방전의 종류 -표면을 따라서 진전되는 방전 (1)표면의 전계 분포-특히 고체 표면과 전기력선의 방향
(2)고체절연물과 전극의 접촉상태 (3)표면의 오손 -고체표면과 전기력선의 방향에 따른 분류 (1)불평등 전계형 :전기력선이 절연물 표면에 대하여 거의 수직인 경우 (2)평등 전계형 :전기력선이 절연물 표면에 대하여 거의 평행인 경우

34 불평등전계형의 연면방전1 . -배후전극이 있으면: 연면 방전은 쉽게 진전, 교류인 때는 낮은 전압으로 길게 진전
-배후전극이 있으면: 연면 방전은 쉽게 진전, 교류인 때는 낮은 전압으로 길게 진전 -앞의 반주기 동안에 생긴 표면전하가 다음의 반주기 동안 인가되는 전압과는 역방향 전계를 형성하며, 다음의 방전은 표면전하를 중화(방전)시키면서 진행되는 과정을 반복 하게 되는데, 이때 배후전극의 존재는 방전로 끝부분의 전계를 상승 시키며 고체의 (단위면적당)정전용량을 증대시켜 방전에너지가 증가하므로 도전성이 높은 방전로가 형성되기 때문 -대기압 공기중에서 임펄스 전압 인가시 다음의 실험식으로 표현 C=단위면적당의 정전용량(고유용량)=ℇ/d dv/dt= 전압상승속도[V/t],K1K2는 정극성(74,136),부극성(74,140) 교류에 대한 연면섬락전압은 다음의 실험식으로 표현 n=0.45~0.5 g :불꽃 갭 d 연면방전로의 맞은편에 배후전극이 있는 경우 없는 경우 불평등전계형 연면방전의 배치 배후전극이 존재하는 경우 연면방전의 모델

35 불평등전계형의 연면방전2 케이블의 단말과 연면방전대책
-케이블의 단말이나 부싱과 닮은 전극배치이며, 연면의 내전압을 높이기 위하여 절연물 부분을 길게 하는 것은 거의 효과가 없다. 따라서 테두리를 설치하던지, 정전차폐전극에 의하여 전기력선을 연면 방향으로 향하게 하는 등의 대책이 필요 피복 절연물 도체 정전차폐

36 평등전계형의 연면방전1 고체절연물 표면이 전기력선의 방향과 일치할 때의 전계 상태는 없을 때와 동일
고체절연물이 있을 때의 섬락 전압을 Vf,없을 때의 섬락 전압을 V0 이라 하면 f=Vf/V :스페이서 효과 -습도에 영향을 받으며 습도가 높을때 0.5이하로까지 저하, 지속성 전압인 때에 현저 -평등전계형 연면방전의 배치 -전극과 접촉하는 부분의 영향