論 文 霧でぬれた有機絶縁材料表面の トラッキング破壊

121
UDC
霧 によ る有 機 材 料 表 面 の トラ ッキ ング
621.315.616.96.015.533:537.529.093
論
文
54-A16
霧 で ぬ れ た有 機 絶 縁 材 料 表面 の
トラッキ ン グ破 壊
正 員
西
田
真(秋
田大)
正 員
吉
村
昇(秋
田大)
正
能
登
員
文
敏(秋田
大)
始 お よび放 電 に 引 き続 い て起 こ る トラ ッキ ング破壊 の
1.
ま え が
き
最 近,有 機 絶 縁材 料 が送 配電 線,電 力 ケ ー プル お よ
関 係 に つ いて の検 討 は少 な い(3)。
一 方 ,電 界 下 で の 水 滴 汚染 を 模 擬 し た方 法 と して は
び それ らの 端 末 部分 の 絶 縁物 と し て,更 に は 送電 線 の
IEC進 奨 法(4)で代 表 され る,材 料 選 別 の た めの耐 トラ
ライ ンス ペ ー サ と して 使用 され るに 伴 い雨,霧,汚
染
物 お よび 紫 外 線 な どの 自然条 件 の有 機 絶 縁 材 料 表 面 の
ッキ ング性 試 験 法 が あ るが,こ の方 法 で は生 成 され た
炭 化 物 が電 解 液 の 滴 下 に よ り じ ょう乱 さ れ るた め,ト
放電 劣 化 に及 ぼ す 影 響 に つ い て の 解 明 が 急 が れ て い
ラ ッキ ング破 壊 に 至 る時 間 の再現 性 に 問題 が あ り,ま
る。 また,我 が 国 の よ うな高 温,多 湿条 件 の 作 られ や
た 炭 化 過程 を詳 細 に 検討 す る こ とが で き な い。 そ こで
す い環 境 下 で は,屋 外 だ け で な く屋 内に お い て も,有
著 者 らは,こ れ に 代 わ る方 法 と して 超音 波 加 湿 器 を用
機 絶 縁 材 料 表 面 の 湿 気 と放 電 劣化 と の関 係 を 十 分 検討
い,直 径数 μm程 度 の水 滴,と い うよ りは 霧の粒 子 を
して お く必 要 が あ る。有 機 絶 縁材 料 の多 くは,そ の表
吹 き付 け る ことに よ る汚染 方 法 を 採 用 し た。 そ して,
面 にお け る放 電 の発 生 に よ り部 分 的 に炭 化 を 生 じ,最
この 方 法 に よ る有 機 絶 縁材 料 表 面 の 水 滴 の接 触 角 とそ
終 的に は トラ ッキ ング破 壊 に至 る(1)。従 って,有 機 絶
の 挙 動,お よ び放 電 開 始時 間 へ の 影 響 につ いて は既 に
縁 材 料 の トラ ッキ ング破 壊 を 防止 す るた め に は,そ の
報 告 した(5)。本 論 文 で は,引き 続 き同様 の方 法 に よる
直 接 的原 因 で あ る放 電 の発 生 を抑止 す る こと は もち ろ
霧 に さ らさ れ た状 態 下 で の,有 機 絶 縁材 料 表面 の 放電
ん で あ るが,そ れ と 同時 に放 電 が 炭 化 劣 化 に 及 ぼ す影
開 始 後 の放 電 発 生 形態 と,そ れ に 伴 って 生 ず る炭 化 開
響 に つ い て も明 らか にす る必 要 が あ る。
始 お よ び トラ ックの 進 展 と トラ ッキ ング破 壊 に至 る時
有 機 絶 縁材 料 表 面 の 湿潤 に よ る放電 の発 生 お よ びそ
在,あ
間 と 劣化 形 態 につ い て検 討 した 。 な お,こ の方 法 に よ
滴の 存
れ ば,霧 の温 度,霧 化量 を比 較 的 広 い範 囲 にわ た り簡
る い は 汚染 物 な ど と電 界 との 重 畳作 用 に よ る も
単 に 制 御 で き る利 点 が あ るが,本 論 文 で は 噴 霧条 件 は
一定 と した 。
れ に伴 う トラ ッキ ング破 壊 の 原 因 は,湿 気,水
の と推 測 され る。 従 来,有 機 絶 縁 材 料 の表 面 につ い て
は,水 分 の付 着,拡 散,水 滴 の 接 触 角 な ど物 理 的 な検
討 が多 く報 告 され て い る(2)。しか し,こ れ らはい ず れ
も電 圧 の 印 加 され て い な い 場合 の結 果 で あ り,電 圧 印
加 時 の 有 機 絶 縁材 料 表 面 の水 滴 の 挙動 と,そ の放 電 開
実 験装 置,実 験 方法 お よび 試 料
<2・1> 実 験 装 置
実 験 回 路 を 第1図 に,ト ラ ッ
キ ング破 壊 の判 定 に 用 い た リレーの 構成 図 を第2図 に
示 す。 トラ ッキ ング破壊 判定 用 リレー に は ホ トカ プ ラ
Tracking Breakdown
of Organic Insulating
Materials in
Atmosphere of Fog. By Makoto Nishida,
Member,
Noboru
Yoshimura, Member & Fumitoshi Noto, Member (Faculty of
Mining, Akita University).
西田 真:正 員,秋 田大学鉱 山学部電気工学科助手
吉村 昇:正 員,秋 田大学鉱 山学部電気工学科助教授
能登文敏:正 員,秋田 大学鉱 山学部電気工学科教授
昭54-3
2.
を 用 い,こ れ を0.5A,2秒
に設 定 し,IEC推
奨耐 ト
ラ ッキ ング性 試 験 法 と同 様 の判 定 条 件 と した。 第3図
に電 極 配 置を 示 す 。 高圧 側 電 極 は 直 径1mmの
タン
グ ス テ ン棒 で,そ の先 端 を半 球 状 に研 摩 し,試 料表 面
<25>
122
電気学会論 文誌A
SD:ス
ラ イダック
Tr:100V/2kV(2kVA)
R1:すべり抵抗(0∼zkΩ)
R2:100MΩ
第1図
Fig.
1.
V:AC電圧
R3:400KΩ
計
A:AC電
R4:10Ω
流計
R5:2kΩ
実 験 回 路 図
Experimental
circuit
第4図
diagram.
Fig.
4.
霧 の 発 生 装 置
Schematic
diagram
of
fog
generation
equipment.
第2図 リ
Fig.
2.
レ ー の 構 成 図
Block
diagram
of
relay.
第5図
Fig.
ト ラ ッ キ
5.
cation
第3図
Fig.
3.
of
of
voltage
of
to
times
tracking
from
に対 し約30° に配 置 した 。 接 地 側電 極 と して は 厚 さ1
銅 半円 板電 極(半 径4mm)を
に は0.25Rの
(1)
した 。
第4図 に 超 音 波 加 湿 器 に よ る霧 の 発 生 装 置 を示 す。
霧 は 超 音波 加 湿器 ユニ ッ トを用 いて 発 生 させ,フ
約10cmの
試 料 の距 離 は 約10cmで,電
炭 化 開 始 時 間(tc):放
電 開始 か ら炭 化 開 始 ま
炭化 の 進 展 時 間(tg):炭
化 開 始後 トラ ッキ ン
グ破 壊 まで の 時 間
の 流 出 速 度 は流 出 口 よ り
距 離 で 約45cm/sで
圧印加後試料表面上で
での時間
(3)
速 度 で循 環 し,
とな る よ うに した 。 霧 の 発 生
量 は 約2.11cm3/minで,霧
放 電 開 始時 間(td):電
放 電 が 開 始 す る ま で の時 間
(2)
ァン
に よ って 霧室 中に 供 給 した。 ま た小 形 ポ ンプ を 用 い,
霧 の温 度 が 約19∼20℃
に示す よう
に 分 け た。
用 い,そ の 縁 端
丸 み を付 け,電 極 間 隔を4mmと
超 音 波 加 湿 器 中 の溶 液 を10l/minの
appli-
こで 噴 霧 開始 お よび 電 圧 印 加 後 トラ ッキ ング 破壊 に 至
electrodes.
る ま で の時 間を 次 の よ うに 規 定 し,第5図
mmの
the
breakdown.
の進 展 を経 て 最 終 的 に トラ ッキ ング破 壊 へ と 至 る。 そ
電 極 配 置
Arrengement
ング 破 壊 ま で の 各 々 の 時 間 規 定
Normalization
電 圧 印 加 か ら トラッキ ング破 壊 まで の 時 間 をttと
す る と,tl=t4+tc+tgと
な る。 な お炭 化 が 開 始 す る
あ る。 霧 の流 出 口 と
と,放 電 状 態 時 とは異 な る電 流,電 圧 波 形 とな り,こ
極 の 垂値 方 向 に対 し約
の 時 点 で 試 料 表 面上 に 炭化 が 確認 さ れ る。 従 って,目
30° の角 度 で 直 接 試 料表 面 に霧 を ふ りか け た。 霧室 は
視 上 の 炭 化 の 確 認 と,こ の電 流,電 圧波 形 の変 化 時 を
25×25×30cm3の
も って 炭化 開 始 と した 。
大 き さ で,上
部 に 空 気 抜 き を設 け
た。 霧 を発 生 させ るた め に用 い た溶 液 は,IEC推
トラ ッキ ング性 試 験 法 に お け る と 同 じ く0.1重
NH4Cl溶
液 で,そ の抵 抗 率 は20℃
奨耐
量%
で450Ω ・cmで
<2・3> 試 料
試 料 と して は,エ ポ キ シ樹 脂(CT
-200)
,ポ リカ ー ボ ネ ー ト(パ ンラ ィ トK-1300),ポ
あ る。 な お,超 音 波 加 湿 器 に よ り発 生 す る霧 の 平 均 半
リス チ レン(ダ イ ヤ レ ック スNo. 77),紙 基 材 フェ ノ
ー ル 樹 脂 積 層板(KPL-2411)(以
下 そ れ ぞ れEX ,PC,
径 は 約4.5μmで,一
PS,KPLと
般 に 放 射 冷 却時に 発 生 す る霧 の
は2.5×2cm2で,そ
粒 径 分 布 と平 均 半 径 は ほぼ 同 一 で あ る(5)。
<2・2> 実 験 方法
電 極 間 に は300∼1,000Vの
記 す)の4種
所
類 を用 い た。 試 料 の 大 き さ
の 厚 さはEXで3.0mm,PC-
で2.0mm,PSで3.8mm,KPLで1.5mmで
あ
定 の 電 圧 を 印 加 し,そ れ と 同時 に噴 霧 を 開 始 す ると,
る。 試 料 は エ チル アル コー ル を 含 ま せ た ガー ゼ で ぬ ぐ
試 料 表 面 で は 霧 の 付 着 に よ って 電 極 間 で 局 部 的放 電 が
った 後 乾布 で拭 き,24時
発 生 し,こ の 放 電 に よ って試 料 の炭 化 が 開 始 し,炭 化
した もの を実 験 に 用 いた 。 な お,KPLに
<26>
間 以 上 デ シ ケー タ中 に 保 存
は難燃剤が
99巻3号
123
霧 によ る有 機 材 料 表 面 の トラ ッキ ング
添 加 され て い る。
3.
実 験 結 果 お よ び検 討
噴 霧 開始 後,試 料 表 面 で 放 電 が 開 始 す る ま で の過 程
は 次 の よ うに な る(5)。す なわ ち,放 電 は 試 料 表面 へ の
噴 霧 開 始後,時
間 の経 過 と共 に 成 長 した 水 滴 が電 極 間
を 橋 絡 し た 後,数 十ms∼
数s経 過 後 に 開 始 す る。 こ
の 場 合,水 滴 の電 極 間 橋 絡後 放 電 が 開 始 す る時 間 は 印
加 電 圧 の大 き さ に依 存 す る。 電 極 間 を 水 滴 が 橋 絡 す る
と,第6図
mA程
第8図
Fig.
8.
乾 燥 帯(印
400V
The
dry
belt
加 電 圧400V)
when
the
voltage
of
is applied.
の電 流,電 圧 波 形 に見 られ る よ うに,数 百
度 の 正 弦 波 漏 れ電 流 が流 れ る。 漏 れ 電 流 に よ る
ジュ ール 熱 に よ って水 膜 が部 分 的に 蒸 発 し,電 極 間 の
一 部 に乾 燥 帯 が 形 成 され,乾 燥帯 間 で 紫 色 の 発 光 を伴
うグ ロ ー状 の 放 電 ま た は パ ル ス状 の放 電 が 発 生 す る。
この 時間 を 放 電 開 始 時 間(td)と
はEX>PC≧PS>KPLと
し,各 試 料 間 で のtd
な り,試 料 の接 触 角 の相 違
が,ぬ れ の 状 態 に 影 響 し,接 触 角 の大 き な試 料 ほ ど試
(a) グロ ー状 放
電
料表 面 は ぬれ に く く,tdが 長 くな る こと を報 告 した(5)。
放 電 開 始 後,試 料 は 炭 化 を 開 始 し,最 終 的 に は トラ
ッキ ング破 壊 へ と至 る。 そ こで 第5図 に示 した 分 類 に
基 づ き,放 電 開 始 後,ト
ラ ッキ ング破 壊 まで の 過 程 に
つ い て検 討 す る。
<3・1> 炭 化 開 始 時 間(tc)
各 々 の試 料 に お け る
tcの 実 験 結 果 を 第7図 に 示 す 。 ば らつ きの 範 囲 の 一 例
と してKPL,EXの
場 合 を 矢 印 の線 で示 す 。 プ ロ ッ ト
した 点 は10∼15個
の 試 料 の 相 加平 均 値 で あ る。 各 々
の試 料 に お け るtcの
間 の 関 係 は 印加 電 圧 に よ って異
な り,印 加 電 圧600V以
下 の 場合 に は,EX>PC≧PS
(b) グロー状放 電 の電 流電圧波
形
第9図
Fig.
グ ロ ー 状 放 電
9.
current
>KPLな
The
glow-like
and
voltage
と 電 流,電
discharge,
圧 波 形
and
then
waveforms.
る関 係 が認 め られ,印 加電 圧1,000V場
に は,PC>KPL>EX>PSな
加 電 圧600Vで
合
る関 係 と な る。 ま た 印
のtcは300,400Vの
場 合 よ り も長
くな る傾 向を 示 す 。 印 加電 圧 に よ ってtcの
様相が異
な る の は,印 加 電 圧 に よ って 放 電 の 発生 形 態 が 異 な る
た め と考 え られ る。 そ こで 炭化 開 始 ま で の放 電 の 発 生
第6図
Fig.
水 滴 の 電 極 間 橋 絡 時 の 電 流,電
6.
Current
droplets
and
bridged
voltage
between
形態 に つ いて 印 加電 圧 に よ り比 較 検 討 す る。
圧 波 形
waveformes
when
(1)
electrodes.
印加 電 圧300,400Vの
場合
乾燥帯は第
8図 に示 す よ うに,電 極 間 中 央付 近 に 形成 し,こ の 乾
燥 帯 間 で0.5∼1mA程
度 の グ ロー状 放 電 が発 生 す る。
この グ ロー状 放 電 の 放 電状 態 と,そ の 際 の電 流,電 圧
波 形 を 第9図 に示 す 。 グ ロー状 放 電 に よ り更 に乾 燥 帯
近 傍 の 水膜 が蒸 発 し,乾 燥 帯 の 幅が 広 が り,こ の間 で
1∼2mA程
度 のパ ル ス状 放電 が 間欠 的 に 発 生 す る。
炭 化 は,こ のパ ル ス状 放 電 が 発生 す る と乾 燥 帯 間 で 開
始 す る。 そ の 際 の 炭化 の状 態 お よび パ ル ス状 放 電 の放
第7図
Fig.
7.
time
and
昭54-3
電 状 態 と,電 流,電 圧 波 形 を そ れ ぞ れ第10図
炭 化 開 始 時 間 の 電 圧 依 存 性
Relation
applied
between
the
(2)
carbonization
印 加電 圧600Vの
に 示 す よ うに,タ
voltage.
<27>
場合
に示 す 。
乾燥 帯 は 第11図
ング ス テ ン棒 電極 付 近 で 生 じ,タ ン
124
電気学会 論文誌A
(b)炭化開始(印加電圧600V,EX)
(a) パルス
状放電時の電流電圧波形
第12図
パ ル ス状 放 電 時 の電 流,
電 圧波 形 と炭 化 開始 状 態
Fig.
the
12. Current
pulse-like
ption
第10図
Fig.
pulse-like
discharge,
and voltage waveforms,
of carbonization.
and
and the
then
in(b)
放 電発生 状態 のモデル 図
乾 燥 帯 間 で の パ ル ス状 放 電 の
状 態 とそ の モデ ル 図
Fig. 13. The pulse-like
belt and then drowing
第11図
11.
600V
乾 燥 帯(印
The
dry
belt
when
and the ince-
(a) 放 電発 生 状態
第13図
Fig.
waveforms
initiates,
of carbonization.
パ ル ス状 放電 と その と きの 電 流,
電 圧 波 形 と炭 化 開始 状 態
10. The
current
ception
and voltage
discharge
discharge
view.
across
dry
加 電 圧600V)
when
the
voltage
of
is applied.
グ ステ ン棒 電 極 と水 膜 間 で10∼20mA程
度 のパ ル ス
状 放電 が間 欠 的 に 発 生 す る。 炭 化 は,こ の パ ル ス状 放
電 が 発生 す る と タ ング ステ ン棒 電 極 側 で 開 始 す る。 炭
第14図
化 開 始時 の炭 化 の 状 態 お よ びパ ル ス状 放電 時 の電 流,
電 圧 波 形 を第12図
に 示 す。 な お,印 加電 圧600Vで
の 乾 燥 帯 の位 置が 印 加 電 圧300,400Vの
るの は,印 加 電 圧600Vで
水 膜 が 薄 い こと,タ
場 合 と異 な
噴霧時間 と各試料の接触角
Fig.
14. Relation
time
exposed
between
contact
angle
and
to fog.
は水 滴 の電 極 間 橋 絡 時 で の
ングス テ ン棒電 極 と水 膜 との 接 触
れ 第13図
に示 す。 放 電 柱 は試 料 に よ り状 態 が 異 な り,
面 積 が 銅 半 円板 電 極 に 比 較 し小 さ い こ とな どに よ り,
EXの
タ ングス テ ン棒 電 極 近 傍 の電 流 密度 が 大 き くな り,タ
い る。 各 試 料 の 噴 霧 時 で の 接触 角 は第14図
ング ステ ン棒 電 極 近 傍 に 乾 燥 帯 が形 成 され や す い もの
うにEX>PC≧PS>KPLと
と推 察 され る。
が 大 きい 。 この よ うに パ ル ス状 放 電 は接 触 角 の大 き な
(1),(2)項
の結 果 よ り,印 加 電 圧600V以
下で
方 がPCよ
り試 料 表 面 か らよ り高 く浮 き上 って
な り,PCよ
下 で の各 試 料 のtcは,接
な る。 そ の と き のパ ル ス状 放 電 の 発 生 状態 の 一例 と し
接 触 角 の 大 きな 試 料 ほ どtcは
て,EX,PCの
圧600V以
<28>
方
試 料 ほ ど表 面 か ら浮 き上 る。 ま た,印 加 電 圧600V以
の 炭 化 開 始 直 前 の放 電 は,い ず れ も パ ル ス状 放 電 と
場 合 の写 真 と,そ の モ デ ル 図 を そ れ ぞ
に示 す よ
りEXの
触 角 の大 小 関 係 と 対応 し,
長 い。 従 って,印 加 電
下 に お け る各 試 料 のtcは,水
滴 の接触角
99巻3号
125
霧 に よ る有 機 材 料 表 面 の トラ ッキ ング
の 大 小 関 係 に 対 応 し,接 触 角 の大 き な試 料 ほ ど放 電 は
第1表
ASTM-D495に
よ る 耐 アー ク
試 料 表 面 よ り浮 き上 り,放 電 の熱 エ ネ ル ギ ーの 試 料 表
性試験結果
面 へ の 供 給 の 割合 が低 くな り,tcは 長 くな る もの と考
Table 1. The experimental
ASTM-D
495 arc resistance
え られ る。
一方
,印 加 電 圧600Vの
Vの
場 合 よ りtcが
600Vの
results by the
test method.
場 合 が 印 加電 圧300,400
長 くな る 原 因 と し て は,印 加 電 圧
場 合 で は 乾 燥 帯 幅 が 広 く,パ ル ス状 放 電 が 間
欠 的 で あ る こ と,発 生 した 放 電 柱 が試 料 表面 よ り浮 き
上 る こと か ら,放 電 の熱 エ ネル ギー の 試 料表 面 へ の供
給 の 割合 が 低 くな るた め と考 え られ る。 な お,印 加 電
料 表 面 へ の 接 近 の状 態 が異 な るの に 対 し,印 加 電 圧
圧600V以
1,000Vの
EXが
下 で の各 試 料 にお け る実 験 値 の ば らつ き は
大 き く,KPLは
に,EXの
小 さ い。 第13図
に示すよ う
場合 は 乾 燥 帯近 傍 の水 膜 が 厚 く,放 電 の試
料 表 面 へ の 接 近 の状 態 が均 一 と は な らず,tcの
き は大 き くな る。KPLの
ば らつ
場合 には,接 触 角 の相 違 に よ る放電 柱 の試
料 表 面 へ の接 近 の状 態 に は違 いは 認 め られ ず,放 電 柱
の状 態 は 比 較 的 一定 とな る。 従 って,印 加 電 圧1,000
Vで
の各 試 料 のtcは,同
一 放電 状 態 下 で の 試料 固有
場合 は 乾 燥帯 近 傍 の 水 膜 は
の炭 素 析 出 の 難 易 さ に影 響 され る ことが 考 え られ る。
薄 く,放 電 の 試 料 表 面 へ の 接近 の状 態 が 比 較 的 均 一 な
そ こで,電 極 間 を橋 絡 す る一定 の ア ー ク状 放電 に さ
た め,tcの
PCで
ば らつ きは 小 さ くな る と考 え られ る。PS,
のtcの
ば らつ き はKPL,EXの
らされ た 場合 の試 料 の炭 化 の 難 易 さ を検 討 す る た め,
中間 程 度 で あ
D495)(6)に
る。
(3)
Vの
タ ング ステ ン棒 電 極 を 用 い た 耐 ア ー ク性試 験(ASTM-
印 加 電 圧1,000Vの
場合
場 合 に は 印 加電 圧600V以
つ い て 検討 した 。 各 々 の試 料 に お け る炭
印 加 電 圧1,000
化 開始 まで の 時 間 と耐 アー ク性 時 間 の結 果 を 第1表 に
下 の 場合 と異 な り,
示 す。 耐 アー ク性試 験 に よ る各 々 の試 料 に お け る 炭化
タ ング ス テ ン棒 電 極 と銅 半 円 板電 極 間 で数 百mA程
度
開 始 ま での 時 間 はPC>KPL>EX>PSな
る関係 が あ
の ア ー ク状 放 電 が 間 欠 的 に 発 生 し,炭 化 は タ ング ス テ
り,本 法 で の 印 加電 圧1,000Vの
ン棒 電極 側 で開 始 す る。 ア ー ク状 放 電 の発 生 状 態 と そ
と対 応 す る。 従 って,印 加 電 圧1,000Vの
の 際 の電 流,電 圧 波 形 を第15図
るtcは,試
1,000Vに
に示す。 印 加 電 圧
場合 でのtcの 結 果
場合におけ
料 固 有 の接 触 角 の 相 違 に よ る放 電 柱 の試
お け る 各 々 の試 料 に お け る 関係 は,印 加
料表 面 への 接 近 の状 態 よ り,む し ろ同一 放 電 状 態 下 で
下 の場 合 と異 な る。 印 加電 圧600V以
の試 料 固有 の 炭 素 析 出 の難 易 さに 影 響 され る もの と考
電 圧600V以
下 の 場合,試 料 固有 の接 触 角 の 相 違 に よ り放 電 柱 の試
え られ る。
以 上 の結 果 よ り,各 試料 のtcは
印加 電 圧の 相 違 に
よ る試 料 表 面 で の 放 電 の発 生 状 態 に 影 響 さ れ る。 印 加
電 圧 が高 く,試 料 表 面 に乾 燥 帯 が 形 成 され ない 場 合 に
は,主 に試 料 固有 の 炭 素 析 出 の難 易 さがtcに 影 響 し,
印 加 電 圧が 比 較 的 低 く,乾 燥帯 が 電 極 間 に形 成 され る
場 合 に は,主 に試 料 固 有 の 接触 角 の相 違 に よる放 電 柱
の 試 料 表面 へ の接 近 の 状 態 がtcに
(a) アーク状 放 電 時の電 流電
(b)
第15図
Fig.
15. The
and voltage
昭54-3
影 響 す る もの と考
圧 波形
アーク状 放 電
アー ク状 放電 と そ の と きの
電 流,電 圧波 形
arc discharge,
and then
第16図
Fig.
current
of
waveforms.
<29>
16.
炭 化 の 進 展 時 間 の 電 圧 依 存 性
Relation
carbonization
between
and
applied
the
progress
voltage.
time
126
電気学会論文誌A
第17図
シ ンチ レ ー シ ョ ンの 発 光 の 例
Fib.
17.
The
第18図
Fig.
18.
scintillation
discharge.
シ ンチ レー シ ョ ン発 生 時 の
電 流,電 圧 波 形
Current
and voltage
the scintillation
discharge
waveforms
when
initiates.
第19図
え られ る。
<3・2>
とtgの
炭 化 の進 展 時 間(tg)
第16図
に印加電圧
関 係 を 示 す。同 一 印加 電 圧 で のtgに
>PS>KPL>PCな
係 がtcと
Fig.
19.
炭 化 の 進 展 状 態
Photographes
of
progress
of
carbonization.
は,EX
る関 係 が あ り,PCとKPLの
関
は 逆 に な る。 ま た 印 加電 圧 の上 昇 と共 にtg
は 短 くな る傾 向 を示 す 。 試 料 表 面 で一 度 炭 化 が 開 始 す
る と,析 出 した 炭 素間 あ るい は 炭 素 と水 滴 間 で 数十 ∼
数 百mA程
度 の橙 色 あ るい は 赤 色 の微 小 放 電(こ
で は以 下,シ
ンチ レー シ ョ ン(7)と記 す)が 発 生 し,炭
こ
第20図
化 は進 展 す る。 シ ンチ レー シ ョ ンの発 光 例 と して,EX
の 場 合 を 第17図
に示 す 。 更 に 炭化 開 始 後 の電 流,電
圧 波 形 を 第18図
に,炭 化 の進 展状 態 の 例 を 第19図
Fig.
time
に それ ぞ れ 示 す。 各 試 料 で の 炭化 の進 展 は 次 の よ うに
な る。
EXの
トラ ッ キ
20.
and
ング 破 壊 時 間 の 電 圧 依 存 性
Relation
between
applied
voltage.
ング破 壊 へ は 至 らず,第19図
tracking
breakdown
に見 られ る よ うに,比
較 的広 い面 積 に わ た って 炭化 さ れ た後 トラ ッキ ング破
場合 は,シ
ンチ レー シ ョ ンの 発 生 回 数 が ほ か
壊 とな る。 これ は,KPLに
は 難 燃 剤 が 含 ま れて い る
の 試 料 に 比較 して 多 い が,析 出 し た炭 素 は試 料 表面 に
た め と考 え られ る。 この よ うに各 試 料 で の炭 素 析 出の
盛 上 り,遊 離 お よび 飛 散 しやす い。 従 って 析 出 され る
炭 素 が 多 い に もか か わ らず,ト ラ ッキ ング破 壊 に は な
様 相 は 異 な る。
一 般 に ,有 機 絶 縁 材 料 の耐 トラ ッキ ング性 は 材 料 固
か な か 至 らず,tgは
ンチ
有 の結 合 エ ネル ギー に影 響 され る こと(8),ま た 炭 化 生
次 いで 多 く,析 出 し た
成 物 の様 相 に よ って 導電 性 が異 な る こと(9)が報 告 され
長 くな る。PSの
レー シ ョンの発 生 回 数 はEXに
炭 素 はEX同
様 盛 上 り試料 表 面 か ら遊 離 す る が,EX
よ りそ の度 合 い は 小 さい。PCの
シ ョンの発 生 回 数 はEX,PSに
炭 素 はEX,PS同
場 合 は,シ
て お り,試 料 の 分 子 構 造 と 炭 化 の状 態 に 密 接 に関 係 す
ンチ レー
る。 本 法 で用 い た 各 試 料 に つ い て の 炭 化進 展 の機 構 に
次 いで 多 く,析 出 し た
つ いて は 明確 で は な い が,各 試 料 の 析 出 炭 素 の様 相が
様 盛上 り,試
傾 向 を示 す が,EX,PSに
KPLの
場 合 は,シ
料 表 面 か ら遊 離 す る
比 較 しそ の 度合 い が小 さい 。
場 合 は,シ ンチ レー シ ョ ンの 発 生 お よび 炭 素
異 な る ことか ら,tgは 前 節 ま で の試 料 固有 の ぬ れ が影
響 す る と い う よ り,む しろ,試 料 固有 の 炭 化 の 難 易 さ
と 析 出 さ れた 炭 素 の様 相 に影 響 さ れ,炭 素 が 析 出 し に
析 出 の面 積 は,ほ か の試 料 に 比 較 す る と最 も少 な く,線
く く,析 出炭 素 が 遊 離 しや す い試 料 ほ どtgは
状 の 炭化 路 が 電 極 軸方 向 に沿 って 伸 び る 傾 向 を示 す。
る も の と考 え られ る。
しか し,炭 化 路 が 電 極 間 を 橋絡 して も直 ち に トラ ッキ
<30>
<3・3>
トラ ッキ ング破 壊 時 間(tl)
長 くな
前に述べた
99巻3号
127
トラ ッキ ング破 壊 時 間tl=td+tc+tgに
お い て,さ
に 得 られ たtd(5)とtcお
よ びtgと
を 求 め た 結 果 を 第20図
に示 す 。 印加 電圧600V以
き
か ら,各 試 料 のtl
下
霧 に よ る有 機材 料 表 面 の トラ ッキ ング
加 電 圧600,1,000Vの
場 合 に は タ ング ス テ ン電 極近
傍 で 生 じる。
(3)
tcは 印 加電 圧 に よ って 異 な り,印
加電圧
の 場 合,各 試 料 に おけ るtl,は,EX>PC≒PS>KPL
600V以下
と な り,印 加電圧1,000Vで
水 滴 の接 触 角 の大 き さ と対応 す る こと よ り,試 料 固有
はEX>PC>PS≧KPL
とな る。
の 場 合 に はEX>PC≧PS>KPLと
な り,
の ぬ れの 相 違 に よる放 電 の試 料 表面 へ の 接 近 の 状 態
本 法 で の トラ ッキ ング破壞 に 至 る 過程 は,[電 圧 印 加
に影 響 され る。
印 加 電 圧1,000Vの
場 合 に はPC
(噴 霧開 始)→ 放 電 開 始→ 炭 化 開 始→ 炭 化 の進 展→ トラ
>KPL>EX>PSと
ッキ ング破 壊]と
開 始す る時 間 と対 応 す る こ とか ら,放 電 の 熱 エ ネル ギ
ー に よ る試 料 固 有 の 炭化 の難 易 さに影 響 され る。
な り,ト ラ ッキ ング 破 壊はtd,tc,
tgの 各 要因 の 複 合 され た 結 果 とな る。
印 加電 圧600V以
対 応 す るが,t0と
下 の 場 合,tlはtd,tcに比
較的
は対 応 して い な い 。 従 って 印加 電 圧
(4)
な り,耐 ア ー ク性 試験 で の炭 化 の
t0はEX>PS>KPL>PCな
る関 係 が 存 在
し,各 試 料 での析 出 炭 素 の様 相 は 異 な る。炭 素 が 析 出
が 比 較 的低 く,炭 化が 電 極 間 に 形 成 され た 乾 燥 帯 間 で
しに く く,析 出炭 素 が 飛散 しや す い 試 料 ほ どt0は
生 じる場 合,試 料 固有 の 炭化 の進 展 の難易 さだ け で な
くな る。
く,炭 化 開 始 前 の 試 料 固有 の ぬ れ の相 違 を 考 慮 す る必
(5)
tlは 試 料 固 有 の ぬ れ の相違,炭
長
素析 出の 難 易
要 が あ る もの と考 え られ る。
一 方 ,印 加電 圧1000vの
場 合,tlはtd,tc,tg
さお よ び析 出炭 素 珍 様相 に よ り影 響 され,接 触 角 が大
の いず れ と も明 確 な対 応 性 は認 め ら れ ない 。 この 場 合
る。
印 加 電 圧600V以
き く,更 に炭 素 が 析 出,進 展 しに くい試 料 ほ ど長 くな
下 と異 な る の は,炭 化開 始 が 電 極 間
最 後 に,本研究
を 進 め る に あた り,有 益 な ご助 言 を
を 橋 絡す る放 電 に よ って生 じる こと で あ る。 従 って,
い た だ い た電 力 中央研 究 所 新 田義 孝博 士,本 学 教 育学
この場 合,放 電 に よ る試 料固 有 の 炭化 の難 易 さ も考 慮
部 助 教 授 梶 川正 弘 博 士,実 験 に協 力 下 され た本 学 電 気
す る必 要 が あ る もの と考 え られ る。
工 学 科高 橋 重雄 技 官,大 学 院研 究 生 佐 藤 英 信君,学
以 上 の 結 果 よ り,本 法に よ るtlに は,(i)電
極間
部 学 生 高 矯 昌君 に 深 く感 謝 す る。 更 に超 音波 加 湿 器
内に 乾 燥帯 が 形 成 され,そ こで 炭 化 が生 じる場 合,試 料
を提 供 下 され た東 京 電 気 化学 工 業(株),試
料 を提 供 下
固 有 の ぬ れ の相 違 と炭 化 の 進 展 状態 が 影 響 し,(ii)放
さ れた 東 芝 ケ ミカル(株),三
電 が電 極間 を 橋 絡 し炭化 が 生 じ る場合,試 料固 有 の ぬ
(株)の 関 係 各位 に厚 くお礼申 し上げ る。 な お,本 研 究
菱電 機(株),帝
人化成
れ の相 違 と,放 電 に よ る炭素 析 出 の難 易 さ お よび 炭 化
の一 部 は 文 部省 科 学 研 究 費(奨 励研 究)の 援 助 の 下 で
の進 展状 態 の いず れ も が 影 響 す る。 従 って,接 触 角
行 な ったこ と を付 記 して 感 謝 の意 を 表 しま す。
が 大 き く,更 に 炭 素 が 析 出,進 展 しに くい試 料 ほ どtl
(昭和53年2月20日
受 付,同53年9月27日
再受 付)
は長 くな る。
文
4.
む す
(1)
超 音波 加 湿器 に よ って発 生 した 霧 を用 い,エポ
樹 脂(EX),ポ
(PS),紙
リカー ボ ネー ト(PC),ポ
リス チ レ ン
基材 フェ ノー ル樹 脂 積 層 板(KPL)の4種
試
例 え ば,能
料表 面 に お け る 炭 化開 始 時 間tc,炭
トラ ッキ ング破 壊 時間tlに
(2) 例
(3)
え ば,川
T.
C.
Cheng,
Draft
(5)
吉村
(6)
昭54-3
C.
water
repellant
IEEE
Trans.
Appendix
690(昭43)
Jolly
to
&
D. J. King:"Surface
insulators
Elect.
of
for
場 合 に は,電 極 間 で そ
(8)
各 々 の試 料の 炭 化 開 始 は,印 加電 圧300vお
L.
Douglas
the
Seventh
32
C
&
ト ラ ッ キ ン グ性
R.
of
M.
method
of
Resistance
試 験 法 の動
Scarisbrik:"Recent
electrical
Electrical
向」,電
学
insulation",
Insulation
research
Proceedings
Conference,
IEEE
of
pub.
79-41(1967)
Billings,
2,131(1967)
<31>
ARC
86,843(昭43)
tracking
polymeric
場 合に は電 極 間 中央 部 の 乾 燥 帯 間 で,印
scantiard
Electrical Insulating Materiais(1961)
on
No.
面 の ぬ れ と そ
物 誌47(昭53-6)
Low-Current
トラ ッキ ング 現象 と耐
J.
con-
EI-12,208(1977)
霧 に よ る有 機 絶 縁 材料表
high-voltage",
技 報(I部),No.
ング ス テ ン棒 電 極 と水 膜 間 に 形成 さ れた
Insul.
moist
IEC pub. 112(1962-11)
・能 登:「
Solid
Flash-
under
Designation:"D495-61,
test
(9) M. J.
よ び400Vの
D.
・西田
ASTM
(7) 「
れ ぞ れ放 電は発 生 す る。
(2)
of
(4)
極 間中 央
部 の 水膜 間 に形 成 され た 乾 燥 帯 間,印 加電 圧600Vの
乾 燥 帯 間,印 加 電 圧1,000Vの
高 分 子 お よ び ガ ラ ス の 水 蒸 気吸 着 と濡 れ に
試 研 報No.
の 放 電 開 始 に お よ ぼ す 影 響」,応
各 々 の試 料 の 放 電 形 態 は 印 加電圧 に よって 異
場合 に は,タ
崎:「
ditions",
た 結 果 を列 挙す る と次 の とお りで あ る。
場 合には,電
最 近 の 絶 縁 材 料 試 験 法 」,電 学 誌88,802(昭
関 す る 研 究」,電
化 の 進 展 時間tg,
つ い て 検 討 した 。 得 ら れ
な り,印 加電 圧300,400vの
登:「
43-5)
キシ
over
(1)
献
び
A.
Smith
insulation",
&
IEEE
R.
Wilkins:"Tracking
Trans.
Elect.
in
Insul,
EI-