[논문]PE 계열 절연재 전기적 특성 평가

정종욱; 정진수; 한운기

doi:10.4313/jkem.2007.20.5.430

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the results of electrical characteristics assessment for organic insulations of polyethylene(PE) series insulations and acrylonitrile butadiene styrene copolymer(ABS). In the experiment, 4 kinds of specimens by composition density were tested in relative permittivity, specific r...

This paper describes the results of electrical characteristics assessment for organic insulations of polyethylene(PE) series insulations and acrylonitrile butadiene styrene copolymer(ABS). In the experiment, 4 kinds of specimens by composition density were tested in relative permittivity, specific resistance and tracking duration. A WinDETA system and a tracking test set manufactured for this assessment were used to measure the dielectric parameters and tracking duration, respectively. In measuring the tracking duration, the time from testing voltage application to testing circuit breaking due to the tracking current was measured. As a result, dielectric dispersion was observed in measuring the relative permittivity of ABS. It was confirmed that the relative permittivity decreased with the density of the PE series insulations and it depends rather on the temperature than frequency. In most specimens, specific resistance exponentially decreased with frequency and the result for each specimen was almost similar. By the way, in the tracking test, all the PE series insulations showed more excellent performance than ABS and especially in the case of HDPE, its tracking withstand performance was the best.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

평가하기 위해, 각기 조성밀도를 달리 하는 4종의 PE 계열 절연재의 비유전율과 고유저항을 측정하였다. 또한, 습기가 존재하는 전원설비의 충전된 단자 간에는 트래킹이 발생할 가능성이 있으며, 이는 절연재의 절연성능 이외에도 환경적 조건에 따라 그 발생특성이 판이하게 달라지므로, 본 논문에서는 재료 외부적 전기내성을 평가하기 위해 경사법을 사용하여 지속시간을 측정. 비 교하고 실험 후의 표면 손상상태를 관찰하였다.
본 논문에서는 제반 장점에 의해 현재 가전제품용 고분자 절연재로 널리 이용되고 있는 ABS와의 재료 내부적 전기물성을 비교.평가하기 위해, 각기 조성밀도를 달리 하는 4종의 PE 계열 절연재의 비유전율과 고유저항을 측정하였다.
본 논문은 수분에 대한 특성이 다른 절연재에 비해 비교적 양호한 PE 계열의 재료에 대해 현장 적용을 위한 시작품을 제작하기 위한 재료 선택에 앞서 밀도가 서로 다른 PE 계열의 절연재 4종에 대한 유전특성과 트래킹 내성을 측정하여 ABS와 비교함으로써 전기적인 특성을 비교.분석하였다.

제안 방법

또한, 습기가 존재하는 전원설비의 충전된 단자 간에는 트래킹이 발생할 가능성이 있으며, 이는 절연재의 절연성능 이외에도 환경적 조건에 따라 그 발생특성이 판이하게 달라지므로, 본 논문에서는 재료 외부적 전기내성을 평가하기 위해 경사법을 사용하여 지속시간을 측정. 비 교하고 실험 후의 표면 손상상태를 관찰하였다.
18 mm 두께로 가공하여 직경 20 mm의 전극 간에 끼워 넣은 후 시료셀 내에 설치하였다. 온도는 PE 계열 절연재의 실제 전기적 사용환경 온도라고 간주되는 -20 °C부터 100 °C까지의 범위에서 5 °C씩 증가시키면서 10° Hz, 102 Hz, 104 Hz 및 伊 Hz에서의 비유전율과 고유저항을 측정하였다.
5 kVac를 인가하고 재료 표면에 흐르는 누설전류의 크기가 40 mA일 때 전원이 차단되도록 세팅한 후, 전압 인가 시부터 차단 시까지의 시간을 측정하고 이 때 각 시료의 표면상태를 관찰하였다. 이와 같은 실험을 시료마다 3번씩 반복하여 측정한 후, 그 평균값을 취하였다.
02 %의 Triton X-100을 넣고 교반기로 고루 섞어 전체 수용액의 도전율이 2, 400 pS 정도가 되도록 하였다[3]. 이와 같이 설치한 후, 도전성 수용액이 재료 표면을 타고 흘러내리는 정도가 균일해졌을 때, 두 전극 간에 2.5 kVac를 인가하고 재료 표면에 흐르는 누설전류의 크기가 40 mA일 때 전원이 차단되도록 세팅한 후, 전압 인가 시부터 차단 시까지의 시간을 측정하고 이 때 각 시료의 표면상태를 관찰하였다. 이와 같은 실험을 시료마다 3번씩 반복하여 측정한 후, 그 평균값을 취하였다.
내부적 전기물성을 비교.평가하기 위해, 각기 조성밀도를 달리 하는 4종의 PE 계열 절연재의 비유전율과 고유저항을 측정하였다. 또한, 습기가 존재하는 전원설비의 충전된 단자 간에는 트래킹이 발생할 가능성이 있으며, 이는 절연재의 절연성능 이외에도 환경적 조건에 따라 그 발생특성이 판이하게 달라지므로, 본 논문에서는 재료 외부적 전기내성을 평가하기 위해 경사법을 사용하여 지속시간을 측정.

대상 데이터

한편, 그림 2(a)에 보인 바와 같이, 트래킹 시험을 위한 기본회로는 크게 전원부, 시료부 및 도전성 수용액 공급부로 구성되었다. 시료는 LLDPE, LDPE, MDPE 및 HDPE의 PE 계열 4종과 이와 비교하기 위한 ABS를 사용하였으며, 핫 프레스를 이용하여 팰릿형태의 각 시료를 5 mm 두께로 가공하였다.
수용액 공급부로 구성되었다. 시료는 LLDPE, LDPE, MDPE 및 HDPE의 PE 계열 4종과 이와 비교하기 위한 ABS를 사용하였으며, 핫 프레스를 이용하여 팰릿형태의 각 시료를 5 mm 두께로 가공하였다. 이 시료를 다시 50x120 mm의 크기로 재단한 후, 그림 2(b)와 같이, 재료 표면에 상부 전극과 하부전극을 50 mm 이격하여 설치하고 상부 전극과 각 시료 간에는 도전성 수용액을 분당 3 cc의 비율로 떨어뜨렸다.

이론/모형

각 시료의 비유전율과 고유저항을 측정하기 위해 Novocontrol 사의 WinDETA 를 이용하였으며, 트래킹 성능 평가를 위해 별도의 장치를 구성하였다. 실험에 사용한 장치들의 개략도 및 실험 절차를 이하에 각각 나타내고 설명하였다.

성능/효과

실험 결과, ABS의 비유전율 측정 과정에서 유전 분산을 관찰할 수 있었다. PE 계열의 절연재는 밀도가 높을수록 유전율이 낮아지는 것을 알 수 있었으며, 주파수에 무관하게 온도에 따라서만 비유전율이 감소하였다. 고유저항은 대부분의 시료에서 주파수가 증가할수록 현격히 감소하는 경향을 나타내었으며, 시료별 큰 차이를 나타내지는 않았다.
그림 9에 보인 바와 같이, PE 계열의 고분자 절연재 4종과 ABS의 트래킹 지속시간을 측정한 결과, PE 계열의 고분자 4종은 대략 70분 내외의 지속시간을 나타내었던 반면, 현재 가전제품용 케이스로 널리 사용되고 있는 ABS는 PE 계열보다 짧은 40분 정도의 트래킹 지속시간을 나타내었다. 특히, HDPE의 경우에는 90분이 넘도록 트래킹이 지속되어 트래킹에 대한 내성이 매우 우수함을 알 수 있었으며, 이는 HDPE가 LDPE에 비해 비교적 가지가 적고 결정성이 85 % 이상으로 표면의 굳기, 강도가 높기 때문으로 사료된다[6].
따라서, 전압의 크기, 수용액의 도전율 및 시료 표면의 오손도 이외에도 시료의 전자방출 특성 등이 트래킹의 경로 형성에 영향을 줄 수 있다. 본 실험에 사용한 PE 계열의 절연재는 트래킹의 지속적인 발생으로 인해 표면이 열화되고 누설전류의 정도가 일정치에 이르러 전원이 차단된 후 표면상태를 관찰한 결과 대부분의 시료에서 탄화흔을 발견할 수 없었으며, ABS에서만 진한 탄화흔을 발견하였다. 이 결과를 그림 12에 나타내었다.
그림 8에 보인 바와 같이, PE 계열 절연재의 고유저항의 경우, 재료의 조성밀도에 따른 차이는 거의 없었으나, HDPE가 그중 높은 값을 나타내었다. 본 실험에서 사용된 PE 계열 절연재의 경우, 일례로 상용주파수인 60 Hz에서 1(产 Q-cm 내외의 고유저항값을 나타내어 ABS보다 월등히 우수하다는 것을 알 수 있었으며, 온도에 따른 변화는 거의 없었음이 확인되었다. 이는 고분자 블렌드의 경우 온도에 의해 고유저항이 감소한다는 기존의 연구 결과와는 차이를 나타내는 것으로[5], 시료의 성분이 균질하여 혼합성분에 의한 영향이 없으므로 온도에 따른 고유저항의 변화가 적기 때문이라고 생각된다.
분석하였다. 실험 결과, ABS의 비유전율 측정 과정에서 유전 분산을 관찰할 수 있었다. PE 계열의 절연재는 밀도가 높을수록 유전율이 낮아지는 것을 알 수 있었으며, 주파수에 무관하게 온도에 따라서만 비유전율이 감소하였다.
이는 본 실험에 사용된 절연재가 균질재료이기 때문이며, 혼합된 성분이 증가할수록 온도에 의한 영향도 증가할 것으로 생각된다. 한편, 트래킹 내성 시험 결과, 모든 PE 계열 절연재가 ABS보다는 높은 특성을 나타내었으며, 특히 HDPE의 경우에는 타 절연재보다 월등히 우수한 결과를 나타내었다. PE 계열의 고분자는 일반적으로 수증기 투과성이 낮다는 점까지 고려하면 습기가 존재하는 장소에 HDPE를 적절히 적용하기 위한 방안도 보다 깊이 있는 연구를 통해 강구되어야 할 것이다.

후속연구

한편, 트래킹 내성 시험 결과, 모든 PE 계열 절연재가 ABS보다는 높은 특성을 나타내었으며, 특히 HDPE의 경우에는 타 절연재보다 월등히 우수한 결과를 나타내었다. PE 계열의 고분자는 일반적으로 수증기 투과성이 낮다는 점까지 고려하면 습기가 존재하는 장소에 HDPE를 적절히 적용하기 위한 방안도 보다 깊이 있는 연구를 통해 강구되어야 할 것이다.

참고문헌 (7)

임지수, '한국 석유화학 산업, 깨져야 할 고정 관념 세 가지,' LG주간경제, 902호, 2006
'플라스틱 해설과 물성집', 한국플라스틱기술정보센터 편집부, 한국플라스틱기술정보센터, 2006
Method for determining the comparative and the proof tracking indices of solid insulating materials under moist conditions, Internation al Electrotechnical Commission(IEC) 60112
조정수, 이규철, 이종호 '전기전자 물성공학', 부산대학교 출판부, p. 368, 1992
신종열, 이충호, 홍진웅, '혼합비에 따른 선형저밀도폴리에틸렌과 에틸렌비닐아세테이트 블랜드의 전기적 특성' 전기전자재료학회논문지, 14권, 6호, p. 525, 2001

원문보기 상세보기
박승국 '폴리에틸렌수지', 대광서림, 1999
H. Craig Miller, 'Surface flashover of insulator', IEEE Trans. Electrical Insulation, Vol. EI-24, No.5, p. 765, 1989

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

PE 계열 절연재 전기적 특성 평가
Electrical Characteristics Assessment for PE Series Insulations 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

PE 계열 절연재 전기적 특성 평가 Electrical Characteristics Assessment for PE Series Insulations 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정종욱 (14) 정진수 (30) 한운기 (17)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

PE 계열 절연재 전기적 특성 평가
Electrical Characteristics Assessment for PE Series Insulations 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper