고전압
High voltage고전압 전기는 부상이나 손상을 일으킬 정도로 큰 전위를 말합니다.특정 업종에서 고전압은 특정 임계값을 초과하는 전압을 의미합니다.고전압을 전달하는 장비 및 도체는 특별한 안전 요구 사항 및 절차를 보장합니다.
고전압은 X선과 입자 빔을 생성하기 위해, X선과 입자 빔을 생성하기 위해, 점화용 전기 아크를 생성하기 위해, 광전자 증배관에서, 고출력 증폭기 진공관 및 기타 산업, 군사 및 과학 분야에서 사용된다.
정의.
IEC 전압 범위 | AC RMS 전압(V) | DC 전압(V) | 리스크의 정의 |
---|---|---|---|
고전압 | 1,000 이상 | > 1,500 | 전기 아아크 |
저전압 | 50 ~ 1,000 | 120 ~ 1 500 | 감전 |
초저전압 | 50 미만 | 120 미만 | 리스크가 낮다 |
고전압의 수치적 정의는 상황에 따라 달라집니다.고전압으로 분류할 때 고려되는 두 가지 요인은 공기 중에 스파크가 발생할 수 있는 가능성과 접촉 또는 근접에 의한 감전 위험이다.
국제 전기 기술 위원회와 국가별 위원회(IET, IEEE, VDE 등)에서는 고전압을 교류일 경우 1000V 이상,[1] 직류일 경우 1500V 이상으로 정의하고 있습니다.
미국에서는 ANSI(American National Standards Institute)가 100V 이상의 60Hz 전력 시스템에 대해 공칭 전압 정격을 설정합니다.특히 ANSI C84.1-2020에서는 고전압을 115kV~230kV, 초고전압을 345kV~765kV,[2] 초고전압을 1,100kV로 정의하고 있습니다.영국 표준 BS 7671:2008은 고전압을 1000VAC 또는 1500V 리플 프리 DC보다 높은 도체 간의 전압차 또는 600V 또는 900V 리플 프리 [3]DC보다 높은 도체와 접지 간의 전압차로 정의합니다.
전기 기술자는 일부 [4]관할구역에서 특정 전압 등급에 대해서만 면허를 취득할 수 있다.예를 들어 HVAC 시스템, 화재 경보 시스템, 폐쇄 회로 텔레비전 시스템 설치와 같은 전문 하위 거래를 위한 전기 면허는 도체 사이에 최대 30V까지 전원이 공급된 시스템을 설치할 수 있도록 승인될 수 있으며 주 전압 회로에서는 작동하지 않을 수 있습니다.일반 대중은 일반적으로 접하는 최고 전압을 전달하는 가정용 주전원 회로(100~250VAC)를 고전압으로 간주할 수 있다.
약 50V 이상의 전압은 일반적으로 회로의 두 지점에 접촉하는 사람을 통해 위험한 양의 전류를 흐르게 할 수 있으므로 이러한 회로 주변에서는 안전 기준이 더 엄격합니다.
자동차 공학에서 고전압은 30~1000VAC 또는 60~[5]1500VDC 범위의 전압으로 정의됩니다.
Extra-High Voltage(EHV; 초고전압)의 정의는 컨텍스트에 따라 달라집니다.전력 전송 엔지니어링에서 EHV는 345,000~765,000V [6]범위의 전압으로 분류됩니다.전자 시스템에서 275,000V 이상의 전압을 공급하는 전원 공급 장치를 EHV 전원 공급 장치라고 하며, 종종 물리학 실험에서 사용됩니다.텔레비전 브라운관의 가속전압은 기기 내의 다른 전압공급장치와 비교하여 초고전압 또는 초고전압(EHT)으로 표현될 수 있습니다.이 유형의 전원 범위는 5kV에서 약 30kV입니다.
생산.
저습도 조건에서 흔히 볼 수 있는 정전기의 스파크는 항상 700V를 훨씬 넘는 전압을 수반합니다.예를 들어 겨울철 자동차 문에 불꽃이 튀는 경우 최대 20,000V의 전압이 [7]발생할 수 있습니다.
Van de Graff 발전기 및 Wimshurst 기계와 같은 정전 발전기는 100만 볼트에 가까운 전압을 발생시킬 수 있지만 일반적으로 낮은 전류를 발생시킵니다.유도 코일은 플라이백 효과로 작동하여 회전 비율에 입력 전압을 곱한 값보다 큽니다.일반적으로 정전기보다 높은 전류를 발생시키지만, 2차 권선에 필요한 와이어의 양으로 인해 원하는 출력 전압이 2배로 증가할 때마다 무게가 약 2배로 증가합니다.따라서 와이어 회전을 더 많이 추가하여 더 높은 전압으로 스케일링하는 것은 실용적이지 않을 수 있습니다.Cockcroft-Walton 승수는 유도 코일에 의해 생성되는 전압을 증배하는 데 사용할 수 있습니다.다이오드 스위치를 사용하여 콘덴서의 사다리를 충전하는 DC를 생성합니다.테슬라 코일은 공진을 이용하며 가볍고 반도체가 필요하지 않습니다.
가장 큰 규모의 불꽃은 번개에 의해 자연적으로 발생하는 불꽃이다.음의 번개의 평균 볼트는 30~50킬로암페어의 전류를 전달하고 5쿨롬의 전하를 전달하며 500메가줄의 에너지를 방출합니다(120kg TNT 상당량 또는 100와트 전구를 약 2개월간 점등하기에 충분한 양).그러나 (뇌우의 꼭대기에서) 양전광의 평균 볼트는 300~500킬로암페어의 전류를 전달하고, 최대 300쿨롬의 전하를 전달하며, 최대 1기가볼트(10억 볼트)의 전위차를 가지며, 300GJ의 에너지(72톤 TNT 또는 최대 95년 동안 100와트 전구를 비추기에 충분한 에너지)를 방출할 수 있다.음의 낙뢰는 일반적으로 수십 마이크로초 동안만 지속되지만, 여러 번의 낙뢰가 일반적입니다.양낙뢰는 일반적으로 단일 이벤트입니다.그러나 더 큰 피크 전류는 수백 밀리초 동안 흐를 수 있으므로 음의 번개보다 훨씬 더 에너지가 넘친다.
공기 중의 스파크
표준 온도 압력(STP)에서 구형 전극 사이의 건조 공기의 유전 파괴 강도는 약 33 kV/cm입니다.[8]실제 파괴 전압은 전극의 모양과 크기에 따라 크게 달라지기 때문에 이는 대략적인 가이드일 뿐입니다.강한 전기장(작은 도체 또는 뾰족한 도체에 가해지는 고전압)은 종종 공기 중에 보라색 코로나 방전을 일으키고 눈에 보이는 불꽃을 일으킨다.약 500~700V 미만의 전압은 대기압에서 쉽게 눈에 띄는 스파크나 빛을 낼 수 없으므로 이 규칙에 따라 이러한 전압은 "낮다".그러나 낮은 대기압 조건(예: 고고도 항공기) 또는 아르곤 또는 네온과 같은 귀가스 환경에서는 스파크가 훨씬 낮은 전압에서 나타난다.500~700볼트는 스파크 파괴를 발생시키기 위한 고정 최소 전압은 아니지만 원칙입니다.Friedrich Paschen에 [9]따르면 STP의 공기의 경우 최소 스파크오버 전압은 약 327V입니다.
일반적으로 낮은 전압은 전압이 인가되기 전에 존재하는 갭을 뛰어넘지 않지만, 기존 전류 흐름을 갭으로 방해하면 저전압 스파크 또는 아크가 발생하는 경우가 많습니다.접점이 분리되면 몇 개의 작은 접점이 마지막으로 분리됩니다.전류가 이러한 작은 핫스팟으로 압축되어 백열 상태가 되어 전자를 방출합니다(열전자 방출을 통해).이 메커니즘에 의해 어두운 실내에서는 작은 9V 배터리도 눈에 띄게 불꽃이 날 수 있습니다.(접점으로부터) 이온화된 공기와 금속 증기가 플라즈마를 형성하고, 플라즈마는 일시적으로 확대되는 갭을 메웁니다.전원 공급 장치 및 부하가 충분한 전류를 흐르게 하면 자체 유지 아크가 형성될 수 있습니다.일단 아크가 형성되면 회로를 차단하기 전에 아크를 상당한 길이로 연장할 수 있다.인덕턴스는 전류가 차단될 때마다 고전압 펄스를 제공하기 때문에 유도 회로를 열려고 하면 아크가 형성되는 경우가 많습니다.AC 시스템은 전류가 사이클당 2회 0으로 돌아오기 때문에 지속적인 아크 발생 가능성을 다소 낮춥니다.아크는 전류가 제로 크로싱을 통과할 때마다 꺼지며 아크를 유지하기 위해 다음 반주기 동안 다시 켜져야 합니다.
오믹 도체와 달리 아크의 저항은 전류가 증가함에 따라 감소합니다.이는 전기 기기의 의도하지 않은 아크를 위험하게 만듭니다. 왜냐하면 작은 아크라도 충분한 전류를 사용할 수 있을 경우 기기를 손상시키고 화재를 일으킬 수 있을 정도로 충분히 커질 수 있기 때문입니다.조명 또는 용접에 사용되는 것과 같이 의도적으로 생성된 아크는 아크의 전류/전압 특성을 안정화하기 위해 회로 내에 소자가 필요합니다.
사용하다
분배
송전선과 배전선은 일반적으로 수십 킬로볼트에서 수백 킬로볼트 사이의 전압을 사용합니다.회선은 오버헤드 또는 언더그라운드일 수 있습니다.고전압은 배전에 사용되어 장거리 전기를 운반할 때 오믹 손실을 줄입니다.
산업의
웨이퍼 표면에 얇은 금속막을 스패터링하기 위해 반도체 생산에 사용됩니다.또한 가장자리에 서 있는 작은 섬유로 물체를 코팅하는 정전 식모에도 사용됩니다.
과학적인
스파크 갭은 역사적으로 무선 전송의 초기 형태로 사용되었습니다.이와 유사하게, 목성 대기의 번개 방전은 목성의 강력한 [10]무선 주파수 방출의 원천으로 생각됩니다.
고전압은 획기적인 화학 및 입자 물리학 실험과 발견에 사용되어 왔다.전기 아크는 대기 중 아르곤 원소를 분리 및 발견하는 데 사용되었습니다.초기 X선 튜브에 구동되는 유도 코일.모슬리는 양극으로 사용될 때 방출되는 스펙트럼에 의해 선택된 금속 원소의 원자 번호를 결정하기 위해 X선 튜브를 사용했다.고전압은 현미경 검사용 전자빔 생성에 사용된다.콕크로프트와 월튼은 산화리튬의 리튬 원자를 수소 원자를 가속시켜 헬륨으로 변환하는 전압 증배기를 발명했다.
안전.
건조하고 부러지지 않은 인간의 피부에 가해지는 50V 이상의 전압은 가슴 부위를 통과하는 신체 조직에 전류를 발생시킬 경우 심장 세동을 일으킬 수 있습니다.감전 위험이 있는 전압은 건조한 사람의 피부의 전기 전도율에 따라 달라집니다.살아있는 인체 조직은 약 50볼트까지 건조한 피부의 절연 특성을 통해 손상으로부터 보호할 수 있습니다.같은 피부가 젖거나 상처가 있거나 피부를 관통하는 전극에 전압이 인가되면 40V 미만의 전압원이라도 치명적일 수 있습니다.
충분한 에너지를 공급하는 고전압과 우발적으로 접촉하면 중상 또는 사망에 이를 수 있습니다.이것은 사람의 몸이 전류 흐름을 위한 경로를 제공하여 조직 손상과 심부전을 야기할 때 발생할 수 있다.다른 부상에는 우발적인 접촉으로 인해 발생한 아크로 인한 화상이 포함될 수 있습니다.이러한 화상은 피해자의 기도에 영향을 준다면 특히 위험할 수 있다.부상은 또한 높은 곳에서 떨어지거나 상당히 멀리 던져진 사람들에 의해 경험된 물리적인 힘의 결과로도 고통 받을 수 있다.
카펫이 깔린 바닥을 건넌 후 문고리를 만질 때 발생하는 스파크가 건조한 기후에서 발생하는 것과 같이 고전압에 대한 저에너지 노출은 무해할 수 있습니다.전압은 천 볼트 범위일 수 있지만 평균 전류가 낮습니다.
부상을 방지하기 위한 표준 예방책에는 특히 팔 사이 또는 팔과 다리 사이와 같은 심장 부위를 통해 전기 에너지가 몸을 통해 흐르지 않는 조건에서 작업하는 것이 포함됩니다.고전압 장비의 두 도체 사이에 전류가 흐를 수 있으며 본체가 회로를 완성할 수 있습니다.이를 방지하기 위해 작업자는 고무장갑과 같은 단열복을 착용하고 단열 공구를 사용하며 한 번에 두 손 이상 장비에 닿지 않도록 해야 합니다.전류는 장비와 접지 사이에 흐를 수도 있습니다.이를 방지하기 위해 작업자는 고무 매트 등 절연된 표면에 서 있어야 합니다.안전장비는 사용자를 보호하기 위해 정기적으로 테스트됩니다.테스트 규정은 국가에 따라 다릅니다.테스트 업체는 최대 30만 볼트까지 테스트를 수행할 수 있으며 장갑 테스트에서 EWP(높은 작동 플랫폼) 테스트에 이르는 서비스를 제공합니다.
분배
라인 도체에 접촉하거나 가까이 접근하면 감전 위험이 있습니다.가공선과 접촉하면 부상 또는 사망에 이를 수 있습니다.금속 사다리, 농장 장비, 보트 돛대, 건설 기계, 공중 안테나 및 이와 유사한 물체는 종종 가공 전선과의 치명적인 접촉에 관여합니다.허가받지 않은 사람이 전봇대나 전기기구에 올라타는 것도 [11]감전사고의 희생자가 되는 경우가 많다.매우 높은 전송 전압에서는 높은 전압이 상당한 공극에서 아크를 발생시킬 수 있기 때문에 근접 접근도 위험할 수 있습니다.
매설된 케이블을 파헤치는 것도 발굴 현장 근로자들에게 위험할 수 있다.매립된 케이블과 접촉하는 굴착 장비(수공구 또는 기계 구동)는 해당 지역의 배관 또는 지면에 전력을 공급하여 인근 작업자의 감전 결과를 초래할 수 있습니다.고전압 송전선 또는 변전소에 고장이 발생하면 접지 표면을 따라 높은 전류가 흐르면서 감전의 위험이 있는 접지 전위 상승이 발생할 수 있습니다.
고전압 및 초고전압 전송로의 경우, 특수 훈련을 받은 직원이 "활선" 기술을 사용하여 전원이 공급된 장비와 직접 접촉할 수 있습니다.이 경우 작업자는 고압 라인에 전기적으로 연결되지만 접지로부터 완전히 절연되어 라인과 동일한 전위가 됩니다.이러한 작업을 위한 훈련은 시간이 오래 걸리고 여전히 직원에게 위험을 초래하기 때문에, 매우 중요한 전송 선로만이 가동 중에 유지보수의 대상이 됩니다.이러한 적절하게 설계된 상황 이외에서는 접지 또는 접지 아크가 예기치 않은 방법으로 발생할 수 있으며 고주파 전류는 접지되지 않은 사람도 화상을 입을 수 있기 때문에 접지로부터의 절연은 전류가 흐르지 않도록 보장하지 않습니다.이 때문에 송신 안테나를 만지는 것은 위험하며, 고주파 테슬라 코일은 끝점 하나만으로 불꽃을 유지할 수 있다.
고압전송선로의 보호장치는 통상 불필요한 아크의 형성을 방지하거나 수십 밀리초 이내에 소거되도록 합니다.고전압 회로를 차단하는 전기 기기는 아크가 손상 없이 소멸되도록 안전하게 유도하도록 설계되었습니다.고전압 회로 차단기는 고압 공기, 특수 유전 가스(예: 압력에 의한6 SF) 또는 미네랄 오일 침지 등을 사용하여 고전압 회로가 고장났을 때 아크를 소거합니다.
X선 기계 및 레이저와 같은 장비의 배선은 주의가 필요합니다.고전압 섹션은 저전압 측과 물리적으로 거리를 유지하여 둘 사이에 아크가 형성될 가능성을 줄입니다.관상 손실을 방지하기 위해 컨덕터는 가능한 짧게 유지하고 날카로운 점이 없도록 합니다.절연된 경우 플라스틱 코팅에 기포가 없어야 하며, 기포 내에서 코로나 방전이 발생합니다.
정전 발전기
고전압은 상당한 전류를 공급할 수 없는 경우 반드시 위험한 것은 아닙니다.Van de Graff 발전기나 Wimshurst 기계와 같은 정전기는 100만 볼트에 가까운 전압을 발생시키지만, 그것들은 짧은 고통을 줍니다.이는 전류가 낮기 때문입니다. 예를 들어 상대적으로 소수의 전자만 움직입니다.이러한 소자는 저장된 에너지의 양이 한정되어 있기 때문에 생성되는 평균 전류는 낮으며 일반적으로 1나노초 [12][13]동안 임펄스가 1A 범위에 도달하는 짧은 시간 동안 발생합니다.
방전은 매우 짧은 기간에 걸쳐 매우 높은 전압을 수반할 수 있지만, 심장 세동을 발생시키기 위해서는 전력 공급이 수 밀리초 동안 지속되는 심장 근육에 상당한 전류를 생성해야 하며, 최소 밀리줄 이상의 범위에서 총 에너지를 축적해야 합니다.따라서 약 50V 이상의 비교적 높은 전류는 의학적으로 유의하고 잠재적으로 치명적일 수 있습니다.
방전 중에는 몸에 100만분의 1초 이하로 고전압을 가한다.그래서 낮은 전류가 매우 짧은 시간 동안 인가되고 관련된 전자 수는 매우 적습니다.
테슬라 코일
Tesla 코일은 표면적으로는 Van de Graff 발전기와 유사하지만 정전기가 아니며 상당한 무선 주파수 전류를 지속적으로 발생시킬 수 있습니다.일반적으로 전하를 축적하는 데 시간이 오래 걸리는 정전기와 달리 인체에 공급되는 전류는 접촉이 유지되는 한 비교적 일정하며 전압은 인체의 분해 전압보다 훨씬 높습니다.그 결과, 테슬라 코일의 출력은 위험하거나 치명적일 수 있습니다.
아크 섬광 위험
개폐장치 라인업에서 사용 가능한 예상 단락 전류에 따라 고강도 전기 아크의 가능성으로 인해 유지관리 및 운영 직원에게 위험이 발생한다.아크의 최고 온도는 10,000 켈빈을 초과할 수 있으며, 복사열, 열풍 확장 및 금속 및 절연 재료의 폭발적 기화로 인해 보호되지 않은 작업자가 중상을 입을 수 있습니다.이러한 개폐장치 라인업과 고에너지 아아크 선원은 전력회사 변전소와 발전소, 산업용 플랜트 및 대형 상업용 건물에 일반적으로 존재한다.미국에서는 전미방화협회가 아크 섬광 위험 평가 및 계산을 위한 지침 표준 NFPA 70E를 발표하고 작업장에서 그러한 위험에 노출된 전기 작업자에게 필요한 보호복 표준을 제공한다.
폭발 위험
공기를 분해하기에 불충분한 전압이라도 인화성 가스나 증기 또는 부유 먼지를 포함하는 대기에 점화하기에 충분한 에너지를 공급할 수 있습니다.예를 들어 수소가스, 천연가스 또는 공기와 혼합된 가솔린/가솔린 증기는 전기기기에서 발생하는 스파크에 의해 점화될 수 있다.위험지역이 있는 산업시설의 예로는 석유화학정유소, 화학공장, 곡물엘리베이터, 탄광 등이 있다.
이러한 폭발을 방지하기 위한 조치에는 다음이 포함된다.
- 폭발을 일으킬 만큼 저장된 전기 에너지가 축적되지 않도록 설계된 장치를 사용하여 내재적 안전성을 확보
- 안전성 향상 - 오일 주입 인클로저와 같은 스파크 방지 조치를 사용하는 장치에 적용됩니다.
- 방폭(방화) 인클로저로, 인클로저 내부의 폭발이 탈출하여 주변의 폭발성 대기에 점화되지 않도록 설계되었다(이 명칭이 기기가 내부 또는 외부 폭발에서 생존할 수 있음을 의미하는 것은 아니다).
최근 몇 년 동안 폭발 위험 보호를 위한 표준은 유럽과 북미 관행 사이에서 더욱 균일해졌다."구역" 분류 시스템은 현재 미국 전기법 및 캐나다 전기법에서 수정된 형태로 사용되고 있습니다.내장 안전 장치는 이제 북미 용도에 사용할 수 있도록 승인되었습니다.
유독 가스
부분 방전 및 코로나를 포함한 전기 방전은 제한된 공간에서 소량의 유독 가스를 발생시킬 수 있으며 이는 건강에 해로울 수 있습니다.이러한 가스에는 오존과 같은 산화제와 다양한 질소 산화물이 포함됩니다.냄새나 색상으로 쉽게 식별할 수 있으므로 접촉 시간을 최소화할 수 있습니다.일산화질소는 눈에 보이지 않지만 달콤한 냄새가 난다.몇 분 안에 이산화질소로 산화되는데, 이산화질소는 농도에 따라 노란색이나 적갈색을 띠며 수영장 같은 염소 가스 냄새가 난다.오존은 눈에 보이지 않지만 번개가 친 후 공기처럼 톡 쏘는 냄새가 난다.그것은 단명종이고, 그것의 절반은 상온과 기압에서 하루 안에 O로
2 분해된다.
번개
번개에 의한 위험은 분명히 사람 또는 재산에 대한 직접적인 타격을 포함한다.그러나 번개는 전자파 펄스뿐만 아니라 지구에 위험한 전압 구배를 일으킬 수 있으며, 전화 케이블, 펜스, 파이프라인과 같은 확장된 금속 물체를 타격 지점에서 수 마일 떨어진 위험한 전압으로 충전할 수 있습니다.이러한 물체의 대부분은 일반적으로 전도성이 없지만, 매우 높은 전압으로 인해 절연체의 전기적 고장이 발생하여 도체 역할을 할 수 있습니다.이러한 전위는 사람, 가축 및 전자 기기에 위험합니다.낙뢰는 또한 화재와 폭발을 일으켜 사망, 부상, 재산 피해를 초래한다.예를 들어, 북미에서는 매년 수천 건의 산불이 번개에 의해 발생한다.
번개를 제어하는 조치는 위험을 완화할 수 있다. 여기에는 피뢰침, 차폐 와이어 및 연속 인클로저를 형성하기 위한 건물의 전기 및 구조 부품의 접합이 포함된다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
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외부 링크
- NFPA 70E: 미국, 직장에서의 전기 안전
- 미국 에너지부 전기 안전 핸드북
- 전기 회로 레슨 Vol 1 DC 북 및 시리즈의 전기 안전 장.