プロが教えるわが家の防犯対策術!

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?

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (3件)

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。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

有難うございます。

お礼日時:2011/03/20 05:44

鉄板電極と針電極でも 2mmだと絶縁破壊が難しいかと思います。


まして 両方鉄板電極なら 空気があったら無理だと思います。

空気を抜いて真空に近くなれば 絶縁破壊を起こすと思います。
    • good
    • 1

気圧を下げるか、放射性物質を塗ると絶縁破壊(放電)すると思います。

    • good
    • 0

このQ&Aに関連する人気のQ&A

絶縁」に関するQ&A: 絶縁抵抗測定の使用方法

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

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放電

何故放電は、とがったところで起こりやすいのでしょうか。

Aベストアンサー

大きさの違う2つの金属球が導線でつながれたものを帯電させたときの
それぞれの球での電界強度をもとめればよいと思います。
理想的な金属であれば、金属全体は等電位になります。
金属が非常に遠く離れているとして(長い導線で結んでいるとして)、
電位は球の表面で、それぞれの金属球の半径R1とR2に反比例、
球に帯電した電荷Q1とQ2に比例するので、
等電位であれば
 Q1/R1=Q2/R2・・・(※)
という関係が成り立ちます。このとき電界強度はそれぞれ
 Q1/R1^2、
 Q2/R2^2、
となり、※からQ1/R1=Q2/R2=Aとおくと
 Q1/R1^2=A/R1、
 Q2/R2^2=A/R2
という具合に半径に反比例します。
したがって、小さな球ほど電界が強くなります
(つまり尖っているほど電界が強くなります)。

大きなシャボン玉と小さなシャボン玉を(ストローなどで)
つないだときに、大きなシャボン玉の方に空気が移って
小さなシャボン玉がしぼんでしまうのとなんとなく似ているような
(平均曲率に比例して(=半径に反比例して)
 表面張力による圧力が強くなるので
 式の上でも似ているといえば似ていると思うのですが)

大きさの違う2つの金属球が導線でつながれたものを帯電させたときの
それぞれの球での電界強度をもとめればよいと思います。
理想的な金属であれば、金属全体は等電位になります。
金属が非常に遠く離れているとして(長い導線で結んでいるとして)、
電位は球の表面で、それぞれの金属球の半径R1とR2に反比例、
球に帯電した電荷Q1とQ2に比例するので、
等電位であれば
 Q1/R1=Q2/R2・・・(※)
という関係が成り立ちます。このとき電界強度はそれぞれ
 Q1/R1^2、
 Q2/R2^2、
と...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誘電率(ε)と誘電正接(Tanδ)について教えてください。

私は今現在、化学関係の会社に携わっているものですが、表題の誘電率(ε)と誘電正接(Tanδ)について、いまいち理解が出来ません。というか、ほとんどわかりません。この両方の値が、小さいほど良いと聞きますがこの根拠は、どこから出てくるのでしょうか?
また、その理論はどこからどうやって出されているのでしょうか?
もしよろしければその理論を、高校生でもわかる説明でお願いしたいのですが・・・。ご無理を言ってすみませんが宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

電気屋の見解では誘電率というのは「コンデンサとしての材料の好ましさ」
誘電正接とは「コンデンサにした場合の実質抵抗分比率」と認識しています。

εが大きいほど静電容量が大きいし、Tanδが小さいほど理想的な
コンデンサに近いということです。
よくコンデンサが突然パンクするのは、このTanδが大きくて
熱をもって内部の気体が外に破裂するためです。

伝送系の材料として見るなら、できるだけ容量成分は少ないほうがいい
(εが少ない=伝送時間遅れが少ない)し、Tanδが小さいほうがいい
はずです。

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【Excel】3軸以上のグラフを作成できますか?

Excelでグラフを作成する場合
Y軸が2本で平面のグラフまでは
標準で用意されていると思うのですが、

例えば下のようなX軸が共通でY軸が3本以上必要となる(吸塵率「%」・粉塵量「個」・騒音レベル「dB」)
表をグラフ化する場合
どのようにすればいいのでしょうか?

銘柄   吸塵率% 排気中粒子 駆動音平均
手軽    16.3%      0個    54dB
排気0   13.4%    4000個    60dB
JET    35.3%    1000個    62dB
かるワザ 67.5%      0個    63dB

(表記中の固有名称その他は現実のそれとは何ら関係なく・またデータも説明用に一時的に作成されたものとする)

Aベストアンサー

 散布図でダミーのY軸を作成作れば、3軸でも4軸でも可能です。ただ、その軸をどのように配置するかという問題があります。
 また、3軸なら「三角グラフ」、4軸なら「Jチャート」というグラフもあります。2つとも散布図を工夫すれば、Excelで作成可能です。

 しかし、今回の表の場合は、作成元のデータを加工して、スネークプロット(縦の折れ線グラフ)またはレーダーチャートを作成したらいかがでしょうか。

 データの加工は、偏差値・達成率・最大値の対する比率などを使って基準を揃え、評価が高いほど値が高くなるように調整します。

Qアーク放電について!!

電気設備で使われている真空遮断器について質問です。
真空って完全な絶縁体なんでしょうか?
もし、完全な絶縁体とし、完全な絶縁体は電流を流さない?(自由電子が移動できない?)とすれば、真空遮断器で負荷電流を遮断すると、接点でアーク放電は生じないのでしょうか?(現実は、消弧が必要と思いますが?)
そもそも、アークが生じる条件は?何でしょうか?自分なりには、
1)接点を切り離した瞬間の接点間の距離と接点間の電位差が接点間の絶縁物の耐電圧を越えることにより絶縁破壊が生じ電流が流れる?
2)急激な電流値の変化によりdi/dtにより異常電圧が生じ1)の現象が生じやすくなる。
以外に思いつきません?
どなたか、詳しく教えていただけないでしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

 
 
>> 真空って完全な絶縁体なんでしょうか? 完全な絶縁体は電流を流さない?(自由電子が移動できない?) <<

 真空には自由電子はありません、その通りです。 だがしかし、電界はよく通すでしょ?これをお忘れなく。(磁界もよく通ります。この意味で絶縁体(何も通さない)では無いんです。)
 電界を通すから、空間にイオンや電子があれば 引っ張られます。(真空管やブラウン管がそうですね。)



>> 真空遮断器で電流を遮断すると 接点アークは生じないのでしょうか? <<

 接点が開く瞬間に、金属が蒸発してイオンと電子が湧き出し、それが種になって太いアークに成長します。 種ができるメカニズムは;
 接点が離れ始める→接触面積が減る→凸部に電流が集中→発熱→沸点を超えて蒸発→高温ゆえ電離イオン化→これが種、です。
 もし接点が蒸発せずに離れても→直後は空隙が狭い→電界=電圧/距離が強大→金属内の自由電子が引かれる→母体の正イオン力より強いと→電子が空間に出る→これが種、です。
前者が圧倒的ですね。



>> 自分なりには、1)接点を切り離した瞬間の接点間の距離と接点間の電位差が 接点間の絶縁物の耐電圧を越えることによ <<

 「接点間の絶縁物の耐電圧を越える」ではなく、接点金属中の電子を強制引き抜ける電界になったところで、です。 (真空は電界をスカスカ通してます、全然耐えてません。)



>> り絶縁破壊が生じ電流が流れる? <<

 その通り、一種の絶縁破壊です。いわゆる「真空の耐圧」という現象ですね。その実体は 真空ではなく 金属が負けて電子を手放すことなんですね。 詳しくは金属の種類や形状によるんでしょうが数十kV/mmと言われてます。
( なお、溶けなくとも、高温なら電子の動きが激しく、引っ張る電界が無くとも自発的に飛び出て雲のようにたむろします。材質による差が大きいです。)



>> 2)急激な電流値の変化によりdi/dtにより異常電圧が生じ <<

 アーク無しで切れた場合の誘起電圧ですね、そのとおり、上記の電子強制引き抜きを増強する方向に生じます。



 あと、接点が遠退いてもアークが維持される理由は、電子やイオンが相手側の電極に激突して熱を補給し高温が維持され、新たな電子やイオンが出てくるからです。激突で直接弾き出されるものもあります。 ぶつかる勢いが激しいと;ぶつかった数より多く出て アークは加速度的に太ります。 いっぽう勢いが弱くてぶつかった数より少ない場合は;やはり加速度的に細くなって一瞬で消えます。
ぶつかる勢いのもとは 電極間の電位差による加速です。
 
 
(空気の絶縁破壊も同じメカニズム。種は汚いイオンなどです。清浄な空気1気圧で3kV/mmとよく言われます。これも形状次第なんでしょうが。 分子がスカスカなほど互いにぶつからず長距離加速されるので、上記の 数の増倍 が起きやすく 気圧が低いほど放電しやすいです。真空遮断器が半端な真空度ではいけない理由です。)
 
 

 
 
>> 真空って完全な絶縁体なんでしょうか? 完全な絶縁体は電流を流さない?(自由電子が移動できない?) <<

 真空には自由電子はありません、その通りです。 だがしかし、電界はよく通すでしょ?これをお忘れなく。(磁界もよく通ります。この意味で絶縁体(何も通さない)では無いんです。)
 電界を通すから、空間にイオンや電子があれば 引っ張られます。(真空管やブラウン管がそうですね。)



>> 真空遮断器で電流を遮断すると 接点アークは生じないのでしょうか? <<

 接点が開...続きを読む

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。


このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

人気Q&Aランキング