방전 현상

Electrical Discharge

평소에는 절연체인 기체도 충분히 강한 전계를 걸면 전자가 가속되고 충돌로 이온이 늘어나면서 갑자기 전류가 흐르는 도체로 변해요. 이렇게 절연이 깨지는 현상이 방전이고, 번개나 네온사인, 아크용접이 모두 여기에 속해요. 방전이 시작되는 전압은 기압과 거리의 곱으로 정해지는데, 이 파센 곡선은 최소점을 가진 U자 모양이라 너무 진공이어도 너무 고압이어도 오히려 방전이 어려워요. 버튼으로 기체 종류와 방전 형태를 바꿔 가며 파센 곡선과 코로나·글로우·아크·불꽃의 차이를 살펴봐요.

절연이 깨지는 순간

⚡ 방전이란?

①기체(절연체)에 충분히 강한 전계를 걸면 → 전자 가속 → 충돌 이온화

②연쇄적 이온화(전자사태) → 기체가 도체로 변함 = 절연 파괴 = 방전!

③번개, 네온사인, 아크용접, 차단기 소호: 모두 방전 현상입니다

파센 법칙

Vb = f(pd)

U자형 곡선: 최소점(Vmin)이 존재

🔑 파센 곡선 해석

①pd가 작은 쪽(진공): 충돌 빈도 낮음 → 이온화 어려움 → Vb↑

②pd가 큰 쪽(고압): 전자 평균자유행정 짧음 → 에너지 부족 → Vb↑

③최소점: 충돌 빈도와 에너지가 최적 균형 → 가장 쉽게 방전

방전의 종류

절연 파괴와 응용

💡 방전 종류별 특성

①코로나: 불균일 전계(뾰족한 부분)에서 국부 방전 → 송전선 손실 원인

②글로우: 저압(수torr) 균일 발광 → 네온사인, 형광등, 플라즈마 처리

③아크: 고온(수천°K) 저전압 대전류 → 용접, 차단기 소호 대상

④불꽃(스파크): 순간적 완전 파괴 → 번개, 점화플러그

기체 절연 내력 (공기)

Eb ≈ 3 MV/m = 30 kV/cm

절연 파괴 전계 강도: 습도, 온도, 기압에 영향받음

🛡️ 절연 강화 방법

①SF₆ 가스: 공기의 약 2.5배 절연 내력 → GIS(가스절연개폐장치)

②고진공: pd가 극히 작아 Vb↑ → 진공차단기

③고기압: 평균자유행정↓ → 절연 내력↑

시험 핵심 정리

🎯 시험 포인트

①파센 법칙: Vb = f(pd) 파괴전압은 pd의 함수 (U자형 곡선)

②코로나: 불균일전계, 국부방전 → 송전선 손실, 소음, 방해전파

③아크: 고온, 대전류, 저전압 → 차단기 소호가 핵심 과제

④공기 절연 내력: Eb ≈ 30 kV/cm (표준상태)

⑤SF₆: 공기 대비 약 2.5배 절연 내력 → GIS에 사용

📝 대표 기출문제

①[파센] 파괴전압이 기압×거리(pd)의 함수인 법칙의 이름은? → 파센 법칙

②[절연내력] 공기의 절연 내력은 약 얼마인가? → 약 30kV/cm (표준상태)

③[SF₆] GIS에 SF₆ 가스를 사용하는 이유 → 공기 대비 약 2.5배 높은 절연 내력