絶縁材料の开発を加速させる蚕(迟)法の利用と可能性
「架桥ポリエチレンの空间电荷?伝导挙动の蚕(迟)法による理解と解析」
エネルギー?电子材料研究所
主干 関口 洋逸
电気製品や电力ケーブルには、电流を遮断するための絶縁材料が使われています。これは电気を安全に使うために欠かせない材料です。しかし、电圧を加えたときに起こる现象やその前触れとなる空间电荷（絶縁体中に分布する电荷）の现象については、まだわからないことがたくさんあります。
环境への负荷が低いことから、近年世界的に需要が高まり、当社も开発を进めている高圧直流ケーブルですが、その絶縁材料である架桥ポリエチレンには、交流ケーブルとは异なる性能と高い安全性が求められています。その开発を促进するために、私たちは电流积分电荷法（蚕(迟)法）と呼ばれる测定手法を用いて架桥ポリエチレンの计测を试み、种々の现象の解析を进めています。これまでの结果から、蚕(迟)法は、简単な操作で様々な情报を得ることができる大変优れた手法であることがわかってきました。
微小电流から复数の材料特性を同时に测定
架桥ポリエチレンなどの高分子材料に电圧をかけたときに流れる微小电流は、材料内で起こっている分极、空间电荷挙动、电気伝导など様々な物理现象を理解するうえで重要な键となります。ですが、「微小」とはいえ、电流の大きさや流れる时间、挙动は大きく异なるため、これまでは现象に応じて、例えば电気伝导は微小电流计で流れる电流を直接测定するなど、个别に测定されていました。蚕(迟)法との违いを水の流れに例えて説明するなら、水车（水流计）を使って水流を计测するのが微小电流计による测定方法であり、流れる水が容器に溜まる量を测定するのが蚕(迟)法です。このような手法を数学では「积分」と呼びますが、蚕(迟)法ではこの积分により、従来个别に测定を行っていた异なる现象を同时に测定することが可能になりました。更に、测定準备は、テストする材料を电気の容器となる测定コンデンサにつなぐだけという简単な操作で済みます。
简便で幅広く応用できる蚕(迟)法
今回の実験では、交流ケーブル用と直流ケーブル用の架桥ポリエチレン（础颁-齿尝笔贰と顿颁-齿尝笔贰）に対して、それぞれ8时间ずつ电圧を加えるという工程を繰り返し、その场合の微小电流の変化を调査して、物理的な现象の変化からそれぞれの特性を蚕(迟)法によって导き出すことを试みました。蚕(迟)法のメリットは、简便な计测技术で高精度のデータが得られ、电流が関与する様々な物理现象を网罗的に、かつ俯瞰的に観察できて、理论とも整合させやすいという点に尽きます。今后更に知见を积み重ねることで、高圧直流ケーブルをはじめとする当社の各种ケーブル製品の性能を最大限に上げられるようなデータの取得と、その科学理论に基づいた説明が可能になるはずです。そして、そうすることが社会やお客さまに安心と信頼をお届けすることにつながると考えています。
Q(t)法は、絶縁材料のいろいろな特性を一度に評価できることから、材料の選定や状態変化の計測、診断の手法として幅広い展開が期待されます。また、電極の形状に依存せず、どんなものでも計測が可能なため、電力ケーブルや半导体デバイスなど多種多様な製品に適用が可能です。電流が関与する物理現象の仕組みがわかればその応用も可能になるため、製品の改良や新製品の開発に役立てることができます。Q(t)法をこうした実用レベルにまで引き上げることが私たちの使命であり、チャレンジであると考えています。
誘電?絶縁材料技術を取り巻く技術領域
多面的に捉えることで可能性が拡がる絶縁材料の技术领域
絶縁材料といえば、これまでは电気工学的な侧面から捉えることが主流でしたが、図に示すように物理?化学?工学の境界领域に位置していますので、どの侧面から见るかによって捉え方が异なります。想像以上に奥行きがあり、学术的にも兴味深い世界です。蚕(迟)法により得られるデータの解釈や蚕(迟)法を利用した计测にはまだまだ工夫が必要で、工夫の数だけ得られる成果もあると考えています。まだ确立された技术领域ではありませんので、若い技术者にも兴味を持ってチャレンジしてもらいたい分野の一つです。
関连情报
[論文] 「送電ケーブル用絶縁材料の歴史と最近の動向」、電気学会基礎?材料?共通部門誌、Vol.139, No.9, pp. 400-405, 2019.
[論文] 「电流积分电荷法による絶縁材料の高圧诱电特性评価」、SEIテクニカルレビュー、第193号、pp. 58-62, 2018.
[論文] 「Q(t)法における電極電荷?蓄積電荷?漏れ電荷の区別」、電気学会基礎?材料?共通部門誌、Vol. 141, No. 4, pp. 245-251, 2021.
[執筆] Polymer Composites for Electrical Engineering, Chapter 5 Polymer Composites for Power Cable Insulation, Wiley, 2021.
[論文] Conduction Phenomena of AC-and DC-XLPE Analyzed by Q(t) Method, IEEJ. Trans. FM., Vol. 141, No. 10, pp. 584-589, 2021.
