고전압 배전반의 부분 방전 원인

부분방전은 고전압 배전반의 절연 열화를 나타내는 가장 중요한 조기 경고 신호 중 하나입니다. 부분 방전이 도체 사이의 절연체를 완전히 연결하지는 못하더라도 반복적인 방전 활동은 점차적으로 절연 시스템을 손상시키고 절연 실패, 플래시오버 및 예상치 못한 장비 정지의 위험을 증가시킬 수 있습니다.

부분 방전의 원인을 이해하면 전기 엔지니어가 초기 단계에서 결함을 식별하고 서비스 수명 전반에 걸쳐 스위치기어의 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

부분 방전이란 무엇입니까?

부분 방전은 절연 시스템의 일부에서만 발생하는 국부적인 전기 방전입니다. 이는 가스가 채워진 보이드 내부, 절연 표면을 따라, 날카로운 도체 가장자리 주변, 고체 또는 복합 유전체의 결함 근처에서 발생할 수 있습니다.

이 현상은 일반적으로 전기적 스트레스가 국부적으로 집중되는 것과 관련이 있습니다. 국부적인 전기장이 취약한 부위의 내력을 초과하면 짧은 방전이 일어난다. 방전은 짧고 작을 수 있지만 반복적인 활동으로 인해 주변 절연체가 점차 약화될 수 있습니다.

IEC 60270은 AC 또는 DC 전압으로 테스트된 전기 장치, 구성 요소 및 시스템의 부분 방전을 측정하기 위한 전하 기반 방법을 정의합니다. 이 표준은 또한 측정 회로, 교정, 디지털 측정 및 외부 간섭으로부터 부분 방전 신호의 분리를 다루고 있습니다.IEC 60270:2025

부분 방전이 절연체를 손상시키는 방법

1. 하전입자로 인한 화학적 손상

부분 방전 중에 전자와 이온은 절연체의 약한 영역을 통해 이동합니다. 이러한 고에너지 하전 입자는 절연 분자와 충돌하여 화학 결합을 깨뜨릴 수 있습니다.

반복적인 폭격으로 인해 다음이 발생할 수 있습니다.

1、고분자 사슬의 분해

2, 표면 침식

3, 전도성 탄화 경로의 형성

4, 에폭시 수지 및 기타 절연 재료의 화학적 분해

5, 절연 내력의 점진적인 감소

고체 단열재에서 이 공정은 내부 공동을 확대하거나 트리잉 채널을 생성할 수 있습니다. 결함이 충분히 커지면 절연체는 더 이상 정상 작동 전압이나 일시적인 과전압을 견딜 수 없습니다.

2. 열 및 산화 손상

부분 방전도 국지적인 열을 발생시킵니다. 개별 방전의 평균 에너지는 낮을 수 있지만 동일한 영역에 집중된 펄스가 반복적으로 집중되면 주변 절연체의 온도가 상승할 수 있습니다.

결과적인 열 응력으로 인해 다음이 발생할 수 있습니다.

1. 국부적인 과열

2, 산화 균열

3, 고분자 재료의 용융 또는 탄화

4、기계적 강도의 상실

5, 내부 균열 및 공극의 확장

열적 손상과 화학적 손상은 종종 서로를 강화합니다. 절연 표면이 거칠어지거나 전도성이 높아지면 국부적인 전기장이 덜 균일해지며 이는 방전 활동을 더욱 가속화할 수 있습니다.

고전압 배전반 및 절연 시스템

고전압 개폐 장치는 도체, 스위칭 장치, 모선, 절연 부품, 접지 인클로저 및 제어 시스템을 결합한 복잡한 어셈블리입니다.

디자인에 따라 일반적인 재료에는 다음이 포함될 수 있습니다.

1, 에폭시 수지

2, 실리콘 또는 기타 엔지니어링 플라스틱

3, 공기 또는 절연 가스

4, 적용 가능한 가스 절연 장비의 육불화황

5, 세라믹 또는 복합 단열재

6, 구리, 알루미늄 및 기타 전도성 재료

다양한 재료와 기하학적 구조의 조합으로 인해 부분 방전이 발생할 수 있는 여러 위치가 생성됩니다. 제조 품질, 조립 정확도, 작동 전압, 온도, 습도, 오염 및 절연 노화 모두 PD 동작에 영향을 미칠 수 있습니다.

스위치기어 애플리케이션의 경우 관련 요구 사항은 장비 설계 및 전압 등급에 따라 다릅니다. IEC 62271 시리즈는 고체 절연 및 절연 가스를 사용하는 장비를 포함하여 고전압 개폐 장치 및 제어 장치를 다룹니다.IEC 62271 시리즈

고전압 배전반 부분방전의 주요 원인

1. 단열재 제조 공정의 결함

제조 결함은 고체 절연 개폐 장치에서 부분 방전의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

내부 공극 및 기포

에폭시 주조, 성형 또는 캡슐화 중에 기포가 단열재 내부에 남아 있을 수 있습니다. 이러한 공극은 주변의 고체 절연체보다 유전 강도가 낮습니다.

전압이 가해지면 공극 내부의 전기장은 고체 물질의 평균 전기장보다 높아집니다. 이는 공극 내부 가스의 유전 상수와 주변 절연체의 유전 상수 사이의 차이와 관련이 있습니다.

결과적으로, 캐비티 내의 가스는 주 절연이 이루어지기 전에 파손될 수 있습니다. 각 방전은 공극을 확대하고 표면을 손상시키며 결국 전체 절연 강도를 감소시킬 수 있습니다.

이물질 및 재료 오염

생산 과정에서 유입되는 금속 입자, 먼지, 습기 및 기타 불순물은 국부적인 약점을 만들 수 있습니다. 전도성 오염은 전기장을 왜곡하거나 절연체의 서로 다른 영역 사이에 방전 경로를 형성할 수 있습니다.

일반적인 원인은 다음과 같습니다.

1. 주조 조건이 제대로 제어되지 않음

2, 조립 전 청소가 제대로 이루어지지 않은 경우

3、절연 부품의 부적절한 보관

4, 에폭시 수지의 경화가 불충분함

5, 운송 또는 설치 중 오염

단일 내부 결함으로 인해 즉각적인 고장이 발생하지는 않지만 장비가 노후화되거나 증가된 전기적 스트레스 하에서 작동함에 따라 더욱 활성화될 수 있습니다.

2. 고르지 않은 전기장 분포

안정적인 절연 성능을 위해서는 균일한 전기장이 필수적입니다. 날카로운 끝, 불규칙한 표면 또는 부동 전도성 물체는 국지적 전기장을 증가시키고 부분 방전을 일으킬 수 있습니다.

도체의 버 및 날카로운 모서리

버스바 버, 날카로운 모서리, 미완성 도체 가장자리 및 모양이 좋지 않은 전극은 강한 전기장 집중을 생성할 수 있습니다.

이 효과는 다음과 같은 경우에 특히 중요합니다.

1, 부스바 조인트

2, 케이블 단자

3、연락처 이동

4, 볼트 연결

5, 차폐 부품

6, 성형 절연체 내부의 전도성 인서트

평균 작동 전압이 장비 정격 내에 있더라도 날카로운 모서리 근처의 국부 전계는 방전 개시 레벨을 초과할 수 있습니다.

느슨하거나 떠다니는 금속 입자

스위치기어 인클로저 내부의 금속 입자는 전하를 띠거나 전기장의 영향으로 움직일 수 있습니다. 작동 중에 위치와 전위가 변경되어 불안정한 현장 조건이 발생할 수 있습니다.

이러한 입자는 다음을 유발할 수 있습니다.

1、로컬 필드 강화

2, 표면 방전

3, 간헐적인 방전 펄스

4, 근처 단열재 추적

5、불안정한 PD 패턴

이는 개폐 장치 제조 및 유지 관리 과정에서 청결도와 엄격한 조립 절차가 중요한 이유 중 하나입니다.

오염되거나 거친 절연 표면

먼지, 습기, 오일 및 기타 오염으로 인해 절연 표면의 유효 연면 거리가 줄어들 수 있습니다. 거칠거나 손상된 표면은 표면 방전이 시작될 수 있는 작은 전계 집중을 생성합니다.

표면 오염은 다음에 노출된 장비에서 특히 중요합니다.

1. 습도가 높다

2, 전도성 먼지

3, 소금 스프레이

4、산업 공해

5, 응축

6、환기 불량

단열재 표면에 이미 트래킹, 균열 또는 침식이 발생한 경우 청소만으로는 문제가 영구적으로 해결되지 않을 수 있습니다.

접지된 인클로저의 결함

금속 인클로저는 일반적으로 차폐 및 제어된 기준 전위를 제공합니다. 그러나 거친 용접, 기공, 슬래그 포함 및 기타 제조 결함으로 인해 접지된 인클로저 근처에 불규칙한 전기장 조건이 발생할 수 있습니다.

이러한 결함은 인근 절연체 또는 전도성 부품과 상호 작용하여 방전 위험을 증가시킬 수 있습니다. 따라서 제조 및 검사 중에 용접 품질, 인클로저 형상, 접지 연속성 및 내부 간격을 확인해야 합니다.

3. 불균일한 유전체 매체

현대 개폐 장치는 여러 재료가 함께 작동하는 복합 절연 시스템을 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 에폭시 수지는 엔지니어링 플라스틱, 절연 가스, 전도성 삽입물 및 에어 갭과 결합될 수 있습니다.

각 재료는 전기적, 열적 특성이 다릅니다. 인터페이스가 잘못 설계되거나 제조된 경우 유전장이 고르게 분포되지 않을 수 있습니다.

잠재적인 문제는 다음과 같습니다.

1. 서로 다른 단열재 사이의 접착력이 약함

2, 유전 상수가 고르지 않음

3, 재료 인터페이스의 간격

4, 내부 박리

5、층 사이에 수분이 갇히게 됩니다.

6、내장 도체 주변의 공극

내부 기포와 불순물은 유전 매체의 불균일성을 더욱 증가시킬 수 있습니다. 작동 전압 하에서 이러한 영역은 주변 절연체보다 더 큰 전기적 스트레스를 경험할 수 있으며 부분 방전의 시작점이 될 수 있습니다.

부분 방전에 영향을 미치는 기타 요인

부분방전은 제조불량만으로 발생하는 것은 아닙니다. 여러 가지 작동 및 환경 조건으로 인해 방전 활동이 증가할 수 있습니다.

작동 전압

인가전압이 증가할수록 약한 영역의 전기장도 증가한다. 정상 전압에서 비활성 상태로 유지되는 결함은 과전압 이벤트, 내구성 테스트 또는 시스템 전압의 일시적인 상승 중에 측정 가능한 방전을 생성할 수 있습니다.

온도

온도는 절연 특성, 가스 압력, 재료 팽창 및 인터페이스 상태에 영향을 미칩니다. 열팽창은 기존 틈을 넓히거나 접착된 단열재 구성 요소에 추가적인 응력을 가할 수 있습니다.

습도 및 결로

수분은 표면 절연 저항을 감소시키고 표면 방전을 촉진할 수 있습니다. 따뜻하고 습한 공기가 더 차가운 스위치기어 구획으로 유입될 때 응결은 특히 위험합니다.

절연 노화

장기간의 전기적, 열적, 기계적 스트레스는 절연 노화를 일으킬 수 있습니다. 노화로 인해 균열, 변색, 침식, 층간 박리 및 수분 흡수 증가 등이 발생하여 부분 방전 가능성이 높아질 수 있습니다.

기계적 응력 및 진동

느슨한 연결, 진동 및 반복적인 열 팽창으로 인해 단열재 구성 요소 사이에 작은 틈이 생길 수 있습니다. 이러한 간격은 특히 모선, 케이블 종단 및 내장 도체 근처에서 방전 위치가 될 수 있습니다.

개폐 장치의 부분 방전 감지

PD 테스트는 심각한 절연 실패로 발전하기 전에 방전 활동을 식별하는 데 사용됩니다. 장비 및 테스트 목표에 따라 엔지니어는 겉보기 전하, 방전 크기, 위상 분해 패턴, 펄스 반복 및 시간에 따른 변화를 평가할 수 있습니다.

신뢰할 수 있는 테스트에는 다음이 포함되어야 합니다.

1. 적절한 측정 장비 및 센서 배치

2, 측정 시스템의 적절한 교정

3, 외부 간섭의 효과적인 제어

4, 올바른 접지 및 차폐

5, 안정적인 테스트 전압 및 환경 조건

6、기술적 한계 및 이전 테스트 기록과의 비교

Weshine Electric은 고전압 테스트 및 측정 장비의 연구, 개발 및 생산에 전념하는 전문 제조업체입니다. 표준화된 생산 작업장과 독립적인 교정 실험실을 갖춘 이 공장은 IEC 표준 및 ISO 품질 관리 시스템을 엄격히 준수하여 모든 장비가 글로벌 전력 산업 응용 분야에 안정적이고 반복 가능하며 간섭 방지 테스트 성능을 제공하도록 보장합니다.

GDJF-2007 디지털 부분 방전 테스터는 Weshine Electric이 독립적으로 개발하고 공장에서 교정했습니다. 고전압 장비의 디지털 부분 방전 측정 및 분석에 사용할 수 있습니다.  실제 응용 분야에서 이 계측기는 PD 크기, 방전 패턴 및 절연 상태 평가를 지원할 수 있습니다. 정확한 테스트 구성 및 허용 기준은 스위치기어 설계, 적용 가능한 표준 및 제조업체의 기술 문서에 따라 선택해야 합니다.

자주 묻는 질문

배전반에서 부분방전이 발생하는 가장 일반적인 원인은 무엇입니까?

일반적인 원인으로는 내부 공극, 기포, 불순물, 날카로운 도체 모서리, 표면 오염, 열악한 절연 인터페이스, 고르지 못한 전기장 분포 등이 있습니다.

부분방전을 직접 볼 수 있나요?

일반적으로 정상 작동 중에는 부분 방전이 보이지 않습니다. 이는 일반적으로 전기, 초음파 또는 기타 특수 측정 방법을 통해 감지됩니다.

부분 방전은 항상 즉각적인 장비 고장을 의미합니까?

아니요. 부분 방전은 점차적으로 발생할 수 있습니다. 그러나 PD 활동이 지속되거나 증가하는 것은 절연 열화를 의미하며 전문적인 평가가 필요합니다.

날카로운 부스바 가장자리는 어떻게 부분 방전을 유발합니까?

날카로운 모서리는 전기장을 집중시킵니다. 국부 자기장은 평균 자기장보다 훨씬 강해져서 가장자리 근처에서 방전이 시작될 수 있습니다.

배전반의 부분방전을 어떻게 줄일 수 있나요?

효과적인 조치에는 단열재 제조 개선, 버(burr) 제거, 청결도 제어, 습기 방지, 전기장 등급 최적화, 인클로저 접지 개선, 정기적인 PD 테스트 수행 등이 포함됩니다.

결론

고전압 스위치기어의 부분 방전은 일반적으로 절연 결함, 전계 집중, 불균일한 유전 물질, 환경 조건 및 장기적인 노화가 결합된 결과입니다.

내부 공극, 불순물, 날카로운 모선 모서리, 떠다니는 금속 입자, 오염된 표면, 열악한 절연 인터페이스 등은 모두 국소적인 전기적 스트레스를 유발할 수 있습니다. 방전이 시작되면 화학적 침식과 열적 손상으로 인해 절연이 점차 약화될 수 있습니다.

정기적인 부분 방전 테스트는 절연 상태에 대한 귀중한 정보를 제공하고 유지 관리 팀이 주요 고장이 발생하기 전에 발생하는 문제를 식별하는 데 도움이 됩니다. 정확한 진단을 위해서는 해당 표준에 따라 적절하게 보정된 장비와 절차를 사용하여 자격을 갖춘 전문가가 테스트를 수행해야 합니다.

사내 R&D, 표준화된 공장 생산 및 엄격한 품질 교정을 바탕으로 Weshine Electric은 전 세계적으로 변전소 유지 관리, 전력망 검사 및 산업 전력 시스템 진단을 위한 신뢰할 수 있는 고전압 테스트 장비와 전문 기술 솔루션을 지속적으로 제공하고 있습니다. 기술 데이터시트, 맞춤형 테스트 솔루션, 공장 도매 지원이 필요하시면 언제든지 저희 팀에 문의해 주세요.