소소한 POWER SYSTEM

Abstract

오일-오일을머금은 섬유소 페이퍼, 그리고 프레스보드(합판)은 컨버터 트랜스포머에서 절연 재료로써 많이 사용된다. 전기적 응력에서의 DC 요소의 존재는 컨버터 트랜스포머에서 오일을 함유한 절연 페이퍼(space charge accumulation inside the oil impregnated paper )안에서 공간전하의 축적을 야기한다. 이미 알려져 있듯이 오일을 함유한 절연 종이에서의 수분 함량은 공간전하 행동에 영향을 미친다. 이 페이퍼는 오일을 머금은 절연 종이가 높은 수분을 함유할때의 공간 전하의 역학에 집중한다. 

Pulsed electro-acoustic (PEA) 테크닉이 미네랄오일을 머금은 400μm 두깨의 single layer 페이퍼 샘플에서 공간전하의 측정을 위해 사용되었다. 샘플들은 다른 전계강도 (7.5kV/mm 그리고 20kV/mm), 서로 다른 온도(30℃ 그리고 70℃), 서로 다른 극성에 노출된다. 실험의 결과는 첫번째로, 높은 수분함량을 포함한 (-) 비균일 전하들이 애노드 부근에서 형성된다. 그리고 나서, 캐소드로 이동하며 속도가 감소하게 된다. 이러한 과정들은 더 높은 온도와 더 높은 전계 강도에서 가속화 된다.

Introduction

많은 전력의 장거리 송신의 수요성의 증가로 인해, High Voltage Direct Current (HVDC)의 기술의 발전은 점점 가속화 되고 있는 중이다. Converter Transformer는 HVDC 시스템에서 핵심적인 역할을 하는 요소이며, 보통 미네랄 오일-미네랄 오일을 머금은 섬유소 페이퍼, 프레스보드로써 절연재료로써 많이 사용된다.

하지만, 전기적 응력에 있어서 DC 요소는 오일을 머금은 절연 종이에서 원치 않는 공간전하의 축적을 유발하게 된다. 절연체에 유발된 이러한 공간전하의 축적은 전계의 왜곡현상을 일으키게 되며 부분적으로 매우 높은 전계 강도를 생성하게 된다. 그리고 이렇게 생선된 높은 부분적 전계강도는 절연능력의 저하를 가져올 수 있다. 따라서, 오일을 머금은 종이 절연체의 공간전하의 특성을 이해하는 것은 매우 중요한 부분으로 고려된다.

절연 시스템에서 수분의 존재는 좋지 않은 요건으로 고려된다. 특히 오일-종이 절연에서의 수분의 존재는 절연 강도를 약화 시킬 뿐만 아니라, 섬유소 재료(e.g. 절연 종이)의 노쇠화(변질)을 가속시킨다. 컨버터 트랜스포머의 오랜작동 기간동안, 절연 시스템의 수분 함유량은 점점 증가하게 되고 그 결과로 인해 절연능력의 저하 또는 트랜스포머의 누수 현상이 발생하게 된다. 추가적으로, 많은 연구자료들이 이미 수분의 함유량이 공간전하 행동에 영향을 끼침을 보여주었다. 

이 페이퍼는 높은 수분 함량을 가진 single layer oil-impregnated paper 샘플에서의 공간전하 역학에 집중하고 있다(수분 함량 >5%). 샘플들은 다른 전계강도 (7.5kV/mm 그리고 20kV/mm), 서로 다른 온도(30℃ 그리고 70℃), 서로 다른 극성에 노출되서 실험된다. 

Experimental Descriptions

a) samples under investigation

이 실험에서는, Gemini X 미네랄 오일(Nynas 회사)가 사용되었으며 이 요일은  IEC 60296의 표준을 충족한다. 조사에 쓰인 절연 종이는 grad K kraft 종이이며 Weidmann 회사에서 400μm의 두께로 제작 되었다. 오일을 머금은 종이샘플의 준비를 위해서, 처음에 신선한 오일은 불순물 제거를 위해 여과 된 후 진공상태로 80℃에서 3일간 수분의 건조를 시킨다. 그리고 나서 이 페이퍼 샘플은 원형의 형태로 지름 4 cm로 절단한 후 105℃의 오븐에서 하루동안 건조 되었다. 그리고나서, 오일과 종이 샘플을 진공 상태의 오븐에 24시간동안 같이 두면 오일을 머금은 절연 종이를 만들 수 있게 된다.

위의 과정들 이후헤, 오일을 머금은 종이 샘플의 수분 함유량은 총 무게의 0.5% 미만의 양만을 함유하게 된다. 높은 수분 함량을 가진 샘플을 얻기 위해서는, 이 새롭게 만들어진 건조한 오일-종이 절연종이 샘플을 보통의 환경에 노출시켜 수분을 흡수시켜 5%이상의 수분을 함유할때까지 내비둔다. 

b) Test Set-up

오일을 머금은 종이의 공간전하를 측정하기 위해서는, PEA 측정 기술이 사용되었다. PEA 시스템에서, 공간전하는 5ns 동안 전기적 펄스에 의해 excited 된다. 그리고, HV fast 스위치에의해 발생되는 1kV의 진폭(amplitude)이 적용된다. 들뜬상태(excitation)이후에, 생성된 아쿠스틱 시그날은 공간전하의 정보를 함유한채 piezoelectric sensor를 통해 이동하게 되고 이 센서는 9 μm 두께의 PVDF film에 내장 되어 있다. 그리고 나서, 이 어쿠스틱 시그날은 전압 시그널로 변환되게 된다. 그리고 나면, 전압 시그날은 증폭됨과 동시에 기록으로 남게 된다. 

고 전압 구리(copper) 전극의 반경은 10 mm이다. HVDC의 전원은 Glassman Company에 의해 제작되었으며 최대 60 kV DC stress까지 생산 가능하다. 

주파수 영역 분광학 기술(Frequency domain spectroscopy (FDS))이 높은 수분을 포함하고 있는 오일함유 종이샘플에 적용되어 결과의 분석을 돕는다. Omicron Dirana는 주파수 영역 분광학의 분석을 위해 사용되었다. 테스팅 시스템의 플레이트 전극이며 나일론과 Perspex의(cell made of nylon and Perspex) 섬유 조직이다.

PEA 시스템에서 전극의 사이즈는 high voltage 전극의 사이즈와 동일하다. 테스트 박스는 알루미눔 박스로 봉합 되어 있으며 Omicron Dirana와 컴퓨터에 연결되어 있다. FDS 분석을 위해 샘플에 적용된 peak voltage는 100V이고 측정된 주파수 범위는  5 kHz~100 μHz 이다.

Experimental Results

a) Volt-on test for paper sample with higher water content

Figure 3은 수분을 5.38% 그리고 온도 30℃, 전계 강도 20 kV/mm 에서 전압이 걸렸을때의 결과를 보여준다. 초반 10분동안은, (-) 비균일 전하들이 애노드 (즉, 고 전압 전극) 부근에 나타남을 보여줬다. (-) 비균일 전하의 형성후에, 이 전하들은 캐소드로 옮겨가기(그라운드된 전극) 시작했다. 이 과정에서 캐소드로 이동한 전하의 속도는 감소하였다. 동시에, 애노드와 캐소드 모두에서 표면전하는 응력의 작용 시간에 맞춰서 명백히 감소하였다. 또한 이 과정동안, (+)전하들이 애노드에서 더 깊게 주입되는 모습이 발견되었다.

b) Volt-on test under different temperature

온도가 관측된 역학 과정에서 어떻게 영향을 끼치는지를 알아보기 위해, 공간전하의 행동이 전계 강도 20 kV/mm, 온도 70℃의 조건하에서 측정되었다. Figure 4는 이 실험의 결과를 보여주고 있다. 70℃에서의 공간전하의 역학은 30℃에서의 공간전하 역학의 모습과 매우 유사하다. 하지만 높은 온도는 더 빠른 역학 과정을 보여주었다. 한 시간동안의 응력(stress) 작용에서는, (-) 전하는 거의 캐소드 부근으로 이동하였다. 

c) Volt-on test under different field strength

 높은 수분 함량의 샘플은 7.5 kV/mm의 전계강도에서 테스트 되었으며 이 조건은 관측된 공간전하 역학에서 전계의 강도가 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위함이다. Figure 5는 이에 대한 결과 그래프이다. 매우 낮은 전계 강도에서는 전하의 이동현상이 여전히 발생하였으나, 매우 느린 속도로 진행되었다. 초반 20분동안 형성된 비균일 전하와 한 시간의 응력이 끝나는 시점에서의 (-) peak 전하는 오직 종이 두께의 1/4만을 이동하였다.

Figure 6는 Fig 3,4,5에서 보여준 (-) peak 전하 위치에 대응하는 공간전하의 이동 속도를 보여준것이다. 위의 결과는 샘플이 전계강도  20 kV/mm에서 테스트된 값이다. 초기 변동 이후에, 이동속도는 이동 거리의 비례하며 점진적으로 감소하는 모습을 보여주었다. 스트레스된 샘플 (전계강도 7.5 kV/mm)에서는 이러한 감소 경향이 관측되지 않았는데 그 이유는 너무 느린 속도의 값들 때문이다. 같은지점에서의 높은 이동 속도는 높은 온도 또는 높은 전계 강도에서 관측되었다. 이러한 경향은, 공간전하의 역학적 행동이 전계와 온도 모두로 부터 여향을 받는것을 알 수 있다. 

VERIFICATIONS AND DISCUSSIONS

Figure 1에서 보여지듯이 high-voltage 전극과 ground 전극에 사용되는 재료는 다르다. high-voltage 전극에 사용되는 재료는 보통 반도체성향을 띄는 고무이지만, ground 전극에 사용되는 재료는 알루미늄이다. 전극의 재료로 인해 유도되는 현상을 조사하기 위해, 전계 강도 20 kV/mm와 (-) 극성이 30℃에서 샘플에 적용되었다. 

Figure 7에서 보여지듯이, 같은 공간전하 역학적 행동이 관측 되었다. 그러나, 이 경우 (-) peak charge는  ground 전극(애노드) 주변에서 형성되었고 ground 전극에서 high-voltage 전극(캐소드)로 이동 하였다. 따라서, 전극의 물질과 상관없이 (-) peak charge는 항상 애노드에서 형성되어 캐소드로 이동한다. 

추가으로 공간전하의 역학적 현상의 조사를 위해서 재응력(re-stress)이 가해지는 시스템이 디자인 되었다. 높은 수분을 포함하는 샘플은 첫번째로 stress에 노출되고 역학적 모습이 조사되었다.(1시간 volt-on test) 그리고 나서는, 전계는 전하의 방출을위해 한 시간동안 제거된다. 

모든 공간전하들이 방출되면, 20 kV/mm의 전계 강도가 재 적용되고, 공간전하의 정보들이 기록되게 된다. Figure 8은 재응력(re-stress)이 가해진 실험에 관한 결과 모습이다. 이 결과로부터 알수 있는점은, 전하들이 완전히 방출되었더라도, 전계가 다시 가해진후 이전 실험에서 마지막 분배 모습처럼  공간 전하 분배가 즉시 나타난다는 점이다.

이러한 현상은 수분 함량이 높은 오일-종이 샘플에 관해서, 기억효과(memory effect) 가 HVDC 전계의 관해 유도 되었다는것을 알려준다. 결론적으로, 이 결과로부터 추정될 수 있는것은 샘플 내부에서의 높은 수분합량과 높은 전계로 인해 장기간의 변화가 유도 된다는 점이다. 이러한 결과으 분석을 돕기위해 FDS 분석기술이 샘플에 도입되었다. 응력에 노출되지 않은 샘플이 처음에 FDS 기술에 의해 상온에서 분석되었으며 후에, 샘플은 응력에 노출된다 (20 kV/mm at the temperature of 30℃, 2 hours). 이로 인해 (-) peak charge 는 캐소드 주변으로 이동할 수 있게된다. 그리고 나서 샘플은 FDS 기술에 의해 재 분석된다. 

샘플의 실제 유전율(permittivity)과 소멸 요인(dissipation factor)이 위의 도표에 나타나있다. Figure 9에서 보여지듯이, 주파수 영역이 50Hz보다 높은경우, 약간의 변화가 응력 이전과 이후의 관련해서 발견되었다. 주파수 영역 1 mHz ~50 Hz에 대해서는, 뚜렷한 차이가 관측 되었으며 이 결는 샘플이 가지고 있는 절연 특성의 변화를 나타낸다. 이 영역에서는, 실제 유전율은 줄어든 주파수 영역과는 반대로 증가하는 경향을 보여준다. 그러나, 응력 작용 이전에 샘플은 더 가파른 증가를 보여주며, 이것은 안정화 과정이 약 0.1Hz에서 약해짐을 보여준다. 1mHz 보다 적은 영영에서는 실제 유전율의 값은 두 샘플이 동일함을 보여준다.

Figure 10에서 보여지는 소멸요인 (dissipation factor)은 응력 이후의 샘플에 관해서 감소된 주파수의 반대로 증가하는 경향을 보였다. 응력 이전의 샘플에 관해서는 주파수 영역이 3Hz보다 높고 60mHz 보다 낮은경우, 소멸요인의 행동은 응력 이후 샘플과 같은 현상을 보였다. 또한 이 역시 안정화 과정이 약 0.1Hz에서 약해짐을 보여준다.

이는 FDS와 관련해서, 섬유소의 낮은 주파수 확산(1Hz에서 안정화를 보여주는 섬유소)는 주로 수분-섬유소 혼합 위상의 공동 모션에 의해 야기된다. 즉, 높은 수분함량을 보유한 샘플에서의 주파수 변화는 아마 수분의 조건의 변화의 기여할 수 있다(절역 특성관련, 수분의 상태와 배치의 관련 될 수 있다).

공간전하의 역학에 관해서, 대량의 오일을 머금은 종이 샘플에서의 (-) peak charge는 아마 샘플의 비 균일성으로부터의 결과물일 수도 있다. 전기적 응력하에서, 수분의 조건은 변할 수 있으며 결과적으로, 부분적 절연 특성(permittivity and conductivity)이 변할수 있다. 그러나 변화는 샘플 두께의 관해서 고르지 못할 수 도 있는데 그 원인은 균일하지 못한 전계의 분배때문이며 이것은 전계 의존 현상으로 나타날 수 있다. 

결론적으로, 샘플은 두께와 관해서 더 이상 균일하지 않다. 따라서 면과 면사이에 낀 (-) 전하들은 샘플의 비 균일성으로 인해 유도 될 수 있다.  이 현상은, 샘플이 공간전하의 행동과 관련해서 기억효과(memory effect)가 나타나는지를 설명할 수 있다(Figure 8). HVDC 응력 하에서는, 샘플의 비균일성은 지속적으로 발전될 수 있으며, (-)의 이동현상을 이끌어 낼 수 있다. 

이러한 추측들로부터, 캐소드에서의 표면전하 감소는 아마도 대량으로 형성되는 (-)전하의 형성으로 인한 인근 전계강도의 감소로 인해 야기될 수 있다.

출처:

Z. Mu, Z. D. Wang, and Q. Liu, “Space charge dynamics of oil-impregnated paper insulation with high water content,” 2017 IEEE 19th Int. Conf. Dielectr. Liq. ICDL 2017, vol. 2017–January, no. Icdl, pp. 1–4, 2017.

Introduction

파워트랜스포머의 전도체 와인딩은 절연유를 함유한 종이로 절연 되어 있다. 그리고 이러한 절연 기술을 트랜스포머의 수명을 약 25년 정도까지 사용가능하게 만든다(65~69℃에서 작동할 경우). 전형적인 트랜스포머는 10~12톤의 종이(30~120μm 두께, 0.7~0.8 kg/m^3밀도)와 45톤의 오일을 포함하고 있다. 열, 수분, 그리고 산소는 섬유의 변질을 야기하며 중합 분자 체인의 길이(polymer molecular chain length)를 줄일 뿐만 아니라 물질의 기계적 강도까지 약화 시킨다. 기계적인 부분 실패는 모자란 와인딩이나 절연종이의 파편, 오일 덕트안쪽의 섬유소쪽에서 나타날 수 있으며, 또한 전기적, 열적인 절연실패를 야기 할 수 있다. 트랜스포머 와인딩의 장력과 규정의 변화는 기계적, 전기적 왜곡을 야기 할 수 있으며, 노쇠화된 절연체 또는 와인딩의 쇼트회로 force의 관한 실패의 가능성을 증가 시킨다.

수분은 노쇠화의 주요 원인 중 하나이며 절연시스템에서의 수분의 존재는 전도성을 증가 시킬 수 있고 가스 버블의 형성에 도움을 주게 된다. 또한 트랜스포머에서의 수분은 전반적인 절연 시스템의 열적 안정성을 떨어뜨리게 되며 이러한 현상은 특히 과부화 조건에서 나타나게 된다.

절연종이는 kraft 과정으로 부터의 wood pulp로 만들어진다(탈 레닌과정 포함). 이렇게 만들어진 절연 종이는 90%의 섬유소와 6~7%의 lignin으로 구성된다. 보통의 자연적인 절연종이의 수분 함유량은 전체 무게의 4~5%이지만 절연종이로 사용될 경우 수분 함량이 0.5%이하로 떨어질때까지 건조 시킨다. 그리고 이렇게, 만들어진 종이는 절연 오일이 함유되도록 담가지게 되며 이러한 과정을 통해, 절연 능력의 향상을 증가 시키게 되고 와인딩부분에 있어서 냉각 작용을 이끌 수 있게 한다.

절연 종이의 주요 성분은 섬유소이며 이 섬유소는 자연적 글루코스 중합체이다 (natural polymer of glucose). 단량체(monomer) 유닛들은 긴 직선의 체인에서 결합되어 있으며 자연적인 상태에서 평균 체인 길이 또는 폴리머화 정도 (degree of polymerisation, DP) 20,000 monomer unit을 초과한다. 종이의 기계적 강도는 섬유소 본연으로 부터 오며 이러한 섬유소는 분자내 그리고 분자사이의 수소 결합에 의해 증가한다. 그리고 섬유소 체인과 미세 크리스탈라인 구조 사이에서도 일어난다.

종이의 강도는 주로 섬유서의 DP 수치의 따라 결정되게 되는데 제조 후, 종이의 DP 수치는 보통 1000~1300 사이 정도이다. 트랜스포머의 건조과정은 이러한 수치를 약 950까지 감소 시키며 동작 기간 동안의 노쇠화로 인해 이 수치는 더 하락하게 된다. DP 수치 950~500사이에서는, 종이의 강도는 실제적으로 일정하지만 수치가 500~200 범위라면, DP의 감소의 따라 종이의 강도 또한 비례적으로 같이 감소 하게 된다. DP 수치 150에서의 종이는 초기의 값의 20%정도의 강도만을 가지게 되며 DP 150 미만은 종이의 강도가 존재하지 않게 된다.

전기적 절연 종이에서 섬유소의 기능 저하는 저온의 화학반응의 복잡한 결과를 통해 일어나지만, 아직까지 완변하게 설명되지 않았다. 이러한 과정들은 체인 절단, 절연 파괴 성분의 배출(수소, 짧은 체인 탄화수소, 일산화 탄소, 이산화 탄소, 수분)을 포함하게 된다. 이러한 성분들은 오일안에서 용해되게 되며 트랜스포머 상태를 예측하는데 사용된다. 종이의 기능저하는 또한 더 큰 분자의 배출을 야기 하며 그 예로 프루프랄(2- furfuraldehyde (furfural))을 이야기 할 수 있으며 이 프루프랄은 오일안에서 확인되며 종이의 상태에 관하여 더 구체적인 정보를 전달 할 수 있다.

Failure mechanisms

섬유소의 변질(degradation)은 DP(폴리머화 정도 (degree of polymerisation) 수치를 낮추는 결과를 가져오게 된다. 그리고 이로 인해, 섬유 내부의 결합이 파괴되는 현상을 겪게되고 기계적 강도의 손실 및 섬유소의 찢어짐 현상 및 충격을 받는 현상에 놓이게 된다. 대조적으로, 전기적 절연 강도는 큰 영향을 받지 않는다. Figure 1에서 보여지는바와 같이 매우 많은 과정들이 이러한 변질과 실패의 기여하게 된다.

가스의 증식은 공통적으로 언급되는 동작 실패요인이다. 초기에 방출된 가스는 수분의 형태이지만, 온도가 증가 할수록 (90℃ 이상) CO 와 CO2 가 형성되게 된다. 가스 버블의 형성은 최소 150℃에서 paper/oil system에서 일어나게 된다. 가장 큰 위험요소는 과부하 조건 초기 동안에 존재하게 되는데 특히 급작스런 온도의 상승은 절연시스템으로부터 빠른 속도의 수분 증식을 야기 하기 때문이다.

오일에서의 가스 버블 형성은 부분방전에의해 지속될 수 있으며, 이러한 가스 버블의 증식은 섬락현상(flashover)로 이어질 수 있다. 절연 종이가 포함된 다른 실패 매커니즘에는 노쇠화 과정의 축적으로 인한 오일과 종이의 증가된 전도성이 포함된다. 감소된 저항성과 절연능력의 손실로 인한 열적 불안정성도 이에 파함된다.

추가록, 수분의 증식으로 인해서 오일에서의 섬유소 물질은 부분적 전계와 나란히 하려는 경향을 보여주며, 이러한 결과는 쇼트서킷, 전도체 사이의 미약한 절연 경로(특히 젖었을경우)를 발생시킨다.

Effects of temperature, water and oxygen on insulation life

• Effects of temperature: 온도의 증가 특히 (140℃ 이상)에서는 노쇠화의 속도가 급속도로 증가함을 보여준다.

• Effects of oxygen: 산소의 증가 또한 종이의 수분 함량을 0.3%에서 5%정도까지 증가 시키며, 이로 인해 변질의 속도를 빠르게 만든다.

• Effects of water: 종이의 변질 속도의 증가는 직접적으로 수분의 함량을 늘리게 되고 이로인해 절연 기술 수명에 영향을 미치게 된다.

고전압 절연 시스템에서 공간전하 축적의 효과(The Effect of Space Charge Accumulation in High Voltage Insulation Systems )

HVDC(High Voltage Direct-current)는 현재 배전시스템에 있어서 매우 중요한 주제이다. 특히, 경제적 그리고 환경적 요인이 많이 작용하며 현재 AC 시스템에 의해 운용되는 장거리 송전시스템을 DC시스템으로 대체하기 위해서 HVDC의 연구는 지속적으로 필요하다. DC 전원은 AC 전원의 경우보다 절연 물질이 다르게 대전(charged)되게 된다. 이러한 이유로, 절연체의 대전(charging)을 분석하기 위해 특별한 측정방법을 사용하여야 한다(e.g. 공간전하 측정, 부분방전 측정 등). 

만약 전계(electric field)가 절연물체와 상호작용관계에 있다면, 분극화(polarization) 매커니즘이 시작되게 된다. 구속 대전 캐리어(bound charge carriers: fast polarization, relaxing polarization)과 자유 대전 캐리어(free charge carrier: migration polarization, space charge polarization)들은 이러한 매커니즘에 기여될 수 있다.

A) 절연체에서의 전자와 이온의 이동(Migration of Electrons and Ions in Dielectrics)

바운드 그리고 자유 전하(bound and free charge) 모두 분극화 (polarization)과정에 기여한다. 공간전하의 분배는 자유 전하의 흐름 또는 갇힌 전하(trapped charge, 갇히기 전에는 자유상태)에 의해 영향을 받을 수 있다. 자유 대전 캐리어는 갇힌 전하의 비해서 절연체를 대전시킴에 기여하는 바가 상대적으로 훨씩 적다. 그리고 갇힌 전자는 절연 재료 내부에 존재하게 된다. 그리고 대전캐리어들(electron, holes, ions)은 다른 방식으로 재료에 주입이 될 수 있다. 대부분의 경우들은 캐소드쪽에서의 주입 또는 애노드로 부터의 추출(전공 인젝션)들이 이에 해당한다. 또한 이러한 상황들은 쇼트키 효과를 통해 설명될 수 있다(Schottky effect). 대전 캐리어들은 절연체나 전극의 사이의 potential barrier를 극복하게 된다. 공간전하의 분배는 적용된 전압에 극성에 의지 할 뿐만 아니라, 전극의 재료, 절연체의 내부구조에도 의지하게 된다. 대전 캐리어의 주입의 관한 다음 선택지는 열 방출이나 절연체 내부 기포에서 발생하는 부분방전에 의한 주입이 있다. 분극 이동의 효과는 또한  ε’ (-)/f (Hz) 특성(Figure 1)에 의해 확인 될 수 있다(절연체 분광학 이용: the dielectric spectroscopy).

B) 절연체에서의 공간전하(Space Charge Profiles in Dielectrics)

전기적 절연체에서 공간전하는 3가지로 분류 될 수 있다(homo-space charge/hetero-space charge/internal-space charge).

• 비균일 공간전하(Hetero-space charge): (+)공간전하라고도 불리며 종종 고형 절연체에서 발생한다. 대부분의 경우들이 내부 구조에서 전하와 결합한 경우 이다. 이러한 현상은 캐소드에서 방출하는 전자에 비해 훨씬 더 이동성이 좋은 전자에 의해 유발된다. 그 결과, (+)극성의 전하가 캐소드쪽에 축적되는 현상이 벌어지게 된다. 이런 종류의 공간 전하는 폴리에틸렌(PE:polyethylene) 같은 중합체(고분자자) 또는 polyethylene terephthalate(PET), polyethylene naphthalate (PEN) 같은 물질에서 일어난다.

• 균일 공간전하(Homo-space charge): (-) 공간 전하라고도 불리며, 캐소드로 부터의 빠른 전자 주입으로 인해 발생한다. 이러한 주입은 절연체 내부와 같은 극성의 전극 주변에서 전하 캐리어의 양을 증가시키며 XLPE(cross-linked polyethylene)같은 물질에서 일어나게 된다. 

• 내부 구조의 공간전하(Space charge in inner structure):  크리스탈 래티스 구조의 결함에서 갇힌 전하(trapping of charge)에 의해 발생할 수 있다. 또한 무정형 (amorphous), 다결정질(polycrystalline) 재료안의 트랩에서도 발생 한다. 

C) 공간전하 측정 원리(Space Charge Measurement Principles)

절연체 내부에서의 공간전하의 특성을 조사하기 위해 몇 가지 모니터링 방법이 사용된다. 초기에는 이를 측정하기 위해 절연체를 얇은 면으로 절단하였다. 하지만, 현재의 측정 기술을 양적인 측면에서 훨씬 더 발전되었드며, 가장 널리 쓰이는 방식은 다음과 같다.

• LIPP: laser-induced pressure pulse

• PWP: pulse pressure wave

• TP: thermal pulse

• PEA: pulsed electroacoustic