KS C IEC 60664-1 저압기기의 절연거리 (공간거리, 연면거리)

KS C IEC 60664-1 저압기기의 절연거리 (공간거리, 연면거리)

 

[절연거리_공간거리, 연면거리]

 

 

절연거리는 전기전자 제품에서 발생할 수 있는 단락 등의 위험을 예방하기 위해 도전체 간 거리를 측정하는 중요한 기준입니다. 이는 제품의 안정성을 판단하는데 중요한 역할을 합니다. 

 

절연거리는 공간거리와 연면거리로 나누어지며, 이번 포스팅에서는 절연거리 선택의 다양한 요소와 적용 방법에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 

 

 

 

목차

 

 1. 절연거리 규격 (KS C IEC 60664-1, IEC 60664-1)

 

 2. 절연거리 적용범위 

 

 3. 주요 용어정리

 

 4. 감전 보호에 관한 기기의 등급

 

 5. 공간거리와 연면거리 비교

 

 6. 절연거리 고려조건

 

 7. 절연거리 (공간, 연면거리) 선정방법

 

 

 

1. 절연거리 규격 (KS C IEC 60664-1, IEC 60664-1, KC 60664-1)

 

국가	규격구분	규격 #	Edition	비고
국내	KC, KS	KC 60664-1 KS C IEC 60664-1	2.0
해외	IEC	IEC 60664-1	3.0

  ※ 국내 (KC)와 해외 (IEC)은 차이가 있고, Edition에 따라 다르므로 적용 전 내용 확인은 필수

  ※ 참고로 , 국내인증은 KC 규격을 기반으로 한 KC인증이며, 해외인증은 IEC 규격을 기반으로 한 CB 인증임

 

https://easypeashenglish.tistory.com/58

CB (IECEE-CB)인증이란

 

 

● KC (Korea Certification)

KC인증은 Korea Certification의 약자로, 해당 제품은 안전기준을 만족하고 KC마크와 표시사항을 표기해야 하는 강제인증

 

● KS (Korean Industrial Standards)

산업표준(KS)은 산업 표준화법에 따라 심의를 거쳐 국가표준으로 확정되며, KS로 표기됨

 

● IEC (International Electrotechnical Commission)

IEC는 전자 및 기술 장비에 대한 글로벌 표준을 게시하는 조직으로, 전 세계 수십 개국이 회원이고 다양한 전자 및 기술 제품에 대한 일관된 핵심 표준을 제공

 

 

 

2. 절연거리 적용범위

 

 

1) 이 표준은 저압기기의 절연협조를 규정하며, 직류 1500V 이하 또는 30kHz 이하의 정격 주파수를 갖는 교류 1000V 이하, 해발 고도 최대 2000m까지 사용할 수 있는 기기에 적용

 

2) 성능 기준을 기준으로 하는 기기의 공간거리, 연면거리와 고체 절연의 요구사항을 규정 및 절연협조에 대한 전기 시험방법을 포함

 

3) 규정된 최소 절연 거리는 이온화 기체가 발생하는 곳에는 적용하지 않고 특별 요구사항은 관련 기술위원회의 재량에 따라 규정

 

4) 다음과 같은 절연 거리 규정에 적용하지 않음

 

  a. 액체 절연을 통과하는 거리

  b. 공기 이외의 기체를 통과하는 거리

  c. 압축 공기를 통과하는 거리

 

 

 

3. 주요 용어정리 (KS C IEC 60664-1, KC 60664-1)

 

1) 절연거리 (Insulation distance)
두 개의 도체 사이의 거리

2) 공간거리 (Clearance distance, Distance over the air) 
두 전도체 사이의 공기를 가로지르는 최단거리

3) 연면거리 (Creepage distance, Distance along the surface) 
두 개의 도체 사이에서 절연물의 표면을 따른 최단거리(IEV 151－15－50)

 

[공간거리, 연면거리]

4) 고체 절연 (solid insulation) 
두 개의 도전성 부분 사이에 끼워진 고체 절연물

5) 동작 전압 (working voltage) 
정격 사용 전압을 가했을 때 절연부 간에 걸릴 수 있는 교류 전압의 최대 r.m.s. 또는 직류 전압의 최대 r.m.s

비고 1 과도 현상은 무시
비고 2 개방 회로 조건과 일반 동작 조건을 모두 고려

6) 임펄스 내전압 (impulse withstand voltage) 
규정 조건하에서 절연 파괴를 일으키지 않으며, 규정된 형태와 극성의 임펄스 전압의 최대 첨두값

7) 정격 전압 (rated voltage) 
어떤 구성요소, 장치, 기기에 제조업체가 지정한 전압 값. 정격 전압은 동작 및 성능 특성을 말함

비고 기기는 하나 이상의 정격 전압 값을 가질 수 있거나 정격 전압 범위를 가질 수 있음

8) 과전압 범주 (overvoltage category) 

 

과도 과전압 조건을 정의하는 숫자 
비고 1 과전압 범주 I, II, III, IV를 사용한다(4.3.3.2 참조). 
비고 2 이 표준에서 용어 ‘과전압 범주’는 KS C IEC 60364－4-44의 443. 에서 사용한 ‘임펄스 내전 압 범주’와 동의어다.

 

[과전압범주, Overvoltage category]

 

[과전압범주, Overvoltage category]

 

 

https://www.tmatlantic.com/encyclopedia/index.php?ELEMENT_ID=26478 (그림인용)

Measurement categories (CATI, CATII, CATIII, CATIV) - T&M Atlantic

 

9) 오염 (pollution)
절연체의 전기적 강도나 표면 저항을 감소시킬 수 있는 이물질, 고체, 액체, 기체의 첨가

10) 오염 등급 (pollution degree) 
미시 환경의 예상 오염을 특성화하는 숫자 비고 오염 등급 1, 2, 3, 4를 사용
거리와 절연 거리를 평가하기 위해 미시 환경에서 네 개의 오염 등급을 설정 [KS C IEC 60664-1] 

 

오염등급 1)
- 오염이나건조, 비전도성오염이 발생하지 않는다. 오염이 영향을 미치지 않는다.
- 경미하고 전도성이 없는 오염, 오염에 아무런 영향이 없음
- 오염이 없거나 건조한 비 전성 오염 
- 실 또는 포팅된 제품

오염등급 2)
- 응축으로인해가끔일시적인전도성이예상되는경우를제외하면비전도성오염만발생한다.
- 때때로 맺히는 결로 (이슬) 또는 손의 땀과 같이 전도성이 될 수 있는 비전도성 오염
- 비 전성 오렴만 발생하고 경우에 따라서는 결로에 의한 일시적인 도전성을 있을 수 있음
- 사무실환경

오염등급 3)
- 전도성오염이발생하거나응축으로인해전도성이될것으로예상되는건조한비전도성오염이발생한다.
- 응축에 의하여 전도성이 있거나 전도성이 될 수 있는 오염
- 도전성 오염 또는 건조한 비 전성 오염이라고 습도가 있는 도전성의 오염
- 중공업의 공장 환경

오염등급 4)
- 오염은전도성먼지또는비나눈으로인해발생한지속적인전도성을발생시킨다.
- 전도성 먼지, 비또는 습기
- 외기 노출 환경
- 영구적인 전도성 오염인 오염등급 4는 연면 거리 치수를 규정할 수 없다. 일시적 전도성 오염인 오염 등급 3의 경우 절연물 표면에 리나 홈을 사용하여 전도성 오염의 연속경로를 피하도록 설계할 수 있다.

11) 균일 전계 (homogeneous field, 균일장) 
두 개의 구에서 각각의 구 반지름이 둘 사이 거리보다 큰 두 구 사이와 같이 본질적으로 전극 사이 전압 경도가 일정한 전 전기장이 매 순간마다 일정할 때 이 필드는 균일 한 전계라고 부릅니다. 상수 필드는 두 도체를 서로 평행하게 배치하여 얻어지며, 이들 사이의 전위차는 모든 지점에서 동일하게 유지됩니다. 
비고 균일 전계 조건은 경우 B라고 한다.

 

[균일전계]

 

12) 비균일 전계 (inhomogeneous field) 
본질적으로 전극 사이 전압 경도가 일정하지 않은 전계(비균일장) 

모든 지점에서 불규칙한 필드를 불균일 전기장이라고 합니다. 비 균일 필드는 다른 크기와 방향을 가집니다. 
비고 평판(point-plane) 전극 구성의 비균일 전계 조건은 내전압 능력은 최악의 경우이며, 경우 A라고 한다. -평판 전극 구성의 비균일 전계 조건은 내전압 능력에 대해서는 최악의 경우이며, 경우 A라고 한다.
30um의 반지름과 1m x 1m 의 평면을 갖는 점(point) 전극으로 나타낸다.

 

[비균일전계]

 

https://materialpedia.materialsscience.net/2019/03/17/electric-field/ (그림인용)

Electric Field - MATERIALPEDIA

 

13) 절연 (insulation) 
도전부를 상이한 전압에서 분리하는 전기기술 제품의 일부(IEV 212－01－05)

14) 기초 절연 (basic insulation)
기초 보호를 제공하는 위험 충전부의 절연(IEV 826－12－14) 
비고 이 개념은 기능 목적으로만 사용되는 절연물에는 적용하지 않는다

15) 부가 절연 (supplementary insulation)
고장 보호를 위해 기초 절연 외에 적용한 독립적 절연(IEV 826－12－15)

16) 이중 절연 (double insulation) 
기초 절연과 부가 절연으로 구성된 절연(IEV 826－12－16) 3.17.5 

17) 강화 절연 (reinforced insulation) 
이중 절연에 상당하는 감전 보호를 제공하는 위험 충전부의 절연(IEV 826－12－17) 
비고 강화 절연은 기초 절연이나 부가 절연 단독으로 시험할 수 없는 몇 개의 층으로 구성할 수 있다

 

 

- 충전부 사이는 기초절연 적용
- 1차측과 2차 측은 강화절연 적용

18) 비교 트래킹 지수 (CTI, Comparative Tracking Index) 
다섯 개의 시험 시료가 트래킹 실패와 지속적인 불꽃의 발생 없이 50방울이 떨어지는 동안 견디는 최대 전압의 수치. 100방울을 떨어뜨렸을 때 물질의 특성에 대한 진술도 포함된다 
비교 트래킹 지수는 절연 물질의 전도성을 나타내는 지수로 연면 거리에 영향을 받는다. CTI 값이 높을수록 연면거리는 짧아지고 이 값을 토대로 절연물질 그룹으로 나눌 수 있다. 
 [KS C IEC60112]

 

[비교 트래킹 지수 측정방법]

 - 재료그룹I : 600 ≤ CTI
 - 재료그룹II : 400 ≤ CTI ＜ 600
 - 재료그룹IIIa : 175 ≤ CTI < 400
 - 재료그룹IIIb: 100 ≤ CTI < 175

19) 내트래킹 지수(proof tracking index, PTI) 
전압하에서 다섯 개의 시험 시료가 트래킹 실패와 지속적인 불꽃의 발생 없이 50방울이 떨어지는 동안 견디는 내전압의 수치 
비고 테스트의 실패를 가져올 정도가 아닌 비지속적인 불꽃은 허용될지라도, 다른 중요한 요인이 없다면 불꽃을 전혀 일으키지 않는 재료가 선택된다

20) 트래킹(tracking) 
고체 절연 재료 표면에서 전기적 응력과 전해질 오염의 결합 효과로 인해 고체 절연 재료 및/또는 그 표면에 생성되는 전류 통로의 점진적 형성(progressive formation)

21) 고도(Altitude)
평균 해수면 따위를 0으로 하여 측정한 대상 물체의 높이

 

[고도, Altitude]

 

 

4. 감전 보호에 관한 기기의 등급

 

 

장비는 감전으로부터 보호되며 기본 절연 외에 추가 절연이 있거나 강화 절연을 제공합니다. 이러한 유형의 장비는 보호 접지를 제공하지 않지만 자체적으로 감전으로부터 보호할 수 있습니다.

 

1) Class I 장비
기본 절연 외에도 추가 보호 조치도 포함됩니다. 기본 절연이 실패하면 외부 전선이 보호 접지 도체에 연결되어 위험한 전류를 대지로 전도합니다. 보호접지 (PE) 필수, 기본절연

[Class I 장비]

 

2) Class II 장비
장비는 감전으로부터 보호되며 기본 절연 외에 추가 절연이 있거나 강화 절연을 제공합니다. 이러한 유형의 장비는 보호 접지를 제공하지 않지만 자체적으로 감전으로부터 보호할 수 있습니다.
보호접지 (PE) 필수 아님. 이중절연 또는 강화절연

 

[Class II 장비]

 

 

3) Class III 장비
위험한 전압이 없으며 이 에너지는 통증이나 부상을 유발하지 않습니다
장치 내의 전압이 안전초저전압(SELV) 이하, 교류 Peak치 42.4Vo-p

 

[Class III 장비]

 

 

5. 공간거리와 연면거리 비교

 

[공간거리, 연면거리]

 

● 공간거리 (Clearance distance, through Air) 
- 두 전도체사이의 공기를 가로지르는 최단거리
- 두 개의 도전성 부분 간의 절연물 표면을 따라 측정한 가장 짧은 거리

● 연면거리 (Creepage distance, through surface)
- 두 전도체 사이의 절연 물질 표면을 따르는 최단거리 
- 두 개의 도전성 부분들 간의, 공기 중의 최단거리 

※ 연면거리는 공간거리보다 크거나 같아야 함

 

 

6. 절연거리 고려조건

 

- 입력전압 (Input voltage)
- 절연등급 (Insulation) 

- 재료그룹 (Material group)
- 오염도 (Pollution degree)
- 과전압범주 (Overvoltage category)
- 고도 (Altitude)

 

 

7. 절연거리 (공간거리, 연면거리) 선정

 

1) 공간거리 선정

 

 a. 과전압 카테고리 결정

 

  - 정격전압 삼상 380V에 기기의 과전압 카테고리 3을 적용하면 정격임펄스는 4000V

 

[KC 60664-1, 정격 임펄스 전압]

 

 b. 임펄스 내전압 (4000V)에 해당하는 최소 공간거리 선정

 

[KC 60664-1, 과도 과전압을 견디는 공간 거리]

 

 

2) 연면거리 선정

 

 a. 동작전압 확인

 

 b. 오염등급 선정 

 

 c. CTI(비교내트레킹지수)에 따른 재료그룹 선택

 

[KC 60664-1, 전압대별 연면거리]

 

 

3) 절연거리 선정시 특이사항

 

※ 이중 절연이 제공된 기기의 경우 절연 계통은 강화 절연으로 고려

 

※ 강화 절연의 공간 거리는 기초 절연에 규정된 것보다 한 단계 더 높여야 함 (강화 절연은 기초 절연에 필요한 임펄스 내전압의 160%를 견딜 수 있도록 거리를 결정)

 

 - 기초절연일 경우 4.0kV를 적용하나, 강화절연의 경우 한 단계 높은 6.0kV에 따른 공간거리를 선정해야 함

 

 

※ 강화절연의 연면 거리는 기초 절연에 대한 연면 거리의 2배이어야 함

 

동작전압이 400V이며, 오염도가 3(재료그룹1)인 경우 기초절연은 5mm 이격거리를, 강화절연은 10mm(5mm*2) 이격거리를 적용해야 함

 

[KC 60664-1, 연면거리]

 

 

 이 글을 통해 절연거리의 중요성과 적용 방법에 대해 함께 알아보았습니다. 안전한 전기 시스템 설계를 위해서는 반드시 고려되어야 할 중요한 요소입니다. 이번 포스팅이 독자 여러분들께 큰 도움이 되었기를 바라며, 더욱 좋은 글로 보답할 수 있도록 노력하겠습니다. 이로써, 절연거리 포스팅을 마치도록 하겠습니다.

 

감사합니다!