誠一・田畑季章 沓沢俊雄・赤上陽出男．

−53−

誘電体面の気中放電におよぼす影響

（電流制限抵抗の影響）

長谷lll 誠一・田畑季章 沓沢俊雄・赤上陽出男．

TheEffectofDielectricSurfaceintheAirBreakdown (ontheeffectofthevariationinthecurrent limitresistances)

SeiichiHAsEGAwA,ToshiakiTAHATA ToshioKuTsuzAwA,HideoAKAGAMI

（昭和55年10月31日受理）

Theauthourshavealreadyreportedontheairbreakdownphenomenaintheneedle‑

plateelectrodes,placedonthedielectricsurface.

Thisairbreakdownisinfluencedbytheairrelativehumidityandconditionsofelect‑

rodesgaplength.

Inthispaper, theresultsoftheexperimentontheeffectofthecurrentlimitresistance

onthisairbreakdownarereported

ま えがき 実験を行ない，検討を加えた。

1 ．

たとえば長幹がいしなどのような背後電極を有し ない， 同一誘遮体面上における商用周波電圧におけ

筆者らはこの現象を解明するためこれをモデル化

し， くもりガラス面における針対平板の非対称電極 の放電現象について基礎的な研究を行なってきた。

前報')において針電極を誘電体面から空気中に浮か

した場合，大気相対湿度が高い場合のフラ､ソシオー パ電圧はその水平ギャップ°長Gにおける沿面フラッ

シオーバ電圧にほぼ一致する領域が存在することを 報告した。 またこの領域においては印加電圧の上昇 にともない，正針時において針電極から誘電体面を はって平板電極に向かうストリーマ状コロナが安定 に発生し， このコロナ電流の増大を経てフラッシオ ーパに至る。 この電極配置のもとでは正のストリー マ状コロナの定在性がフラッシオーパ電圧を大きく 支配する。今回は放電電流の制限抵抗の大きさがフ ラッシオーバ電圧特性におよぼす影響を調べる目的 で制限抵抗，大気相対湿度等の種々の条件のもとで

2． 実験方法

電極および電極配置は前報')と同様で，誘電体と しては市販のくもりガラス（300×200×2mm) を用 い， そのくもり面を放電面としてその一方に銅製半 円板電極（半径60mm,厚さ1.2rmn)を密着し， こ れを接地した。針電極としてはその先端を半球状に 研磨した3.5rmndのタングステン線を用い， その針

端から半円板電極端までの水平ギャップ長Gおよび 針電極を誘電体面から浮かした垂直高さHを自由に

0.9m3の調湿槽に収納し実験を行なった。実験に使 用した試験用変圧器は容量10kVA,電圧200V/100

験を行なった。

3． 実験結果と考察

3． 1 沿面フラツシオーバ電圧特性

前述の電極配置のもとで針電極を誘電体面上で平

板電極と対向させた場合， すなおち針対平板電極の

*秋田大学鉱山学部電気工学科教授

昭和56年2月

I

止

■

−54−

｜

長谷川誠一・田畑季章・沓沢俊雄・赤上陽出男

50

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0 1 2 3 4 5 6 7 8

水平ギャップ長G(cm)

沿面フラッシオーバ電圧特性

水､ドギャ.ソプ災G(cm)

第2図沿面フラツシオーバ電圧特性

第1図

誘電体面上における沿面フラッシオーバ電圧特性を 第1図および第2図に示した。 これは大気相対湿度

が高い場合と低い場合の例として， それぞれ湿度が 85±5％， 60士5％の場合のフラッシオーパ電圧特

高湿の場合， フラッシオーバ電圧が低湿の場合よ り低くなり，制限抵抗が小さくなるにともなってそ の低下の度合が大きい。 この場合誘電体面は吸湿し た水分により著しく導電的となるため，誘電体面を 流れる漏れ電流も10rnA前後に達し，印加電圧の上 昇過程において蒸発，乾燥する。その乾燥の進み方 は制限抵抗が小さい場合は急速で，漏れ電流の集中 する針電極附近では局部的な乾燥が進行する。 また 印加電圧の上昇によって， その部分にスポット状の 発光部が形成されるのがみられ， この瞬間フラツシ オーパへ移行する例が多い。 これに対し制限抵抗が 大きい場合は漏れ電流は前者より小さく，印加電圧 の上昇過程における誘電体面の水分の乾燥状態は針 電極と平板電極間の誘電体面全般にわたり， フラツ

シオーパ時点ではほぼ均一に乾燥した状態になって いる。 したがって制限抵抗が大きい場合のフラッシ オーバ電圧は大気相対湿度の影響が少ないことになる。

低湿の場合，針電極と平板電極間の誘電体面の漏 れ抵抗が高湿の場合に比べて大きいので漏れ電流も

小さい。印加電圧を上昇するにしたがい，針甑極か ら誘電体面に向かってさかんにコロナが展開する。

このコロナ電流は正針時， 負針時とも流れ， この電 流の増大を経てフラッシオーバに至る。 また制限抵

制限抵抗1000kg

ｷII対湿度85±5%

40

〃

含ど出細てＩ楡八︽・小卜

30

〆

20

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8

水平ギャップ･長G(cm)

第3図浮かした場合のフラッシオーバ電圧特性

秋田高専研究紀要第16号

I

−55−

誘誕体面の気中放祗におよぼす影響(祗流制限抵抗の影響）

ナ電流による乾燥と大気からの吸湿の繰り返しによ るものである&）

これに対し制限抵抗を変圧器保護抵抗程度の100kg

わちフラ､ソシオーバ電圧特性には水平ギャップ長の

､ソプ長を地大してもほぼ一定となる。そしてこのフ ラ.ソシオーバ電圧の最低値は制限抵抗が大きい場合 の正ストリーマ状コロナの開始電圧に一致している3 沿面フラ､ソシオーパ電圧はギャップ・長に対して直線 的に上昇するので，本実験の範囲では針電極を浮か した高さが小さい場合，水平ギヤ､ソプ長が大きい範 囲ではそのフラッシオーパ電圧が沿面フラッシオー バ電圧より低くなる。 したがってこのような水平ギ ャップ．長においては，制限抵抗の小さい場合のフラ

・ソシオーバ電圧は制限抵抗の大きい場合よ!)著しく 低下する。 またフラ､ソシオーバに至る過程において，

制限抵抗が1000kgの場合のような正ストリーマ状コ ロナの著しい進展は認められない。第5図に示した

G=3.0cmH=l.0cm

抗の大きざがフラッシオーバ電圧におよぼす影響は

少なく，水平ギヤ.ソプ長の大きい範囲で制限抵抗の 大きい場合のフラッシオーバ"圧が抵抗の小さい場 合のそれよ')，やや高くなる罹度である。

3． 2針遍極を浮かした潮合のフラッシオーバ電 圧特性

第3図および第4図に商湿の場合の例として、大 気相対湿度が85±5％におけるフラッシオーバ電圧 特性を制限抵抗が1000kgの場合と100kgの場合に ついて示した。

制限抵抗が1000kgの場合、水平ギャップ長があ

かしても， フラ.ソシオーパ瓶庄がその水平ギャップ 長Gにおける沿面フラ･ソシオーパ砥圧にほぼ一致す

時においてストリーマ状コロナが針電極直下附近か ら平板砥極に向かって誘魎体面をはって橋絡する。

フラ･ソシオーバ時の火花の形態も同様に誘電体面の 一部をはって棚絡する。 この正ストリーマ状コロナ

砥流であるが,印加電圧の上昇.にともなって数lOld‑Iz の繰り返しで発生するようにな!)波高値も蛸大する。

ざらに印加電圧を上昇すると第5図に示したような 波高値が数mA程度の基底をもった電流にパルスが

電流は連続して各サイクルごとに流れるのではなく，

間欠的にあらわれる。 この間欠性は誘電体面のコロ

ラ､ソシォーパ

40 4

制限抵抗100kg

*II対湿度85±5%

30 (a)制限抵抗1000kgの場合

︵シど出總てｌ検八手トト

H:3.0

ラッシォーパ

H:2.0

20

H: 1.0 10

RH:0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

(b)制限抵抗100kgの場合

第5図フラツシオーバ近傍の電圧電流波形

水､ドギャ･ソフ°長G(cm)

第4図浮かした場合のフラッシオーバ電圧特性

昭和56年2月

止

長谷川誠一・田畑季章・沓沢俊雄・赤上陽出男

ｷII吋湿度85 5%

H=l.0cm

ｷII対湿liE85‑+5@〃

II=2.0cm 4（

40

一ンど当国事へｌ横へ︽．炉卜 二､／

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1 2 3 4 5 6 7 8

ノk,Iえギヤ･ソブ災(̲)(cm)

制限抵抗をパラメータにとった

フラッシオーバ電圧特性 fll吋湿度85±5%

H=3.()cm

0 1 2 3 4 5 6 7 8

ノk平ギヤ.ソプ良G(cm)

第6図制限抵抗をパラメータにとった

フラツシオーバ電圧特性

ようにフラッシオーバ近傍においてコロナ電流は前 者よ,)著しく小さく，印加電圧の最大値附近におい

て直ちにフラ･ソシオーノくへ移行している。

次に制限抵抗を′ぐうメータとした高湿状態のフラ

浮かした高ざの場合において，水平ギヤ.ソプ長が小 さい範囲ではフラッシオーバ電圧は水平ギャップ長 に関係なく， ほぼ一定となる。 このフラッシオーバ

圧は水平ギャップ長の増大にともない上昇する。た

これに対し制限抵抗が200k", 100kpと小さい場合の フラ､ソシオーバ電圧は，水平ギャップ。長の効果があ らわれないで， ほぼ一定値をとド) ，前者の場合と顕 著な差異を示している。 しかし浮かした高さが大き くなるのにともなって，制限抵抗が1000k"の場合を 除いては，水平ギャップ°長を増加しても， フラッシ

第7図

0 4

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︿シご蜑廻夢へｌ栢八誌．トト

3

20

1 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

水平ギャップ°長G(cm) 第8図制限抵抗をパラメータにとった

フラッシオーバ電圧特性 オーバ電圧はほとんど上昇しない。

第9図および第10図に大気相対湿度が60±5％に おけるフラッシオーバ電圧特￨生を制限抵抗が100kg の場合と1000kgの場合について示した。制限抵抗の

大小にかかわらず， フラッシオーパ電圧特性は沿面

秋田高専研究紀要第16号

』

−57−

沸迩体面の気中放電におよぼす影響(電流制限抵抗の影稗）

制限抵抗1000kg 制限抵抗lOOkg

ｷ1I吋湿IX60±5%

50

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0 1 2 3 4 5 6

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水平ギヤ･ソプ長G(cm)

第10図浮かした場合のフラッシオーバ電圧特性

ノk,ドギャ･ソフ･12G(cm)

浮かした場合のフラツシオーバ電圧特性

第9図

おいて制限抵抗の影響が大きくあらわれる。すなわ ち，制限抵抗が小さくなるのにともなってフラッシ オーバ電圧は低下する。

2） 針電極を浮かした場合，低湿時においては制 限抵抗の影響は少ない。そのフラッシオーバ電圧特 性は沿面フラッシオーバ電圧に収束するような形で，

水平ギャップ。長の増大にともなって上昇する。

3） 針電極を浮かした場合，高湿時においては制 限抵抗の影響が顕著にあらわれる。

制限抵抗が大きい場合，水平ギャップ長がある大

きさ以上になると，針電極を浮かしてもそのフラッ

一方，制限抵抗が小さい場合のフラッシオーパ電 圧は，水平ギャップ°長に無関係にほぼ−定値をとり，

その最低値は正ストリーマ状コロナの開始電圧に一

致する。

ヤッフ°長の埆大にともなって上昇.する。 この場合，

正ストリーマ状コロナの発生はみられず， その開始 電圧とフラ.ソシオーバ電圧がほぼ一致しているとみ

抗1000kgにおけるフラッシオーバ電圧が100kgにお

合のようなきわだった差異はみられない。

以上のことから針電極を浮かした場合，沿面の場 合と異なり高湿状態で誘瓶体面が吸湿した水分によ

って導電的となっていても，放電空間があるため漏 れ電流が制限される:） したがって誘電体面の漏れ電 流による乾燥効果は小さい。 このため制限抵抗が大 きい場合は正ストリーマ状コロナが発生する。 しか

,ロナの開始時点でフラ､ソシオーパヘ移行することに なる。

参考文献

4． ま と め

1) 長谷川，沓沢，赤上：誘電体面の気中放電に およぼす影響：秋田高専紀要第8号： 1973 2） 長谷川， 田畑，沓沢，赤上：電気関係学会東

北支部連大(1C‑12) : 1979

以上の結果から同一誘電体面上にあい対した針対

平板電極放電に制限抵抗がおよぼす影響について要 約すると次のように摘記することができる。

1） 沿面フラッシオーパ電圧については高湿時に

昭和56年2月