令和6年度 上期 第三種電気主任技術者 電力 問14

各選択肢の解説

(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。

誤り。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が『高い』(気体分子の電離が少なく電流が流れにくいため優れた絶縁体となる)。本肢は電気抵抗率を『低い』としており事実に反する。交流電界下では誘電率が低いボイド部に電界が集中しやすいという後半の因果関係は妥当な物理現象だが、前提となる電気抵抗率の記述が誤っているため、肢全体として誤り。これが正答(誤っているものを選ぶ設問での正解)である。

(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。

正しい。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(絶縁破壊電界)が低い。しかし気圧を高めると分子密度が増加し電子の平均自由行程が短くなることで絶縁破壊強度が向上する(パッシェンの法則に基づく高気圧絶縁の原理、SF6ガス絶縁開閉装置(GIS)等で利用)。また真空状態では電離の元となる気体分子がほぼ存在しないため、高い絶縁耐力が得られる。真空中の絶縁破壊は電極からの電界放出など電極表面の現象が開始要因となる(真空遮断器等で利用)。したがって気圧を高める、または真空とすることで絶縁破壊強度を高められるという記述は妥当であり、正しい。

(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。

正しい。固体絶縁材料内部にボイド(空隙)が存在する場合、ボイド内は気体(空気等)で満たされており、ボイド部に印加される電界がその気体の絶縁破壊電界を超えると、固体自体は破壊しなくてもボイド内の気体だけが局所的に絶縁破壊し、微小な放電(部分放電)が発生する。これは部分放電現象の基本的なメカニズムであり、正しい記述である。

(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。

正しい。固体絶縁材料に熱・電界・機械的応力などのストレスが長期間繰り返し加わると、材料の劣化(熱劣化、電気トリーイング、機械的疲労等)が進行し、内部に微小なボイドやクラックが新たに形成されることがある。これらの微小ボイドが部分放電の発生源となる場合があるという記述は、絶縁材料の経年劣化メカニズムとして妥当であり、正しい。

(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。

正しい。部分放電1回あたりのエネルギーは小さく、単発では固体絶縁材料全体の絶縁破壊(貫通破壊)には至らないことが多い。しかし部分放電が長期間にわたり継続的または断続的に繰り返されると、放電による局所的な化学的・熱的・機械的損傷が蓄積し、電気トリーの進展などを経て、最終的に絶縁破壊に至ることがある。これは高電圧機器の絶縁劣化・寿命評価における一般的な知見であり、正しい記述である。