소소한 POWER SYSTEM

TRANSFORMERS: THE FUTURE OF POWER TRANSMISSION AND DISTRIBUTION NEEDS

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트랜스 포머는 어느 파워 그리드 시스템에서 핵심적인 역할을 수행한다. 즉, 송전과 배전에 있어서 필수적이며 전압을 단계적으로 상승 또는 하강시키는 역할을 한다. 장거리 송전에 있어서, 트랜스 포머는 발전소로부터 생산되는 전압을 증가시키며 이로 인해 낮은 전류만이 파워 라인을 흐르게 할 수 있다. 다시 말하면, 장거리 전력 전달에 있어서 매우 효과적이라고 말할 수 있다. 그러나, 단점도 존재하기 마련인데, 너무 고 전압이다 보니 빌딩이나 일반 가정에 맞춰서 사용하기에는 부적합하며 일상 생활까지 전력을 전달하기 위해서는 step down 트랜스포머의 사용을 필요로 하게 된다.

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현재 까지의 조사의 따르면, 트랜스포머의 세계 시장은 2022년까지 약 $34,600,000,000 (약 한화38,657,196,000,000원)을 초과하게 될 것이라고 내다본다. 액체가 함유된 트랜스포머에서 가장 중요한 요소 중에 하나는 절연용액이다. 이 절연 용액은 냉각제로 트랜스포머의 과열을 억제할 뿐만 아니라 전기적 요소들을 감소시킨다.

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A) 미네랄 오일(Mineral Oil)

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오랜 기간동안 많은 제조사들이 구체적인 미네랄 오일(mineral oil)을 위의 언급된 목적으로 많이 사용하였다. 우선 미네랄 오일이 가지고 있는 장점으로는 상대적으로 저렴하다는 점이다. 하지만, 기술과 인구의

증가로 인한 도시의 발달때문에 미네랄 오일이 가지고 있는 단점들은 시간이 지날 수 록 점점 더 분명해 지고 있다.

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다음은 미네랄 오일이 가지고 있는 단점들을 열거해 보려고 한다.

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1. 미네랄 오일은 불에 타기 쉽다는 점이다 (약 170℃에서 불이 붙기 시작한다). 예를들어 만약 트랜스포머가 막대한 기능오류나 장비 파괴의 현상을 겪게 된다면, 매우 크로 위험한 불길이 미네랄 오일에서 발생하게 된다.

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2. 미네랄 오일은 친환경적으로 분해되기 어려우며 독성물질을 함유 하고 있다. 다시 말하면 친환경적이지 않으며 해양생물들에게 매우 해로운 존재이다. 만약, 오일 누수현상을 겪는 다면 주변 생태계를 위협할

가능성이 생기게 된다. 또한 누수 현상으로 인한 처리 비용은 매우 비싸며 오일 누수(유출)은 회사 입장에서 매우 큰 이미지 타격을 입게된다.

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3. 또한 미네랄 오일은 습도에 매우 약하다. 대기압에서는 약 60 parts/million(ppm)의 상태로 수분과 함께 포화상태가 되버린다. 그 결과, 이 미네랄 오일안에 존재하는 트랜스포머와 절연지(insulating paper)는 내부로 들어온 수분에 의해 손상을 입게 되며 장비의 수명에 큰 영향을 끼친다.

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B) 이스터 용액 (ester based fluids)

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이러한 단점들을 극복하기 위해 이스터 베이스의 용액(ester based fluids)이 사용되며 이 용액이 가지는 장점들은 화재로 부터 안전하고, 쉽게 생물학적으로 분해되며, 습도에 있어서 매우 강하다.

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이스터 용액은 크게 두 가지의 다른 타입으로 나눠진다 (합성된 이스터, 자연적 이스터). 합성 이스터는 천연 물질로 부터 얻어지며 1970년대에 처음으로 기존의 트랜스포머에서 사용되던 PCB(Polychlorinated Biphenyls: 폴리염소화비페닐)을 대체하기 위해 도입되었다. 이 합성 이스터는 화합물로써 알콜과 산의 반응을 통해 얻어지게 된다. 반면에 자연적 이스터 오일은 재생산 가능한 자연 물질 (카놀라유, 대두 등) 부터 얻어지며 1990년대에 들어서 처음 사용되었다.

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이런 이스터용액의 도특한 특성은 높은 인구밀도지역에 위치한 트랜스포머에 매우 적합하다는 뜻이며 다시 말해 공간적으로 많은 이점을 안겨다 준다. 또한, 안정성 및 친환경성에서도 강점을 갖는다. 이러한 장점들을 다시 열거하면 다음과 같다.

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1. 안정성 향상: 이스터 용액은 절연유로써 미네랄 오일이 가지고 있지 않은 특성들을 가지고 있으며 이러한 특성들은 도심속에 사는 사람들의 안전 및 주변 환경 안전에 있어서 매우 뛰어나다.

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2. 화재 위험성 감소: 이스터 용액은 화재 위험성 측면에서 미네랄 오일을 대체할 수 있다. 즉, 미네랄 오일은 발화점을 170℃를 가지는 반면, 이스터 용액은 300℃의 발화점을 가지기 때문에 특정환경에 있어서 이스터 오일은 안전성 측면에서 더 큰 마진을 보유하게 된다. 또한 이스터 오일은 스스로 소화(불이 꺼지는 현상, self-extinguishing)하는 특성이 있다. 이러한 특성들은 위험요소가 많은 환경(도시 중심지 등)에 설치된 트랜스포머에 사용하기에 매우 이상적이다.

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3. 친환경적이다: 이스터 용액은 매우 친환경적인 특성을 가지고 있다. 미네랄 오일같은 기존의 오일은 생물학적인 분해가 어렵고 독성을 함유하고 있다면 이스터 오일은 생물학적 분해가 매우 쉽게 일어나고 독성이 없기때문에 주변 생태환경에 있어서 매우 친환경적이라고 할 수 있다. 다시 말해, 기름 유출, 수질 오염, 토양 오염등에서 자유로울 수 있다.

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4. 추가적인 이스터 용액의 장점은 주변 장치의 오염을 줄여준다는 점이여, 또한 설치 공간을 절약 시킬 수 있다.

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5. 간접비용의 감소

이스터 용액이 가지는 낮은 화재 위험성으로 인해 전력 네트워크를 구축함에 있어서 효과적이고 상대적으로 낮은 비용만을 지출 할 수 있다.

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●공간 절약의 가능성 제공

●간접비용의 감소로 전체적인 설치 비용의 절약가능

●미네랄 오일에 비해 상대적으로 적은 비용의 보호 시설 구축가능

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6. 높은 에너지 수요를 충족 시키는데 도움을 줄 수 있음

인구의 증가로 인해 충분한 전력양의 전달은 필수적인 부분이다. 이스터 용액의 높은 발화점은 트랜스포머가 약 20%정도의 과부하를 견딜 수 있게 해줄수 있을 뿐만 아니라 장비의 수행 강도 및 수명 또한 강화 시킬 수 있다. 즉, 에너지 효율성을 증가 시킬 수 있다. 더욱이 이스터 용액을 사용한 트랜스포머는 초과된

열을 포획할 수 있으므로, 이 열의 다른 용도의 사용이 가능하다. 하지만 미네랄 오일은 낮은 발화점을 가지고 있기 때문에 초과된 열을 재사용하는것은 매우 어렵다.

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7. 기존의 네트워크와 통합이 가능하다.

새로운 기술을 고려할때 가장 핵심적으로 생각하여야 하는 부분은, 새로운 솔루션이 기존의 기술과 통합이 가능한지의 여부이다. 즉, 전력의 차단이나 방해 없이 이러한 새로운 기술이 적용 가능한지를 알아봐야

하는데 합성 그리고 자연 이스터 용액 사용의 장점은 기존의 미네랄 오일을 쓰던 트랜스포머에 적용이 가능하다는 점이다 (조건에 따라서 최대 33kV/10 MVA까지 가능). 이 경우는 봉합된 시설이나, 공기중에 노출된 시설도 포함이며 구조의 수정없이 가능하다.

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결론적으로, 현재 많은 도시들은 전 세계 에너지의 3/4를 소비중이며 에너지의 소모는 시간이 지날수록 점점 증가하게 될 것이다. 기존의 전력 시스템이 안고 잇는 부담감은 시간이 갈수록 가중되기 때문에 안전하고 지속가능한 새로운 전력시스템의 구축이 필요하다. 따라서, 트랜스 포머에서의 이스터 용액의 사용은 이러한 발전에 있어서 큰 기여를 할 수 있다.

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출처: A. Gyore, TRANSFORMERS : THE FUTURE of Power Transmission and Distribution Needs THIS WHITEPAPER EXAMINES THE RISKS. 2016.

트랜스 포머의 코일을 절연 용액(dielectric fluid)에 담그는 방법의 이점은 오랜기간동안 이해 및 사용되어 왔다. 이러한 용액의 사용은 전기적 전도성을 줄여줄 뿐만 아니라 냉각 수행능력의 향상을 이끌어 왔으며 트랜스포머 디자인을 간소화 할 수 있게 하였다. 미네랄 오일은 그것이 가지고 있는 냉각 전기적 특성 때문에 트랜스포머에서 오랜기간동안 사용 되어 왔다. 하지만, 화재 위험, 환경 오염, 낮은 방수 능력, 부식 가능성등의 많은 단점들을 노출해 왔다.

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이러한 단점들을 해결하기 위해 이스터 베이스의 용액들이 제안 되어졌다. 이스터 베이스의 용액들이 가지고 있는 장점은 우선 화재로 부터 안전하다는 점이고, 식물성분해에 용이하기 때문에 친환경적이다. 또한 부식 가능성으로 부터 자유로우면서도 강항 절연 특성을 가지고 있다. 추가적으로, 이스터 용액은 섬유소 절연에서의 사용까지 확장가능한 이점을 보여줬다.

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트랜스포머에 사용되는 이스터 오일은 크게 두 그룹으로 나뉜다 (synthetic/natural)

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합성된 이스터 (synthetic)용액은 선별된 천연 물질들로 부터 제조된다. 그리고 합성 이스터 용액은 구체적인 응용에 맞춰진 완제품에 적용된다. MIDEL 7131(Midel 회사로 부터 제조된 합성 이스터오일)은 구체적으로 트랜스포머의 절연을 위해 사용되어 왔으며 모든 타입의 제품에서 뛰어난 성을을 보여준다. 또한 MIDEL 7137은 매우 낮은 유동점(물체가 유동하는 최저온도)과 우수한 산화 안정성(oxidation stability)를 보유하고 있기 때문에 낮은 기온 및 용액이 산소에 노출될 수 있는 경우에 있어 적용 가능하다.

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자연 이스터 용액(natural esters)는 재생에너지원으로 부터 얻어진다

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[제품모델명]

MIDEL eN 1204: rapeseed/유채 씨, canola/카놀라 유

MIDEL eN 1215: soybean: 콩, 대두

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위의 제품들은 각각의 특성에 맞춰서 가장 적합한 제품에 적용되게 된다. 하지만 합성 이스터 용액과 다르게, 자연 이스터 용액은 크게 바뀔 수 없다. 그러므로, 낮은 온도에서 용액으로 남아 있는 자연 이스터 절연 용액을 얻기 위해서는 절충안이 반드시 제안되어야 한다. 이러한 절충안은 보통 산화 안정화를 낮추는 방법이 많이 택해진다. 다시 말하면, 산화 안정성이 많이 떨어지기 때문에 봉합된 장비(sealed equipment)에서만 사

용이 가능해지게 된다. 합성 이스터 용액에 비해서, 자연 이스터 용액은 매우 높은 이동점을 가지고 있기때문에 기후가 온화한 지역이나 실내에서 적용하기 용이한 편이다.

출처: https://www.midel.com/blog/about-esters/

오염된 절연체의 섬락현상의 발생은 매우 복잡한 과정이며 우연에 의해서도 일어날 가능성이 있다. 따라서 몇가지 설명이 가능한 프로세스들을 예를 들어보자.

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A) 건조 밴드의 형성 (Formation of dry bands)

Figure 1.6-4a 는 균일 오염 전도층 (σ_s)를 가지는 평면 구조를 보여준다. 이 경우 누수 전류가 흐르게 되고 이러한 누수 전류는 선형의 전위 분배를 발생시킨다. 이러한 현상은 특정한 양의 건조 오염층으로 이끌게 되고 figure 1.6-4b 처럼 부분적으로 넒은 밴드 현상을 유발 할 수 있다. 이러한 건조 밴드층에서는 다른 σ_s 값은 갖게되고 전류는 일시적으로 매우 작아지게 된다. 마지막으로, figure 1.6-4c 처럼 각각의 밴드는 부분적 아크(불꽃)로 인해 브릿지 현상(절연체가 전도체가 되는 현상)을 겪게되며, 결국에 완전한 섬락 현상으로 유도하게 된다.

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이 경우는 만약 표면이 완전히 건조한 경우 방지되게 되고 다시 한번 선형 전위 분배를 발생할때 위험 레벨보다 훨씬 더 낮은 전류의 값을 갖게 된다. 이러한 현상은 마치 균일한 건조와 연속적인 부분 아크사이의 경쟁처럼 여겨질 수 있다.

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B) 오염모델을 통한 안정성 고려(Stability considerations using the contamination model)

Figure 16.5에 따르면, 건조 밴드와 오염층을 보유한 절연체는 직렬연결의 아크(arc) 경로 길이 x 와 '균일 저항층/단위길이'의 저항에 의해 대표된다 R'=R'(I). 이 모델과 함께 연소된 아크의 연장이 또는 소멸이 조사 되어질 수 있다.

총 전압 U는 아크와 오염층을 가로지르는 부분전압으로 구성된다. 아크 전계 강도 E_b=E_b(I) 와 관련해서

방전이 소멸되는 조건에서는, 전압은 아크가 가지는 성향을 기초로한 아크 확장에 의해 얻어진다. 그리고 E_b(I)는 더 저항층읠 가로지르는 공급체로부터 사용가능한 전계보다 훨씬 더 빨리 증가하게 되는것을 추정할 수 있다.

추가적으로 추정될 수 있는것은, 아크 전압은 오직 작의 부분의 전압 U를 형성하며 전류 I는 x에 관해서 독립적이게 된다 (소멸 조건에서).

이후, 만약 특정 중요 전류 값(I_k)을 초과 했을 경우 아크의 순방향 성장이 반드시 나타나게 된다.

위의 그림은 아크의 순방향 성장과 아크의 소멸 경계면에 관한 다이어그램이다. 이 경우는 E_b와 R'가 전류가 증가할때 감소한다고 가정된다. 빗금이 쳐진 영역에서는 아크는 최종적으로 완전한 섬락현상으로 발전되게 된다. 이 경우 대략적인 I_k 의 값은 다음과 같다.

다시 말하면 특정 최대 허용전류가 존재한다면 섬락현상 또한 존재가 가능하다. 실제로, 오염층과 관련된 절연 실패에 관해서, 섬락현상 이전에 최대 누수 전류는 오염형태에 상당히 독립적인 측정값이다.

Figure 1.6-7은 누수 전류가 완전한 섬락현상으로 발전되는 과정을 보여주며 figure 1.6-4의 아이디어를 기반으로 하고 있다. 하지만 더 중요한것은 I_k에 상응하는 U_k의 값이며 이 값은 만약 아크(arc)의 길이가 중요 길이 보다 훨씬 짧다고 (x≪s) 가정되었을때 구할 수 있다.

절연체 길이 s에 관한 아크 전압의 선형적 의존성은 이미 고전압에 관하여 증명되었다. 지수 n/n+1에 관하여 0.2~0.6사이의 값들이 얻어지게 된다.

처음의 대략적인 값은 심플하게 n=1을 통해 얻어진다. 즉, 다음과 같다.

비록 이러한 복합적인 시뮬레이션 모델이 실제 조건들보다 훨씬 나을지라도, 실제적인 요소들 (즉, 실험값)들을 간과해서는 안된다.

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출처: D. Kind, High-Voltage Insulation Technology. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2011.

고 전압 시설들은 가끔 가스가 있는 환경에 절연체를 포함한 경우가 있으며 이 경우 플래시오버(섬락)에 의해 stress를 받게 된다. 만약 오염된 레이어가 절연체의 표면에서 발달하게 된다면, 절연체의 전계 강도는 급격하게 감소하게 된다. 이러한 현상은 오버헤드라인, 야외 스위칭 스테이션 등 여러 장소에서 발생 가능하다. 그리고, 장기적은 측면에서 대기 오염 현상은 고 전압 네트워크의 안정성에 아주 큰 영향을 끼칠 수 있다.

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오염레이어의 발달과 효과(Development and effect of contamination layers)

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고형의 물질과 가스화된 물질사이의 경계면에서는 둘의 다른 물리적 매커니즘에 의해 응축이나 흡수같은 현상이 일어나게 된다. 추가로 공기중에서는, 절연체는 먼지 분자들의 축적에 의해 오염된 레이어를 형성할 수 밖에 없다. 이러한 현상은 일반적으로 질적측면의 설명(quantitative description)이 힘들다. 따라서 이 현상을 설명하기 위해서는 조사와 실험을 통해 접근하여야 한다.

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A) 수분 레이어(Moisture layer)

대기중의 공기는 항상 상당한 양의 수분을 포함하고 있다. 깨끗한 실험조건에서 물분자의 퇴적(또는 축적)은 대게 절연체 표면에서 일어나게 되고 humidity value F>50%이상일때 섬락전압 (U_d)의 감소를 이끌어 낸다(Fig. 1.6-1). 즉 낮아진 섬락 전압으로 인해 섬락(flashover)의 현상이 나타날 가능성이 높다.

이러한 현상의 원인은 절연체 표면의 물의 단일분자 필름 형성 (the formation of a mono-molecular film)때문이다. 심지어 주변 공기의 포화 습도 보다 낮은 상황이더라도 동일하다. 따라서 이러한 섬락 전압(the flashover voltage)를 줄이기 위해서는 절연체 표면의 마감 그리고 전압의 형태등 여러 사항들을 동시에 고려하여야 한다. 야외의 절연체에서는 화학 결함하는 수분층이 비, 안개, 또는 이슬에 의해 과냉각된 절연체에 발생할 수 있다(특히, 이른 아침시간에 발생할 가능성이 높다)

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섬락전압에 있어서 수분이 주는 영향은 절연체로 쓰이는 SF6가스 절연 시스템에 있어서 또한 중요하게 여겨진다. 다시 말하면, 가스를 사용하는 절연 시스템은 고체 표면에 생기는 수분, 즉 이슬점에 도달하지 않기 위해 충분히 건조한 상태를 유지하여야 한다.

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B) 전도성 오염층(Conducting contamination layers)

대기중에서는 먼지같은 불순물들이 물체에 표면에 쌓이는 경향이 있다. 이러한 오염층(the contamination layer)이 절연체에 미미하게 쌓이면서 건조한 상태를 유지한다면 섬락전압(flashover voltage)에 주는 영향은 크지 않다. 하지만, 만약 이러한 오염층이 충분히 쌓이면서 수분을 머금게 된다면 절연체의 전기전 강도 감소에 아주 큰영향을 주게 된다.

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크게 오염된 층이 다른 형태의 전압에 주는 영향은 다음과 같다.

오염된 절연체의 행동은 교류 또는 직류 전압하에서 동작 스트레스(the operating stress)에 아주 큰 영향을 미친다.

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다음 3가지의 오염이 공통적으로 일어난다.

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1. 염분 안개 오염(salt fog pollution)은 주로 해안가 근처에서 일어나며 수 Km의 내륙까지 전달 될 수 있다. 실생활에 비슷한 예로는 겨울철 도로에 뿌리는 염분의 물질 (보통, 염화 칼슘)의 효과와 비슷한다.

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2. 산업 공해 또한 이에 해당하는데, 잘 알려진대로 이러한 산업 공해는 인근 지역의 화력 발전소, 석탄 발전소, 시멘트 공장등 으로부터 발생한다. 이러한 산업 먼지들은 보통 비활성 먼지이며 염분과 섞여있다. 초기에는 이러한 먼지들이 건조한 상태지만, 후에 수분과 접촉하게 되면 전해질적인 전도성을 같게 된다. 또한 종종 이러한 전도성 오염층은 수분에서의 산성 형태의 가스(e.g. SO₂)에 의해 발생하기도 한다.

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3. 세번째의 경우는 사막 오염인데, 이 경우는 사막 부근에서 발생한 먼지가 절연체 주변에 쌓이게 되는 경우이다. 이렇게 발생된 먼지는 바람에 의해 날리게 되며 염려 되는 지역에 먼지층을 쌓게 된다. 예를들면 절연체 그늘막에 안쪽이나 뒤쪽 처럼 접근 하기 힘든 부분에 쌓이게 된다.

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이 모든 종류의 전도성 오염층은 절연체 표면에 위차하게 되고 누수 전류 I를 적용된 전압과 함께 포함하게 된다.

위의 그림에서 보여지듯이 인공 그리고 자연적인 오염에서의 절연체를 조사할때 δ_s (layer conductivity)는 유용한 측정 방식이 될 수 있음을 보여준다(교류전압 하에서).

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직류 전압조건하에서는, 오염층의 형성은 먼지 분자에서 작용하는 정전기적 힘에 의해 아주 큰 영향을 받는다. 전계는 매우 불규칙적인 오염을 이끌어 낼 수 있으며 또한 층 전도성의 불균일함을 가져올 수 있다. 다시 말하자면, 교류 전압에 비해 더 큰 섬락 전압(the flashover voltage)의 감소를 가져오게 된다.

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출처: D. Kind, High-Voltage Insulation Technology. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2011.

전극으로부터의 넓은 영역의 전계 방사(field emission)에 관해서, 전류가 측정될 수 있으며 이 전류는 예비 전류보다 몇 배 더 크다. 이러한 현상은 마이크로픽(micropeak)에 의해 전극의 표면에서 나타나며 부분적으로 전계(electric field)를 강화시킨다.

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많은 절연 파괴 가설들이 진공 간극(in vacuum gaps)에서 매커니즘을 설명하기 위해 발전되어 왔다. 캐소드 절연 파괴 가설은 전계 방사 전류가 캐소드에 마이크로픽에서 일정 전류 밀도를 넘어서 많은 열 방출로 이끌 수 있으며 이러한 열 방출은 마이크로픽이 폭발적으로 증발함으로 생긴다. 금속에서는, 이온화 충돌로 인한 기포들이 발생하게 된다. 만약 충분한 대전 캐리어의 증식에 도달하게 되면, 진공 간극에서의 절연파괴는 이온화된 금속 기포 운집을 따라서 발생하게 된다.

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애노드 절연파괴 가설측면에서는, 전계에 의해 캐소드로부터 방출된 전자가 전계에서 가속화 되고 (에너지 W=eU), 이러한 에너지가 애노드에 열을 가함으로써 애노드 물질의 증기화에 관연하게 된다. 이러한 급속 증기는 충동 과정에 의해 이온화 되게 되고 전자의 방출을 캐소드로 돌려 보내는 업무에 힘을 실어 주게 된다.

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애노드에서 충분히 높은 증기화 비율과 관련해서, 메탈 증기 운집안에서 가스 절연 파괴가 일어나게 된다. 또 다른 가설에 따르면, 진공 절연 파괴는 자유 금속 분자에 의해 시작 된다고 하며 이러한 자유 금속 분자는 전극에 잔존하는 것들이며 전계의 힘에 의해 분리되고 가속 된다 (반대쪽 전극에 충돌).

진류 전압의 스트레스와 관련해서 균일 전계 또는 아주 약한 비균일 전계에서의 진공의 간극 (s) 에서의 전기적 강도는 다음의 수식을 만족한다.

위의 수식은 충동 전압(impulse voltage)와 관련해 짧은 절연 파괴 시간영역(t_d<0.1μs)에서 확인 되었으며 충동전

압-시간 커브의 가파른 증가가 관측 되었다. Figure 1.5-1에서 보여지는바와 같이 전극 물질은 전계 강도에 영향을 끼친다. 동일한 조건하에서, DC 절연파괴 전압은 전극 재료의 높은 녹는점과 함께 증가한다. 이 행동은 앞서 언급한 여러 가설들에 해당되는 점이다. 전극을 냉각 시키는 것은 높은 녹는점 온도와 같은 효과를 가지며 구조의 전기적 강도를 증가 시킨다 (Fig 1.5-2).

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직류 전압 하에서의 절연파괴는 애노드의 아주 강한 부식을 일으키게 된다. 반대로, 캐소드의 표면 마감은 향상되게

된다.

위의 두 그림은 진공 절연파괴 후에 애노드와 캐소드의 전극 표면을 현미경으로 관측한 것이며 그림에서 보여지듯이 애노드 부분에서는 눈에 띄는 침식이 일어난 것이 확인된다.

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균일 전계에서의 AC스트레스가 작용하면, 캐소드와 애노드 두 전극 모두 다 동일하게 침식이 일어나게 되는데 그 이유는 전극들이 애노드와 캐소드역할을 번갈아 가면서 맡기때문이다. 이 경우 두 전극 모두에서 침식이 일어나게 때문에 파괴 전압은 dc 스트레스가 작용할때 비하여 낮은 편이다.

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반면에 비균일 전계에서는, ac 와 dc 스트레스에서 파괴전압은 모두 동일하다. 그 이유는, 교류 파괴 전압은 (-) 극성의 전극(작은 반경의 곡면을 가지고 있음)에 관하여 일어나는 것을 선호하기 때문이다. 그리고 눈에 띌 만한 침식은 극 반경의 곡면을 가지는 전극에서만 발견되어 진다. 따라서, 비슷한 표면과 절연파괴 전압이 AC와 DC 전압 모두에게서 관측 된다.

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출처: D. Kind, High-Voltage Insulation Technology. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2011.