絶縁距離とは?沿面距離と空間距離の違いは?

絶縁距離とは?沿面距離と空間距離の違いは?

 

製品を設計するときに、消費者の役に立つことは非常に重要です。ただ、さまざまなスペックを追求しようとするあまり安全性をおろそかにする無理な設計をおこない、結果として製品が異常状態になるケースがあります。

 

当サイトのメインテーマであるリチウムイオン電池では、エネルギー密度を重視しすぎるために危険になりやすい材料の選定や設計を行い、結果として発火・爆発事故などが起こっています。

 

このように、製品の危険性を低下させる設計は大事であり、電気的な製品における安全性に関する用語として「絶縁距離」「沿面距離」「空間距離」というものがあります。

 

ここでは、「絶縁距離」「沿面距離」「空間距離」に関する内容を解説していきます。

 

・絶縁距離とは?種類と特徴は?

 

・沿面距離とは?沿面距離を計算してみよう

 

・空間距離とは?空間距離を計算してみよう

 

というテーマで解説しています。

 

 

絶縁距離とは?種類と特徴は?

 

絶縁距離とは、ある電気的な製品の中で短絡がおこる危険性のある導電部から別の導電部までの最短距離のことを表しています。

 

この絶縁距離が長いほど、「その製品を扱う上で短絡などの電気的な事故を起こしにくい」といえます。つまり、絶縁距離は製品の安全性を評価するための指標の一つともいえます。

 

絶縁距離には種類があり、代表的ものに「沿面距離」と「空間距離」があります。

 

 

この沿面距離と空間距離にはどのような違いがあるのでしょうか?また、具体的にどのように計算するのでしょうか?

 

以下で解説していきます。

 

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沿面距離とは?沿面距離を計算してみよう

 

まず、沿面距離の定義を解説していきます。
沿面距離とは、言葉の通りある導電部から最も近い導電部までを、製品の外形に沿った最短の距離といえます。

 

以下に、リチウムイオン電池などの電池における沿面距離のイメージを示します。灰色が絶縁部でオレンジ色が導電部であるとします。

 

 

例1では沿面距離はみたままです。

 

一方例2のように、導電部が電気的に短絡しないように絶縁の突起を立てたとします。すると沿面距離が上図のように長くなります。

 

同様に、例3のくぼみがあったとしても沿面距離は長くなります。

 

基本的に沿面距離が長いほど、安全性が高くなる傾向にあるといっていいですが、例3の例1を比較した場合、短絡の危険性は変化していないですが、沿面距離は長くなる場合もあります。

 

沿面距離と計算するときの注意点としては、例3のような溝があるケースでは幅1mm以下では無視することです。
 
以下のようなものです。
 

 
そのため、あくまで絶縁距離である、沿面距離と空間距離を合わせて考えたようがいいです。さらに厳密に安全性を設計するためには、絶縁距離はあくまで目安値であり、部材の強度や構造全体の影響などを総合的に考えるといいです。

 

このように沿面距離は計算していきましょう。ただ、実際は上のように二次元的でなく、三次元的に距離を考える必要があるため、3DCADなどを使用しつつ計算するといいです。

 

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空間距離とは?空間距離を計算してみよう

 

次に、空間距離の定義を解説していきます。
空間距離とは、言葉の通りある導電部から最も近い導電部までの空間的な最短距離といえます。

 

以下に、リチウムイオン電池などの電池における空間距離のイメージを示します。灰色が絶縁部でオレンジ色が導電部であるとします。

 

 

 

 

例1では、空間距離は沿面距離と同様にみたままです。

 

一方例2のように、導電部が電気的に短絡しないように絶縁の突起を立てたとします。すると空間距離もこれに応じて、長くなります。ただ沿面距離より空間距離の方が基本的に短くなります。これが違いといえます。

 

同様に、例3のくぼみがあったとしても空間距離は、空間的(3次元的)な最短距離のため例1と同様の長さになります。これらが空間距離の求め方です。

 

空間距離を計算し、安全性の設計を適切に行いましょう。

 

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