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高度な絶縁試験：より良い機器分析のための3つの主要電流

2025年10月3日

絶縁検査を理解する：設備検査でより良い結果を得るには

はじめに

ほとんどの人は、絶縁検査を単純なものだと考えている。メーターで数値を出し、合格か不合格かを判断する。この方法は一般的ですが、試験で得られる多くの貴重な情報を見逃しています。強力な診断ツールを単なる基本的なチェックに変えてしまうのです。この記事では、その基本的な理解をさらに深めます。絶縁試験の方法だけでなく、その詳細を理解することで、機器の健全性についてより良い判断を下すことができる理由を説明します。

ここで重要なのは、メーターに表示された数値だけではすべてを語れないということだ。完全な分析には、試験中に実際に何が起こっているかを理解する必要があります。ここでは、試験中に測定された総電流を、容量性充電電流、誘電吸収電流、導電性漏れ電流の3つの部分に分けて説明します。それぞれのその部分がどのように変化するかということである。を読み取るだけで、機器の問題を予測する強力な手段となる。

単なる検針ではない

単純な測定値は、ある瞬間のスナップショットに過ぎません。絶縁システムが時間とともに電気的ストレスにどのように反応するかを示すものではありません。機器が測定する総電流は、機器の物理的設計、絶縁材料の状態、既存の問題や汚染など、いくつかの要素を組み合わせたものです。絶縁試験を真に理解するには、これらの個々の電流部分と、それらが経時的にどのような挙動を示すかを分析する必要があります。このアプローチにより、初期の測定値が類似している場合でも、健全で乾燥したシステムと、湿気や汚れ、経年劣化によって損傷したシステムの違いを見分けることができます。

断熱の仕組み

絶縁試験の仕組みを理解するためには、まず、次のことを理解する必要がある。断熱材の背後にある科学.簡単に言えば、絶縁体とは電流の流れに抵抗する材料のことである。このセクションでは基本原則絶縁体がどのように機能するのか、なぜ完全ではないのか、そして最終的にどのように壊れるのか。この基礎知識は、後に説明する高度な診断を理解するために不可欠である。

良い断熱材とは？

理想的な絶縁体（誘電体と呼ばれる）では、電子は原子にしっかりとくっついている。この材料に電圧が印加されると、電子は容易に自由に動くことができず、電流を発生させることができない。ダムは水をせき止めるダムのようなもので、強固で無傷のダムは流れを妨げます。絶縁体の有効性は、2つの重要な特性によって決まります。誘電体強度は材料の最大電圧が壊れ、電流が壊滅的に流れるようになる前に処理することができる。抵抗率は材料は電流の流れに自然に抵抗します。健全なモーター巻線またはケーブルでは、絶縁体が強力なバリアとして機能し、電気エネルギーを導体に封じ込め、アースや他の相に漏れるのを防ぎます。

断熱材を損傷させるもの

断熱材に完全なものはなく、永遠に長持ちするものもありません。絶縁体はその寿命の間、操作上および環境上のストレスの組み合わせに直面します。これらの要因は材料に穴を開けるだけでなく、実際にその化学的および物理的特性を変化させ、抵抗率と絶縁耐力を低下させます。この変化こそ、絶縁試験が検出するために設計されたものです。絶縁が劣化する主な原因は以下のとおりです：

電気的ストレス：コロナや部分放電のような現象は、絶縁体内のエアポケットで起こる小さな電気火花です。時間の経過とともに材料が摩耗し、「ツリー化」と呼ばれるカーボンパスが形成され、最終的に故障につながります。
機械的ストレス：絶え間ない振動により、絶縁体に亀裂が入ったり、導体から分離したりすることがあります。設置や保守の際に物理的な衝撃が加わると、以下のような弱点が生じます。電気的ストレスによる故障.
化学的攻撃：油や溶剤、腐食性の蒸気にさらされると、絶縁材料が軟化したり、溶解したり、もろくなったりして、その完全性が著しく損なわれることがある。
熱ストレス：定格温度を超えて機器を運転すると、絶縁体の化学的老化が早まり、もろく割れやすくなります。加熱と冷却の繰り返しは膨張と収縮を引き起こし、機械的な故障にもつながります。
環境汚染：湿気は最も一般的で危険な汚染物質である。絶縁体に吸収され、漏れ電流の経路となる。表面に堆積した汚れ、ほこり、カーボンも、電流がアースに流れる経路を作る可能性がある。

IRテストを分解する

絶縁抵抗（IR）テストは、最も基本的な診断ツールです。しかし、深く分析するには、1つの測定値を超えて見る必要があります。試験器で測定される電流は1つではなく、同時に流れる3つの異なる電流の合計です。この関係を支配する公式は

I_Total = I_C + I_A + I_L`.

これらの電流がそれぞれどこから来て、試験中にどのように振る舞うかを理解することが、IR試験を単純なチェックから強力な診断方法へと昇華させるのです。なぜ抵抗値が時間とともに変化するのか、そしてその変化が絶縁体の状態について何を教えてくれるのかを説明します。

3つの潮流

直流電圧が最初に絶縁システムに印加されると、比較的大きな総電流が流れます。この電流は、しばしば想定されるように、故障を通して流れるものではありません。代わりに、容量性充電電流、誘電吸収電流、導電性漏れ電流の合計です。試験を続けると、最初の2つの部分は減衰し、理想的には小さく安定したリーク電流だけが残ります。この減衰を分析することが、試験を理解する鍵である。

容量性充電電流 (I_C)

容量性充電電流`I_C`は、テストされる物体の自然静電容量を充電するのに必要な電流である。ケーブルの2本の並列導体や、フレームに対するモーターの巻線など、あらゆる電気システムはコンデンサを形成しています。I_C`は、印加された試験電圧に対してこのコンデンサを充電するものである。この電流は高く始まり、指数関数的に減少してほぼゼロになり、通常数秒から1分以内にゼロになります。この電流は正常で、予想されるものです。この電流が存在し、減衰が早いことから、試験対象物が短絡していないことが確認できます。

誘電吸収電流 (I_A)

誘電吸収電流`I_A`は、絶縁体そのものによって引き出される。電界が印加されると、誘電体内の極性分子は電界に整列する。この分子の動きが電流を生み出す。この分極プロセスは、単純な静電容量の充電よりも遅い。そのため、「I_A」は「I_C」よりもはるかにゆっくりと減衰し、減衰には数分かかることが多い。この減衰速度は絶縁体の状態を示す重要な指標となります。清潔で乾燥した断熱材では、減衰は予測可能です。断熱材が湿気や汚れで汚染されている場合、これらの汚染物質はさらに分極性分子を提供し、吸収電流を増加させ、減衰パターンを変化させます。

導電（漏れ）電流 (I_L)

導電電流または漏れ電流（I_L`）は、絶縁体を通過して流れる定常状態の小さな電流です。これは、電流の流れに対するバリアとしての絶縁の品質を表すため、私たちが最も興味を持って測定する「真の」漏れ電流です。良好で清潔、乾燥した絶縁体では、I_L`は非常に小さく安定した値であるべきです。リーク電流が高いか、または着実に増加している場合は、広範な水分汚染、カーボン・トラッキング、または電流が流れる永久的な経路を作った物理的損傷など、重大な問題があることを示しています。

高度な試験方法

3つの電流の原理に基づき、より高度な時間ベースの試験を行うことができます。これらの方法は、時間の経過やさまざまなストレス下での絶縁体の反応を分析することで、より深い洞察を提供します。温度による誤認が少なく、単純なスポット読み取りでは見逃す可能性のある特定の故障タイプを明らかにすることができます。これらの診断法には、分極指数（PI）、誘電吸収率（DAR）、ステップ電圧（SV）、誘電放電（DD）試験が含まれます。

PIとDARテスト

偏光指数 (PI) と誘電吸収率 (DAR) は最も一般的な時間ベースの試験です。これらは誘電吸収電流 (`I_A`) の挙動を利用します。原理は簡単です。良好な絶縁状態では、吸収電流は数分間にわたって減衰し続け、測定された絶縁抵抗は着実に増加します。測定された絶縁抵抗は着実に増加します。以前の時間に対する後の時間の抵抗の比率は、この効果を評価する測定可能な方法を提供します。

PIは、式`PI = R_10min / R_1min`から計算され、`R_10min`は10分後の抵抗値、`R_1min`は1分後の抵抗値である。DARはより速いバージョンで、`DAR = R_1min / R_30sec`として計算される。これらは比率であるため、温度にほとんど依存せず、傾向を追跡するのに優れています。低い比率は、抵抗が有意に増加しなかったことを示し、高くて安定したリーク電流（I_L`）が測定値を支配していることを示唆します。

PI値	DAR値	絶縁状態（クラスB、F、H絶縁）
< 2.0	< 1.0	危険／悪い
2.0 – 4.0	1.0 – 1.25	疑わしい
> 4.0	> 1.4	グッド
> 5.0	> 1.6	素晴らしい

ステップ電圧（SV）テスト

ステップ電圧（SV）試験は、増加する電気的ストレスに対して絶縁がどのように反応するかを評価します。単一の電圧を印加する代わりに、一連の等しいステップ（例えば、1kVから5kVまで5ステップ）で試験を行い、各ステップで一定時間（通常60秒）電圧を保持します。この方法は、ピンホール、小さな亀裂、物理的損傷、水分のポケットなど、局所的な欠陥の特定に極めて効果的である。このようなタイプの欠陥は、低電圧では顕著な漏れを示さないが、電気的ストレスが増大するにつれて破壊が始まり、電流を流すようになることがある。

健全で均一な絶縁体では、測定された抵抗値は各電圧ステップで比較的一定に保たれるはずです。より高い電圧ステップで抵抗が著しく、非線形に低下することは、明らかに絶縁体の弱い部分が、増加した応力の下で破損し始めていることを示しています。

電圧ステップ	印加電圧 (V)	時間 (s)	測定抵抗 (GΩ)	観察／解釈
1	1000	60	550	ベースライン抵抗性確立。
2	2000	60	545	安定。普通、微減。
3	3000	60	555	安定している。抵抗は安定している。
4	4000	60	540	安定している。
5	5000	60	150	著しい低下！より高い応力での絶縁破壊または非直線性の可能性を示す。調査が必要。

誘電放電（DD）試験

再吸収試験としても知られる誘電放電（DD）試験は、多層絶縁システムに関する独自の情報を提供する特殊な診断です。複雑な絶縁構造を持つ高電圧回転機械に特に有効です。この試験では、IR試験が完了し、試験体を短絡して容量性電荷を放電した後に流れる電流を測定します。この残りの電流は、誘電体内の分極分子の緩慢な緩和によるものです（吸収電流の逆）。

DDテストは、ある絶縁層が汚染または老朽化し、他の層がまだ健全であるような問題を特定するのに非常に効果的です。このような場合、電荷が層間の界面に捕捉される可能性があります。健全で均一な絶縁システムは、蓄積された電荷を迅速かつ均一に放出します。損なわれたシステムはゆっくりと電荷を放出し、放電の1分後に測定可能な電流が生じます。結果は、「DD = 電流（放電後1分）/（試験電圧*静電容量）`」として計算されます。

DD値	断熱材の状態	表示
> 4.0	悪い	問題がある。層間に高吸収電流成分がトラップされていることを示す。
2.0 – 4.0	限界	疑わしい。汚染または老化の可能性。
< 2.0	グッド	良かった。蓄積された電荷は正常に消滅することができた。

全体像を理解する

正確な検査データを得ることは、仕事の半分でしかない。診断医の真の技量は解釈にある。つまり、基準にある単純な合否判定を超え、専門家のような考え方を身につけることである。そのためには、さまざまな検査を結びつけ、環境の影響を理解し、そして最も重要なこととして、経時的な傾向を分析することによって、「証拠の体系」を構築する必要がある。この完全なアプローチこそが、理論的な知識を確信に満ちた実行可能なメンテナンスの意思決定に変えるのである。

黄金律トレンドを追う

絶縁分析で最も重要な原則は、個々の値よりも傾向を追うことが重要だということです。新しいモーターで1回だけ「良好な」測定値が出たとしても、1年後に次の測定値が50%低くなっていれば、たとえそれがまだ許容最小値を超えていたとしても、誤解を招く可能性があります。逆に、古い機器の低いけれども安定した測定値は、その使用状態としては完全に許容できるかもしれません。抵抗値を実施テスト数カ月から数年にわたり、断熱材の健康状態の明確な傾向が現れます。これにより、臨界点に達するずっと前に徐々に劣化を検出することができ、事後保全ではなく予知保全が可能になります。IEEE 43のような標準規格は最小推奨値を規定していますが、ベストプラクティスには常に、新しい機器に独自の基準値を設定し、ライフサイクル全体にわたってその性能を追跡することが含まれます。

環境調整

絶縁抵抗は温度に非常に敏感である。温度が上昇すると、絶縁体内の分子活性が増加し、抵抗率が低下します。一般的な経験則では、巻線温度が10℃上昇するごとに絶縁抵抗は半分になります。逆に10℃下がるごとに2倍になります。この影響は非常に大きく、寒い日に測定した値を補正なしで暑い日に測定した値と比較しても意味がありません。正確なトレンド追跡のためには、読み取り毎に被測定機器の温度を記録することが絶対的に重要です。これにより、温度補正チャートまたはソフトウェア機能を使用して、すべての読み取り値を標準基準温度（通常40℃）に正規化することができ、長期間にわたる真の同値比較が保証されます。湿度は表面リークにも影響するため、クリーニングは試験前の重要なステップとなります。

診断ケースの構築

ひとつの検査ですべてがわかるわけではありません。専門の診断士は、複数の検査から得られたデータを組み合わせて、総合的な診断ケースを構築します。例えば、ある大型モーターを検査したところ、IR値は低いがPIは良好であった。この組み合わせはしばしば不可解です。しかし、目視検査を行ったところ、端子台のブッシングに導電性のカーボンダストがびっしりと付着していることが判明しました。良好なPIは、巻線の絶縁自体が健全であることを示していた（吸収電流は正しく動作していた）。IRが低かったのは、純粋に表面の汚れがリーク経路となっていたためである。徹底的なクリーニングの後、IR値は優れたレベルに戻った。これは、試験結果をつなげることがいかに正確な診断につながるかを示している。

低IR + 低PI/DAR：この組み合わせは、絶縁体積全体が損なわれていることを強く示唆する。漏れ電流（`I_L`）が高く、吸収電流（`I_A`）をマスクして測定を支配している。
IRが高い＋SVが悪い：これは、亀裂やピンホールのような局所的な物理的欠陥の可能性を示している。絶縁体の大部分は健全であるが（IRが高い）、弱い部分が高い電気的ストレス下で破損し始める。
良好なIR/PI + 高いDD：これは、高電圧発電機でよく見られる、多層絶縁システムの1層に問題があることを示す典型的な指標です。全体的な絶縁は良好だが、界面にトラップされた電荷が特定の層の劣化を指し示している。

テストのベストプラクティス

どんなに高度な絶縁理論を理解していても、試験そのものが正しくなかったり、安全でなかったりしては意味がありません。厳密なベストプラクティスに従うことで、収集したデータの信頼性、再現性、そして最も重要なことは、その手順がすべての作業員にとって安全であることが保証されます。このような実際の手順に基づいて技術的な議論を行うことで、信頼が築かれ、知識が効果的に適用されるようになります。

テスト前の安全と準備

安全は絶対的な優先事項です。検査機器を接続する前に、厳密な準備手順に従わなければなりません。

隔離とロックアウト／タグアウト：これは譲れない最初のステップです。確立された LOTO 手順に従い、機器を電源から完全に隔離する必要があります。
非通電の確認：適切な定格の電圧計を使用し、全相および相から接地までの電圧がないことをテストします。回路が死んだと決して思わないでください。
テストリードを点検する：絶縁体のひび割れやワイヤーのほつれなど、損傷の兆候がないかテストリードを調べます。リード線が損傷していると、重大な感電の危険があり、読み取り精度に影響を及ぼすこともあります。
表面のクリーニング：私たちのケーススタディに見られるように、表面の汚れは、アースへの絶縁の真の状態を反映しない平行な漏れ経路を作り出す可能性があります。試験前には、ブッシング、端子、露出した絶縁体表面の油分、カーボンダスト、湿気を必ず清掃してください。

テストの実施

試験中、正確さと安全のためには、2つの操作上の注意点が重要である。第一に、適切な場合にはガード端子を使用する。ガード端子は、表面漏れ電流を遮断し、計器の測定回路から遠ざける第3の接続部です。これにより、計器は絶縁体積を*通過*する真の漏れ電流のみを測定することができ、特に湿度の高い条件下や汚染された表面において、より正確でしばしば高い抵抗値を読み取ることができます。

第二に、そして最も重要なことは、試験後に機器を放電させることです。絶縁試験は、機器を直流高電圧に充電し、このエネルギーをコンデンサーのように蓄えます。この蓄積された電荷は、致命的となる可能性があります。試験終了後、試験機の内部放電回路または専用の静電気放電棒を使って、機器を安全に放電する必要があります。一般的なベストプラクティスは、蓄積された吸収電荷がすべて消滅したことを確認するために、試験電圧印加時間の少なくとも4倍は接続したまま放電することです。

結論理念から力へ

私たちは誘電体の基礎物理学から旅をしてきた。高度な診断検査の詳細な解釈に関する資料.重要なことは、絶縁試験は単純な測定以上のものであるということです。それは、電気資産の健全性を科学捜査的に調査することです。全電流が容量性電流、吸収電流、漏れ電流の組み合わせであることを理解することで、絶縁システムの動的挙動を解釈する能力が開花します。

この深い知識により、PIやDARのような時間ベースの試験で汚染を評価し、ステップ電圧試験で局所的な弱点を突き止め、誘電放電試験で複雑な多層システムを分析することができます。これらのデータを厳密な傾向分析や環境補正と組み合わせることで、比類のない予測力が得られます。これらの原理を深く理解することが、測定値を取るだけの技術者と、故障を未然に防ぐことのできる診断技術者を分けるものであり、最終的には機器の信頼性と運転の安全性を高めます。