나노 유전체의 단기파괴 및 장기적 고장 고찰

전문가 제언

○ 유기고분자에 무기 나노입자를 도입한 나노복합체는 나노입자의 엄청난 비표면적과 양자크기 효과 등으로 2002년 보고된 이래 신소재로 각광을 받고 있다. 나노복합체는 기질과 나노충전제 계면의 극적증대와 실란결합제 등으로 응집문제가 해결 가능하여 두 재료 사이에 결합이 향상되었다. 따라서 전기절연 특성이 향상되어 수배전 개폐장치용 에폭시 몰드, 인버터 서지 방지용 에나멜선 절연체 등에 활용 연구되고 있다.

○ 이 글은 공개 보고 자료에 근거하여 나노복합체의 단기파괴(short-term breakdown) 및 장기적 고장(long-term failure)이란 전기적 특성 연구를 중국의 저자가 종합 정리하여 소개하고 있다. 고분자기질로는 EP(에폭시), PE, PP, PI, PVA 등이, 나노무기충전제 재료로는 Al(OH)3, Al2O3, SiO2, TiO2 등이 연구자와 연구항목에 따라 선별적으로 보고되고 있다.

○ 통상 전력케이블의 파괴시험은 재현성이 어려워 Weibull 분포의 확률적 방법이 이용되고 장기적 전기성능 평가는 V-t 커브법이 사용된다. 전력케이블의 파괴특성 파악이 힘든 가운데 이 글은 전기적 성능 파괴를 시간적 공간적 체계에서 전체의 그림을 보여주어 매우 유익하다. 저자는 단기파괴에 전기파괴, 열적 파괴, 전기-기계적 파괴의 세 항목, 장기적 고장엔 부분방전(PD)/전기트리 그리고 물트리의 두 항목을 들고 있다. 단기파괴에는 나노입자의 유전율, 고분자의 응집에너지밀도(CED) 및 유전율이 영향을 주고 장기적 고장엔 후자의 둘이 지배한다.

○ MgO 나노입자 함유 가교폴리에틸렌(XLPE) 나노복합체의 전기적 특성 향상은 MgO 마이크로입자로는 해결할 수 없었던 공간전하 문제가 있는 DC전계 내 임펄스 파괴강도 및 DC 파괴강도를 해결한 예가 있다. 1991년 마이크로 MgO함유 XLPE로 출원된 절연이 2009년 당시 최고전압 250kV DC케이블에 나노복합체로 처음으로 해저케이블을 수주한 것이다.

○ 이후 전 세계에서 나노복합체의 전기특성 연구가 활발해졌다. 한국에선 2004년 서울대학교 등의 PP-클레이 나노복합재료 제조 및 물성연구가 보고되고 2010년 충북대 윤재훈 등의 HVDC용 MgO 나노복합XLPE의 기술동향 등이 보였다. 각 대학에서도 연구열이 높아져 기대가 크다.

저자

Shengtao Li et al

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2010

권(호)

17(5)

잡지명

IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

1523~1535

분석자

변*호

분석물

• 나노 유전체의 단기파괴 및 장기적 고장 고찰.pdf [265,046 byte]

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