성극지수(Polarization Index Test, PI Test)와 절연저항

제가 올린 메가사용법과 절연저항 측정과 관련되어서 PI(Polarization Index) Test을 소개해드리고, 절연저항과 PI Test 상관관계를 약간 설명드리도록 하겠습니다.

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메가 사용법과 절연저항 측정

1. 성극지수(Polarization Index Test) 정의

먼저 PI(Polarization Index) Test는 절연저항시험 보다 온도의 영향을 덜 받기 위해 개발된 시험방법으로, 동일하게 메가원리를 적용한 것으로, 이 테스트에서는 두 개의 절연저항 측정이 되는데, 전압인가 1분후의 전류 값, 그리고 전압인가 10분후의 전류값입니다. 이 두값의 비율을 계산하여 얻은 PI Test결과는 절연물이 흡습되었는지 여부를 판단하는데 사용할 수 있습니다.

 

 

 

2. 성극지수(Polarization Index Test, PI Test) 시험결과 기준 및 해석

   아래 IEEE Std 43-2000에 나와 있는 것처럼 PI값이 2미만이면 절연열화등이 의심되며, 2-4범위가 적절한 상태이며, 4를 넘어가는 경우 너무 건조되어 있거나 절연물이 부스러지기 쉬운 상태로 기계적강도가 약해진 상태이며, The Electro•Mechanical Authority guide에 의하면 PI 4이상이면 절연열화가 되었거나 높은 온도에서 오래 운전되었을 가능성이 높습니다.

3. 절연체 측정 전류

 절연물에 DC전압을 인가하여 PI Test를 수행하는 경우에 흐르는 전류는 아래와 같은데요

■ 충전전류(Capacitive Charging Current, IC) 아래 그림처럼 DC전압이 갑자기 투입되었을 때, 전자가 양극판으로 부터 음극판으로 모이게 되고, 이에 따라 큰 전류(유전체 상의 전류중에 상대적으로)가 도체에서 대지로 절연물을 통해 흐르게 되고, 지수함수적으로 감소하게 되며, 보통 10초 정도에 작은 값으로 떨어지고, 1분후면 거의 영이 된다.(그래서 이것은 절연물의 열화등의 문제가 아닌 본래의 성질에 따른 것으로, 메가시험시 1분후의 값을 이용하는 것이 이 충전전류가 포함되지 않아야 하기 때문에, 1분후 값을 측정한다) ■ 표면 누설전류(Surface Leakage Current, IS) 절연물 표면에 먼지, 습분, 또는 기타 오염물 때문에, 절연물 표면의 어느 한 부분을 통해 누설되는 전류가 흐르는데, 그림에서 보듯이 순간적으로 급등하다가 일정한 값(10 microamp)으로 유지되는데, 이 경우는 절연물이 양호한 형태이며, 20 microamp등으로 값이 변하면 노화가 된 결과를 보여주는 겁니다. ■ 분극 전류(Polarization Current, IP) = 흡수전류(Absorption Current)  기자력이 가해지는 경우(자화전류) 철의 Magnetic이 정렬하려고 하는 것 처럼, 절연체에 DC전압을 인가하면 쌍극자(Dipole, Polar Molecule)가 전계를 따라 정렬을 하는 과정에 이동하기 때문에 절연체에 전류가(정렬하는 것에 에너지가 필요하게 되는데 인가된 전원으로부터 오게 되는데 이를 분극전류라 함) 흐르게 됩니다. 이 쌍극자가 정렬하는 동안만 흐르고 정렬이 완료되면 더 이상 흐르지 않기 때문에, 보통 10분 소요되어 그 이후에는 전류가 0(영)이 되기 때문에 10분을 측정합니다.(10분 후 0) ■ 전도 전류(Resistive or Conductive Current, IR)  잘 결합된 에폭시-마이카 절연물은 전도전류가 거의 영이나, 흡습이 되어 있는 경우 약간의 전류가 흐를 수 있으며, 옛날 절연방식인 아스팔트계에서도 테이프등을 통해서 흐르게 됩니다. 여기서 절연물에 DC전압을 인가하는 경우 흐르는 전류 I=IR+ IS + IP + IC인데 R1분 = V/( IR+ IS + IP)  …….(1분후 IC=0) R10분 = V/( IR+ IS) …………....(10분후 IC=0, IP= 0) PI Value = R10분 / R1분                = (IR+ IS + IP)/( IR+ IS)                = [1+ IP/( IR+ IS)] 결국 PI test는 절연물에서 분극이 얼마나 어렵게 발생하는지 여부를 보는 것으로 이해될 수 있고, 어려울 수록 에너지가 많이 들어가야 하므로 건전한 절연물이라 볼 수 있습니다.

4. PI 시험과 절연저항 관계

  메가 절연저항을 측정했을 때 절연 저항값이 5000MΩ보다 높으면, 측정된 전류는 매우 작은 범위에 있으며, 따라서 기기 감도, 공급 전압, 주변 습도, 테스트 연결등이  측정된 총 전류에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 절연저항이 5000MΩ보다 높으면 PI 시험결과는 평가요소로 반영하지 않습니다.[출처:IEEE Std 43-2000 12.2.2절]

5. 시험시 유의사항

 - PI Test는 온도보정을 할 필요가 없으며, 전동기가 바로 정지했을 때 측정했다면 온도가 40℃아래에서 다시 측정을 해야합니다.

 - PI Test는 절연물이 건조한 형태의 설비 즉, 건식변압기, 케이블, 회전기기에만 시험을 해야 합니다.