電源部品でよく問題になる部分放電ですが、部分放電とは何かご存知でしょうか？

2つ以上の絶縁材料を含む絶縁体に電圧を印加し、1つの絶縁材料が放電し、少なくとも1つの絶縁材料が通常の絶縁状態を保つ場合、この放電は部分放電と呼ばれております。例えば、測定物の絶縁材料に異常空隙がある場合、空気の誘電率が絶縁材料と空気の崩壊電圧が絶縁材料より低いため、異常空隙が電圧の比較的高い割合を占めることになり、部分的に放電しやすくなります。

したがって、被検査物に十分な試験電圧が印加された場合、部分放電検出器を用いて試験放電の電荷（pC）を測定し、被検査物の絶縁材料に絶縁品質異常の潜在的リスクを確認することができます。従って、パワーコンポーネントの最大定格動作電圧をわずかに上回る電圧で部分放電試験を適用することで、通常の動作電圧で長期間にわたってパワーコンポーネントの信頼性を確保できます（連続した部分放電なし）。

なぜ、部品は絶縁品質の異常（部分放電）が発生するのでしょうか？

パワーコンポーネントのIGBTはさまざまなアプリケーション（エレクトロニクス、産業機器、航空宇宙、軍事機器、鉄道機器、新エネルギー、スマートグリッド、新エネルギー自動車など）で使用されています。IGBTモジュールは数キロボルトの電圧で動作することが多い大電力/大電流の電力変換/制御回路に使用されることが多く、ON/OFF状態の切り替えにより、IGBTモジュール内のゲートとコレクタ間、IGBTモジュールとヒートシンク間で高い電圧差が生じることがあります（図1）。空隙やクラックを含む絶縁材料に高電圧を印加すると、部分的な放電が発生する可能性が高くなります。長期間使用すると、断熱材が徐々に劣化し、製品の破損につながる断熱材の絶縁破壊が発生します。

▲図1.ドライブ制御回路図

▲図２. IGBTのエアギャップとクラックの模式図＆劣化経路の写真

また、各IGBTモジュールのGateとEmitter間の動作バイアスはそれぞれのトランスによって提供され、トランスの両側は高周波の高電圧差の場合が発生します（図1参照）。トランスの1次側と2次側の絶縁が十分でない場合、異常放電により発生した電圧・電流はIGBTを破損し、高電圧放電によるサージのデジタル制御の動作が異常になる可能性があります。

例えば3000V耐圧の絶縁性能を持つケーブルを使用したトランスを使用しても、1次側と2次側のコイルが近接していたりすると、高電圧（例えば、6000V）に耐えられるように見えるとしても、実際には通常の電圧（例えば1000V）で一定期間の動作をすると故障になります。これは、ケーブル絶縁体の誘電率が一般に空気の誘電率よりはるかに高いため、エアギャップを横切るトランス電圧/分圧電圧比が比較的高くなり、ワイヤ間のエアギャップを横切るトランス電圧が350V（1atmの最短距離の空気を放電させるための開始電圧）以上になると、ワイヤ間の表面で部分放電が起こり始めます。ケーブルの絶縁皮膜はすぐには劣化・損傷しないため、一定期間継続して使用することで徐々に炭化し、最終的にはトランスの一次側と二次側で短絡することになります（図3参照）。また、1次側と2次側の間の放電サージはトランスが完全に破損する前に、デジタル制御回路に干渉して誤動作を引き起こす可能性があります。

▲図3. トランス第一と第二のサイドコイルの電線間の部分放電について

絶縁品質が異常な電品はなぜ検出されないですか？

通常の安全試験は高電圧をかけて、漏れ電流を検査するだけとなり、部分放電（PD）の検査を実施していないため、部分放電が発生していた異常品を検出していませんでした。これらの絶縁異常は通常の使用環境で使用した場合、直ちに破損し、危険な状態になることはありませんが、長期的に使用する場合の品質上の問題となります。このような品質問題を回避するためには、最大動作電圧条件で部分放電（PD）が継続しないように測定する必要があります。一般的な規制の推奨は最大絶縁動作電圧または最大絶縁繰り返しピーク電圧の1.875倍（いずれか高い方）を試験電圧として、試験中の部分放電（PD）量（数秒の範囲）が一定の電荷量（例えば5pC、10pCなど）以下であることを確認し、製品の使用時の品質と信頼性を保証します。 これにより、製品の使用期間中の品質と信頼性を確保することができます。

ソリューション：Chroma 19501部分放電試験器(Partial Discharge Tester)

Chroma 19501+A195005はIEC 60270-1のPD（Partial Discharge）測定の要件を満たし、AC耐電圧試験（Max. 5kVac）とPartial Discharge測定（1pC~6000pC@3nF）を提供し、高圧/高電圧部品の異常絶縁品質を効果的に検出することができます。 電源部品は、動作時の品質と信頼性を重視したものを使用しています。