절연 와셔가 바꾸는 것은 연면 거리이지 공간 거리가 아닙니다

두 거리, 그리고 그중 하나만 당신의 몫입니다

IEC 60664-1은 절연 협조의 기본 표준이며, 용어 절에서 사람들이 보통 하나로 취급하는 두 양을 구분합니다.

볼트 이음 옆에 두고 읽으면 구분이 분명해집니다. 숄더 와셔, 탑햇 부싱, 구멍 안의 슬리브는 모두 경로에 끼워 넣은 고체 절연 재료이며, 이들이 늘리는 것은 두 번째 거리입니다. 이음 바깥을 둘러싼 공기는 그대로입니다.

하드웨어가 실제로 하는 일

일반적인 구성은 숄더가 볼트 구멍 안쪽을 감싸고 플랜지가 머리 아래에 놓이는 탑햇 와셔이며, 그 위에 평와셔를 얹고 반대쪽에도 같은 와셔를 두는 경우가 많습니다. 각 면에는 맡은 일이 있고, 각각 그 일을 못 하게 되는 방식이 있습니다.

• 숄더는 볼트가 구멍 벽에 닿지 않게 합니다. 조립 후에는 보이지 않으므로 가장 늦게 발견되는 결함입니다. 이음에 의해 옆으로 당겨진 볼트나 약간 어긋나게 뚫린 구멍은 겉보기에 멀쩡한 부품 안에서 금속과 금속을 맞닿게 합니다.
• 플랜지는 머리 아래의 표면 경로를 늘립니다. 연면 거리가 일하는 부분이며, 그래서 두께만이 아니라 플랜지 지름이 중요합니다.
• 반대쪽도 절연해야 합니다. 한쪽 끝은 절연되고 다른 쪽 끝은 금속끼리 맞닿아 있다면, 비싼 와셔를 단 도전성 이음일 뿐입니다.
• 코팅은 절연체가 아닙니다. 아노다이징, 도장, 부동태 피막은 얇고, 체결 부품이 가하는 바로 그 접촉 압력에 손상되며, 누구도 이를 유전체로 지정하지 않았습니다. 설계가 이에 의존한다면 도면 없는 절연체를 가진 셈입니다.
• 이 페이지의 거울상은 전기가 통해야 하는 이음입니다. 그 경우에는 같은 코팅이 반대 방향에서 문제가 되며, 공개된 한 표준은 바로 그 이유로 전기적 본딩에 아노다이징 와셔와 도금 와셔를 금지합니다.

아무도 경고하지 않는 모순

이 부품에 요구되는 두 가지 일 사이에는 정면으로 부딪히는 모순이 있으며, 이는 이미 이 사이트의 와셔 페이지에 한 줄로 적혀 있습니다. 나일론과 파이버 와셔는 절연, 밀봉, 표면 보호를 제공하지만 지속 하중에서 크리프가 생기므로 구조용 이음의 체결 경로에는 넣지 말아야 합니다. 그 표의 나머지는 와셔 해설에 있습니다.

두 절반은 동시에 참입니다. 절연하는 재료가 곧 초기 체결력을 유지하지 못하는 재료입니다. 체결 경로에 들어간 폴리머는 이완되고, 체결 축력이 떨어지며, 이음은 아무것도 풀려 돌지 않았는데도 느슨해집니다. 나사가 풀리는 이유에서 두 번째로 설명한 파괴 모드입니다.

해결책은 한 부품에 두 가지를 모두 요구하지 않는 것입니다. 체결 경로에 금속 슬리브를 넣어 압축 하중이 크리프가 생기지 않는 부재를 지나게 하고, 폴리머는 하중을 지지하는 곳이 아니라 도전 경로를 끊어야 하는 곳에만 쓰십시오. 체결 부품 전체가 비전도성이어야 한다면 그것은 고유한 한계를 지닌 다른 설계이며, 폴리머 체결 부품이 약속할 수 있는 것과 없는 것은 강제 체결 부품 카탈로그의 어떤 내용보다 플라스틱용 나사에 더 가깝습니다.

그리고 10 kV에서 표준은 이미 물러나 있습니다

IEC 60664-1은 적용 범위의 첫 문단에서 스스로의 한계를 밝힙니다. 정격 전압 AC 1 000 V 또는 DC 1 500 V 이하의 기기, 주파수 30 kHz 이하, 해발 2 000 m 이하에서의 사용입니다. 스레드의 질문은 10 kV에 관한 것이었으니 그 범위보다 한 자릿수 위입니다. 모두가 찾는 표는 적용되지 않으며, 이 페이지에도 대체 수치는 없습니다. 그 수치를 제공해야 할 문서는 이 사이트가 아니기 때문입니다.

같은 적용 범위의 다른 두 문장은 저전압에서도 기억해 둘 가치가 있습니다. 수치가 더 이상 수치로서 의미를 갖지 못하는 상황을 설명하기 때문입니다. 규정된 최소 공간 거리는 이온화된 기체가 존재하는 곳에는 적용되지 않으며, 이 문서는 액체 절연을 통과하는 거리, 공기 이외의 기체를 통과하는 거리, 압축 공기를 통과하는 거리는 다루지 않습니다. 젖었거나 먼지가 많거나 깨끗한 공기가 아닌 환경에 놓인 이음은 모델의 경계에 있는 것이 아니라 모델 밖에 있습니다.

적용 범위에는 기기 내부의 이음을 절연하려는 사람에게 경고처럼 읽히는 주기도 있습니다. 내부 회로에는 더 높은 전압이 존재할 수 있다는 것입니다. 명판에 적힌 정격 전압이 반드시 당신의 와셔 양단에 걸리는 전압은 아닙니다.

사람들이 이것을 찾는 또 다른 이유

전기적 절연만이 도면에 절연 와셔가 등장하는 이유는 아닙니다. 이 업계에서 더 흔한 이유는 갈바닉 커플을 끊는 것입니다. 이때 체결 부품은 흔히 큰 음극성 이음 속의 작은 양극성 부품이며, 목표는 전기 경로가 아니라 전해질 경로를 끊는 것입니다. 이것은 다른 파괴 모드를 지닌 다른 요구 사항으로, 갈바닉 부식에 해당하며, 어떤 조합이 문제가 되는지 정하는 순위는 양극 지수표에 있습니다.

둘은 원하는 것이 다르므로 도면에서 구분해 두는 것이 좋습니다. 갈바닉 분리는 두 금속이 전해질을 공유할 수 있는 모든 곳에서 수분 경로를 끊어야 합니다. 전기적 절연은 지정된 전압을 견디는 연면 거리와 공간 거리가 필요합니다. 한쪽을 만족하는 와셔가 자동으로 다른 쪽까지 만족하지는 않습니다.

하드웨어를 고르기 전에 정할 것

• 두 거리 중 어느 쪽이 문제인지 밝히십시오. 답이 공간 거리라면 구멍 안의 하드웨어로는 해결되지 않으며 형상을 바꿔야 합니다.
• 체결 하중을 무엇이 지지하는지 밝히십시오. 절연체라면 초기 체결력은 시한부입니다. 금속 슬리브가 두 역할을 분리합니다.
• 반대쪽도 절연되는지, 볼트가 구멍 벽에 닿지 않도록 막혀 있는지 밝히십시오.
• 코팅이 절연체 역할을 하게 두지 마십시오. 아노다이징이나 도장이 절연 경로에 있다면 절연으로 지정하고 검사하거나, 그 면에서 하중을 받지 않게 해야 합니다.
• 그 이음이 본딩 경로이기도 했는지 확인하십시오. 절연하면 이음이 제공하던 도통이 사라지며, 이는 나중에 발견할 문제가 아니라 의도적으로 답해야 할 질문입니다.

이 글은 여섯 단계 중 하나에만 해당하지 않습니다. 여러 단계를 아우르거나 조립 후에 나타나는 문제입니다. 관련 결정은 영어 글 Specifying a screw에서 설명합니다.

자주 묻는 질문

공간 거리와 연면 거리의 차이는 무엇입니까?

IEC 60664-1은 둘을 따로 정의합니다. 공간 거리는 두 도전부 사이의 공기 중 최단 거리입니다. 연면 거리는 두 도전부 사이에서 고체 절연 재료의 표면을 따라 잰 최단 거리입니다. 절연 와셔, 부싱, 슬리브는 경로에 놓인 고체 절연 재료이므로 연면 거리에 작용합니다. 이음 바깥을 도는 공기 경로에는 영향을 주지 않습니다.

절연 숄더 와셔로 고전압 이음을 절연할 수 있습니까?

와셔는 체결 부품을 관통하는 경로를 다룰 뿐 그 주위를 도는 경로는 다루지 않으므로, 고전압에서 와셔만으로는 대개 안 됩니다. 원래 스레드의 가장 좋은 답들이 하드웨어를 더하기보다 설계를 바꾸라고 제안한 것도 이 때문입니다. 또한 IEC 60664-1은 AC 1000 V 또는 DC 1500 V 이하의 기기만 다루므로, 10 kV에서는 보통 수치를 찾아볼 표준이 적용되지 않으며 이 페이지도 대체 수치를 제시하지 않습니다.

구조용 볼트 이음에 나일론 와셔를 넣어도 됩니까?

이음이 초기 체결력을 유지해야 한다면 체결 경로에는 넣으면 안 됩니다. 폴리머 와셔는 지속 하중에서 크리프가 생기고 체결 축력도 함께 떨어지며, 이음은 아무것도 회전하지 않았는데 느슨해집니다. 일반적인 구성은 금속 슬리브가 압축 하중을 지지하고 폴리머는 도전 경로를 끊어야 하는 곳에만 두는 것으로, 절연하는 부품이 이음을 붙잡고 있는 부품을 겸하지 않게 합니다.

절연 와셔는 갈바닉 절연 와셔와 같은 해결책입니까?

겹치는 부분은 있지만 같은 요구 사항이 아닙니다. 전기적 절연은 전압으로 지정되며 그 전압을 견디는 연면 거리와 공간 거리가 필요합니다. 갈바닉 절연은 전해질 경로를 끊는 것이므로, 두 금속이 전해질을 공유할 수 있는 모든 곳에서 수분 경로를 끊어야 합니다. 전압이라면 결코 넘어가지 않았을 곳도 포함됩니다. 한쪽을 만족하는 부품이 자동으로 다른 쪽을 만족하지는 않으며, 도면에 어느 쪽을 요구하는지 적어야 합니다.

아노다이징은 전기 절연으로 인정됩니까?

누군가 절연으로 지정하고 검증하지 않았다면 아닙니다. 코팅은 얇고, 그 표면 처리를 구매한 이유가 유전 특성은 아니며, 체결 부품 아래의 접촉 압력은 바로 코팅을 손상시키는 조건입니다. 설계가 이음 절연을 코팅에 의존한다면 그 절연체에는 도면도 검사도 없는 것이며, 이는 와셔를 사서 해결하려던 문제와는 다른 문제입니다.

참고 자료

• IEC 60664-1:2020 — 저전압 전원 계통 내 기기의 절연 협조. 1절 적용 범위, 공간 거리와 연면 거리를 정의한 3.1.4 및 3.1.5
• IEC 60050-151 — 국제 전기 기술 용어집. IEC 60664-1이 연면 거리 정의의 출처로 인용하는 문서

IEC 60664-1:2020은 공개 미리보기 PDF로 읽었으며, 여기에는 적용 범위 전문과 이 페이지에 인용한 두 정의를 포함한 용어 및 정의 절이 실려 있습니다. 미리보기에는 공간 거리와 연면 거리 표가 없으며, 그 표의 값은 이 페이지에 나오지 않습니다. 또한 원래 스레드의 10 kV 사례는 표준의 정격 전압 한계보다 한 자릿수 위이므로 그 표가 적용되지도 않습니다. 스레드에 인용된 공기의 절연 내력 수치는 의도적으로 옮기지 않았습니다. 흔히 인용되는 값은 해수면에서의 균일 전계에 대한 것이며 뾰족한 끝, 모서리, 습도, 기압, 오염이 모두 그 값을 바꾸므로, 단일 수치는 질문이 묘사한 바로 그 상황에서 오해를 낳을 것입니다. IEC 60050-151의 카탈로그 번호는 다른 출처와 대조하지 않았습니다. 이음을 절연하면 보호 본딩 경로가 끊기는지는 어떤 규정에서 인용한 요구 사항이 아니라 답해야 할 질문으로 제기한 것입니다.