절연 가스

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필드: 기본 전기학

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절연 가스는 무엇인가

절연 물질은 기본적으로 순수한 전기 절연체입니다. 적절한 전기장을 적용하면 절연 가스를 극화시킬 수 있습니다. 진공, 고체, 액체, 기체 모두가 절연 물질이 될 수 있습니다. 절연 가스는 또한 절연 가스라고도 불립니다. 이는 전기 방전을 방지할 수 있는 기체 상태의 절연 물질입니다. 건조한 공기, 황화육플루오라이드 (SF6) 등이 기체 절연 물질의 예입니다.
기체 절연물은 실제로 전하를 띤 입자들이 완전히 없는 것은 아닙니다. 기체에 주변 전기장이 적용되면 자유 전자가 생성됩니다. 이러한 자유 전자는 전기압력에 의해 캐소드에서 아노드로 가속됩니다.

이러한 전자가 기체 원자 또는 분자의 전자를 충돌시키기에 충분한 에너지를 얻으면, 그 후에는 전자가 분자에 결합되지 않고, 전자 농도가 지수적으로 증가하기 시작합니다. 결과적으로 절연 붕괴가 발생합니다. SF6과 같은 일부 기체는 강하게 결합되어 있으며(전자가 분자에 강하게 결합됨), 산소와 같이 약하게 결합된 것들도 있고, N2처럼 전혀 결합되지 않은 것들도 있습니다. 절연 가스의 예로는 암모니아, 공기, 이산화탄소, 황화육플루오라이드 (SF6), 일산화탄소, 질소, 수소 등이 있습니다. 절연 가스의 습도는 좋은 절연 물질로서의 특성을 변화시킬 수 있습니다.

기체의 붕괴

이는 사실 절연 기체의 저항 저하입니다. 이는 적용되는 전압이 붕괴 전압(절연 강도)보다 증가할 때 발생합니다. 결과적으로 기체가 전도되기 시작합니다. 즉, 기체의 작은 영역에서 강한 전압 상승이 발생합니다. 이 강한 전압 상승 영역은 인근 기체의 부분적인 이온화와 전도를 시작하는 원인이 됩니다. 이것은 저압 방전(정전기 집진기 또는 형광등에서)에서 의도적으로 이루어집니다.

파셴의 법칙은 전기적 붕괴(V = f(pd))를 일으키는 전압을 근사합니다. 이는 실제로 압력과 간격 길이의 곱으로 설명되는 붕괴 전압을 나타내는 방정식입니다. 여기서 곡선이 얻어지며, 이를 파셴 곡선이라고 합니다. 공기와 아르곤의 파셴 곡선은 도표 1에 표시되어 있습니다.
여기서 압력이 감소함에 따라 붕괴 전압도 감소하고, 그 다음 점점 증가하여 원래 값보다 초과합니다. 표준 압력에서는 간격 길이가 특정 점까지 줄어들면서 붕괴 전압이 감소합니다.

그 점을 넘어서 간격 길이가 더 줄어들면, 붕괴 전압이 다시 증가하여 원래 값보다 초과하기 시작합니다. 고압 및 간격 길이가 증가하는 조건에서는 붕괴 전압이 두 가지의 곱에 거의 비례합니다. 이는 전극 효과(전극의 미세한 불규칙성이 붕괴를 유발할 수 있음) 때문에 대략적으로 비례합니다. 절연 가스의 붕괴 전압은 또한 밀도에 대략적으로 비례합니다.

붕괴 메커니즘

붕괴 메커니즘은 절연 가스의 성질과 붕괴가 시작되는 전극 극성에 직접적으로 의존합니다. 붕괴가 캐소드에서 시작되면, 초기 전자는 전극 자체에서 공급됩니다. 그런 다음 전자가 가속되고, 많은 전자가 형성되어 붕괴가 발생합니다. 붕괴가 아노드에서 시작되면, 초기 전자는 기체 자체에서 공급됩니다. 예를 들어 공기와 SF6 기체가 있습니다. 기체 간격에서 작은 날카로운 점도 붕괴의 원인이 될 수 있습니다. 이는 단계별 붕괴 과정의 결과입니다. 코로나 형성(즉, 코로나 방전)은 이것과 관련이 있습니다. 이는 실제로 짧은 에너지 방출(방전)이며, 약간 이온화된 기체 채널을 생성합니다. 전계가 너무 높으면 이러한 채널 중 하나가 전도됩니다.