코로나 방전

코로나 방전의 정의

코로나 방전은 도체 주위 공기가 국부적으로 이온화되는 부분 방전이다.

전선 표면 전위경도가 파열극한전위경도를 넘을 때 생긴다.

전체가 절연 파괴되기 전에 전선 주변만 먼저 깨지는 현상이다. 음향과 빛을 동반한다.

파열극한전위경도와 임계전압

파열극한전위경도는 공기가 절연을 잃기 시작하는 전위경도다.

교류 실효치 기준 약 21kV/cm이며 표준상태에서의 값이다.

코로나 임계전압은 표면 전위경도가 이 값에 닿는 선간 전압이다.

전선 반경이 작을수록 표면 전위경도가 커져 임계전압이 낮아진다.

코로나 발생 과정

코로나 발생은 표면 전위경도가 파열극한전위경도를 넘을 때 시작된다.

자연 방사선이 공기 분자를 이온화해 양이온과 자유전자를 만든다.

전계가 이들을 반대 방향으로 가속하고, 가속된 전자가 다른 분자를 충돌 이온화한다.

이온화가 연쇄로 늘면 가시광과 음향을 동반하는 방전이 된다.

예시 계산: 표면 전위경도

예제로 단일 전선의 표면 전위경도를 계산해 본다.

표면 전위경도는 전압 V를 r ln(D/r)로 나눈 값으로 구한다.

ln(4/0.015)은 약 5.59이고, 대입하면 약 909,000 V/m가 된다.

단위를 바꾸면 약 90kV/cm이다. 파열극한 21kV/cm보다 커서 코로나가 발생하는 조건이다.

코로나의 장해

코로나는 송전효율을 떨어뜨리고 여러 장해를 일으킨다.

손실은 전압의 제곱에 비례하므로 고압 선로일수록 커진다.

코로나 잡음과 고조파는 통신선에 유도 장해를 일으킨다.

이 밖에 소호리액터 소호능력 저하, 전식, 계전기 오동작도 나온다.

방지 대책의 원리

방지 대책은 모두 전위경도를 낮춰 임계전압을 높이는 원리다.

복도체는 한 상을 여러 가닥으로 나눠 등가 반경을 키운다.

코로나 링은 고전압 기기 단부의 전계를 넓은 면적으로 퍼뜨린다.

가선 금구 개량과 모서리 제거는 국부 전계 집중을 줄인다.

직접 풀어 보자.