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【電験完全攻略】部分放電(コロナ放電)から絶縁破壊(水トリ―)に繋がるまでの話

部分放電を調べるとCVケーブルが検索される理由

2019年6月18日追記
「リンク先の更新および論文の追加をした。」

 

はじめに

まず「部分放電とは何か」といった話からしたいと思う。


部分放電は電気の仕事をしている方にとっては、とても身近な用語である。



コロナ放電という言葉もあるが、2つの言葉に違いはない。

部分放電の定義から見ていこう。


「気体内で二電極間の電圧を高めたとき,電極間の電場が一様でない場合に火花放電が起こる前に現れる発光放電」


「電極の先端など電場の強い部分付近の気体が電離し,局部的に電流が流れ発光する現象」(コロナは陽極では低電圧で電極をつつむ膜状(グロー放電),火花電圧に近づくにつれて明滅する樹枝状(ブラシ放電)となる。)


気体中の放電の一形態で金属電極突端などに生ずる局部的な放電」※コロナは冠crownと同義語で電極に冠をつけた形,あるいは太陽のコロナとの類似から名付けられた。電極間に電圧を加えていくと,まずコロナ放電が発生し電圧の上昇とともにこれが発達して電極間を結ぶ火花放電に至る場合と,コロナを経由せずに直ちに火花が発生する場合がある。一般に電極近くの電界が強く電極から離れると弱くなる不平等電界の場合にコロナが発生する。

 


なお、これらは論文や企業研究の文献の中でも特に分かりやすい文を引用したものである。

要約すると、言葉の通り「局部的な放電」だということだ。その原因は「電界の集中」にあるということ。

 

部分放電の何が悪いのか

では、部分放電がどんな影響があって、嫌われているか説明していく。


部分放電は、尖った部分に発生しやすい。電界が集中するからだ。そのため、素材にくぼみのようなものが形成されると、そこの角に放電が集中するので、より放電が起こりやすい環境になる。


つまり、素材に傷があったりすると、くぼみの先端の電界が高まりやすいので部分的な放電に注意しなくてはいけないのだ。


部分放電の起こる原因は理解した。では、部分放電がどんな影響をもたらすのかご存じだろうか。

これは、知られていることのようで、意外に知られていない知識だ。


部分放電が一度だけであれば、あまり影響がないことが多いものの

①イオン及びイオンの衝突が加熱、腐食、化学反応(重合・ひび割れ・気化)を引き起こす

②イオン化された気体中で新たな化合物が発生させる

③紫外線または軟X線を発生させる


といった影響がある。


しかも、部分放電というのは繰り返し起こる現象。それが故に、素材の表面に傷を作ってしまうことが多々あるのだ。

 

部分放電は絶縁物に水トリ―を引き起こす?!

 

そうすると、絶縁物に傷が入り、樹枝状(トリー状)の絶縁破壊が発生してしまう。

いったんトリー(樹枝状の破壊痕跡)が発生すると、そこに空気層が出来てしまうので、そこにも部分放電が発生し、絶縁のヒビはどんどん深くなっていく。

 

この図が分かりやすい。

f:id:denken_1:20190607072019g:plain

 

「短絡」「地絡」といった現象に繋がってしまう。

ネット上で、電動機のトラブルを検索するだけでも無数に挙がってくる。

 

絶縁破壊のトラブル

昔は電動機の絶縁診断をしていなかった。

絶縁診断が注目されたのは、トラブルがきっかけだった。



電動機メーカーでは有名なトラブルとしては「相間短絡」だろう。

誘導電動機の固定子スロットのくさびの押さえ付けが弱くて、ワニス(絶縁材)が抜け出し、ムラが生じたことで、巻線コイルに部分放電が起こり、相間短絡が過去起こった。

 

また、ケーブルや絶縁コイルをぶつけたりすると、絶縁体に小さな傷が生じてしまい、そこに電界集中し、部分放電が起こったりもする。

回転子のローター挿入時も「ぶつけ注意」だ。コイルエンドの部分をぶつけてしまい、運転開始後、数ヶ月経って、短絡や地絡が発生したケースは多い。

 

分かりやすいサイト

短時間で、いい知識が得られるのでオススメだ。

検索すると、大量の情報があって、時間が食うが、ここから直接アクセスしてしまえば、そこまで時間はかからない。

一読しておくと、一気に強くなる。

 

①日立産機システム
「部分放電(コロナ)試験とはどのようなものですか?」

faq.hitachi-ies.co.jp

 

②kikusui 技術資料
「部分放電試験について」

https://www.kikusui.co.jp/catalog/pdf/files/1999/kik99_69_data_partial.pdf

 

③三重大学大学院 研究資料
「微小空隙における部分放電現象の研究」
こちらはPDFで検索できる。


④東芝論文
「発電機のオンライン絶縁技術」

https://www.toshiba.co.jp/tech/review/2008/04/63_04pdf/f05.pdf



⑤一般論文
「部分放電検出方法および検出装置の開発」
http://nissin.jp/technical/technicalreport/pdf/2010-134/2010-134-12.pdf


⑥一般論文
「巻線の部分放電現象に関する研究」
https://www.furukawa.co.jp/jiho/fj133/fj133_04.pdf

 

 

まとめ

「部分放電(コロナ放電)から絶縁破壊(水トリ―)に繋がるまでの話」はどうだったでしょうか。

電験の勉強でもありますが、すごく印象に残ったのではないでしょうか??


電験の情報に加え、論文やメーカー資料についても触れたので、情報量は多かったもののきっちりイメージできるようになったかと思います。


「部分放電」という言葉は「変圧器の絶縁油劣化に関する問題」でも扱われる言葉なので、きっちりと現象の意味を覚えておきましょう。

 

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strategy.macodenken.com