30kV/cm と覚えよう

空気が絶縁破壊する電界強度

空気の絶縁破壊電界強度は30kV/cm


図1　標準温度と標準気圧において，空気が絶縁破壊して電気的導体となる電界強度は約30kV/cm．これを超える電界が加わると，空気分子が電離して電子が流れ，放電現象が生じる．詳細は［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200

標準温度と標準気圧において，空気が絶縁破壊して電気的導体となる電界強度のおおよその値は30kV/cmです．この値を超える電界が印加されると，空気分子が電離して電子が流れ，放電現象が生じます．

人の体が15kV程度に帯電し，接地された金属体との間隔が数mm程度になると，空気の電界強度は30kV/cmに近づきます．その結果，絶縁破壊が起きてスパークが発生します．これが静電気放電の基本的なしくみです．

スパークの長さは導体の形状や先端の曲率，湿度，気圧などの環境要因によって変化します．そのため，同じ電圧でも放電の起こりやすさは状況によって大きく異なります．

電界強度の単位は「V/cm」ですが，電圧や電力密度と混同されることがあります．次のように整理できます．

たとえば平面波の平均電力密度を用いて電界強度を推定することができます．

平面波の平均電力密度は次の式で表されます．

$ \dfrac{1}{2 \eta} \times E^2 $

ここで，$\eta$は空間インピーダンスで，値は$120\pi$です．電力密度を3×10$^6$ W/m$^2$と仮定すると，換算される電界強度$E$は数百V/cmから数kV/cmの範囲に収まります．この値は非常に強力な電磁波を意味しますが，空気を絶縁破壊させる30kV/cmには達しません．

30kV/cmという値は，高電圧機器の設計や絶縁試験での重要な指標です．空気絶縁を利用した装置では，次のような注意点が求められます．

このように，30kV/cmは単なる数値ではなく，実用上の安全基準として利用される重要な物理定数です．

〈著:ZEPマガジン〉