高電圧機器の沿面距離計算

はじめに

表面 フラッシュオーバー¹ モールド絶縁部品の沿面距離は、中電圧および高電圧機器における最も狡猾な故障モードの1つです。スイッチギア・パネルを設計する電気エンジニアや、成形絶縁部品を指定する調達マネージャーにとって、沿面距離はデータシートの脚注ではありません。絶縁システムが10年間の使用に耐えられるか、最初のモンスーンの季節に故障するかを決定する主要な設計パラメータなのです。.

沿面距離は、2つの導電性部品間の固体絶縁材料の表面に沿った最短経路であり、その正しい計算は、中高圧配電システムにおける成形絶縁部品間の表面フラッシュオーバーを防止するための唯一で最も重要な要素です。. しかし、実際には、多くのエンジニアは、以下のことを考慮せずに一般的なテーブルを適用している。 公害度², あるいは、沿面距離とクリアランスを混同してしまうかもしれない。.

このガイドでは、沿面距離計算の工学的原理を説明し、モールド絶縁の形状が耐フラッシュオーバー性に直接影響することを説明し、実際の配電および開閉器アプリケーションのための構造化された選択フレームワークを提供します。.

目次

• 沿面距離とは何か、また成形断熱材にどのように適用されるのか？
• 中高圧モールド絶縁の沿面距離はどのように計算されますか？
• 用途と環境に適した沿面距離を選ぶには？
• 成形断熱材のクリープ性能に関する一般的な施工ミスとメンテナンス方法とは？

沿面距離とは何か、また成形断熱材にどのように適用されるのか？

クリープ距離とクリアランスは2つの異なる絶縁パラメータであり、スイッチギヤの仕様ではしばしば-そして危険なほど-混同される。. クリアランス は、2つの導電部分間の空気中を通る最短距離である。. 沿面距離 は、同じ2つの部品間の絶縁材料の表面に沿って測定した最短距離である。.

空気絶縁開閉装置に使用されるエポキシ樹脂絶縁体、絶縁シリンダ、コンタクトボックスハウジング、バスバーサポートなどの成形絶縁部品では、表面経路に汚染、湿気、汚染が蓄積されます。この蓄積された層が導電性皮膜を形成し、表面放電（フラッシュオーバー）が発生するまで、有効絶縁抵抗を徐々に低下させます。.

成形断熱材の形状が重要な理由

成形断熱部品の物理的プロファイルは、沿面距離を直接制御します。設計者は、部品の全体的な物理的寸法を増加させることなく表面経路の長さを延長するために、リブ、シード、および溝を使用します。同じ高さの平らな絶縁体とリブ付き絶縁体では、沿面距離が2倍以上異なることがあります。.

主要材料と構造パラメータ

• ベース素材： シクロ脂肪族エポキシ樹脂（APGプロセス）またはガラス繊維強化エポキシ樹脂（BMC/SMC）
• 絶縁耐力： ≥ 18 kV/mm 以上（エポキシ樹脂、IEC 60243-1）
• 比較トラッキング指数（CTI）³: ≥ 600 V (IEC 60112 による材料グループ I) - クリープ性能に重要
• サーマルクラス： クラスF（155℃）またはクラスH（180）
• 表面抵抗： 乾燥条件下で ≥ 10¹² Ω (IEC 60167)
• 適用規格： IEC 60071-1⁴ (絶縁調整）、IEC 60664-1（低・中電圧用絶縁調整）、IEC 62271-1（HVスイッチギヤ一般要求事項）

クリープとクリアランス：重要な違い

パラメータ	沿面距離	クリアランス
パス測定	絶縁体表面に沿って	空気を通して
主要な脅威	表面汚染、湿気	過電圧、インパルス
影響を受ける	汚染度、素材のCTI	高度、過電圧カテゴリー
デザインツール	リブ／シェッド形状、素材 CTI	エアギャップのサイジング
統治基準	IEC 60664-1、IEC 60071-1	IEC 60071-1

この違いを理解することが、成形断熱材設計における正しい沿面距離計算の出発点です。.

中高圧モールド絶縁の沿面距離はどのように計算されますか？

必要な沿面距離の計算方法は、次のように定義されている。 IEC 60071-1 (断熱コーディネーション）と IEC 60815 (公害下の屋外絶縁体の場合）。空気絶縁開閉装置の屋内成形断熱材については、主な参考文献は以下の通りである。 IEC 60664-1 IEC 62271-1のような機器固有の規格と組み合わせる。.

コアの計算式

最低限必要な沿面距離は、以下の方法で決定される：

$L_{creepage} = \frac{U_{max}}{rho_{min}}}.$

どこでだ：

• $L_{creepage}$ = 必要最小沿面距離 (mm)
• $U_{max}$= 最大対地間電圧（kV rms）$\U_r}}{sqrt{3$
• $\rrho_{min}$ = 特定沿面距離⁵ (mm/kV)、汚染度によって決定される。

汚染度別固有クリープ距離（IEC 60815 / IEC 62271-1）

汚染度	環境説明	特定の沿面距離（mm/kV）
PD1 - ライト	空調管理された清潔な室内	16 mm/kV
PD2 - 中	工業用屋内、時々結露する	20 mm/kV
PD3 - 重い	沿岸、高湿度、化学物質への暴露	25 mm/kV
PD4 - 非常に重い	厳しい工業、塩霧、重汚染	31 mm/kV

使用例：12kV屋内開閉装置

沿岸工業施設（汚染度3）に設置された12kVシステムの場合：

$U_{max} = \frac{12}{sqrt{3}}\約6.93kV}である。$

$L_{creepage} = 6.93 ㎤ 25 = 173 ㎤ mm}。$

つまり、成形された絶縁部品は、最低でも以下の表面沿面経路を確保しなければならない。 173 mm 相-アース導体間。この電圧クラスの標準的な平らなエポキシ支持絶縁体は、通常120-140mmしかありません。.

実際のエンジニアリング事例

東南アジアの沿岸都市で12kVの変電所拡張工事を行う配電請負業者から、試運転開始後14ヶ月以内に既存のモールド絶縁サポートで表面追跡不良が繰り返し発生したため、当社に連絡がありました。当初の仕様では、明らかにPD3環境であるにもかかわらず、PD2の沿面距離値（20mm/kV）が使用されており、表面経路長が20%不足していました。.

特定の沿面距離25 mm/kV、CTI≥600 V（材料グループI）のPD3用に設計されたBeptoのリブ付きエポキシ成形絶縁部品に交換した後、交換ユニットはIEC 62271-1の乾式および湿式フラッシュオーバー試験に合格しました。18ヵ月後、アップグレードされたパネル全体で、表面トラッキング事故はゼロであることが報告されています。.

教訓だ： 汚染度分類は保守的なエンジニアリングではなく、正確なエンジニアリングである。.

用途と環境に適した沿面距離を選ぶには？

適切な沿面距離を持つ成形断熱材を選択するには、電気的要件、環境条件、材料特性の3つの相互依存要因を系統的に評価する必要があります。これらのステップのどれかを省略すると、絶縁システムにリスクが生じます。.

ステップ1：電気的要件の定義

• システム電圧： 定格電圧Urを決定し、最大対地間電圧を計算します。 $U_{max} = U_r / \sqrt{3}.$
• 過電圧カテゴリー 雷インパルス耐電圧（LIWV）およびスイッチングインパルス要件の確認
• 頻度： 標準50/60 Hz、より高い周波数では表面絶縁の追加ディレーティングが必要

ステップ2：汚染環境の分類

• PD1である： 密閉され、気候制御された屋内環境（産業界では稀である）
• PD2である： 標準的な屋内産業環境（中程度の埃と時折結露あり
• PD3： 海岸、化学工場、セメント工場、高湿度の熱帯環境
• PD4である： 海洋プラットフォーム、塩水噴霧地帯、重化学処理施設

ステップ3：素材CTIグループの選択

成形断熱材の比較トラッキング指数（CTI）は、必要な沿面距離に直接影響します。CTIが高い材料ほど表面トラッキングに効果的に抵抗するため、同じ汚染度でも沿面経路を短くすることができます。.

CTIレンジ	素材グループ	クリープ低減係数	代表的な素材
CTI ≥ 600 V	グループI	1.0（ベースライン）	シクロ脂肪族エポキシ
400 ≤ CTI < 600 V	グループII	1.25倍（要増加）	標準エポキシ樹脂
175 ≤ CTI < 400 V	グループIIIa	1.6倍（大幅増）	ポリエステル、一部のBMC

配電開閉器の中電圧モールド絶縁用、, 材料グループ I (CTI ≥ 600 V) はエンジニアリング・スタンダードであり、プレミアム・オプションではない。.

アプリケーション・シナリオと推奨仕様

申し込み	汚染度	比沿面距離（mm/kV）	推奨素材
屋内産業用開閉装置	PD2	20 mm/kV	エポキシ樹脂、CTI ≥ 600
沿岸変電所	ピーディーさん	25 mm/kV	シクロ脂肪族エポキシ、CTI ≥ 600
ソーラー・ファームDC/ACスイッチギア	PD2-PD3	20-25 mm/kV	紫外線安定化エポキシ
マリン/オフショアパネル	ピーディーフォー	31 mm/kV	シリコーンまたは高CTIエポキシ
鉱業用地下開閉装置	ピーディーさん	25 mm/kV	耐トラッキング性エポキシ、IP54+対応

成形断熱材のクリープ性能に関する一般的な施工ミスとメンテナンス方法とは？

インストール手順

1. インストール前の検証： データシートに記載されている部品の沿面距離が、特定の汚染度に対する計算上の最小要件と一致していることを確認する。
2. 表面検査： 取り付け前に、絶縁体に輸送中の損傷、微小クラック、表面汚染がないことを確認すること。
3. オリエンテーション・チェック リブ付きインシュレータは、有効沿面経路を最大にするようにリブの向きを変えて取り付ける必要があります - 誤った向きは、有効沿面距離を30-40%減少させる可能性があります
4. トルクコントロール： 取り付け金具の締めすぎは、機械的応力の集中を引き起こし、時間の経過とともに沿面に微細なひび割れを生じさせる。
5. シーリング検証： 沿面計算で使用される汚染度の仮定を維持するため、設置後もパネルのIP定格が維持されていることを確認する。

メンテナンス・スケジュール

• 6ヶ月ごと： 表面のトラッキングマーク（褐色または黒色の炭化した跡）、チョーキング、水分の浸入を目視検査する。
• 毎年： 乾燥した糸くずの出ない布または認可された溶剤で絶縁表面を清掃し、表面の絶縁抵抗を測定する（DC1kVで目標≥500MΩ）。
• 3～5年ごと： IEC 62271-1に準拠した完全な絶縁耐力試験により、絶縁の完全性が劣化していないことを確認

一般的な仕様とインストールの誤り

• 沿面距離値の代わりにクリアランス値を使用 絶縁コンポーネントを指定する場合 - これらは異なるパラメータであり、互換性はありません。
• 屋内汚染度を屋外隣接施設に適用する： 換気口やケーブルの入り口付近、または密閉されたエンクロージャのない熱帯気候にある機器は、名目上「屋内」であるにもかかわらず、PD3の状態になることがよくあります。“
• サプライヤーを比較する際、CTIグループを無視： 沿面距離の寸法が同じでCTIの値が異なる2つの部品は、基本的に耐フラッシュオーバー性が異なる。
• 取り付けの際、リブの向きを怠った： 垂直に取り付けられた絶縁体の水平リブは、湿気を効果的に排出しない可能性があり、リブ形状の沿面延長の利点を否定する。

結論

沿面距離の計算はチェックボックスで行うものではなく、中高圧配電システムにおける信頼性の高い絶縁性能の工学的基礎です。空気絶縁開閉装置の成形絶縁部品では、汚染度を正しく分類し、適切な特定の沿面距離を適用し、CTI≥600 Vの材料グループIエポキシを選択することが、20年の絶縁システムと2年目に故障する絶縁システムを分ける譲れない3つのステップです。Bepto Electricでは、成形された絶縁部品はすべてIEC 62271-1に準拠して設計され、沿面距離の完全な文書化、CTI認証、汚染度分類が行われます。.

高電圧機器の沿面距離計算に関するFAQ

1. フラッシュオーバーとして知られる絶縁体表面の電気絶縁破壊プロセスを理解する。. ↩

2. 電気絶縁設計において、環境の種類が汚染度にどのように分類されるかを学ぶ。. ↩

3. 比較トラッキング指数（Comparative Tracking Index）は、電気的トラッキングに対する絶縁材料の耐性を測定するものです。. ↩

4. 高電圧機器の絶縁調整を規定する国際規格にアクセスする。. ↩

5. 敷地汚染の程度に応じた沿面距離の要件を見直す。. ↩