유동대전

유동대전이란

유동대전은 절연성 액체가 배관을 흐를 때 전하가 분리되어 대전되는 현상이다.

마찰대전과 같은 계열이지만, 흐름이 대전의 에너지를 공급하는 점이 다르다.

시험에서는 유입변압기 사례로 반복해 출제되는 개념이다.

발생 원리

절연유가 프레스보드나 배관 같은 고체 표면과 접하면 경계면에 전기 이중층이 생긴다.

흐름이 이중층의 이온을 하류로 밀어내면 스트리밍 전류가 생긴다.

스트리밍 전류는 유속과 유로 단면적이 커질수록 커진다.

그래서 강제 송유식에서 유속을 높이면 대전 위험도 함께 커진다.

계산 예제

다음은 가상의 예다. 내경 0.20m 배관에서 허용 유속 1.0m/s일 때 유량을 구해 보자.

단면적은 원의 식으로 구하면 약 0.0314m²이다. 유량은 Q = A·v이다.

유량은 0.0314m³/s이고, 분당 리터로 바꾸면 약 1,885L/min이다.

같은 유량을 내경 0.30m 배관으로 보내면 단면적이 0.0707m²로 커진다.

그러면 유속은 약 0.44m/s로 낮아져 경계면 마찰이 줄어든다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 접지만으로 대전을 막을 수 있다고 쓰는 것이다.

절연유는 도체가 아니므로 접지는 외부 금속부의 대책이다. 내부 대전은 유속·온도·재질로 줄인다.

유속 기준을 쓸 때는 기준 대상을 구분해야 한다. 두 기준을 섞으면 채점자는 이해가 부족하다고 판단한다.

방지대책과 한계

마지막으로 대책을 정리한다. 유속 제한은 원인을 직접 줄이는 대책이다.

하지만 냉각 성능과 상충하므로, 배관 내경을 넓혀 유속을 낮추는 설계가 현실적이다.

접지는 이미 발생한 전하를 빼내는 대책이므로 유속 제한과 보완 관계다.

답안에는 전하 생성, 부분방전, 절연내력 저하, 대책을 함께 적는다.

정리와 확인

핵심을 정리한다. 유동대전은 절연유가 고체 경계면을 흐를 때 전하가 분리되는 현상이다.

주요 인자는 유속, 절연유 온도, 재질, 전계 극성이다.

온도 50℃ 전후에서 대전 극성이 바뀌고, 영향은 부분방전과 절연파괴다.

대책은 유속 제한, 온도 관리, 재질 선정, 접지로 세운다.