概 要
高電圧が印加されるコイルでは、素線間に局所的な高電界が発生し、放電によって絶縁が損傷するリスクがあります。
本解析例では、自社開発の電磁界解析ソフト「PHOTO‑Series」のうち、電界解析ソフト「PHOTO‑VOLT」を用いて、被覆付きコイル素線間に電圧を印加した際に生じる電界分布を評価します。
ギャップ長を変化させた場合の電界強度の変化を比較し、パッシェン曲線との照合により放電開始条件を推定する手法を解説します。
サージ電圧のように、コイルに高い電圧が印加されると、局所的に高電界が発生することで、
放電し、コイルの被覆が損傷する現象があります[1]。
本事例では、被覆付きのコイル素線(ケーブル)間に電圧を印加したときに発生する電界を解析しました。
コイル素線間の電圧1[V]当たりに発生する電界強度としています。
実際に印加されている電圧の大きさを掛けることによって、最大電界強度とみなすことができます。
図１．概要図
使用ソフトウェア：PHOTO-VOLT
解析結果
![コイル線間のポテンシャル[V]のコンター図(0.001[mm])](https://www.photon-cae.co.jp/analysis_img/volt1/img/Fig2.png)
図２．ポテンシャル[V] ギャップ長0.001[mm]
![コイル線間の電界分布[V/m]のコンター図(0.001[mm])](https://www.photon-cae.co.jp/analysis_img/volt1/img/Fig3.png)
図３．電界分布[V/mm] ギャップ長0.001[mm]
ギャップ長を変更して解析した結果を図４に示します。
図４．電界強度とギャップ長
パッシェン曲線[2][3]
放電は放電開始電圧Vs、ギャップ長d及び雰囲気圧pの関係を示すパッシェン曲線から推定できると考えられます。
パッシェン曲線は
で表すことができます。ここで、Bは電極間の気体によってきまる定数です。Cは気体と電極によって決まります。
B=C=1としたときの、パッシェン曲線を図５に示します。
図５．パッシェン曲線
パッシェン曲線は雰囲気圧を固定して(例えば、大気圧)、電界-ギャップ長で表すと、図５の黒線のようになります。
他方で、電界解析から得られる結果から電界-ギャップ長で表すと赤線のようになります。図４に相当します。
印加電圧を大きくしていくとパッシェン曲線と交差し、放電が開始される印加電圧が推測できると考えられます。
図６．概念図([1]を参考にして、模式図を作成)
参考文献
[1]N. Hayakawa, H. Okubo, ”Partial Discharge Characteristics of Inverter-Fed Motor Coil Samples
Under AC and Surge Voltage Conditions,”
IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol.21,No.1,pp.5-10, 2005.
[2]“電子写真”, R.M.シャファート[著], 井上 英一[監訳], 共立出版
[3]“放電プラズマ工学”, 行村 健[編著], オーム社
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弊社では、自社開発ソフト「PHOTO-Series」の提供に加え、専門エンジニアによる受託解析も承っております。開発元ならではの技術力とサポート体制で、お客様の課題解決を支援いたします。