절연물질의 전기적 특성 테스트 part 1 (electrical properties and testing of insulating materials)
전기적 특성 테스트(Electrical properties) Part 1
a) 절연파괴 전계 강도 (Breakdown field strength)
절연 물질이 절연 파괴 전계의 값을 일정하게 유지하지 않더라도, 절연 물질에서 절연 파괴 전계의 강도를 측정하는것은 너무 나도 중요한 과정중에 하나 이다. 더욱이 절연파괴 전계 강도는 여러가지 요인들에 의해 많이 또는 적게 영향을 받는데 이에 해당하는 조건들은 다음과 같다.
- 전극 곡면의 반경과 표면의 마감 처리 상태(radius of curvature and surface finish of the electrodes)
- 레이어의 두께(layer thickness)
- 전압의 종류(type of voltage)
- 스트레스의 작용 기간(stress duration)
- 압력(pressure)
- 온도(temperature)
- 주파수(frequency)
- 습도(humidity)
- etc...
Figure 2.2-1은 최대 3mm의 두께의 해당하는 판(plate) 또는 호일의 절연 파괴 전계 강도 표준화된 실험 상태를 보여준다. 절연체 판 표면에 활공(gliding)성 방전을 예방하기 위해서 전체적인 배열은 적합한 절연 상수를 가진 절연 용액안에 내장되어야 한다.
Figure 2.2-2는 천체 모양을 한 전극의 배열을 보여주며 가스화 그리고 액상의 절연 물질들은 2.5mm 간극에서 절연 파괴를 일으킬 수 있도록 테스트 된다.
교류 전압(alternating voltage)가 적용된 절연 파괴 테스트는 0 부터 절연 파괴의 전압까지 약 10~20초 사이에 이루어져야 한다. 5개의 샘플에서 중간의 값으로 테스트 값을 정하며 만약 5개 샘플 중 하나라도 중간 값으로부터 15% 이상 또는 이하를 벋어나게 되면 5개의 샘플 테스트 진행 후 총 10개의 샘플에서 중간 값을 테스트 값으로 정한다.
절연 파괴 전계는 절연파괴 전압과 전극의 최소 간극(the smallest electrode spacing) 으로 부터 얻어질 수 있다.
b) 절연 저항력 (Insulation resistance)
실질적인 절연 시스템들은 종종 스트레스가 병렬로 있는 많은 절연체(dielectrics)로 구성된다. 예를들어, 지지 절연체(Support Insulator)의 절연 병렬에서 표면 저항과 볼륨저항의 조합으로 구성된다. 보통 구체적인 저항력 (Ω cm)으로 나타내어 지는 볼륨 저항력은 종종 주변 환경과 관련해서 독립적이다. 반면에 표면 저항은 주변 요건 (압력, 온도, 습도, 먼지 등)에 의해 상당한 영향을 받는다. Figure 2.2-3은 플레이트 타입(plate type)의 절연물질 샘플의 볼륨 저항 측정 배열을 나타낸 것 이다.
플레이트 타입의 샘플을 지지하는 전류가 흐르는 전극 (the live electrode)은 측정 전극 반대편(measuring electrode)에 배열된다. 볼륨 저항은 적용된 DC 전압(100V 또는 1000V) 측전 정극으로 부터 얻어진 전류를 통해 계산되어 진다. 측정 전극 주변에 1mm 간극안으로 집중적으로 배치된 가드 링(guard ring)은 표면 전류로 인해 발생되는 오류 측정을 예방한다. 그리고, 튜브 모양의 절연 재료 샘플들은 특별한 테스트 배열을 통해 측정 가능하며 이에 해당하는 물질들은 녹을 수 있는 절연체나 액상의 절연체들이 해당된다.
보통의 절연 물질들은 구체적으로 10^12~10^13 Ω cm의 볼륨 저항성을 가지는 반면 우수한 성질의 절연체들은 최대 10^17Ω cm 또는 이상의 볼륨 저항성을 가진다.
출처: [1] D. Kind, High-Voltage Insulation Technology. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2011.