KR100956715B1 - 절연체들에서의 확산 및 누설 전류들을 평가하는 테스트방법 - Google Patents

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Abstract

습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성을 예측하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 표본을 제공하는 단계, 및 예정된 시간 간격들을 두고 수분 함량 값들 및 누설 전류 값들을 결정하기 위해 표본을 테스트하는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은 수분 함량 값들 및 누설 전류 값들로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계, 및 표본의 전기적 절연성을 결정하기 위해 수분-누설 전류 팩터를 이용하는 단계를 더 포함한다.

Description

절연체들에서의 확산 및 누설 전류들을 평가하는 테스트 방법{TESTING PROCEDURE FOR EVALUATING DIFFUSION AND LEAKAGE CURRENTS IN INSULATORS}
본 출원은 2005년 8월 15일자로 출원된 가출원 No. 60/708,133호의 장점을 청구한다.
본 발명은 전반적으로 복합 재료들(composite materials)에서 수분 흡수 및 누설 전류에 대한 테스트 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수분 환경에 대한 단기간 노출을 기초로 GRP 복합 재료들의 장기간 전기적 절연 특성을 예측하는 테스트 방법을 개시한다.
글래스-강화 폴리머(GRP) 복합물들은 광범위하게 사용되는 전기적 절연체들이다. GRP 복합 재료들은 수분 환경에 위치될 때 오랜 시간 주기에 걸쳐 점차적으로 수분을 흡수한다. 발생되는 누설 전류는 전기적 절연체로서 재료의 성능에 상당한 손상을 줄 수 있다. 특히, 수분 환경에서 GRP 복합 재료들의 장기간 전기적 절연 특성을 예측하는 실용적 방식이 없다.
과거에, 본 출원인은 수분에 대한 다양한 글래스 강화 폴리머 복합물의 반응, 및 누설 전류에 대한 영향력을 평가하기 위해 ANSI 기준 C29.11 섹션 7.4.2에 따른 유전성 테스트 및 제어된 수분 확산 실험들의 조합을 이용하는 고전압 확산 실험들을 수행했다. 예를 들어, 상기 테스트들은 끓고 있는 물 및 0.1% NaCl 용액에 100시간 동안 고체 복합물을 침지시킨 다음 누설 전류를 측정함으로써 고체 복합물 상에서 수행되었다. 상이한 표면 조건을 갖는 다양한 단방향성 GRP 복합물들에서 흡수된 수분과 누설 전류 간의 관계식들에 대해 매우 유용한 정보가 얻어진다는 사실에도 불구하고, 복합물들에서 전개되는 질량 이득(mass gain)과 누설 전류들 간에는 상관관계가 없다는 것이 밝혀졌다. 또한, 수분 흡수의 속도 대 누설 전류의 증가 속도를 상관시키려는 노력도 이루어지지 않았다.
ASTM D5229/D5229M-92에 의한 또 다른 기준에서, 재료들의 수분 흡수는 플레이트들을 사용하여 측정될 수 있다. 상이한 재료들에 대한 결과는 픽(Fickian) 단일-위상 모델 또는 비-픽(non-Fickian) 이중 또는 다중 위상 모델들과 비교될 수 있다. 또한, 비-픽 확산을 처리하는데 적용될 수 있는 카터(Carter) 및 키블러(Kibler)의 비정상 확산에 의한 모델이 제안되었다(에이치.쥐.카터 및 쥐. 키블러의 "복합 수지에서 비정상 수분 확산에 대한 랭뮤어-형 모델"(Journal of Composite Materials, Vol. 12, pp.118-131, 1978).
이러한 분야의 종래 기술과 비교할 때, 본 발명은 수분 함량과 누설 전류 변화 간의 선형 관계를 나타낸다. 또한, 본 발명에 사용되는 박벽 표본 기하학구조(thin-walled specimen geometry)는 상이한 유전체 클레스에 의해 짧은 시간 주기에 상당한 농도의 수분이 흡수되게 한다. 이러한 방법론은 상이한 유전체 클래스에 의해 흡수되는 상이한 양의 수분 함량에 해당하는 누설 전류의 측정을 가능케한다. 또한, 이러한 방법론은 카터 및 키블러 모델을 기초로한 이중-위상 확산에 따라 다양한 클래스의 수분 흡수 유전체에서 최대 누설 전류 및 최대 수분 함량을 예측하는데 이용될 수 있다.
본 발명은 단기간 수분 환경에 대한 노출 이후 테스트를 기초로 습한 환경(moist environment)에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연 특성을 예측하는 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 픽 및 비-픽 확산 모델들과 같은, 다양한 모델들을 이용하여 단기간 노출 이후 측정된 누설 전류로부터 장기간 전기적 절연 특성을 추정한다.
본 발명의 이러한 장점 및 다른 장점들, 특징, 및 목적들은 하기 상세한 설명 및 도면을 참조로 보다 명확히 이해될 것이다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적들은 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연 특성을 예측하는 방법을 제공함으로써 하기 개시된 바람직한 실시예에서 달성된다. 상기 방법은 표본(specimen)을 제공하는 단계; 예정된 시간 간격에서 수분 함량 값과 누설 전류 값을 결정하도록 표본을 테스트하는 단계; 수분 함량 값과 누설 전류 값으로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계; 및 표본의 전기적 절연 특성을 결정하기 위해 수분-누설 전류 팩터를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 표본의 수분 흡수 특성을 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 최대 수분 함량, 최대 누설 전류, 및 비정상(anomalous) 확산 모델을 이용하여 포화상태에 대한 시간을 예측하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 수분-누설 전류 팩터는 누설 전류 값들 대 수분 함량 값들에서의 변화 그래프로부터 결정된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 누설 전류 값들과 수분 함량 값들 간에는 선형 관계식이 존재한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 확산가능한 재료로 표본을 처리하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 고전압으로 표본을 처리하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 전압은 표본 길이의 밀리미터 당 5볼트 내지 표본 길이의 밀리미터당 500볼트 사이의 최대 전압으로 램핑 업된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연 특성을 예측하는 방법은, 중공-코어 실린더 형태의 복합 재료들을 제공하는 단계; 확산가능한 재료로 실린더를 처리하는 단계; 및 예정된 시간 간격들로 실린더의 수분 함량을 측정하는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은 고전압으로 실린더를 처리하는 단계 및 예정된 시간 간격들로 실린더의 누설 전류를 측정하는 단계; 수분 함량과 누설 전류로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계; 및 표본의 전기적 절연 특성을 결정하기 위해 표준화된 데이터와 수분-누설 전류 팩터를 상관시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 주변 챔버(environmental chamber)에 실린더를 배치하는 단계 및 일정한 온도 및 일정한 습도에서 실린더를 유지하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 수분 함량을 결정하기 위해 실린더를 무게를 측정하는 단계(weighing)를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 확산가능한 재료로 실린더를 처리하기 이전에 실린더의 초기 질량을 측정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 확산가능한 유체로 실린더를 처리하기 이전에 실린더의 초기 누설 전류를 측정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 확산가능한 유체는 웨이퍼, 액체 금속, 액체 용액 및 증기로 일어진 그룹에서 선택된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연 특성을 예측하는 방법은, 중공-코어 실린더 형태의 복합 재료를 제공하는 단계; 실린더의 초기 질량을 기록하는 단계; 실린더의 초기 누설 전류를 기록하는 단계; 및 주변 챔버에 실린더를 위치시키는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은, 확산가능한 유체로 실린더를 처리하는 단계; 예정된 시간 간격들로 주변 챔버로부터 실린더를 제거하는 단계 및 실린더의 질량 및 누설 전류를 기록하는 단계; 실린더의 질량으로부터 실린더의 수분 함량을 결정하는 단계; 수분 함량과 누설 전류로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계; 및 표본의 전기적 절연성을 결정하기 위해 수분-누설 전류 팩터를 이용하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 고전압 챔버에 실린더를 위치시키는 단계 및 고전압으로 실린더를 처리하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 고전압으로 실린더를 처리하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시에에 따라, 온도는 섭시 약 50도로 유지되고 습도는 약 80퍼센트 상대 습도로 유지된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 식
Figure 112008017146360-pct00001
을 이용하여 수분 흡수 속도 대 누설 전류에서의 증가 속도를 상관시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 실린더 길이는 약 0.1 밀리미터 내지 약 50 밀리미터이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 실린더 외측 직경은 약 2 밀리미터 내지 약 100 밀리미터이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 실린더 내측 직경은 약 1 밀리미터 내지 약 99 밀리미터이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 실린더 길이는 약 30 밀리미터이며 실린더 외부 직경은 약 15.9 밀리미터이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 실린더는 1 밀리미터, 2 밀리미터, 및 4 밀리미터로 이루어진 그룹에서 선택된 벽 두께를 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 2개의 전극 사이에 실린더를 위치시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 고전압으로 실린더를 처리하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 전극들은 황동(brass)이다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참조로 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1은 누설 전류들을 측정하는 고전압 테스트 셋업의 다이어그램.
도 2는 누설 전류 테스트를 위한 전형적 전압 대 시간 응답을 나타내는 그래프.
도 3은 1-mm 벽 두께를 갖는 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 중공 코어 실린더 및 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르에 대한 수분 흡수 대 (실제 및 예측된) 시간의 제곱근의 예를 나타내는 그래프.
도 4a 및 도 4b는 도 4a에서 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시, 및 2mm-벽 두께를 갖는 중공 코어 실린더들에 대해 도 4b에서 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르에 대한 누설 전류 및 수분 함량 대 (실제 및 예측된) 시간의 제곱근의 예를 나타내는 그래프들.
도 5a 및 도 5b는 도 5a의 1mm-두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 표본, 및 도 5b의 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 표본에 대한 AC 누설 전류 대 수분 함량의 변화를 나타내는 그래프들.
도 6a 및 도 6b는 도 6a의 2-mm 두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 표본, 및 도 6b의 ECR(하이 시드)-글래스/변형 폴리에스테르 표본에 대한 AC 누설 전류 대 수분 함량의 변화를 나타내는 그래프들.
도 7a 및 도 7b는 도 7a의 4-mm 두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 표본, 및 도 7b의 ECR(하이 시드)-글래스/변형 폴리에스테르 표본에 대한 AC 누설 전류 대 수분 함량의 변화를 나타내는 그래프들.
도 8a 및 도 8b는 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 및 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 표본들로부터 도 8a에 대한 모든 데이터 포인트들 및 도 8b에 대한 모든 비-제로 데이터 포인트들에 대해 선형 추세 적합성을 갖는 선형(도 8a) 및 세미-로그(도 8b) 스케일로 도시된 AC 누설 전류 대 수분 함량의 변화를 나타내는 그래프들.
본 발명은 유체(액체 또는 증기)의 확산에 대한 유전체 재료의 반응 및 누설 전류에 대한 영향력을 평가하기 위해 제어된 확산 및 유전성 테스트의 조합을 이용하는 고전압 확산 실험들과 관련된다. 본 발명을 이용함으로써, 예를 들어, 수분 흡수율이 상이한 폴리머들 및 글래스 섬유를 기초로 복합 고전압 절연체들에서의 누설 전류 증가 속도와 상관될 수 있다. 확산은 픽(Fickian) 또는 비-픽(non-Fickian) 모델을 기초로 특징화될 수 있다. 그러나, 본 발명은 다른 다양한 분야에도 이용될 수 있다.
수분 확산 분석 . 대부분 단방향성인 복합물들에 대한 수분 확산 프로세스는 사실상 픽(Fickian)으로 가정된다. 이는 재료 속으로의 수분 확산은 픽의 제 2 법칙을 따르며, 이는 열 전도도를 관리하는 조절하는 법칙과 같다. 픽의 제 2 법칙은,
Figure 112008017146360-pct00002
로 표현되며, 여기서 c는 수분 농도이고, t는 시간이며, x는 표본의 횡단 방향에 대한 간격이며 Dx는 횡단 방향에서의 확산 계수이다. 적절한 경계 조건을 이용하여, 임의의 시간(M)에서 수분 함량, 표본의 최대 수분 함량(MMAX), 표본의 두께(h), 및 확산 상수(Dx) 간의 관계식은,
Figure 112008017146360-pct00003
로 주어지며, MMAX 및 Dx는 수분 함량/중량 게인(gain) 대 시간의 제곱근 도면을 통해 얻어질 수 있다. 이는 하기 식
Figure 112008017146360-pct00004
을 사용하여 수행되며, 겉보기(apparent) 확산도(DA)는 횡단(transverse) 확산도(Dx)와 거의 같다고 가정한다. 식 3에서, MMAX는 곡선 상의 평균 평형 값(equilibrium value)이며
Figure 112008017146360-pct00005
항은 수분 함량/중량 게인 대
Figure 112008017146360-pct00006
곡선의 초기 선형 세그먼트의 기울기와 같다. 픽 확산 수치적 예측의 적용에 대한 보다 상세한 정보를 위해, 씨.-에이치. 쉔 및 쥐. 에스. 스프링거의 "수분 흡수 및 복합 재료의 설명"(Journal of Composite Materials, vol.10, pp.2-20, 1976)이 참조된다. 임의의 시간에서 퍼센트 수분 함량에 대한 값은 하기 식을 이용하여 결정될 수 있다.
Figure 112008017146360-pct00007
(4)
습한 환경의 재료들의 습성은 상기 환경의 조건과 크게 관련된다. 습도는 일정하나 온도는 변하는 환경에서의 재료들은 동일한 최대 수분 흡수 레벨을 나타내나, 흡수율을 상이하다. 냉각(cooler) 환경의 표본은 평형화되는데 있어 온열(warmer) 환경에서의 표본 보다 많은 시간이 소요된다. 습도의 양은 변하나, 일정한 온도에서, 물 흡수율은 동일하나, 흡수되는 전체 수분 양은 주변 습도(ambient humidity) 증가에 따라 증가한다.
환경 변수는 수분 흡수 곡선에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 분해(dissolution), 미세-균열(micro-cracking), 분자 결합, 또는 구조적 완화와 같은 재료 특성에도 영향을 미친다. 이러한 현상은 단일-위상 픽 확산으로부터 편향되어, 제시되는 수치적 절차를 이용하여 정확하게 분석될 수 없다. 따라서 다중-위상 모델이 요구된다.
비정상 확산 분석. 앞서 개시된 분석은 단일 위상 확산과 관련되며, 단지 하나의 수분 위상만이 평형화에 의해 취해졌다. 비정상 확산은 최종 평형에 도달하는 다수의 다양한 수분 흡수 위상을 수반한다. 본 연구에서 발견된 복합 재료들의 일부 반응은 앞서 비정상(비-픽)인 것으로 밝혀졌다. 이러한 형태의 확산은 앞서 제시된 단일-위상 방법을 이용하여 쉽게 분석될 수 없다. 다중-위상 확산 모델은 재료의 물리적 반응을 나타내는데 필요하다.
이러한 모델 중 하나로 카터 및 키블러가 제공된다. 이 모델은 재료에서 수분의 비정상(2-위상) 확산은 2개의 독특한 관련 위상에서 이루어진다는 가정을 이용한다. 첫번째는 이동 위상(mobile phase)에서의 물 분자들의 확산 계수(
Figure 112008017146360-pct00008
)를 갖는 재료 속으로의 흡수에 있다. 다음은, 분자들이 확률(
Figure 112008017146360-pct00009
)로 수지의 분자 구조와 결합되고 확률(B)로 비결합된다는 것이다. 이러한 가정을 이용하여, 카터 및 키블러는 재료에서 수분 흡수의 분석을 위한 비정상 확산 특성을 갖는 모델을 고안했다. 이 모델의 편의상 근사치는,
Figure 112008017146360-pct00010
이며, 여기서,
Figure 112008017146360-pct00011
및
Figure 112008017146360-pct00012
이다.
Figure 112008017146360-pct00013
의 값은 식(3)에서의 간단한 단일-위상 확산으로부터 가정될 수 있다.
Figure 112008017146360-pct00014
를 계산하는데 이용되는 필요한
Figure 112008017146360-pct00015
값은 초기 기울기 및 수분 함량 대 시간 제곱근의 곡선에서 확산의 제 2 위상에 이르는 제 1 굴곡부(first knee)에 대한 최 상의 적합성을 제공하는 것으로 가정된다.
테스트 장치. 본 발명에 사용되는 테스트 장치의 일 실시예가 도 1에 도시된다. 다양한 유전체 재료의 중공-코어 실린더들(11)은 고체 실린더로 기계가공되거나 또는 튜브로 마련된다. 다음 테스트 표본들(11)이 수분 또는 다른 확산가능한 재료(예를 들어, 물, 액체 금속, 액체 용액 또는 증기)로 처리되어, 표본들(11)은 다양한 양으로 확산된 재료를 함유하게 된다. 다음, 도 1에 도시된 것처럼, 2개의 전극들(12, 13) 사이에 튜브형 표본들(11)을 위치시킴으로써, 표본들(11)에서의 누설 전류가 측정된다. 결과적으로, 누설 전류의 변화는 흡수되고 확산된 재료의 양과 관련된다.
예를 들어, 몇 밀리미터에서 100mm 범위에 있는 로드 직경을 갖는 고체 실린더를 기초로한 복합 절연체들의 경우, 수분 흡수 실험들은 습공기(humid air)에서 액체 침지 범위에 있는 습한 환경, 및 실온에서 끓는점 온도 범위인 온도에서 수행될 수 있다. 전압 범위는 약 0 내지 15kV/sec 범위의 램프 속도(ramp rate)로 약 0 내지 100kV일 수 있다. 표본(11) 기하학(geometry)에 대한 범위는, 약 2mm 내지 100mm 범위의 외부 실린더 직경; 약 1mm 내지 99mm의 내부 직경; 및 약 0 내지 50mm 범위의 실린더 길이일 수 있다.
재료의 확산이 픽(Fickian)(단일-위상 확산)인 경우, 흡수된 재료의 최대 함량 및 최대 누설 전류가 직접 측정된다. 매우 오랜 시간의 노출(이를 테면, 몇 년)이 요구되는 완전 포화상태(full saturation)의 이중-위상 비-픽 확산의 경우, 카터 및 키블러 모델을 기초로한 수치적 과정이 이용될 수 있다. 다음 이러한 수 치적 과정을 기초로 최대 누설 전류가 추정될 수 있다.
실험 연구들. 예를 들어, 하기 개시되는 실험적 데이터는 ECR(로우 시드)-글래스 섬유들 및 수분으로 처리는 에폭시로 구성된 박벽 중공-코어 복합 실린더들(11)을 기초로 한다. 바람직한 표본(11) 기하학은 약
Figure 112008017146360-pct00016
의 길이 "L"와 약
Figure 112008017146360-pct00017
의 외부 직경 "D"을 갖는다. 하기 제공되는 실험 데이터에서 실린더들(11)의 벽 두께는 1, 2 및 4mm 이다. 전극들(12, 13)의 치수 및 도 1에서의 간격은
Figure 112008017146360-pct00018
및
Figure 112008017146360-pct00019
이다. 모든 치수는 ANSI 기준 C29-11을 따른다.
이러한 기술을 사용하여, ASTM 기준 D5229/D5229M-92에 따른 제어된 수분 확산 조건하에서 ECR(로우 시드)-글래스 섬유들 및 에폭시로 이루어진 중공 코어 실린더들(11)에서의 누설 전류 증가 속도와 수분 흡수 속도가 상관될 수 있다. ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 복합물에 의한 수분 흡수는 사실상 비-픽이고 단일-위상 모델을 사용하여 정확하게 표현될 수 없기 때문에, 비정상 확산(이중 위상) 모델이 실험 결과들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 에이치. 쥐. 카터 및 쥐. 키블러에 의해 개시된 비정상 확산에 대한 모델을 기초로한 방법("복합 수지에서 비정상 수분 확산에 대한 랭뮤어-형 모델"(Journal of Composite Materials, Vol. 12, pp.118-131, 1978))은 다양한 표본 두께에 대한 절연체 복합물의 비-픽 확산을 처리하는데 이용될 수 있다.
복합물에서 측정된 누설 전류에 대한 수분 작용은 중공 코어 복합 실린더 들(11)을 이용하여 연구된다. 실험 데이터에서 관찰되는 소정의 산란(scatter)에도 불구하고, AC 누설 전류 레벨과 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 복합물에서의 수분양 사이에는 선형 관계식이 제시된다. AC 누설 전류 대 수분 함량 변화 도면에서의 선형 추세는 전기적 절연성의 정확한 예측을 허용한다. 따라서, 카터 및 키블러의 모델을 사용함으로써, 최대 수분 함량, 최대 누설 전류 및 복합물에 대한 시간-대-포화상태가 순차적으로 예측될 수 있다. 본 발명자들은 하기 식을 사용하여 수분 흡수(M(t))와 누설 전류(
Figure 112008017146360-pct00020
) 변화를 예측할 수 있다.
Figure 112008017146360-pct00021
여기서,
Figure 112008017146360-pct00022
는 수분/누설 전류 팩터이다. 단일-위상 픽 및 비정상 수분 확산 모델 모두는 이러한 관계식에 대해 이용될 수 있다. 보다 중요하게, 수분 흡수 및 누설 전류의 예측은 복합물에서의 확산 프로세스가 전체 포화상태를 위해 요구되는 오랜 시간으로 사실상 비정상인 경우에도, 비교적 짧은 기간의 수분 데이터를 기초로 이루어질 수 있다.
제어된 수분 및 고전압 조건하에서의 중공 코어 실린더 테스트는 절연체 분야를 위한 글래스/폴리머 복합물이 적절히 선택하도록 기준 스크린 테스트되게 하는 가능성을 갖는다. 수분-누설 전류 팩터들을 측정함으로써, 상이한 절연체 코어 복합물이 인-서비스(in-serveic) 조건의 함수로서 수분에 대한 이들의 전기적 반응에 대해 평가된다. 본 발명은 변형된 폴리에스테르 수지에 내장된 ECR(하이 시드)-글래스 섬유들을 기초로 서로 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 시스템과 비교함 으로써 이를 증명하고자 시도했다.
이 작업에서 수행된 전기적 테스트를 위해, 2개의 재료가 선택되었다. ECR(로우 시드)-에폭시는 ECR-글래스 섬유들에 의해 제공되는 스트레스 부식 분해에 대한 이들의 뛰어난 저항력, 및 수분 존재시 이들의 허용가능한 반응으로 인해 선택된다. 에폭시 수지는 변형된 폴리에스테르 재료의 경우 처럼, 너무 빠르게 수분을 흡수하지는 않지만, 비닐 에스테르 및 변형된 폴리에스테르 재료들과 같이 즉시 그 주변과 완전히 평형화되지 않는 성향을 갖는다. 한편 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르는 이들의 열악한 수분 흡수성에 대해 선택된다. 비정상 확산이 이러한 재료와 관련된다는 것을 이전에는 입증하지 못했다.
중공 코어 실린더들(11)은 글라스폼, 인크(Glasform, Inc.)로부터 입수되는 다양한 길이의 15.9mm 직경 단방향성 인발성형된(pultruded) 로드들로 기계가공된다. 다음, 상기 로드들로부터 30±0.5mm 길이의 피스들(pieces)로 절단되고 7.9mm 파일럿 홀(pilot hole)이 중심부로부터 드릴링된다. 이로 인해 4mm 두께의 벽에 18개의 중공 실린더들이 생성된다. 이들중 6개는 세척 및 비축되는 반면, 나머지 12개는 선반 상에 배치되고 중심부들은 원하는 직경들로 구멍이 뚫린다. 선반 상에서의 절단은 2단계로 수행된다. 제 1 한쪽 측면이 표본에 대한 중간지점에서 절단된 다음, 다른쪽 측면이 제 1 한쪽 측면과 매칭되도록 절단된다. 이는 특히 얇은 1mm 두께 벽의 표본에서 복합물의 깨짐이 최소화되도록 수행된다. 결과적으로, 18개 표본들은 1, 2 및 4mm 벽 두께로, 각각의 벽 두께에 대해 3개의 표본들로(재료당 9개) 준비된다.
기계가공 후, 표본들(11)은 완전히 세정되고 60℃에서 건조된다. 순차적으로, 표본들(11)의 초기 질량 및 초기 누설 전류들은 건조 직후 기록된다. 다음 표본들(11)은 주변 챔버에 위치되고 20℃ 내지 100℃ 사이의 온도 및 10 퍼센트 내지 100 퍼센트 사이의 상대 습도로 유지된다. 이 경우, 표본들(11)은 50℃에서 80% 상대 습도로 유지된다. 표본들(11)의 질량은 0.1mg의 가독성(readability)을 갖는 분석용 저울(analytical balance)을 이용하여 시간 간격을 증가시키면서 측정된다. 표본들(11)이 주변 챔버 외측에서 30분 이상 소요되어 수분 데이터에 영향을 미치지 않게 하기 위해, 한꺼번에 3개의 표본들의 무게가 측정된다. 표본들(11)은 약 4개월의 기간 동안 수분 흡수의 상당한 속도 감소로 인해 시간 간격을 변화시키면서 무게측정된다. 각각의 무게측정 이후, 다음 섹션에서 개시되는 것처럼, 표본들(11)은 이들의 전기적 특성에 대해 테스트된다.
고전압 테스트 동안, 복합 실린더들(11)은 도 1에 도시된 것처럼, 고전압 챔버에 있는 2개의 황동 전극들(12, 13) 사이에 배치된다. ANSI 기준은 약 1kV/s 내지 12kV로 전압을 램핑시킨다. 전압은 표본 길이의 밀리미터 당 5볼트 내지 표본 길이의 밀리미터 당 500볼트 사이의 최대 전압으로 램핑 업된다. 단위(unit)는 최대 전압 램프 속도로 설정되며 12kV에서 중단되도록 설정되어, 도 2에 도시된 초기 전압 시간 곡선을 산출한다. 5mA 스케일에 대해 0.1μA 분해능을 갖는 프로텍 608 디지털 멀티-미터는 모든 AC 최대 누설 전류 값들을 기록하는데 이용된다. 테스트 동안, 고전압 챔버 내부에서 유지되는 건식 기준 표본은 각각의 테스트 세션의 초기 및 마지막에 AC 누설 전류에 대해 테스트되어, 각각의 테스트 세션에 대한 주변 조건에서의 변화에 대한 소정의 표시를 나타낸다. 기준 표본을 통해 나타나는 이러한 주변 조건에서의 변화는 이후 제공되는 데이터 분석에서 차감된다.
1, 2 및 4mm 두께 실린더들(11)에서 테스트되는 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 및 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 복합물에 대한 수분 및 누설 전류로부터의 가장 중요한 결과들이 표 1a 및 1b에 도시된다. 또한, 예로써, 하나의 1mm 두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 표본 및 하나의 1-mm 두께 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 1mm 두께 표본에 대한 수분 흡수 대 시간의 제곱근의 곡선이 도 3에 도시된다. 실험적 데이터 이외에, 단일 확산 모델 및 비-픽 확산을 따른 적합성이 도 3에 도시된다. 본 도면에서는 약 4일간의 수분 노출 이후 변형된 폴리에스테르 기반 표본이 포화상태에 도달했다는 것을 관찰할 수 있다. 그러나, 에폭시 기반 시스템의 경우, 거의 3개월의 테스트 이후에도 포화상태가 달성되지 않았다. 2개의 복합물 시스템의 매우 유사한 반응은 포화상태 없이 꾸준히 수분을 흡수하는 모든 에폭시 및 비교적 짧은 시간 기간에서 포화상태에 도달하는 실린더 기반 전체 변형된 폴리에스테르와 함께 다른 1mm 두께, 2 및 4mm 두께 표본들에서 발견된다.
하나의 2-mm 두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 실린더 및 하나의 2-mm 두께 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르에 대한 누설 전류 대 시간 제곱근이 예로써 도 4a 및 도 4b에 각각 도시된다. 해당 수분 흡수 곡선이 이들 도면에 도시된다. 실험적인 수분 및 누설 전류 데이터 이외에, 픽 및 비정상 확산 모델에 따른 해당 적합성이 수분 및 누설 전류 결과 모두에 대해 도 4a 및 4b에 도시된다. 1 및 4mm 두께 표본을 이용하여 테스트되는 2개의 복합물 시스템에 대해 매우 유사한 관계가 관찰된다.
에폭시-기반 복합물들에 대해, 표 1a에 나열된 수분 흡수 속도(
Figure 112008017146360-pct00023
), 및 확산 계수(
Figure 112008017146360-pct00024
)는 수분 함량 대 시간 제곱근 곡선의 초기 부분에서 실험적으로 결정된다. 그러나, 포화상태에 대한 최대 수분 함량 및 시간 및 최대 누설 전류는 카터 및 키블러 비-픽 확산 모델에 따른 과정을 이용하여 추정된다. 변형된 폴리에스테르 기반 표본들이 포화상태에 도달하기 때문에, 최대 수분 함량 및 최대 누설 전류는 수분 및 고전압 실험들로부터 직접 결정될 수 있다. 또한, 표 1a에 도시된 수분 흡수 속도(
Figure 112008017146360-pct00025
), 및 확산 계수(
Figure 112008017146360-pct00026
)는 수분 함량 대 시간 제곱근 곡선으로부터 직접 결정된다.
하기 표 1a는 초기 수분 흡수 속도(
Figure 112008017146360-pct00027
), 확산 계수(
Figure 112008017146360-pct00028
)의 값들 및 최대 수분 함량(MMAX), 수분-누설 전류 팩터
Figure 112008017146360-pct00029
, 최대 누설 전류
Figure 112008017146360-pct00030
및 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 복합물 표본들에 대한 99% 포화상태에 대한 시간(tSAT)의 예측된 값들을 나타낸다.
Figure 112008017146360-pct00031
* D A 의 값은 제 1 확산 위상에 대해 계산된다.
** M MAX , I L ( AC )- MAX 및 t SAT 는 비정상 확산에 대한 카터- 키블러 모델을 기초로 예측된 값들이다.
하기 표 1b는 초기 수분 흡수 속도(kM), 확산 계수(DA)의 값들 및 최대 수분 함량(MMAX), 수분-누설 전류 팩터(FM - LC), 최대 누설 전류(IL ( AC )- MAX) 및 ECR(하이-시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 복합물 표본들에 대한 99% 포화상태에 대한 시간(tSAT)의 예측된 값들을 나타낸다.
Figure 112008017146360-pct00032
표 1a 및 표 1b에 나열된 수분/누설 전류 팩터들(
Figure 112008017146360-pct00033
)은 각각의 표본에 대해 얻어진 AC 누설 전류 대 수분 함량 변화도에서 결정된다. 이들 도면중 일부는 벽 두께 및 재료에 대해 개별적으로 무작위적으로 선택된 표본들에 대해 제시된다. 1-mm 두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 및 1-mm 두께 ECR(하이 속도)-글래스/변형된 폴리에스테르 표본들에 대한 도면이 각각 도 5a 및 도 5b에 도시되며, 도 6a 및 도 6b에는 2-mm 두께 표본들에 대해 도시된다. 마지막으로, 4-mm 두께 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 및 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 표본들에 대한 도면들이 각각 도 7a 및 도 7b에 도시된다.
이들 도면의 분석을 통해 몇 가지 중요한 결과가 관찰된다. 먼저, 모두 6개의 도면들은 AC 누설 전류 변화와 흡수된 수분 간에 구별되는 선형 추세를 나타낸다. 둘째, 표본들(11)이 얇을수록 테스트 시작과 전체 수분 포화상태 사이에 충분한 데이터를 제공하지 못하게 이들 표본들(11)이 신속하게 평형상태에 도달한다 는 사실로 인해 보다 많은 산란이 나타난다. 또한, ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 표본들(11)은 이들의 작은 누설 전류 값들로 인해 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 재료들 보다 많은 산란을 나타낸다.
도 5-7에서는 유사한 양의 전체 흡수된 수분(약 20%)에 대해, ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 표본들이 50-70μA 범위의 누설 전류에서 최대 변화를 나타내는 반면, ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 재료는 0.7μA 를 초과하지 않는다는 것을 알 수 있다. ECR(로우 시드)-글래스/에폭시와 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 재료들 간의 AC 누설 전류 변화 대 수분 함량 도면의 기울기 차는 대략 150-200배이다. 이는 표 1a 및 표 1b에 도시된 수분/누설 전류 팩터들(FM - LC)이 에폭시 및 변형된 폴리에스테르 기반 표본들(11)에 대해 왜 상이한지를 나타낸다.
명백하게, 2개의 복합물 시스템은 수분 및 고전압에 대해 상당히 상이하게 반응한다. 2개의 복합물 시스템 간의 최종 비교는 도 8a 및 도 8b에서 이루어진다. 도 8a에서, 재료 당 모든 데이터 포인트들의 수분 함량 대 AC 누설 전류 변화 도면이 도시된다. 세미-로그 스케일로 도시된 이러한 동일하나 데이터가 도 8b에 도시된다. 이들 2개의 도면들은 흡수된 수분과 유사한 레벨에 노출될 때 이들 2개의 복합물들의 전기적 반응에서의 최고 차이를 잘 나타낸다. ECR(로우 시드)-글래스/에폭시는 습한 환경에서의 전기적 절연 분야에 가장 적합한 반면, ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르는, 특히 이러한 테스트에서 제시되는 것보다 주변 수분 농도가 더 큰 경우에 방지되어야 한다.
ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 시스템에서 전개되는 높은 누설 전류는 ECR-글래스 섬유들에서의 시드들의 존재로 인해 야기된다. 시드들의 존재는 이들 복합물에 의해 흡수된 수분 양이 매우 작은 경우라도, E-글래스 또는 로우 시드 ECR-글래스 섬유들을 기초로한 복합물들과 비교할 때 하이 시드 ECR-글래스 섬유들을 기초로한 복합물들에서 높은 누설 전류를 야기시킨다. ECR-글래스 섬유 복합물들은 취성 파괴(brittle fracture)에 대한 매우 높은 저항성으로 인해 고전압 절연체 분야에서 고려되기 때문에, 시드들의 존재는 절연체들의 절연성을 크게 감소시켜 섬락(flashover)들에 의한 전기적 결함을 야기시킬 수 있다. 따라서, 수분 및 누설 전류에 대해 모든 새로운 복합물들이 스크린될 수 있고 이들의 수분/누설 전류 팩터(FM-LC)가 결정되고 소정의 기준 데이터와 비교된다. 본 명세서에 개시된 테스트 방법론은 도 8a 및 도 8b에 도시된 데이터를 고려하기에 적합한 것으로 나타났다.
고전압 복합물 절연체에 사용되는 가능성 있는 모든 재료들에 대한 이러한 체계적인 테스트 과정을 수행의 장점을 구현시키는 것이 중요하다. 이러한 실험들을 수행함으로써, 본 발명자들은 고전압 복합물 절연체의 제조자 및 사용자들에게 상이한 주변 조건에서 사용되어야 하는 재료들에 대한 고품질 가이드라인을 제공할 수 있다. 그러나, 이들 상이한 복합물들이 수분 존재시 전기적으로 어떻게 반응하는지를 결정해야 하는 폴리머 수지들 및 E-글래스 및 ECR-글래스 섬유들의 가능성 있는 광범위한 조합이 제공된다.
이전의 실험적 연구들은 고전압 절연체 분야에서 이용가능한 복합물 시스템중 최상의 하나(ECR(로우 시드)-글래스/에폭시) 및 최악의 하나(ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르)에 대해 조사되었다. 흡수된 수분 양과 누설 전류 간에는 직접적인 선형 관계가 제공된다는 것이 발견되었다. ECR(로우-시드)-글래스/에폭시 재료는 매우 활발히(positively) 반응하고 - 약간 증가된 낮은 누설 전류 - ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 재료들은 흡수된 수분의 함수로서 누설 전류의 상당한 증가를 나타내는 매우 바람직하지 못한 형태로 반응한다. 그러나, 가증 중요한 것은 흡수된 수분과 누설 전류 변화 간의 선형 관계로 인해, 복합물의 수분 흡수성에 대한 본 발명자들의 지식을 바탕으로 정확하게 전기적 절연성을 예측할 수 있다는 것이다. 또한, 2개의 복합물의 수분/누설 전류 팩터들(FM-LC)은 대략 150-200배 차가나 ECR(하이 시드)-글래스/변형된 폴리에스테르 시스템과 비교할 때 누설 전류 전개에 대한 ECR(로우 시드)-글래스/에폭시 시스템의 뛰어난 저항성을 나타낸다. 가장 중요한 것은, 본 명세서에 개시된 테스트 과정은 픽(Fickian) 및 비정상 확산 조건들하에서 수분 및 누설 전류들의 결정에 매우 유용하다는 것이다.
본 발명은, 예를 들어, 일부 유전체들에서 수분 흡수와 관련된 잠재적인 문제점들을 나타내는 스크린 방법(screening method)으로서 이용될 수 있다. 상이한 유전체들(예를 들어, 폴리머들, 세라믹들, 나무, 콘크리트, 생체재료 및 글래스, 실리콘 질화물 및 실리콘 카바이드, 폴리머, 및 나무와 같은 매트릭스들 및 섬유들의 광범위한 분류를 기초로한 이들의 복합물들)은 수분 및 누설 전류에 대해 거의 동시적 저항(simultaneous resistance)으로 등급화된다. 특히, 본 발명은 상이한 절연체 제조자 및 사용자들이 상이한 환경 조건으로 처리되는 상이한 전기 분야에 대해 최상의 절연 재료(순수한(neat) 또는 복합물)를 선택하게 한다. 또한, 이러한 재료들의 제조자들 및 사용자들이 시간(시간, 손상, 감쇠(degradation) 등)의 함수로써 수분/누설 전류 반응에서의 변화를 모니터링할 수 있게 한다. 이러한 목적으로 성공적으로 이용될 수 있는 기술이 현재는 없다.
예를 들어, 복합물 부싱(composite bushing)이 수분 및 누설 전류에 대해 테스트될 수 있다. 이들 부싱은 일반적으로 서스펜션 및 서브스테이션 절연체들을 위한 복합 로드의 제조 프로세스에 적용되는 플루투전(pultrusion) 대신 필라멘트 와인딩에 의해 이루어진 다축 글래스/폴리머 복합물을 기초로 한다. 부싱들은 큰 직경, 작은 벽 두께, 큰 복합물 구조이다. 부싱의 직경은 1 미터로 크며 이들의 길이는 수 밀리미터의 벽 두께와 함께 10 미터로 사용될 수 있다. 부싱의 짧은 섹션이 수분으로 처리될 수 있고, 다음 누설 전류가 본 발명을 이용하여 측정될 수 있다. 전극들(12, 13)의 크기, 전압 레벨 및 램핑 속도, 및 도 1에 도시된 다른 치수들은 매우 큰 표본(11)을 수용하도록 변형될 수 있다. 수분 확산 및 누설 전류에 대한 수치적 과정들은 일반적으로 동일하게 유지된다. 유사하게, 분배 시스템에서 지지 구조물로 사용되는 목주(wooden pole)는 수분 존재시 누설 전류에 대한 저항성에 대해 테스트될 수 있다.
본 발명은 전기적 특성에 영향을 미칠 수 있는 (수분 이외의) 다른 위상의 확산에 처리되는 유전체 재료들에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 세라믹에 의해 흡수되는 액체 금속의 영향력 및 절연 특성 변화가 평가될 수 있다. 이러한 형태의 다양한 실시예들이 고려될 수 있다.

Claims (30)

  1. 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성을 예측하는 방법으로서,
    (a) 표본을 제공하는 단계;
    (b) 예정된 시간 간격들을 두고 수분 함량 값들 및 누설 전류 값들을 결정하도록 상기 표본을 테스트하는 단계;
    (c) 상기 수분 함량 값들 및 누설 전류 값들로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계; 및
    (d) 상기 표본의 전기적 절연성을 결정하도록 상기 수분-누설 전류 팩터를 사용하는 단계
    를 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후에, 상기 표본의 수분 흡수성을 결정하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    최대 수분 함량, 최대 누설 전류, 및 포화상태에 대한 시간을 예측하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수분-누설 전류 팩터는 누설 전류 값들의 변화 대 수분 함량 값들의 그래프로부터 결정되는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 누설 전류 값들과 상기 수분 함량 값들 간에 선형 관계식이 존재하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 이후에, 상기 표본을 확산가능한 재료로 처리하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 누설 전류 값들을 결정하도록 상기 표본을 테스트하는 단계는, 상기 표본을 고전압으로 처리하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전압은 표본 길이의 밀리미터당 5 볼트 내지 표본 길이의 밀리미터당 500 볼트 사이의 최대 전압으로 램핑업되는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  9. 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성을 예측하는 방법으로서,
    (a) 중공-코어 실린더 형태로 복합 재료를 제공하는 단계;
    (b) 확산가능한 재료로 상기 실린더를 처리하는 단계;
    (c) 예정된 시간 간격들을 두고 상기 실린더의 수분 함량을 측정하는 단계;
    (d) 상기 실린더를 고전압으로 처리하고 상기 예정된 시간 간격들을 두고 상기 실린더의 누설 전류를 측정하는 단계;
    (e) 상기 수분 함량과 누설 전류로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계; 및
    (f) 상기 복합재료의 전기적 절연성을 결정하기 위해 표준화된 데이터와 상기 수분-누설 전류 팩터를 상관시키는 단계
    를 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 이후에, 주변 챔버에 상기 실린더를 배치하는 단계 및 일정한 온도 및 일정한 습도로 상기 실린더를 유지하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 수분 함량을 결정하기 위해 상기 실린더의 무게를 측정하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 실린더를 확산가능한 재료로 처리하기 이전에 상기 실린더의 초기 질량을 측정하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 실린더를 확산가능한 재료로 처리하기 이전에 상기 실린더의 초기 누설 전류를 측정하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    비정상 확산 모델을 사용하여 최대 수분 함량, 최대 누설 전류, 및 포화상태에 대한 시간을 예측하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 수분-누설 전류 팩터는 누설 전류 변화 대 수분 함량의 그래프로부터 결정되는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 누설 전류와 상기 수분 함량 간에는 선형 관계가 존재하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 확산가능한 유체는 물, 액체 금속, 액체 용액들 및 증기들로 이루어진 그룹에서 선택되는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  18. 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성을 예측하는 방법으로서,
    (a) 중공-코어 실린더 형태의 복합 재료를 제공하는 단계;
    (b) 상기 실린더의 초기 질량을 기록하는 단계;
    (c) 상기 실린더의 초기 누설 전류를 기록하는 단계;
    (d) 주변 챔버에 상기 실린더를 위치시키는 단계;
    (e) 확산가능한 유체로 상기 실린더를 처리하는 단계;
    (f) 예정된 시간 간격들을 두고 상기 주변 챔버로부터 상기 실린더를 제거하고 상기 실린더의 질량 및 누설 전류를 기록하는 단계;
    (g) 상기 실린더의 질량으로부터 상기 실린더의 수분 함량을 결정하는 단계;
    (h) 상기 수분 함량 및 누설 전류로부터 수분-누설 전류 팩터를 결정하는 단계; 및
    (i) 상기 복합 재료의 전기적 절연성을 결정하기 위해 상기 수분-누설 전류 팩터를 이용하는 단계
    를 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에, 상기 실린더를 고전압 챔버에 위치시키고 상기 실린더를 고전압으로 처리하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에, 상기 실린더를 고전압으로 처리하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 주변 챔버는 일정한 온도 및 일정한 습도로 상기 실린더를 유지하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 온도는 섭씨 20 내지 100도 사이로 유지되며 상기 습도는 10 내지 100 퍼센트 상대 습도로 유지되는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 단계 (h)는,
    Figure 112009071764569-pct00034
    식을 이용하여, 수분 흡수 속도와 누설 전류 증가 속도를 상관시키는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 실린더는 0.1 밀리미터 내지 50 밀리미터의 길이를 갖는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 실린더는 2 밀리미터 내지 100 밀리미터의 외부 직경을 갖는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 실린더는 1 밀리미터 내지 99 밀리미터의 내부 직경을 갖는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에, 상기 실린더를 2개의 전극들 사이에 위치시키는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 실린더를 2개의 전극들 사이에 위치시키는 단계 이후에, 상기 실린더를 고전압으로 처리하는 단계를 더 포함하는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 전압은 표본 길이의 밀리미터당 5 볼트 내지 표본 길이의 밀리미터당 500 볼트 사이의 최대 전압으로 램핑업되는, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 전극들은 황동인, 습한 환경에서 복합 재료들의 장기간 전기적 절연성 예측 방법.
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