코로나 현상

Corona Discharge

코로나는 도체 표면 전계가 공기 절연내력을 넘을 때 주변 공기가 부분 방전하는 현상이에요. 가는 전선·높은 전압·거친 표면에서 잘 생기고 Peek 식의 임계전압·손실 공식이 시험 핵심이에요. 코로나를 줄이려면 도체를 굵게 하거나 다도체·코로나 링 같은 대책을 써요. 전압·반지름·선간거리 슬라이더로 임계 조건을 넘어설 때 발광이 어떻게 나타나는지 확인해 봐요.

코로나, 왜 발생하는가

🔍 코로나의 본질

①고전압 도체 표면의 전계강도가 공기 절연내력(약 30kV/cm)을 초과

②도체 주변 공기가 부분 절연파괴 → 보라빛 발광 + 쉬쉬 소리

③전선이 가늘수록, 전압이 높을수록, 습도가 높을수록 잘 발생

④에너지 손실 + 통신선 유도장해 + 전선 부식의 원인

Peek의 임계전압 공식

코로나 임계전계

E₀ = 24.3 m₀ m₁ δ (1 + 0.301√(δr)) [kV/cm]

m₀: 도체표면계수(매끈=1, 연선≈0.8), m₁: 기상계수, δ: 상대공기밀도, r: 도체반지름[cm]

임계 선간전압

V₀ = √3 · E₀ · r · lnDr [kV]

V > V₀ 이면 코로나 발생! D: 선간거리, r: 도체반지름

💡 각 계수의 의미

①m₀(도체표면): 매끈=1.0, 연선=0.8~0.85, 오손=0.6~0.7 → 연선은 임계전압↓

②m₁(기상): 맑음=1.0, 비=0.8, 눈=0.66 → 악천후에 코로나 증가

③δ(상대공기밀도): 고도↑, 온도↑ → δ↓ → 임계전압↓

④r(반지름)↑ → E₀↓이나 V₀↑ → 굵은 도체가 코로나에 유리!

코로나 발생 조건 탐색

운전전압 V154 kV

도체 반지름 r0.015 m

선간거리 D5 m

표면계수 m₀1

기상조건0

0: 맑음(m₁=1.0) / 1: 비(m₁=0.8) / 2: 눈(m₁=0.66)

🔑 핵심 관찰

①전압을 올리면 V₀ 초과 시점에서 코로나 글로우 발생 → 손실 시작

②r↑(굵은 도체): 표면 전계↓ → V₀↑ → 코로나 억제 효과

③D↑: V₀↑ → 코로나에 유리하지만 철탑 폭 ↑ 비용 증가

④비·눈일 때 m₁↓ → V₀ 급감 → 평소 안전해도 악천후에 코로나 발생 가능

코로나 손실과 방지 대책

Peek 코로나 손실

Pc = 241(f+25)δ · √rD · (V−V₀)² × 10⁻⁵ [kW/km/선]

V > V₀ 일 때만 발생, (V−V₀)² 에 비례 → 전압 초과분이 클수록 급증

💡 코로나에 의한 장해

①전력 손실: 열·빛·음향으로 에너지 소비 → 송전효율 저하

②통신 유도장해: 고조파 전류 발생 → 인접 통신선에 잡음 유발

③전선 부식: 오존(O₃)·질산(HNO₃) 생성 → 도체 표면 화학적 침식

④소음 공해: 비 오는 날 송전선 "지지직" 소리의 원인

⚠️ 코로나 방지 대책

①복도체 사용: 등가 반지름 ↑ → 표면 전계↓ → 가장 효과적 (345kV↑ 필수)

②도체 굵기 증대: r↑ → V₀↑ → 단독으로도 효과적

③가선금구 개량: 클램프 등 돌출부의 전계집중 완화

④선간거리 확대: D↑ → V₀↑ → 경제성과 타협 필요

시험 총정리

임계전계

E₀ = 24.3m₀m₁δ(1+0.301√δr)

[kV/cm]

코로나 손실

Pc ∝ (V−V₀)²

Peek 공식

임계전압

V₀ = √3·E₀·r·lnDr

V>V₀→코로나

방지대책

복도체 > 굵기↑ > 거리↑

효과 순서

🎯 시험 포인트

①Peek 공식 E₀ = 24.3 m₀ m₁ δ (1+0.301/√δr): 계수 의미와 함께 암기

②m₀(표면): 매끈1.0/연선0.8, m₁(기상): 맑음1.0/비0.8/눈0.66

③코로나 장해 3가지: 전력손실, 통신장해, 전선부식. 반드시 세트로 암기

④복도체의 이중 효과: 코로나 억제 + 인덕턴스↓(송전용량↑)

⑤실기: V₀ 계산 후 운전전압과 비교, 코로나 손실 계산, 복도체 등가반지름 구하기

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 코로나 임계전압에 영향을 주는 인자 4가지를 쓰시오. (답: 도체표면계수 m₀, 기상계수 m₁, 상대공기밀도 δ, 도체반지름 r)

②[기출유형] 코로나에 의한 장해 3가지를 쓰시오. (답: 전력손실, 통신유도장해, 전선부식)

③[기출유형] 코로나 방지 대책 중 가장 효과적인 방법은? (답: 복도체 사용. 등가반지름↑ → 표면전계↓)