放電に関する資料-2

有機絶縁物においては、微少放電によって材料の一. 部が熱分解し、炭素が表面遊離して導電路を形成する. こと
がある(トラッキング)。 ..... (社)日本配電盤工業会技術資料 JSIA­T1015「キュービクル式高圧受電設備の事
故とその対策事例」
有機化合物とは炭素(C)を成分に持っている物
関西電気保安協会事故例
秋晴れの朝、ある事務所ビルに月次点検にお伺いした時のことです。
いつものようにお客さま連絡責任者の方に挨拶をし、「先日の台風
で被害等はありませんでしたか」などお聞きした後、受電設備点検
のため屋上に設置されているキュービクルの扉を開けたときです。
「あっ、いつもと違うぞっ」、という感覚を体に感じるのがわかり
ました。
変な臭いが鼻をついたのです。これはどこかで放電現象が起こって
いるのではないか、頭の中に緊張が走るのを落ち着かせながら一呼
吸おいてキュービクル内を観察したところ、LBS(高圧交流負荷開
閉器)周辺からジージーという音がかすかに発っしているのがわか
りました。
これは大変なことだと思い、異常箇所をはっきりさせるために協会
事務所に連絡を入れてウルトラホン(放電している箇所を探査する
測定器)を届けてもらい探査したところ、LBS の電源側端子部で放
電していることが判明しました。それも要注意レベルを大きく超え
るまで針が指すほどの強いものでした。
至急停電して点検を行う必要があると判断した私は連絡責任者の方にその旨の説明と了解を頂くとともに、場
合によっては LBS を取替える必要があると考え緊急事故対応用の LBS の手配と作業者の応援依頼をしておき、
昼休み前でまだ営業時間中ではありましたが停電しての原因調査を実施させていただくことになりました。
あせる気持ちを抑えて停電操作を終え、まず LBS 電源側を点検すると絶縁サポートに沿面放電の痕跡があり、
絶縁抵抗測定(当協会は 10kV で良否判断を行う絶縁抵抗計を使用しています)を実施しましたが、LBS の
絶縁がかなり悪く0メグオームに近い数値であったため事故対応品の LBS に取替えて無事送電を終えること
が出来ました。
経年により絶縁低下していたところ、台風の影響もあり急激に絶縁が劣化したものと思われます。
発見が遅ければ波及事故に発展しかねない状況なだけにお客さまの協力のもと迅速な処置ができたこと、そし
てお客さまから感謝をいただいたことに嬉しい思いをいたしました。私たちは月次点検において普段の使用状
態での電気設備の点検を実施しております。これからも小さな変化も見逃すことなくお客さま設備の電気保安
に取り組んでいきたいと思っております。
非持続放電
暗流(暗電流)
大気中で対向する電極に電圧を印加すると、電極間に形成される電界による、電極からの電子放出やイオン生
成が行われない状態であっても、宇宙線や自然放射能由来の放射線などによる気体分子の電離によるきわめ
て微弱な電流が流れる。これを暗流と呼ぶ。なお、大気中において通常自然に発生する荷電粒子の数は 10-20
個/cm3・s 程度で、通常大気中ではこの電離により 1000-2000 対/cm3 程度の正負イオン対が存在する。電極に
印加する電圧を上昇させるとともに順次これらの荷電粒子が電極に捕捉されるようになる。一定の電圧をこえる
と電極間に発生する全ての荷電粒子が電極に捕えられ、電極に印加する電圧に関わらず一定の電流が流れる
ようになる。この時の電流の値は、10-17A/cm2 程度である。
持続放電
火花放電
火花放電(フラッシオーバ、絶縁破壊あるいは全路破壊)は、電圧がある限界をこえると、電極間に火花が観察
される現象で、不連続な過渡的現象の場合を指す。
電極間に印加する電圧を上げると、電極間に存在する気体分子が高電圧によって加速された電子と衝突して電
離し(α作用と呼ぶ)、また、電離によって生成された正イオンが負極に衝突する際に起こる二次電子放出によ
り負極より電子が電極間の空間に供給される(γ作用と呼ぶ)ようになる。これらの二つの作用により生成される
荷電粒子の量が、両電極あるいは周囲の空間へと失われる量よりも多いと、電極間に流れる荷電粒子の量は
なだれ的に増加し、電極間には大電流が流れるようになることで起こる。
火花放電が継続的に流れるとグロー放電あるいはアーク放電となる。放電路の発光は放電ギャップ全長で認め
られる。雷は帯電した積乱雲内あるいは大地間に発生する大規模な火花放電である。通常、気体あるいは沿面
放電の場合をフラッシオーバ、液体、固体、真空の場合を絶縁破壊の語を用いる。
コロナ放電(局部破壊放電)
コロナ放電は尖った電極(針電極)の周りに不均一な電界が生じることにより起こる持続的な放電の総称。この
際、針電極周辺に認められる発光部をコロナと呼ぶ。コロナ放電によって流れる電流は小さく、数μA 程度であ
る。気体中にイオンを増加させることができるので集塵機などに応用されている。放電路の発光は電界の集中
する針電極周囲に限定して認められる。火花放電においても、主放電路形成に先だって認められる。
コロナの状態は針電極の極性と電極間にかける電位差により状態が変化する。特に正極側の針電極に発生す
るものを正針コロナ(正極性コロナあるいは正性コロナ)、負極の物を負針コロナ(負極性コロナあるいは負性コ
ロナ)と呼ぶ。
針対平板ギャップにおけるコロナ放電の状態は次の通り。 正針コロナ(針電極を陽極とした場合のコロナ)は電
極間に架かる電圧の上昇とともに電極端部に密着したグローコロナ(膜状コロナとも)から音(コロナ音)を伴うブ
ラシ状を経て払子状となり、全路破壊に至る。グローコロナが間欠的なものから持続的なものに変化する過程で
短い(1mm 程度)ストリーマ状(繊維状)の放電を伴う。払子コロナ(ストリーマコロナ)はストリーマが多数集まっ
て成長したものである。払子コロナが対向平板電極に達すると全路破壊となり火花放電を生じる。ブラシコロナ
はギャップ長が短い(15cm 以下)場合形成されず払子コロナに移行する。
負針コロナは正針コロナに比べ低い電圧で形成される。ストリーマを伴うグローコロナが形成されるが、正針コロ
ナと異なり大きく成長する事はなく、グローコロナのまま全路破壊に至る。全路破壊に至る電圧は、ギャップ長が
長い(3cm 以上)場合正針コロナの場合よりも高くなる。
針対針ギャップの場合、払子コロナの形成は認められず、グローコロナとブラシコロナが認められる。大気中で
ギャップ長が 10cm 以下の場合、ブラシコロナの形成も無く全路破壊に至る。
高周波(10MHz 以上)による放電の場合、電極間容量の充放電のため、全路破壊に至ること無く電極間に大き
な電流(直流のコロナ放電の場合の 100~1,000 倍程度)が流れる。このため、コロナ部分の電子・イオン密度が
非常に高く、温度も数千℃に達し、コロナの形状も大きく火炎状になる。これを火炎コロナと呼ぶ。
グロー放電
グロー放電は低圧の気体中の持続的な放電現象である。電極間空間への荷電粒子供給が、正イオンの負極へ
の衝突の際に起こる二次電子放出(γ作用)と負極・正極間を移動する電子による気体分子の電離(α作用)に
よるものである。電流が増加するとアーク放電に遷移する。放電管に封入されたガスの種類によって、いろいろ
な色に発光する。
放電の構造は気体の種類、圧力、放電管の形状などにより変化する。陰極側から並べて、陰極降下部(アストン
暗部、陰極グロー(陰極層)、クルックス暗部(陰極暗部)からなる。陰極グローが複数層認められる場合もある)、
負グロー、ファラデー暗部、陽光柱、陽極グロー、陽極暗部などの構造が認められる。
アーク放電
アーク放電は電極からの電子の放出が前述のγ作用以外のものが主となる放電の形態で、放電の最終形態と
なっている。照明ランプや、アーク溶接に利用され、たとえば、蛍光灯においては、低気圧水銀蒸気中における
熱陰極アークが利用されている。
アーク放電は負極からの電子放出の形態により、負極の加熱により起こる熱電子放出による熱陰極アークと、
負極表面に存在する非常に強い電界により直接電子が放出され(電界放出あるいは冷電子放出と呼ぶ)る冷陰
極アーク(電界アークとも呼ばれる)に分れ、負極が炭素・タングステンなどの高沸点材の場合は熱陰極アーク、
鉄・銅・水銀などの低沸点材の場合は冷陰極アークになるとされるが、不明な点も多い。
また、放電路における気体分子の電離も電極間の気体圧力により異なり、低圧の場合はグロー放電同様α作
用によるが、高圧では熱電離が主となる。
沿面放電
気体、あるいは液体中の放電ギャップの間に絶縁体(誘電体)が存在する場合、コロナ放電あるいは火花放電
では絶縁物の表面に沿って樹枝状の放電路が形成される。この様な放電を沿面放電と呼ぶ。沿面放電による
火花放電の場合、絶縁体表面の変質を伴わないものをフラッシオーバ、伴うものをトラッキングと呼び区別して
いる。
絶縁体表面に樹脂・鉛丹粉末を附着させコロナ放電を起こさせると放電路の形状を記録することが出来る。これ
を粉末図形と呼ぶ。また、絶縁体表面に感光乳剤あるいは写真乾板を載せることでも記録できる。この場合の
記録図形をリヒテンベルグ像と呼ぶ。リヒテンベルグ像のうちコロナ放電によるものをクリドノグラフと言い、記録
図形は電極に印加された電圧にのみ依存するため、雷等予測不可能な異常電圧を簡易に記録する方法として
利用されている。