放電周波数

電圧が印加されているとき、電気の絶縁材料が劣化等して放電現象が発生しますが、その際放電するときの周波数等及び放電メカニズムについて、ご存じの方よろしくお願いいたします。

質問者からの補足コメント

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  ご回答ありがとうございました。
  交流の場合の放電メカニズムをできましたら、詳しくご説明をお願いできますか。
  宜しくお願い致します。

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/04/18 12:27

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  交流の場合、放電初期時及び絶縁劣化進行時、放電状態により誘電体損失による温度上昇も考慮する必要があるとのことですが、絶縁物の寿命関係でアレニウスの法則との関係はあるのでしょうか。
  宜しくお願い致します。

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/04/20 15:23

No.1 ベストアンサー 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2020/04/18 11:31

まず放電メカニズムです。

絶縁材料の劣化がどんなものかが重要です。
導電性の発生、絶縁抵抗の低下、本来の絶縁体以外の物体の発生（割れ目＝大気）のようにです。
最初の二つの場合だとモデルは容易に考えられるでしょうから、最後の場合についてだけ経験を記します。
割れ目にゴミや異物、化学物質、水分なんかが入った場合は先の最初の二つの場合で考えましょう。

この条件下だと気中放電になります。
言い換えれば雷です。
ただ、お尋ねのはたぶんせいぜい１メートル以内の距離ですよね、
その場合は雷のように長距離の放電とは異なり、絶縁状態は一気に放電破壊すると言っていいです。
目安は、乾燥した常温常圧の大気で、１メートルあたり３００万ボルトです。

『えぇ～ッ、それじゃぁ放電しない』と思いますか？

私の経験です。
実際にあった不具合です。
ある部品は薄膜の絶縁層を使っていました。
技術の進化や小型化の要請で薄膜の厚みはどんどん薄くなっていきました。
今や１ミクロンです。

１ミクロンは１メートルの１００万分の１です。
ですから、放電開始の目安電圧は３００万ボルトの１００万分の１。
つまり、たった３ボルト。

その部品を５Vの電源系統に使い、たまたま製造や使用環境が悪くてクラックが入り、そこで放電を起こしました。
絶縁材料は溶け、回路がショートして装置そのものが停止しました。

このお話は直流でのお話です。
交流ではもっと深刻です。
なぜなら電圧が変化するのでその電気的な衝撃（電界の変化）があること、キャパシタンスを通した電流が流れるので、見かけ上の絶縁抵抗が低い、などからです。
周波数が高くなればなるほどそれは深刻です。
簡単に考えも見てください。
コンデンサの容量性リアクタンス、つまり交流に対する抵抗値みたいなものは周波数が上がるにつれてどんどん下がるんです。
直流では無限大でもある周波数ではたった１オームなんていくらでもあり得ます。

この回答へのお礼

貴重な体験参考になりました。ありがとうございます。

お礼日時：2020/04/20 15:41

No.2 回答者： himagene 回答日時： 2020/04/19 09:59

貫通破壊の場合、劣化によって固体絶縁物にクラックあるいはボイドの様な隙間が出来ると、隙間の誘電率の方が絶縁物の誘電率よりも小さくなりその結果、隙間の電界強度の方が誘電体内部の電界強度よりも大きくなります。

このことはdiv D=0, D=εEからお分かりになることと思います。隙間の表面は滑らかではないことが多いので尖った箇所では電界集中が起こり電界が強い箇所があります。その場所で電子が発生すると（原因は、宇宙線や自然放射線同位元素です）電子が加速されます。加速された電子が加速されて、近くの窒素か酸素分子に衝突するまでに約15eV以上のエネルギーになると、衝突によって電離が起こり電子の数が増えます。これが次々に起こるとコロナ放電を経て電子雪崩となりアーク放電が起こります。1センチ当たり3万ボルトの電界強度というのは、平等電界の時にこの現象が起こる電界強度です。コロナ放電が起こると絶縁物を侵食し絶縁物中の亀裂が枝分かれして進展します。また、アーク放電になるとアークは温度が高いので隙間が一気に大きくなり、絶縁物部分の電界が絶縁物の絶縁耐力を超えると貫通破壊になります。
交流の場合は誘電体損失による温度上昇も考慮する必要があります。系の大きさと周波数によっては隙間の中での電子の運動エネルギーについて、場合分けしながら計算する必要があります。
周波数特性については、https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjournal …をご覧ください。
https://www.nist.gov/system/files/documents/el/b …の6ページ目からにも、要領良く書かれています。
なお、ご質問の放電周波数の意味がよくわかりません。絶縁破壊後の電流の事を言っておられるのでしたら、それは貫通後の回路定数で決まります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。放電現象による絶縁劣化進行等を勉強してみます。

お礼日時：2020/04/26 12:36