絶縁性コート表面で発生するブラシ・沿面放電のモード遷移と着火性評価

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26350470
• Research Institution: National Institute of Occupational Safety and Health, Japan
• Principal Investigator: 大澤 敦 独立行政法人労働安全衛生総合研究所, 電気安全研究グループ, 上席研究員 (20358435)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 絶縁性コート / ブラシ放電 / 沿面放電 / 静電気障災害防止 / 減災 / 静電気

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，産業現場で着火源となっている金属容器・配管をコートした絶縁物表面で発生するブラシ及び沿面放電の着火性とそのモード遷移を明らかにし，絶縁性コートの誘電率と厚さを考慮したブラシ・沿面放電の統一理論を構築し，着火性評価に応用することである。
１．クーロンメータ（以下CM）の製作：初期表面電位と放電電荷の関係の測定において被測定放電電荷のレンジが広いため，市販のCMを2台使用していたが，このCMの切替となる電荷が放電モードの遷移付近となるため測定に支障があり，測定精度からも問題があった。これを解決するため10 microCまで測定可能なCMを自作した。
２．クーロンメータ及び電位測定プローブの移動機構の追加：接地金属板上の帯電フィルム（絶縁性コートを模擬）にCMと一体化した金属球を近づけて放電電荷を測定するときのCMの移動は手で行っていたが，レール上に載せたｚ軸ステージに固定し，放電位置の再現性を向上させた。フィルム表面電位の測定器もハンドヘルド型からプローブ型に変更し，先のレール上のステージに固定して測定位置の再現性を向上させた。
３．初期表面電位－放電電荷測定：上記改良のもと，フィルム材として絶縁性コートによく使用されるPTFE,ポリエチレン及びガラスを種々の厚さで，20 cm四方にカットして放電電荷の測定を実施した。新規材料のガラスは抵抗率・誘電率の測定も実施した。ブラシ放電では初期表面エネルギー密度を用いて放電電荷の実験式を見出すことができるが，沿面放電に遷移するときの初期表面電位－放電電荷の関係にばらつきが大きいためブラシ－沿面放電の統一的表式に至っていない。これを改善するためにフィルムを一様に帯電させる方法を検討している。
４．コード開発：正・負イオンの連続式及び電界のポアソン式のコード化，ボルツマン解析により電子の連続式に必要な空気中電子の種々の係数を求めた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

ブラシ放電では，ブラシ放電の着火性（放電電荷）を評価するための実験式を，絶縁性コートの材料（誘電率）と厚さを考慮して，コートの初期表面エネルギー密度を用いることによって，見出せたが，沿面放電に遷移するときの初期表面電位－放電電荷の関係に，異なる材料・厚さのフィルムごとだけでなく，同一のフィルムにおいても，ばらつきが大きく生ずるためブラシ－沿面放電の統一的表式には至っていない。この原因は，ブラシ放電の特性から放電領域が狭いため，帯電分布がほぼ一様と見なせる球電極下のフィルム中心付近のみが放電するのに対して，沿面放電ではフィルム全体に渡って放電することにあると考える。つまり，中心の測定表面電位が同じであっても，フィルム表面の帯電分布によっては沿面放電に至らない（途中で放電進展が止まってしまう）可能性があり，これがばらつきの原因であると考えられる。これを解決するためにはフィルム表面を一様に帯電させる必要があり，種々の帯電法を，コロナ帯電電極システムを試作しては，実験的に検討した。このため，シミュレーションのコード開発の一部（電子の連続式のコード化）に遅れが生じている。なお，この一様帯電手法の調査は現在も実施中である。

Strategy for Future Research Activity

目標のブラシ－沿面放電の統一的表式の導出には，フィルムの一様帯電法の確立が先決である。シミュレーションとの比較を考慮すると一様帯電は必要なことである。これまでに種々の方法を実験・検討した結果，トリオード（７本並べたフィルム幅以上の長さのコロナワイヤー電極とフィルムを接触しておく接地金属板との間にメッシュ電極を配置したもの）を用いた帯電方法が有力であったので，これの最適化（メッシュ電極の目開き・位置・電気的処理：電圧印加または抵抗で接地，抵抗分圧とこれらの抵抗値）を検討し，一様帯電の手法を確立する。広範囲の電位で一様帯電が可能となれば，これだけでも重要な成果となる。さらに，フィルム端の影響も一様性を妨げる要因となるので，フィルムの被測定部からこの影響を取り除くため，接地金属板に浅溝を設け，被測定部からフィルム端を除外することも，その可能性（溝の外側に放電が進展しないか）も含めて検討する。
この一様帯電のもとでの種々のフィルムを用いた初期表面電位－放電電荷の再実験と当初計画どおりにフィルムサイズ・放電させる接地金属球径の依存性と放電痕の観測を実施する。さらに，並列して，遅れている中途の状態のコードモジュール（電子の連続式）を開発し，シミュレーションを実施し，着火性評価に応用するためのブラシ－沿面放電の統一的表式を導出したい。

Causes of Carryover

研究費の残額(\33,111)では，トリオードコロナ帯電電極の改良（目開きの影響を調査するためのメッシュ電極板の交換機能の追加及び沿面放電の範囲を制限するために改良する淺溝付接地金属板の製作）費用の見積額に対して不足が生じたため，これを次年度に見送った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の必要研究経費の一部として充当する。