JIS C 60664-4:2009 低圧系統内機器の絶縁協調―第４部：高周波電圧ストレスの考慮 | ページ 4

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C 60664-4 : 2009 (IEC 60664-4 : 2005)
放電試験回路の感度も低下する。このほかの問題として,小さな容量の結合コンデンサを使用する場合の
測定信号の区別がある。D.2.2.3.4から,最小容量はCk = C3であることが分かる。できれば,容量をCk≧
10×C3とすることが望ましい。
  結合容量に必要な値は,結合コンデンサの値と試験回路の非周期応答に必要な容量とのいずれか大きい
方の値とする[7.5.6.1の式(5)参照]。

7.6 試験結果の例

  低電圧機器用の多くの構成部品が,高周波試験電圧を用いて試験されている。一般的な結果の一例を,
D.3に示す。

8 非正弦波電圧

8.1 一般的考慮事項

  この規格では,正弦波高周波電圧が絶縁の規定値の決定及び試験に与える影響を扱っている。現実の多
くのケースでは,実際の電圧ストレスは正弦波からほど遠いものである。多くの用途で,大きく変動する
波形をもつ周期パルスがみられる。
  この場合,インパルス形状の高調波分析が必要になり,また,関連する正弦波周波数を特定することが
必要になる。
  次の考慮事項では,電圧波形が巻線絶縁における電圧分布に与える作用は考慮していない。

8.2 反復ピーク電圧

  このような電圧波形の例を,図4に示す。
                            図4−反復ピーク電圧(JIS C 60664-1参照)

8.3 高調波分析

  関連する実験 [32] では,異なる波形をもつ反復ピーク電圧の高調波分析を行っている。すべての場合
において,スペクトルの主要成分は基本波である。基本波と最も重要な第3高調波との関係は,オーバー
シュートによって大きく変化することはない。これは,強力な振動を重畳させても同様である。
  したがって,ピーク電圧の基本周波数について,空間距離,沿面距離及び固体絶縁物を設計及び試験す
ることは可能と考える。そのため,基本波の振幅をピーク値に合わせて調整することで,非正弦波電圧の
ピーク値を考慮に入れる。

8.4 規定値の決定の手順及び試験

  空間距離の規定値の決定には,非正弦波電圧のピーク値及び電圧ピークの反復周波数が関係する。空間

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距離は,同じピーク値及び周波数の正弦波電圧で設計しなければならない。マイナスのピーク値とプラス
のピーク値とが異なる場合は,両者の高い方の値を適用する。
  部分放電及び絶縁破壊は規定値の決定に関係する要素と考えられるため,沿面距離の規定値の決定の場
合にも同じことが当てはまる。
  6.3に規定したように,固体絶縁物の規定値を決定するには,一般に高周波電圧による高電圧試験が必要
になる。8.3の高調波分析から,大きな周期ピークをもつ波形の場合でも,基本波の振幅は第3高調波より
もずっと大きい。このように,正弦波試験電圧の周波数は,最高振幅をもつ成分でなければならず,通常
は基本周波数とする。しかし,正弦波試験電圧の振幅は,本来の波形のピーク値又は第1高調波の振幅の
うちの大きい方と一致しなければならない。
  基本波の振幅に対比して試験電圧がこのように上昇することは,より高次の高調波の影響を表すもので,
このことは試験中に考慮していない。
  10 MHzの最高電圧周波数の場合,電界強度がほぼ平等であって,かつ,固体絶縁物にボイド又は空げ
きが介在しなければ,試験ではなく,6.3に規定した規定値の決定の手順を適用してもよい。

――――― [JIS C 60664-4 pdf 17] ―――――

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                                          附属書A
                                          (参考)
                      高周波電圧における空間距離の絶縁性能
A.1 空間距離の絶縁破壊についての基本的情報
  空間距離の絶縁破壊は,通常,1 s未満で発生する。このような時間的尺度では,商用周波数の交流電
圧は振幅が基本的には一定の値である。例えば,50 Hzでは,振幅のピーク値の99 %以上の値が1 msの間
に収まっている。したがって,絶縁破壊に至る過程で,電圧のピーク値が絶縁破壊を誘起する。したがっ
て,この規格の適用範囲の空間距離では,交流(ピーク)絶縁破壊電圧と直流絶縁破壊電圧とが同じにな
る。
  更に高い周波数では,絶縁破壊に至るまでに,電圧のピーク値からの低下及び極性反転を考慮しなけれ
ばならない。このような作用は,絶縁破壊電圧の上昇を引き起こす。
  現在までのところ,絶縁破壊の開始時に発生するイオン(通常,プラスイオン)の作用は考慮されてこ
なかった。これらのイオンは正弦波の波頭において発生し,また通常は,半波の残りの部分の間に,これ
らのイオンが電極に移動するだけの十分な時間がある。しかし,空間距離が大きい場合又は高周波では,
イオンが空間距離から抜き取られてしまう前に極性が逆転する可能性がある。この結果,静電界にひずみ
が生じて,絶縁破壊電圧が低下する。イオンの平均速度νは,100 kPaの気圧において,式(A.1)のように
近似できる[1]。
                        v  6 102 m   (A.1)
                                 s
  正弦波の周期の1/4の時間に,イオンは式(A.2)による距離sだけ移動する[2]。
                         s   v    (A.2)
                            2 πf
  これは,f = 50 Hzの場合には1.91 mとなる。したがって,商用周波数では,この点は空間距離が非常に
大きな場合だけに関係してくる。ただし,周波数をkHz範囲まで増すと,空間距離が小さくてもこの現象
が関係してくる。
  両者の作用を重ね合わせると,3 MHzのオーダーにある一定の周波数fminに対する最小絶縁破壊電圧を
示す典型的な曲線が得られる。
A.2 実験データ
A.2.1 平等電界及び準平等電界の分布
  平等電界分布をもつ空間距離の場合,絶縁破壊電圧Ubと周波数との関係を,図A.1に示す[3]。周波数
が25 MHzのオーダーにある場合,絶縁破壊電圧は50 Hzの場合とほぼ同じになる。この図は,空間距離
の値が重要なパラメータであることも示している。
  現在使用されている周波数については,周波数の上昇に伴い絶縁破壊電圧が初期低下する範囲の方がよ
り重要である。この周波数範囲は3 MHzのオーダーであるが,図A.2でより詳細に説明する[4]。このデー
タは,この規格の適用範囲内で妥当とみなす。

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     図A.1−大気圧,平等電界及び周波数範囲50 Hz25 MHzにおける気中高周波での絶縁破壊 [3]
  結論として,平等電界条件においては,周波数に伴い絶縁破壊電圧Ubは50/60 Hzのときの値に対して
最大20 %低下する。絶縁破壊電圧の低下が起こる臨界周波数fcrit [2]は,空間距離の値によって,100 kPa
の大気圧での値である。
                              v        2.0      (A.3)
                         fcrit      fcrit MHz
                              πd      d

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                      ここに,         v :  イオンの平均速度
                                       d :  空間距離 (mm)
     図A.2−大気圧,平等電界及び周波数範囲50 Hz2.5 MHzにおける気中高周波での絶縁破壊 [4]
  図A.2に式(A.3)に従った追加曲線を描くと,利用可能な実験データと式(A.3)で与えられる臨界周波数と
の間には,ある程度の偏差がある。実験データは完璧なものではなく,また,精度も分かっていないので,
式(A.3)を規定値の決定で使用することにする。

――――― [JIS C 60664-4 pdf 20] ―――――

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