[전기 이론] 도체와 부도체

 전기 재료를 알기 위해서 가장 중요한 것은 바로 도체와 부도체로 나뉜다는 것이다. 도체(導體, Conductor)는 전기가 통하는 물체를 의미하며, 부도체(不導體, Insulator)는 전기가 통하지 않는 물체를 의미한다. 또한 현재 우리 생활에서 없으면 안 될 물체인 반도체(半導體, Semiconductor)는 도체와 부도체의 중간 성질을 가지는 물체를 의미한다.

 

 도체와 부도체의 예시를 들자면 절연전선을 들 수 있는데 안에는 전기가 잘 통하는 구리가 있고, 전기가 통해도 감전이 되지 않도록 절연체(부도체)로 덮여져 있다.

절연전선 / 출처 : 가온전선

 

 도체와 부도체를 나누는 기준은 고유저항(固有抵抗, Specific Resistance)으로 나눌 수 있으며 각 물질이 가지고 있는 고유의 저항값을 의미하며 고유저항에 관한 식은 다음과 같다.

고유저항 공식

 

 대표적인 도체는 은, 금, 알루미늄, 구리 등이 있고 부도체는 나무, 유리, 고무가 있으며 반도체는 게르마늄, 규소 등이 있다. 실제로 은이 고유저항값이 가장 낮아 전기가 가장 잘 통하는 물질이지만 전선에는 주로 구리가 사용된다. 그 이유는 구리가 비교적 가격이 저렴하기 때문에 대부분 구리를 사용한다.

 

 부도체는 다른 말로 절연체(絶緣體, Insulator)라고도 부르며 절연은 얼마나 전기를 차단하는 능력이 있는지를 나타내며 주로 전류를 차단하여 사람을 보호하거나 기기를 보호하기 위한 목적으로 사용된다. 전동기의 경우, 절연물의 최고 사용온도를 기준으로 분류하고 이를 절연 계급(絕緣階級, Insulation Class)이라 한다.

절연종류	허용최고온도	사용재료
Y종	90°C	면, 견, 종이, 요소수지, 폴리아미드 섬유 등
A종	105°C	위 재료와 절연유 혼합
E종	120°C	에폭시수지, 폴리우레탄, 합성수지 등
B종	130°C	유리, 마이카, 석면 등과 바니스 조합
F종	155°C	위 재료와 에폭시수지 등과 조합
H종	180°C	위 재료와 실리콘수지 등과 조합
C종	180°C 초과	열안정 유기재료

 

 송배전계통에서는 기기나 설비 등의 절연이 그 기기에 가해질 것으로 예상되는 충격 전압에 견디는 강도를 기준충격절연강도(基準衝擊絶緣强度, Basic Impulse Insulation Level)라고 하며, 절연협조(絕緣協調, Insulation Coordination)는 계통 내의 각 기기, 기구 및 애자 등 상호간에 적정한 절연 강도를 지니게 하여 계통을 합리적, 경제적으로 설계할 수 있게 한 것을 의미한다. 여기서 기준충격절연강도는 다음과 같이 구할 수 있다.

기준충격절연강도 공식

 

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