21. 개폐서지(Switching Surge)와 절연파괴

21. 개폐서지(Switching Surge)와 절연파괴

스위치를 ON/OFF 할 때 발생하는 개폐서지와 절연파괴의 관계에 대해 알아보자.

---

1. 절연파괴
2. 개폐서지
3. 절연파괴 요소

---

---

1. 절연파괴

절연은 전기가 통하지 않도록 해놓은 조치이다.
절연파괴라 하면 전류가 전기가 통하지 않도록 해놓은 조치를 파괴시켜 전기가 통해버리는 현상이다.

절연, 절연파괴

이런 절연파괴를 일으키는 주범 중 하나가 개폐서지이다.



2. 개폐서지

개폐서지는 전력계통에서 차단기의 개폐 조작 과정에서 발생하는 이상 전압이다.
차단기를 On, Off 할 때 큰 전압이 발생하게 된다.

전력계통은 R,L,C 가 모두 존재하는 회로라고 볼 수 있다.

전력계통은 RLC회로이다.

발전전원에서 만들어진 전력이 R,L,C를 거치고 스위치를 ON/OFF 함에 따라 부하에 전달된다.
그러므로 개폐서지가 발생하는 이유는 앞에서 공부했던
RLC회로가 진동하는 이유와 같다.
yyxx.tistory.com/149

20. RLC회로에 진동이 발생하는 이유

인덕터(L)와 커패시터(C)는 상대적인 소자이기 때문에 서로 에너지를 주고받는다.

인덕터와 커패시터는 상대적인 소자로 에너지를 주고 받는다.

스위치 ON 했다고 했을 때
목표하는 값까지 전압이 올라갈 때까지 인덕터와 커패시터는 에너지를 주고받는다. 그래서 한 번에 전압이 목표값까지 올라가지 못하고 전압목표값을 중심으로 올라갔다 내려갔다 반복한다.
이 과정에서 발생한 큰 전압이 개폐서지 전압이다.

RLC회로에서 개폐시 진동이 발생

전력계통에서는 R(저항)에 의해 에너지가 소모되면서 진동은 점점 작아지고 결국 목표에 도달하게 된다.

3.절연파괴 요소

전압에 의해 절연이 파괴될 때까지
전압의 3가지 요소가 작용한다.

첫 번째는 전압의 크기이다.
전압의 크기가 커질수록 절연파괴 가능성이 높아진다.

두 번째는 전압의 기울기이다.
전압 상승이 짧은 시간에 가파르게 진행되는 경우와
긴 시간 동안 천천히 진행되는 경우에 차이가 생긴다.
같은 피크값을 가진 전압이라도 그 목표값까지 도달하는데 걸리는 시간이 짧을수록 절연을 파괴시킬 가능성이 커진다.

세 번째는 전압의 지속시간이다.
같은 크기의 전압이라도
그 크기를 오랫동안 지속하는 경우와
목표값을 치고 금방 내려오는 경우에 차이가 생긴다.
같은 전압값이더라도 1초 동안 그 값을 유지했을 때 멀쩡했더라도 10초간 유지했을 때 절연이 파괴될 수 있다.


RLC회로는 R,L,C 값에 따라 진동크기와 흐름이 달라지게 된다.
진동을 얼마나 크게 하냐 - 전압의 크기
진동 주기가 얼마나 빠르냐 - 전압의 기울기
진동할 때 큰 전압값을 얼마나 오래 유지하냐 - 전압의 지속시간
이런 요소들에 따라 절연파괴 가능성이 달라질 수 있다.

RLC회로의 진동(개폐서지)은 스위치를 ON/OFF 할 때마다 발생하므로 이런 요소들에 대한 충분한 시험이 필요하다.