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空気の絶縁破壊強度の低減について研究しているのですが、
霧吹き等で空中に水を吹き付けるか、加湿器等で空気の湿度を上げるなどして、空中の水分を増加させることで絶縁破壊強度を低減させられるのではないかと考えています。
そこで、実際に絶縁破壊強度と空気中に含まれる水分量との関係について実験してみたいのですが、何か良い方法がないか、アドバイス頂きたく思います。
絶縁破壊試験を行い、絶縁破壊強度を測定することが最も良いとは思いますが、もっと簡易的な実験等で空気の絶縁破壊強度の変化を知ることはできないのでしょうか?

ご回答、よろしくお願いします。

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A 回答 (2件)

放電試験を実施したほうが良いと思います。


確かに空気中の水分量によって、放電電圧は変化します。
しかし、霧吹きなどを用いた場合、電極が乾燥した状態ではなくなる可能性があります。
(絶対湿度が低いほうが放電電圧が低いと言えますが、あらゆる条件のもとで、このことがいえるわけではありません。絶対湿度が高くなると放電電圧が低下したり、放電がばらつく)
高電圧工学の本に載っている大気補正式を参考にしてみてはいかがでしょうか。
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やはり、放電試験をすることになるかとおもいます。


(高電界下での電子増倍などが影響するでしょうから)

湿度と空気の火花放電電圧(絶縁破壊電圧)では、湿度が高いほうが若干火花放電電圧が高くなる、という実験結果もあったように思います。一度、高電圧関係の資料をチェックされてみるのが良いかと思います
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絶縁」に関するQ&A: 絶縁抵抗測定の使用方法

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Q何kV/cmで絶縁破壊が起こるか?

試料に高電圧を印加する実験を考えております。シリコンオイル中、および大気中において、何kV/cmで絶縁破壊が起こるか、ご存知の方がいらっしゃいましたら教えていただきたく存じます。有効数字は一桁程度でかまいません。

Aベストアンサー

一般的にいわれるのは
大気中:30kV/cm

また、教科書によると、
シリコン油中:80kV/2.5mm
だそうです。
ただ、絶縁破壊電界は電極間距離に依存し、一般には短い方が高電界に耐えます。

Q空気中の放電距離と電圧について

交流電圧三相200Vで端子台に差し込んだファストン端子間でスパークしたような跡が発生したが、端子間に異物を接触した形跡はなく何らかの放電が発生したのではないかと思います。
200Vの電圧で約3mmの距離で放電が発生するでしょうか
ご教授の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
空中放電は、湿度その他、各種の条件次第で、予想外に低い電圧で発生してしまう事があるようです。

また何らかの原因で端子電圧が一瞬上がったような場合はそれが引き金になる場合もあります。
誘導雷による事故はそういう例が多いでしょう。

わたし自身、100Vでアーク放電の実験中、電流制限用の抵抗器本体から、反対側のアーク端子まで約10cmの間、グロー放電のような放電が起きてしまい、びっくりして放電路を離して切った事があります。
抵抗器は黒焦げになりました。(爆)
この時の光の帯は直線ではなく、弓のようにアーチを描いていたのをはっきり覚えてます。
原因は突き止められませんでしたが、手が汗ばんでいた事、暑い日だった事から水分、汗の塩分が悪さをしたのではないかと想像します。

ですので、ありえるとだけお答えします。

Q空気の絶縁耐力について

教えてください。
http://denken3.biz/denkenmuryou.pdf
この資料の17ページ目の例題の解説で、
この電界と空気の絶縁耐力が等しいとすると・・・
とありますが、これはなぜそう解釈されているのですか?
電界の強さ=空気の絶縁耐力 なのですか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

絶縁耐力とは、それ以上の電界を加えると絶縁破壊を起こし放電してしまう限界のことをさします。

電界の強さ>空気の絶縁耐力 となると空気が絶縁破壊し、空気を構成する分子の一部がイオンになって放電してしまい、導体上の電荷を中和してしまいます。そのため導体上にそれ以上の電荷を蓄えることができないのです。

このことと、導体の表面電位が曲率に比例することから、球面上の導体に加えることができる対地電圧にも制限が加えられます。(この関係式はかなり重要である。一度自分で求めておいてください。)
先が鋭い針状のものが放電しやすいのはこのことから推定できます。

Q低電圧での絶縁破壊について

空気の絶縁破壊は一般に1mmで3kvと言われていますが、
2mm離した(鋭利でないただの鉄板と仮定)電極をわずか500v程度で強制的に絶縁破壊を起こさせたいのですが、強制的に絶縁破壊を起こさせる方法はあるでしょうか?

Aベストアンサー

気体の絶縁破壊電圧(火花電圧)は一般にパッシェン(Paschen)の法則に従います。
平行平板電極などの平等電界条件におけるパッシェン曲線は高電圧工学の教科書等によく掲載されています。
具体的には、絶縁破壊電圧は、気圧pと電極間距離dの積(pd)の関数となります。
空気の場合、大気圧=10^5 Pa×0.1 cm = 10^4 Pa・cmの絶縁破壊電圧は約3 kVとなります。
この状態からpdを減少させていく(電極間距離dが一定の場合は気圧pを下げる)と、絶縁破壊電圧は減少(両対数グラフに描くとほぼ直線的に減少)します。そして空気の絶縁破壊電圧の極小値は約300 Vで、このときのpd値は約10^2 Pa・cmです。
なお、それ以上にpdを下げると逆に絶縁破壊電圧は急上昇します。
問題の電極間距離d=2 mmの平板電極の場合、上記絶縁破壊電圧の極小を与える気圧pは約500 Pa (=100/0.2)です。
500 V程度で絶縁破壊を起こすならもう少し気圧を高くしてもOKです。

ということで、低電圧で絶縁破壊を起こすには、まず気圧を下げる方法があります。
なお、これは気体を空気に限定した場合のことで、特定の気体を封入すると著しく絶縁破壊電圧が減少します。

詳しくは、絶縁破壊が起こるには気体中の原子・分子が何らかのエネルギーにより電離され、得られた自由電子が外部電界により加速し、別の原子・分子に衝突して二次電子放出を起こし、累積的に自由電子数が増大する(電子雪崩を起こす)必要があります。
この「何らかのエネルギー」とは、一般には宇宙から降り注いでいる放射線などです。
この状態でさらに外部から強制的に光を照射するなどすると、さらに気体原子・分子の光電離により自由電子数が増大し、絶縁破壊が生じやすくなります。
また先ほど言いかけた話ですが、ペニング(Penning)効果などがあります。
これは、例えばNe中にArを0.1%混合すると、放電開始電圧は約1/4に減少するといった現象です。
これは準安定準位を持った原子・分子による寄与です。

ということで、結論としては絶縁破壊電圧を下げる方法は次のようになります。
(1) 気圧を特定値まで下げる。
(2) 光照射などの外部刺激を与える。
(3) 混合気体などの気体効果を考える。

ちなみに、針電極などの不平等電界下では絶縁破壊電圧は著しく減少します。

気体の絶縁破壊電圧(火花電圧)は一般にパッシェン(Paschen)の法則に従います。
平行平板電極などの平等電界条件におけるパッシェン曲線は高電圧工学の教科書等によく掲載されています。
具体的には、絶縁破壊電圧は、気圧pと電極間距離dの積(pd)の関数となります。
空気の場合、大気圧=10^5 Pa×0.1 cm = 10^4 Pa・cmの絶縁破壊電圧は約3 kVとなります。
この状態からpdを減少させていく(電極間距離dが一定の場合は気圧pを下げる)と、絶縁破壊電圧は減少(両対数グラフに描くとほぼ直線的に減少)します。そして空気...続きを読む

Q気圧が低いと、なぜ放電しやすくなるのですか?(標高が高い場所)

<大前提の確認>
気圧が低いと放電しやすい ← 間違ってませんよね?

<質問>
何が要因で放電しやすくなるのですか?

気圧が低いと乾燥するから・・・

解説をお願いします。

Aベストアンサー

No.3です。「お礼」に書かれたことについて。

 「気圧が低いと放電しやすい」というのは間違っていると書きましたが、調べてみるとそうではないようです。
 確かに、真空放電など、ごく微量の気体が存在するとき、放電現象が起こりますね。(ネオンやアルゴンガスをごく微量封入して、いろいろな気体ごとの色で放電します)

 従って、No.2は撤回します。

 Wikidediaの「放電」にも、「典型的な放電は電極間の気体で発生するもので、低圧の気体中ではより低い電位差で発生する」と書いてありました。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%94%BE%E9%9B%BB

 この理由を調べてみると、どうやら、通常の気圧では、電極によって電離した気体分子や電子は、他の気体分子に衝突して移動距離(平均自由行程)が小さいが、気圧が下がることにより、衝突する他の気体分子が減って移動距離(平均自由行程)が大きくなる、ということのようです。
 電子や気体イオン(放電の主役は電子の方でしょう)の平均自由行程が大きくなれば、それだけ放電しやすくなるということです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B3%E5%9D%87%E8%87%AA%E7%94%B1%E8%A1%8C%E7%A8%8B

 こちらの文献にも、電子の平均自由行程の話と「低気圧中では低い電圧でも放電が生じる経験的事実」の関連が説明されています。(p-61の最後の方~p-62冒頭)
http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1994/jspf1994_01/jspf1994_01-61.pdf


 従って、「気圧が低いと放電しやすい ← 間違ってませんよね?」は「Yes、正しい」です。
 その理由は、「空気の気圧による、電離した電子の平均自由行程」ということのようです。

 国際規格の「①空気圧、②標高」は、この理由から設けられている設計条件なのでしょう。


 誤った回答で混乱させて、申し訳ありませんでした。

No.3です。「お礼」に書かれたことについて。

 「気圧が低いと放電しやすい」というのは間違っていると書きましたが、調べてみるとそうではないようです。
 確かに、真空放電など、ごく微量の気体が存在するとき、放電現象が起こりますね。(ネオンやアルゴンガスをごく微量封入して、いろいろな気体ごとの色で放電します)

 従って、No.2は撤回します。

 Wikidediaの「放電」にも、「典型的な放電は電極間の気体で発生するもので、低圧の気体中ではより低い電位差で発生する」と書いてありました。
https:...続きを読む

Q抵抗値について

電気の初歩を勉強中です。
抵抗値と湿度の関係について教えて頂きたいのですがお願いします。
抵抗値を測定すると湿度の影響で変化(湿度が高くなると抵抗値も上がる)
しますが、何故この様な現象が起きるのでしょうか?

Aベストアンサー

 銅でできた回路の何の抵抗値を測っているのか分かりませんが、プリント基板のパターン間の絶縁抵抗を測っていると解釈します。

 絶縁体の抵抗は体積固有抵抗と表面固有抵抗の2つに分けて考えることができます。
・体積固有抵抗は絶縁体の内部を流れる電流による抵抗で、温度の上昇により低下します。
・表面固有抵抗は絶縁体の表面を流れる電流による抵抗で、湿度の上昇により低下します。

 基板自体の体積固有抵抗は充分高いと思いますが、湿度が高くなると、表面に水の薄い層ができます。水は導体なので、この表面を伝わってリーク電流(漏れ電流)が流れます。これが表面固有抵抗が湿度によって低下する原因です。さらに油脂、塩分などの汚れがついているともっと電流は流れやすくなるので、基板の絶縁抵抗を測るときは汚れを溶剤などでよくふき取ってから測るのが望ましいと思います。

 特に高い絶縁抵抗が必要な部分では、テフロンで絶縁された端子を立てることがよくありますが、これはテフロンの体積固有抵抗が高いのに加え、テフロンは水をはじくので、表面に水の層ができないからです。
 テフロンは汚れがつきにくいといわれていますが、テフロン製のビーカーなどよくほこりで黒く汚れていることがあります。これも同じ理由で、静電気が逃げにくいためだと思います。

 銅でできた回路の何の抵抗値を測っているのか分かりませんが、プリント基板のパターン間の絶縁抵抗を測っていると解釈します。

 絶縁体の抵抗は体積固有抵抗と表面固有抵抗の2つに分けて考えることができます。
・体積固有抵抗は絶縁体の内部を流れる電流による抵抗で、温度の上昇により低下します。
・表面固有抵抗は絶縁体の表面を流れる電流による抵抗で、湿度の上昇により低下します。

 基板自体の体積固有抵抗は充分高いと思いますが、湿度が高くなると、表面に水の薄い層ができます。水は導体な...続きを読む

Q絶縁体、空気の体積固有抵抗

体積固有抵抗で大凡、10E10Ω・cm以上を一般に絶縁体。10E-3Ω・cm以下を導電体と分類されていると思います。
絶縁体の中で空気(湿度の影響を受ける筈ですよね)やプラスチック種類毎の体積固有抵抗値はいくらぐらいですか?
更に、これらが一覧になっているURLがあるとうれしいのですが。
ご存知の方、ご教授ください。どうぞ宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

No.1です。回答します。

> 空気の体積固有抵抗と温度や湿度の関係が、理科年表に出ているのでしょうか?

失礼しました。大事なことを抜かしていました。
私の理科年表2000年版には気体は載っていません。
下記のような物質の3つの特性が載っています。
内部抵抗、表面抵抗、絶縁破壊の強さ。
絶縁体と言うのはかなり厄介なものですね。

------------------------------------         
 絶縁体を流れる電流は内部電流と表面電流から成る.内部抵抗は物質の純
度によってかわり,表面抵抗は表面の状態に左右される.温度が上がると内部
抵抗も表面抵抗も減少する.下の表に電圧をかけ始めてから1minの後に測
定された内部抵抗と表面抵抗(いずれも室温)を示す.この時の電流は伝導電
流だけでなく絶縁体の中に蓄えられる電荷の分も含んでいる.平衡状態の電
流から求めた抵抗値はこの値よりはるかに大きい.絶縁破壊の強さは1-3
mmの板状試料について商用周波数で得た値である.

雲母(成形)
ガラス(石英、ソーダ、パイレツクス)
ゴム(クロロプレン、シリコーン、天然)
絶縁(鉱)油
セラミックス
 アルミナ、ステアタイト、長石磁器(素地)、同(うわぐすり付)
大 理 石
パラフィン   
プラスチックス
 アクリル、エポキシ、ポリ塩化ビニル(軟)、ポリ塩化ビニル(硬)
 テフロン、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン
硫   黄

なお、気体については手持ちの古い「電気工学ハンドブック」を見てみましたが
放電ばかりやけに詳しくて、それ以前の電流は余り定量的ではありません。
ただ空気中のイオン(1000~2000個/cm^3)による伝導のため飽和現象があるようです。
と言うことは抵抗率が一定でないことを示します。

No.1です。回答します。

> 空気の体積固有抵抗と温度や湿度の関係が、理科年表に出ているのでしょうか?

失礼しました。大事なことを抜かしていました。
私の理科年表2000年版には気体は載っていません。
下記のような物質の3つの特性が載っています。
内部抵抗、表面抵抗、絶縁破壊の強さ。
絶縁体と言うのはかなり厄介なものですね。

------------------------------------         
 絶縁体を流れる電流は内部電流と表面電流から成る.内部...続きを読む

Q絶縁破壊のメカニズム

電気機器の絶縁テストマニュアルを見ますと、「10,000Vを1分間かけて100MΩ以上」というふうに、必ず「荷電時間」が併記されています。
この「時間」は、絶縁破壊とどういう関係があるのでしょうか?

どうも、絶縁破壊というのは、「徐々に進行するもの」ではないかという気がしています。
勿論、「定格電圧10,000V」という機器に10,000Vかけた場合は数万時間ともつのでしょうが、例えばこの機器に30,000V位をかけた場合、一気に絶縁破壊が起きるのではなく、徐々に絶縁抵抗が低下し、ある時間経ったときに突然絶縁破壊する(通電が起きる)のではないかという気がしています。

絶縁破壊のメカニズムはどうなっているのでしょうか?

Aベストアンサー

文章読み違えました。すみません。
自分は詳しく説明できませんが、高電圧工学の本をひもといて、絶縁の所を見るとメカニズムが載っていると思います。

Q固体の絶縁破壊電圧と破壊した点までの距離について

高密度ポリエチレンに、空気中で大きな電圧をかけた、絶縁破壊について質問なんですけど。ポリエチレンの厚さを大きくしたら、絶縁破壊電圧は大きくなるわけですが。ポリエチレンを破壊した点の最も遠い点を取ると、ポリエチレンを厚くすれば(破壊電圧が大きくする)するほど、数回同じ実験を繰り返した時、ポリエチレンの厚さが大きくなると(絶縁破壊電圧が大きくなる)破壊点の最小値と最大値の差が大きくなって行くという特性が得られました。これは何故そうなるか教えてください!よろしくお願いします。こうではないか?っていう、意見でも大歓迎です☆

Aベストアンサー

参考程度に
絶縁破壊というのは局所的な電界破壊が主なものですね。印加電圧Vに対して厚みをtとすると
電界Eは、E=V/t ですから破壊電界値が同じであれば
厚みを増やせば印加電圧を大きくしなければいけませんね。ただこれは厚み方向に対して材質が一様に出来ている場合です。厚みを増やせば増やすほど均一性は崩れますので同じ厚みで破壊が起こりにくくなりますね。電界破壊は局所的な不連続部分や局所的なひずみの部分で起きやすいのです。
そういうことを考察すればよいのでは。

QVA提案とVE提案の違いを教えて下さい。

こんにちわ。
VA提案とVE提案の意味の違いを教えて下さい。
宜しく、お願い致します。

Aベストアンサー

用語的には。
VA:Value Analysisの頭文字(価値分析)
VE:Value Engineeringの頭文字(価値工学)

VAは、おおざっぱに言って、既存の製品に対して改善を行う手法。
製品やその部品に対して、必要とされる機能や品質を考えて現状を分析し、コスト低下につながる代替案を提案する。
この部品は何のために使うのか →他に代替えになる物はないか →あるいは現状の品質がほんとに必要かなど。

VEは、開発設計段階から行う手法。
設計を行う場合に、機能や品質を満足するするに必要なレベルを考慮する。
(適正な材料の選択、適正公差、最適工法の選択、仕上げ方法の見直しなど)
不必要に過剰品質にならない、設計が複雑では製造段階での努力には限界がある、それらを含めて設計段階への提案。

現在では、VEの方が重視されている、もちろん既存製品に対するVA提案を受けて、次製品へのVE活動につなげていきます。

個人サイトですが「VEをもっと知ろう」
http://www.geocities.jp/taka1yokota/mypage4-ve1.htm
(VEの考え方がおおよそ分かると思います)

社団法人日本VE協会「VE基本テキスト」
http://www.sjve.org/102_VE/images/302_basic.pdf
(PDFファイルです)

こんな感じです。

用語的には。
VA:Value Analysisの頭文字(価値分析)
VE:Value Engineeringの頭文字(価値工学)

VAは、おおざっぱに言って、既存の製品に対して改善を行う手法。
製品やその部品に対して、必要とされる機能や品質を考えて現状を分析し、コスト低下につながる代替案を提案する。
この部品は何のために使うのか →他に代替えになる物はないか →あるいは現状の品質がほんとに必要かなど。

VEは、開発設計段階から行う手法。
設計を行う場合に、機能や品質を満足するするに必要なレベルを考慮する。
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