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전자기기 절연저항, 왜 습도가 높으면 급격히 떨어지나요?
전자제품의 절연저항이 습한 환경에서 크게 낮아진다고 들었습니다. 수분이 전기적 절연 특성에 이런 영향을 미치는 원리가 궁금합니다
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
습도가 높아지면 공기 중의 수분이 절연재 표면에 달라붙어 아주 얇은 물막을 만들 수 있습니다.
순수한 물은 전기가 잘 통하지 않지만 표면의 먼지나 염분, 오염물 같은 것들이 섞이게 되면 이온이 생겨 전류가 흐르기 쉬워집니다. 또 종이, 수지, 케이블 피복 같은 일부 절연재는 수분을 흡수하면서 내부의 전기저항 자체가 낮아질 수 있습니다.
온도 차이로 결로까지 생기면 표면에서 실제 물방울이 형성되어 누설전류 또한 크게 증가할 수 있습니다. 이 상태가 오래 지속되면 부식이나 표면 방전이 발생하기 때문에 절연재가 손상되고, 건조한 뒤에도 절연저항이 완전히 회복되지 않을 수 있습니다.
결국에는 높은 습도는 절연체 표면과 내부에 전기가 흐를 수 있는 통로를 만들어 절연저항을 크게 떨어뜨리는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
습도가 높으면 절연체 표면에 얇은 물막이 생기고 그 물에 먼지,불순물이 녹아 전해질이 되어 전류가 흐를 통로가 만들어집니다. 그래서 절연저항이 급격히 떨어진답니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
수분 자체는 순수한 상태면 생각보다 전기가 잘 통하지 않아요. 문제는 기판 표면에 얇은 물막이 깔리면서 거기 녹아 있는 이온들이 움직일 길이 열린다는 점이에요. 납땜 플럭스 잔사, 손자국의 염분, 먼지 속 염류가 물에 녹으면 그대로 전해질이 되고, 전압이 걸리는 순간 이온이 이동하면서 전류가 흘러요. 그래서 절연저항이 내려갈 때는 재료 속을 통과하는 체적 저항보다 표면을 타고 도는 누설이 지배적이에요.
습도가 조금 오르는데 저항은 크게 떨어지는 건, 표면에 흡착되는 물층 두께가 상대습도에 대해 지수적으로 늘어나서예요. 60%에서 80%로 가는 사이에 물층은 몇 배로 두꺼워지고, 저항값은 한두 자릿수씩 내려가기도 해요.
에폭시나 플라스틱 같은 절연물이 수분을 머금는 것도 겹쳐요. 흡습한 고분자는 이온이 내부에서도 조금씩 움직일 수 있게 되면서 재료 자체 저항이 함께 내려가요. 제가 측정할 때 온습도를 꼭 같이 적어두는 것도, 그러지 않으면 다른 날 같은 값이 나오지 않아서예요 :)
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 절연저항이 습한 환경에서 낮아지는 현상은 정전기와도 연결해서 이해할 수 있습니다.
공기가 건조하면 전하가 이동할 수 있는 경로가 적어서 정전기가 몸이나 물체에 쉽게 쌓입니다. 반대로 습도가 높으면 표면에 아주 얇은 수분막이 생기는데, 이 수분막을 통해 전하가 조금씩 주변으로 이동하면서 정전기가 쉽게 빠져나갑니다. 그래서 습한 날에는 정전기가 잘 생기지 않는 것입니다.
전자제품에서도 비슷한 원리가 작용합니다. PCB나 절연재 표면에 수분이 생기면 먼지나 염분 같은 물질이 물에 녹아 미세한 전도성 경로를 만들고, 전류가 조금씩 새어 나갈 수 있습니다. 그 결과 두 전기 부분 사이의 누설전류가 증가하고 절연저항은 낮아집니다.
결론적으로 습도가 높으면 수분이 전하가 이동할 수 있는 길을 만들어 주기 때문에 정전기는 쉽게 방전되고, 전자제품에서는 반대로 원하지 않는 누설전류가 증가해 절연저항이 낮아지는 것입니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
수분은 분자 구조상 극성을 띠고 있어 먼지나 수용성 불순물과 결합하면 쉽게 전해질 역할을 하여 전류가 통하는 통로를 형성합니다. 절연 재료 표면에 높은 습도로 인해 수분 피막이 생성되면 절연체 내부보다 표면을 통한 누설 전류가 급격하게 증가하게 됩니다. 또한 수분 입자가 절연체 미세 공극 내부로 침투하면 유전율이 급상승하면서 유전 분극과 전하 이동이 원활해져 고유 절연 성능을 약화시킵니다 결과적으로 습도가 높을수록 표면 전도도 증가와 부피 절연 파괴 현상이 복합적으로 일어나 절연저항 수치가 직관적이지 않을 정도로 급격히 떨어지게 됩니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
전자 기기의 절연제 표면이나 내부에 수분이 침투하게 되면, 물 분자가 전기적인 통로 역할을 합니다. 물 자체는 원래 전기가 잘 안 통합니다. 그런데 절연제 표면에 묻어 있는 미세한 먼지나 금속 불순물이 섞이면 전하를 잘 옮기는 이온 상태가 되죠.
그래서 공기 중에 습도가 높아지면 이 수분이 절연제 겉면에 얇은 수막을 만들어요. 그러면 결과적으로 전기가 통하지 않아야 할 공간에 누설 전류가 흐를 수 있는 길이 뚫립니다. 그렇게 절연 저항 수치가 급격하게 떨어지게 되는 겁니다. 현장에서는 이 수막 때문에 순간적인 쇼트나 지락 같은 사고가 일어나서 기기가 고장이 나는 상황이 나타나기도 합니다.