전기기사 파헤치기, 코로나 현상(전력공학) - 정의, 발생원인, 해결방안

전기기사 공부

 이번 글에서는 코로나 현상에 대해 알아보려고 합니다. 전력공학을 공부하다 보면 코로나 현상에 대해 나오지만, 자세한 내용보다는 코로나 임계전압과 감소대책 등만 다루는 경우가 많습니다. 이번 글에서는 코로나 현상만을 다루어 자세하게 알아보겠습니다.

 

목차

• 정의 및 기본원리
• 코로나 현상의 발생 조건
• 코로나 현상의 특성
• 코로나 현상의 영향과 해결방안

 

정의 및 기본원리

 

 정의 및 기본 원리: 코로나 방전은 고전압 전도체 주변의 공기가 강한 전기장에 의해 이온화되어 발생하는 현상입니다. 이 과정에서 자유 전자들이 가속되어 더 많은 기체 분자들을 이온화시키며, 이로 인해 전기적으로 전도성이 있는 채널이 형성됩니다. 이 채널은 방전을 일으키며, 이는 주변 공기 중에서 미세한 빛과 소리를 발생시킵니다.

 

코로나 현상의 발생 조건

 

1. 전기장 강도: 코로나 방전은 전기장의 강도가 매우 높을 때 발생합니다. 전도체 주변의 전기장 강도가 공기 중의 기체 분자를 이온화할 수 있는 임계값을 초과하면 코로나 방전이 시작됩니다. 이 임계값은 주변 환경과 전도체의 특성에 따라 다릅니다.
2. 전선의 표면 상태: 전선의 표면이 거칠거나 불규칙한 경우, 전기장은 불균일하게 분포되어 임계값에 더 쉽게 도달할 수 있습니다. 반면, 매끄러운 표면은 코로나 방전의 위험을 감소시킵니다.
   
   
3. 전선의 직경: 직경이 작은 전선은 더 높은 전기장 강도를 경험하며, 이는 코로나 방전의 가능성을 증가시킵니다. 더 큰 직경의 전선은 전기장을 더 균일하게 분포시켜 코로나 방전 위험을 감소시킬 수 있습니다.
   
   
4. 기상 조건: 습도, 기압, 온도와 같은 기상 조건은 코로나 방전의 발생에 큰 영향을 미칩니다. 높은 습도는 공기의 전기 전도성을 증가시켜 코로나 방전을 촉진할 수 있습니다. 반면, 낮은 기압은 코로나 방전을 억제하는 경향이 있습니다.
   
   
5. 주변 환경: 주변 환경의 오염 물질이나 먼지는 코로나 방전을 촉진할 수 있습니다. 오염 물질은 전기장의 분포를 불균일하게 만들거나 전도체 표면을 손상시켜 방전을 유발할 수 있습니다.
   
   
6. 전선의 배치 및 설계: 전선의 배치와 설계는 코로나 방전의 위험을 크게 영향을 미칩니다. 전선이 서로 가까이 배치되어 있거나, 복잡한 형상을 가진 경우 코로나 방전의 가능성이 높아질 수 있습니다.

코로나 현상의 특성 

 시각적 및 청각적 특성: 코로나 방전은 고전압 전선 주변에서 발생하는 불꽃과 유사한 빛을 방출합니다. 이 빛은 대개 푸른색이나 보라색을 띠며, 가시적인 빛과 함께 경미한 파직거리는 소리를 동반할 수 있습니다.

AI가 그린 코로나 현상 이미지

 기술적 영향: 코로나 방전은 전력 시스템에 다양한 영향을 미칩니다. 방전 과정에서 전력 손실이 발생하며, 이는 전체 전력 시스템의 효율성을 저하시킵니다. 또한, 코로나 방전은 고주파 노이즈를 발생시켜 무선 통신 장비에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 영향을 최소화하기 위해 전력 시스템의 설계와 유지 보수에 적절한 주의가 필요합니다.

 

코로나 현상의 영향과 해결방안 

1. 전력 손실: 코로나 방전은 전력 손실의 주요 원인 중 하나입니다. 이 현상은 전도체 주변의 공기를 이온화시키며 발생하는데, 이 과정에서 전기 에너지가 열과 빛으로 변환됩니다. 이로 인해 전력 전송 효율이 감소하며, 장기적으로는 전기 시스템의 경제적 부담을 증가시킵니다.
   
   
2. 전자기 간섭: 코로나 방전은 고주파 전자기파를 발생시킬 수 있으며, 이는 무선 통신 장비에 영향을 줄 수 있습니다. 특히, 방송 수신 장애나 통신 장비의 오작동과 같은 문제를 유발할 수 있습니다.
   
   
3. 환경적 영향: 코로나 방전은 오존과 질소 산화물을 생성할 수 있으며, 이는 대기오염과 지구 온난화에 기여할 수 있습니다. 이러한 가스들은 인간의 건강에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
   
   
4. 장비 손상: 지속적인 코로나 방전은 전선과 주변 장비의 절연체를 손상시킬 수 있습니다. 이는 전력 시스템의 신뢰성과 안전성을 저하시키며, 비용이 많이 드는 수리나 교체를 필요로 할 수 있습니다.

해결책 및 예방 조치

1. 설계 개선: 전선의 직경을 증가시키거나 전선 표면을 매끄럽게 처리하는 것이 중요합니다. 이는 전기장의 강도를 줄여 코로나 방전의 가능성을 낮춥니다.
   
   
2. 절연체 개선: 더 나은 절연 재료의 사용은 코로나 방전으로 인한 손상을 감소시킬 수 있습니다. 이는 전력 시스템의 신뢰성을 향상시키고 유지 보수 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.
   
   
3. 환경적 조건 고려: 설계 시 기후 및 환경적 조건을 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 습도가 높은 지역에서는 코로나 방전이 더 자주 발생할 수 있으므로 이에 대한 추가적인 대책이 필요합니다.
   
   
4. 정기적인 검사 및 유지보수: 전력 시스템의 정기적인 검사와 유지 보수는 코로나 방전으로 인한 손상을 조기에 발견하고 대응할 수 있게 합니다. 이는 장비의 수명을 연장시키고, 효율성을 유지하는 데 중요합니다.
   
   이상으로 코로나 현상에 대해 알아보았습니다.