電気絶縁材料に関する記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。…
電力 第14問
電気絶縁材料に関する記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
- (1)気体絶縁材料は,液体,固体絶縁材料と比較して,一般に電気抵抗率及び誘電率が低いため,固体絶縁材料内部にボイド(空隙,空洞)が含まれると,ボイド部での電界強度が高められやすい。
- (2)気体絶縁材料は,液体,固体絶縁材料と比較して,一般に絶縁破壊強度が低いが,気圧を高めるか,真空状態とすることで絶縁破壊強度を高めることができる性質がある。
- (3)内部にボイドを含んだ固体絶縁材料では,固体絶縁材料の絶縁破壊が生じなくても,ボイド内の気体が絶縁破壊することで部分放電が発生する場合がある。
- (4)固体絶縁材料は,熱や電界,機械的応力などが長時間加えられることによって,固体絶縁材料内部に微小なボイドが形成されて,部分放電が発生する場合がある。
- (5)固体絶縁材料内部で部分放電が発生すると,短時間に固体絶縁材料の絶縁破壊が生じることはなくても,長時間にわたって部分放電が継続的又は断続的に発生することで,固体絶縁材料の絶縁破壊に至る場合がある。
正答 (1)
正答は (1)。
【誤りの選択肢 (1)】
「気体絶縁材料は……一般に電気抵抗率及び誘電率が低いため」が誤りです。気体の電気抵抗率は、液体や固体の絶縁材料に比べてきわめて高い値です。空気やガスの中には自由に動ける荷電粒子がほとんどないからです。したがって「電気抵抗率が低い」という部分が誤りになります。一方、誘電率が低いことは正しく、空気の比誘電率はほぼ1 で、固体絶縁材料の2から6程度に比べて小さい値です。そして、ボイド部での電界強度が高められやすい、という結論も正しいのです。その理由は誘電率が低いことにあります。直列に重なった誘電体では、電束密度が共通になるので
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E = D ÷ ε
すなわち誘電率ε の小さい層ほど電界E が強くなります。比誘電率3 の固体の中に比誘電率1 のボイドがあれば、ボイド内の電界は周囲のおよそ3倍になります。しかもボイド内の気体は絶縁破壊強度が固体より低いので、そこで先に放電が起こります。つまり、結論と誘電率についての説明は正しく、電気抵抗率についての記述だけが誤っている、という構成です。
【正しい選択肢の確認】
(2) 気体の絶縁破壊強度は、液体や固体に比べて低い値です。
しかし、気圧を高めれば分子の密度が増えて電子の平均自由行程が短くなり、電離しにくくなるので絶縁破壊強度が上がります。逆に、真空にすれば衝突する相手そのものがなくなるので、これもまた高い絶縁破壊強度が得られます。圧力を上げる方向と下げる方向の両側に強い領域があり、その間に最も弱くなる点がある、というのがパッシェンの法則です。正しい記述です。
(3) ボイドを含む固体絶縁材料では、
固体そのものが破れていなくても、ボイド内の気体だけが絶縁破壊することがあります。これが部分放電です。正しい記述です。
(4) 製造時から存在するボイドだけでなく、
熱、電界、機械的応力が長い時間加わることによって、材料の内部に微小なボイドが新たに生じることもあります。そこから部分放電が始まります。正しい記述です。
(5) 部分放電が一度起きただけでただちに絶縁破壊に至ることは
まれですが、放電が継続的または断続的にくり返されると、その熱と荷電粒子の衝撃によってボイドの周囲が少しずつ侵食されていきます。やがて放電の跡が枝分かれして広がり(電気トリー)、最終的に全体の絶縁破壊に至ります。正しい記述です。この過程は年単位の時間をかけて進むため、部分放電の測定が絶縁診断の有力な手段になっています。
出典:令和6年度上期第三種電気主任技術者 電力科目 問14(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ
最終更新日
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