절연 재료 - 절연 저항과 기체의 전기전도

절연물은 전기 절연성 외에 콘덴서 등의 유전체로서 유전 특성이 중요합니다. 절연물에는 상온의 상태에서 고체, 액체, 기체로 나누고, 최근 합성수지의 발달에 따라 고체류가 대단히 많아졌습니다. 본 포스팅에서는 절연 저항과 절연 파괴에 대해 살펴보기로 하겠습니다.

 

절연재료 - 절연체와 유전체

전압을 가하여 전류가 흐르는 물질을 도체라 하고, 전류가 흐르지 않는 즉, 도전성이 없는 물질을 절연물 또는 절연체라 한다. 전기 기기 및 도체에 전류의 유출, 유입이 없도록 절연물로 싸거나, 싸운 것을 절연한다고 한다.

절연물을 전계내에서 두 번 표면에 전하가 유도된다. 이와 같은 현상에서 절연물을 볼 때는 이를 유전체라 한다. 

 

고체 절연 재료의 도전 현상

1) 절연 저항 : 절연물이라 하더라도 완전한 절연물은 거의 없고, 약간이긴 하지만 전기 전도를 갖는 것이 보통이다. 이 전기 전도에 의한 전류를 누설 전류라 하고, 누설 전류에 대한 전기 저항을 절연 저항이라고 한다. 고체 절연물에 가하는 전압을 V [V]라 하면 누설 전류는 고체 내부를 흐르는 전류와 표면을 따라 흐르는 전류로 생각할 수 있다. 

2) 고체 내부의 전기전도 : 금속 도체 등의 전기 전도는 도체내를 자유롭게 움직이는 전자 때문이지만 절연물에서 전자가 원자에 단단히 결합되어 절연 파괴를 일으킬 정도의 고전압을 가하지 않으면 전자에 의한 전도는 생기지 않는다. 누설 전류는 보통 이온 전도에 의한 것으로 생각된다. 절연물은 마땅히 순수한 것, 또 결정이라 하여도 그 구조가 완전히 규칙 바른 것은 없고, 불순물 및 구조의 결함으로 조금이나마 이온을 갖고 있다. 그래서 온도가 높아지면 이온이 증가되어 체적 저항률은 감소하고, 인가전압이 높아지면 이온은 많이 이동하므로 역시 체적 저항률은 작게 된다. 또 흡습 하면 액체인 경우와 같이 체적 저항률은 현저히 작게 된다.

3) 고체 표면의 전기전도 : 표면 저항률은 대기중의 습기의 영향을 받기 쉬운 것이 많다. 이는 표면의 더러움이나, 절연물의 수분에 대한 성질과 대기의 상대 습도에 의해 영향이 다르기 때문이다. 소다 석회 유리 및 약을 뿌린 자기 등은 그 성분인 Na가 표면에 붙은 물에 녹아서 이온이 되어 전도되기 때문에 또 페놀 수지는 흡습성이 크기 때문에 습도가 높으면 표면 저항률은 현저히 작아진다.

 

기체의 전기 전도와 절연 파괴

1) 기체의 전도 : 기체는 일반적으로 절연물이긴 하지만 약간의 전도성이 있다. 기체에는 전기 전도를 하는 전자 및 이온이 없다. 그러면 이와 같이 약간의 전도를 나타내는 것은 무엇 때문인가? 기체는 비교적 전리되기 쉽고, 자외선, 우주선, 방사선 등에 의해 일부분은 쉽게 전리되어 전자와 이온을 만드므로 다소의 도전성을 나타낸다. 

2) 기체의 절연 파괴 : 전자 사태는 전극간의 인가전압이 증가하면 이온보다 가벼워 움직이기 쉬운 전자는 이동 속도가 증가하여 큰 에너지를 얻어 분자에 충돌하면 전리 작용이 일어난다. 이렇게 되면 전류는 급격히 증가하여 도체라고 생각되는 상태가 된다. 이를 절연 파괴라 한다. 기체의 절연 파괴는 큰 소리를 내고 불꽃을 수반하는 것으로 불꽃 방전이라고도 한다.

 

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