複合高分子絶縁体における電荷の蓄積および減衰特性

長野工業高等専門学校紀要第

3 6

2 0 0 2 ) 35

複合高分子絶縁体における電荷の蓄積および減衰特性

村 上 義 信   山 田 達 朗

C h a r a c t e r i s t i c s   o f   A c c u m u l a t i o n   a n d   D e c a y   o f   C h a r g e   in the Multi‑layer Insulation of Polymer

Yoshinobu MURAKAMI and Tatsuro YAMADA

Thi S paperdeal swi t h t he s pac e c har ge ac c umul at i on and dec ay att he i nt er f ac e bet ween l ow･ denS i t y･ pol yet hyl ene( LDPE)andet hyl ene･ vi nyl ac et at ec opol ymer( EVA) .whenDCvo l t agewas appl i edt ot he

S heetS PeC i men8 ,pol ar it yof8 paC eC har g eatt hei nt er f ac eagr eedwi t hi tof EVA 8 i de･The8 PaC eC har geac c umul at edatt hei nt er f ac ?wasi n j ec t edi nLDPE･Asar es u

t ,t he 8 paC eC har gequant i t yi nLDPEwasdec r e as e d.I twass ugges t edt hatt heS pac eC har gemovedf r om t hei nt er f ac et oLDPEwasneut r al i z e dbyhet er 08 paC eC har g ei nLDPE.I twasal s oC OnS i der edt hat 8 paC eC hangeatt hei nt er f ac ewoul d beS e par at ed i ti nj ec t ed f r om t hei nt er f ac eand i ton t he i nt e r f ac e.

キ ー ワー ド :複 合高分子 絶縁体 ,界面 ,空間電荷

1.は じ め に

高分子絶縁体に直流電圧を印加すると空間電荷が形 成され,内部電界が変盃 して絶縁破壊特性に影響を及 ぼす ことが知 られている

1 ) .

半導電層は電力ケーブルにおいて導体と絶縁体との間 に巻き付けられてお り,高電圧においてコロナ放電を 防止するとともに,耐電圧を上昇させる働きをしてい る.このように電力ケーブルにおいて半導電層は重要 な役割を果たしてお り,したがって,半導電電極と絶 縁体との界面が絶縁体中の空間電荷形成に与える影響 を考察することが重要になっている.

そ こで本論文では,半導電層のベース樹脂であるエ チ レン酢酸 ビニル共重合体

( E

( LDPE)

･ 本研究は,平成

1 3

日 電気工学科助手

=+ 電気工学科教授

原稿受付

20 02

5

1 7

図 1 試 料 形状

いて,パルス静電応力(

PE

EVA

2.

試 料 は 同一厚 さ

1 00L l m

LDPE

EVA(

1 0wt %)

30

50kg / c m 2

1

1 0mm

1

この試料に直流‑定電圧を印加 し

,pEA法によ り試

3 6

0 0 0 0 20 40 .6 ′0 4 つ▲ I t

tH 3JU T f )^ l!S t1 3C

ピ t!t t

ds

村上義信 ･山田達朗

1 0 0

a t i o n

200 図

2 1 5 k V

1 0分後の空呪電荷分布

EVA陰極)

よび短絡状態共に

600

1 0

1 5kV, 20kVおよび 30kV

3.

3‑ 1

図

2

LI ) PE

EVA

1 5kV印加 1 0分後の空間電荷分布を示す.同図

LDPE

,EVA

EVA

EVA

LDPE

LDPE

した.

3‑2

図

3

1 5kV印加中の空間電荷分布の時間変化

,EVA

LDPE

EVA

2 )

^{3 )}

2

LDPE

,EVA

0 0 0 0 0 0 0 0 5 4 3 2 (S

9tm 1

1 0 0

o c a t i o n

図3直流電圧

1 5 k V印加中の空間電荷の時間

00 00 00 00 5 4 3 2 (

atE TT1

100

L

ec

at i on (pm )

図4^{短絡状態での空間電荷}

^{分 布の時間変化}

(直流電圧 15kV印加 10分後に短絡)

形成がみられないのは,このことを指示 しているもの と思われる.

図

4

1 5kV印加後,短絡状態での空間電荷分

LDPE

LDPE

5に直流 1 5kV印加 1 0

600

600秒後の界面ピークが 1 0秒後の界面 ピ

LDPE

Ⅰ . DPE

LDPE

3‑3

6

横軸において

600

複合高分子絶縁体における電荷の蓄積および減衰特性

3 7

o o o o

20 40 60 80 00 ∠U 4 2 一 ■ l (

t m D Tl

^l !S U

邑htq u a U邑 S

1 0 0 I . oc a t i on

図

5 1 5 k V

1 0

6

0 00 6

2

1 b

o

)

0 品 J q u

v o l t a g C 4 I l . ^I p l 3 i c 0 a ^k t i ^V o n や S h o r t F l i r c u i t

l l l l

l ⊂亘 亘 : ] l

2

k V ; l I l l k W

運筆

3 0 0 6 0 0 9 0 0 ^{1 2 0 0}

¶me( 〜 )

図6 各電圧における界面電荷量の時間変化 圧印加中は界面に正極性空間電荷が形成されている.

また,短絡状態においては印加電圧が高いほど減衰が 大きくなっている.これは,印加電圧が高いほど界面 に蓄積される電荷量が多 く,短絡 した場合,拡散によ って減衰するためと考 え られる.

3‑4

LDPE

図

7

LDPE

LDPE

30

kV

LDPE

5

u) PE

LDPE

1 50

6

30kV

30kV

20kV

(u P1

) )( )

Ia C r

q u

0 30 0 6 00 9 0 0 1 2 00 T

ime ( S )

図7 各電圧におけるIDPE中の電荷量の時間 変化

3

1 0 1 I

(

.

tn Q a S J

0 3 0 0 6 00 9 0 0 1 2 0 0 Ti me ( S )

図

8

積 された電荷量は多 くなっているが

,20kV

短絡後は

LDPE

LDPE

LDPE

LDPE

の負電荷量よ り大きいためと考 え られる.

3‑ 5

EVA

8に各電圧にお ける EⅥ

EVA

,LDPE

EVA

30kV

EVA

30kV

5

600

38

図9 界面および界面付近の電荷形成モデル

EV A

LDPE侶V A

EⅥ

L DPE

. EV A

,EVA

LDP E

よ り体積抵抗率が低いため

5 )

EV A

9

u) P E

4.

半導電電 極 と絶縁体 との界面が絶縁体 中の空間電 荷形成 に与える影響を考察す るため,半導電層のベー ス樹脂である

EVA

LDP E

伊E

主な結論は以下の通 り.

(1) LDPE侶Ⅴ

EVA

(2)

LDP E/ EVA

LDPE

L DP E

(3)

LDP E

( 2)

EV A

参 考 文 献

1) 李 保田 高田:

以 XI RE

pp. 209‑ 21 4( 1 992)

2)Y. Suz uokiH. Mut oT. Mi z ut a miM. I e da:

n er o l eof s pa c ec ha r gei nt hee l e c t r iC a l c onduc t i o nofe t hyl e nc ‑ Vi nyl a c et a t ec opoI y m e r

" ,J o uma lofPhys i c sD:Ap pl i e dPhys i

V

ol . 20,pp. 1 053･ 1 058( 1 987)

3)

… I DPE/ EV A

l . 1 21

pp. 1 29‑ 1 35( 2001 )

4)

,Vol . 1 20 ,pp. 4571 46 3 ( 2001 )

5)

" pE/ EⅥ

pp. 767･ 772( 2001 )