아크방전, 글로방전, 코로나방전

아크 방전(Arc discharge)

아크 방전은 절연파괴의 일종으로 전극 양단에 전위차가 발생하여 전극 사이의 기체에 방전이 지속적으로 일어나는 것이다. 아크 방전이 일반적으로 글로 방전 전압보다 낮지만, 전류는 높다. 또한 아크방전은 일반적으로 글로우 방전보다 이온의 열에너지가 높은 편이다. 아크방전은 대기압 근처에서 발생하며 눈에 보이는 방전이 발생된다는 점, 전류밀도가 높다는 점, 온도가 높다는 특징이 있다.

 

글로 방전(Glow discharge)

글로 방전은 저압 가스에서 2개의 전극에서의 전압차를 통해 절연파괴가 되어 전류가 형성되어 발생하는 방전이며 플라즈마이다. 글로우 방전은 저압용기(일반적으로 유리관) 내부에서 발생시키며, 가스에 따라 발생하는 색상이 달라진다.

즉, 글로 방전은 네온등, 형광등, 플라즈마 디스플레이 등의 광원이 글로방전이라고 볼 수 있다. PVD이자 증착 코팅인 스퍼터링(sputtering)이 글로 방전을 이용한다. 일반적으로 방전이 발생하려면 두 전극사이에 이온화 전압(항복 전압) 이상의 전압차가 발생해야 한다. 만일 전압

이 정상적인 글로 방전 범위 이상으로 증가할 경우 음극 아크 방전이 발생할 수 있다. 글로방전은 고압 글로 방전, 중공 음극 방전, 스프레이 방전 등의 종류가 있다.

글로 방전은 2개의 전극 사이에 직류전압을 걸어서 발생하나 무선주파수(RF, Radio Frequency)에 의해 발생할 수도 있다.

 

그림. 방전(코로나 방전), 출처 commons.wikipedia.com

 

코로나 방전(corona discharge)

​코로나 방전은 도체 주위의 유체의 이온화로 인해 발생하는 전기적 방전이다. 전기장의 세기가 특정값을 초과하나 절연 파괴가 완전히 발생하지 않거나 아크를 발생하기에는 불충분한 조건일 때 발생한다.

코로나 방전은 공기와 같은 중성유체 속의 높은 전위의 전극으로부터 발생하는, 주로 지속적인 전류에 의한 반응으로 전극 주변의 유체가 이온화되어 전극 주위에 플라스마가 형성되는 것이다. 일반적으로 날카로운 물체의 주변에는 전하가 모이게 되며 주변보다 높은 전위차를 가지게 된다. 이 경우 주변 유체(일반적으로 공기)가 이온화 되어 방전이 발생하고 플라즈마가 발생하게 된다. 하지만, 하전된 물체와 멀리 떨어진 부분은 이온화가 잘 않되며, 플라즈마가 발생한 부분에서 생성된 이온(여기된 이온)은 결국 낮은 전위인 주변 지역(유체)에 전하를 넘겨주거나, 재결합하여 중성 기체 분자를 형성하게 된다. 따라서 이온화되고 전도성을 띄는 구역의 바깥에서는 대전 입자가 중성이 되기 위해 천천히 반대 전하의 물체를 향하게 된다.

만일 이와 같은 코로나 방전에서 이온화된 구역이 계속 확장이 된다면 어느 순간 전류가 흐르는 2개의 전극이 형성되어 순간적인 스파크가 발생하거나 아크방전으로 발생할 수 있다.

코로나 방전은 양극 코로나와 음극 코로나가 있는데, 이것은 전극의 전압의 극성에 따라 결정된다. 즉 전극이 양극이이라면 양극코로나, 반대의 경우는 음극 코로나이다. 코로나 방전은 오존을 많이 발생시키는데 음극 코로나는 양극 코로나에 비해 훨씬 많은 오존을 생성한다.

일상생활에서 코로나 방전은 송전선 근처에서 볼 수 있으며 청각적 잡음과 전자적 잡음을 생성하고, 전력 손실을 발생하고, 대기 입자와 반응하여 오존과 질소 산화물을 생성한다. 이는 인체에 해로울 수 있으며, 주변에 있는 전자기기 등에 영향을 미칠 수도 있다. 또한 코로나 방전은 위와 같은 전자기기에서 절연을 파괴하고 수명을 단축시킬 수 있다. 전기장을 넓은 범위로 퍼뜨리고, 전기장의 경도(전위차)를 낮추는 환형 장치인 코로나 링으로 코로나를 억제할 수 있다.