단절연(Graded Insulation)

단절연의 정의

단절연은 케이블 절연층을 여러 층으로 나누어 전계를 고르게 만드는 절연 방식이다.

층마다 유전율을 달리해 도체 주위에 전계가 몰리는 것을 막는다.

고압 케이블 절연 설계의 핵심 원리이며, 정의와 유전율 조건이 시험에 자주 나온다.

경계면 전계의 원리

단절연의 원리는 두 유전체 경계면의 전속밀도 연속 조건에서 나온다.

경계면에서 ε₁E₁ = ε₂E₂가 성립하므로 유전율이 작은 층의 전계가 커진다.

그래서 도체 쪽 유전율은 크게, 외측 유전율은 작게 잡아 도체 근처 전계를 낮춘다.

계산 예제

경계면 양쪽의 전계 비는 두 층의 유전율 비로 정해진다.

ε₁ = 2ε₀, ε₂ = 4ε₀이고 E₁ = 6 kV/mm이면 E₂ = (2/4) × 6이다.

고유전율 층의 전계는 3 kV/mm로 낮아지고 저유전율 층은 6 kV/mm로 높다.

다층 절연과의 차이

단절연과 다층 절연은 자주 혼동되므로 구분해서 기억해야 한다.

다층 절연은 재료를 층으로 겹쳐 쓰고, 층마다 계면이 생긴다.

단절연은 반경 방향으로 유전율을 바꿔 계면을 없애고 전계를 평탄하게 만든다.

자주 틀리는 방향

설계에서 가장 많이 틀리는 것은 유전율 배치 방향이다.

도체 표면 전계가 가장 크므로 도체 쪽 유전율을 높게 두는 것이 원칙이다.

외측 유전율을 높게 두는 방향을 쓰면 감점이 크다.

정리

지금까지 단절연의 정의와 원리를 정리한다.

단절연은 유전율을 층별로 달리해 도체 주위의 전계 집중을 줄이는 절연 방식이다.

답안에는 정의, 전계 식, 유전율 배치 방향을 함께 쓰면 된다.