절연파괴(Insulation breakdown)는 절연체에 전압을 인가할 경우 어느 값 이상의 전압이 되면 절연물이 파괴되어 불꽃방전이 일어나고 그 부분이 도전성이 되어 절연성능을 잃게 되는데 이것을 절연파괴라고 합니다.
장비명
<Insulation breakdown tester, 절연파괴 테스터>
절연파괴 대표 분석물질
전기적 성질이 있는 물질
절연파괴 방법
절연 파괴에는 두 가지 방법이 사용된다.
| 구분 | 내용 |
 단시간법 | 일정 시간 동안 절연체에 고전압 또는 고전류를 가하는 것으로 절연체가 얼마나 고전압 또는 고전류에 견디는지를 평가하는 데 사용 일반적으로 절연파괴는 단시간법을 채용합니다. |
 단계법 | 절연파괴 단계법은 주로 절연체의 내전압 특성을 이해하고 평가하기 위해 사용됩니다. 절연체는 전압이 가해짐에 따라 내부적으로 파괴되는데, 이 파괴 과정은 일련의 단계를 거칩니다. 이 단계들은 일반적으로 다음과 같이 분류됩니다: 유전층 안에서의 전기적 스트레스: 처음 단계는 절연체 내부에서 전기적인 스트레스가 발생하는 단계입니다. 전압이 가해짐에 따라 유전체의 분자 구조에 변화가 생기기 시작합니다. 유전체 내부의 기능적 결함: 이 단계에서는 전기적 스트레스로 인해 유전체 내부에서 결함이 발생합니다. 유전체의 구조적 결함이 증가하고 부분적으로 파괴되기 시작합니다. 파괴의 확대: 전압이 계속 가해짐에 따라 결함이 확대되고, 유전체 내부에서의 파괴가 진행됩니다. 전체적인 파괴: 마지막 단계는 전체적인 절연체의 파괴로 이어집니다. 이 단계에서는 전기적인 절연이 완전히 손상되고 전류가 흐르게 됩니다. |
기관별 분석 방법
전기 관련 기관들의 분석 방법이다.
둘중 한국전기연구원의 규격이 확립되어 있음을 확인할 수 있다.
| 구분 | 규격 | 방법 |
| 한국전기연구원 | ASTM D149 | 섬락1을 방지하기 위해 절연유가 든 기름중량 속에서 양 전극사이외 중앙에 시편을 놓고 단시간 시험방법으로 AC 60 Hz의 상용주파 전망을 0에서부터 일정한 속도로 상승시켜 시편이 파괴되었을 때의 괴전압을 측정한다. |
| 전자부품연구원 | 임의규격 | 상온, 공기중 노출형으로 전압인가하여 측정한다. |
시편규격 및 조건
| 구분 | 시편규격(mm) | 조건 |
| 한국전기연구원 | 100 x 100 x 2~3 (샘플당 5개 시료, 미달시 성적서 미발행) | • 시험조건 – 전압 한계 : 100kV – 전압: AC 60 Hz – 시편의 시험 전 처리 : 23± 2 C, 50 ± 5 % RH에서 48 h – 시험온도 및 습도 : 20 ℃, 상대습도 50 % – 전합상승 속도 : 3000 V/s(Al2O3,AlN,Y2O3) 2000 V/s(AlN) – 주위매질 : KS C 2301의 1층2호 절연유 – 사용전극 : 상 하 동일한 지금 250m의 실린더형 전국 |
| 전자기술연구원 | 50 x 50 x 5 미만 또는 40 x 40 x 5 미만 (원형, 사각형 가능) | • 시험조건 (조정가능) – 접압 한계 : 5kV (고저항소재 불가능) – AC/DC 가능 – 전압상승속도~500V/s까지 가능 (그 이상 바로 인가) – 누설전류 10 mA 이상 fail로 설정 (기본설정) – 시험포인트:앞면 뒷면 시험 가능 • 기본조건 – 전합상승 속도 : 바로 인가 |
분석결과(예시)
| 번호 | 시편두께(mm) | 절연파괴전압(kV) | 절연파괴강도(kV/mm) |
| 1 | 3.01 | 40.3 | 13.4 |
| 2 | 3.01 | 47.1 | 15.6 |
| 3 | 2.88 | 44.4 | 15.4 |
| 4 | 3.01 | 41.8 | 13.9 |
| 5 | 3.02 | 39.1 | 12.9 |
< Al2O3 시험 결과 예시>
위에 결과에서 알수 있는 결론은 “Al2O3 소재는 평균 14.2kV/mm 에서 절연 특성이 파괴된다.” 이다.
기관별 가격
| 구분 | 분석수가 |
| 한국전기연구원 | 기본료 100,000원 시료당 112,000원 5개 시료당 548,000원 만약, 각각 다른 5개 샘플을 성적서 없이 할 경우, 212,000원 다른 5개 샘플을 각각 5개씩, 총 25개 할 경우, 548,000원 |
| 전자부품연구원 | 1회 측정 기본(5개시료) 330,000원 5개 이상 ~ 10개 이하 440,000원 |
장비이론
절연파괴 장비는 절연체의 내전압 특성을 평가하고 측정하는 데 사용되는 장비입니다. 이러한 장비는 절연체의 내부에서 어떤 전압 또는 전류가 가해졌을 때 어떻게 파괴되는지를 이해하고, 절연체가 얼마나 고전압을 견디는지를 확인하는 데 사용됩니다. 이러한 장비는 다양한 실험 및 테스트를 통해 절연체의 파괴 경계를 확인하고 안전한 전기 시스템을 설계하는 데 도움이 됩니다.
절연파괴 장비는 일반적으로 다음과 같은 목적으로 사용됩니다:
- 내전압 테스트: 장비를 사용하여 절연체에 가해지는 내부 전압을 측정하고, 전압이 어떤 수준까지 안전하게 유지될 수 있는지 확인합니다.
- 파괴적 시험: 장비를 사용하여 절연체가 어떤 전압 또는 전류에서 파괴되는지를 확인하기 위한 실험을 수행합니다. 이를 통해 장비나 시스템의 안전한 운영을 위한 파괴 경계를 확인할 수 있습니다.
- 전기 절연 품질 평가: 절연체의 품질이나 내구성을 평가하기 위해 장비를 사용하여 절연체의 내전압 특성을 측정합니다.
주로 사용되는 절연파괴 장비에는 고전압 발생기, 절연 저항 측정 장치, 절연 시험기 등이 있습니다. 이러한 장비는 표준에 따라 다양한 절연체의 특성을 테스트하고 분석하여 안전한 전기 시스템 및 장비를 개발하고 유지하는 데 사용됩니다.
각주
- 섬락은 애자 등의 절연물에 연결된 전선에 일정 전압 이상의 큰 전압이 인가되어(ex 뇌전압) 절연물 의 절연이 파괴되면서 표면의 공기를 통해 아크와 함께 방전이 일어나는 현상을 의미합니다 ↩︎