静電容量って何ですか？

質問

各電線メーカーの電線便覧等にKm当たりの静電容量が記載されておりますが、静電容量とはどういう原理で存在するのでしょうか？
ケーブルの静電容量は、ケーブルが長くほど、太いほど多いとされていますが、どうしてなのでしょうか？

回答No.8

shino0413 · ベストアンサー

>>5で回答した者です。
>>2補足欄については>>7の方が触れていますが、そもそもケーブルにはシースアース（接地のシールド層）がある
ため、懸架位置は影響しません。導体とシースアースの位置関係、絶縁体の特性によってKm当たりの静電容量を
掲載されているということです。
裸線であれば、絶縁体である空気がコンデンサの誘電体にあたりますから、懸架位置によって静電容量が変動します。
そのため電線メーカーの電線便覧にはKm当たりの静電容量は掲載されていないと思います。

電極間の距離（絶縁体＝誘電体の厚さ）を>>5の例で考えれば、「水槽の深さ」が妥当かと思います。
　・厚さ（深さ）を薄くすると容量（体積）が減る
　・電圧（水圧）を上げて耐用値を超えると絶縁破壊（水槽が破壊）
　　　※この場合の水槽は上面開放でなく密閉構造で想像していただいた方が分かり易いです。

お礼

ありがとうございました。
何度も回答して頂き感謝してます。

回答No.10

ymmasayan

No.2です。補足質問にお答えします。

>　ケーブルと対地間の静電容量も同じ原理と考えて良いのでしょうか？
>　ケーブルが鉄塔等で配線されて地面との距離がある場合は静電容量は少ない？
>　ということでしょうか。

はい。その理解で結構です。

回答No.9

shino0413

すみません。よく考えずに書き込んでしまいましたが、コンデンサと水槽では厚みに対する容量の増減が逆ですね。
失礼しました。

回答No.7

nobu911

コンデンサの原理を理解して頂いたと前提して。
電線の導体と大地間もしくは他の電線の導体間を電極、電極間の絶縁物（ケーブルの絶縁物や空気）を誘電体に置き換えるればコンデンサと同じとみなすことができます。電線に電圧をかけて電極間に電位差が生じれば、絶縁物（誘電体）に応じた静電容量が得られるわけです。ケーブルは絶縁物に紙やポリエチレン、ゴムなどを使用しており、空気と比べて大きい比誘電率を持っています。
静電容量は電気的にはＣ＝Ｑ／Ｖ、構造的にはＣ＝εo・Ｓ／ｄ（Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離）で表されるので、長くて太いケーブルほどＳが大きくなりＣも比例して大きくなります。ケーブルの場合絶縁物は電圧仕様が高いほど厚くなるのが一般的ですので、同じ太さ、絶縁物のケーブルでもｄが異なり、静電容量も異なってきますので、電線便覧で確認してみて下さい。

お礼

ありがとうございました。
お礼が遅くなりましてすいませんでした。

回答No.6

anachronism

静電容量とは、その電気素子の中に、電気がたまりやすい度合いを表すものです。
普通は、電気をためる「コンデンサ」の大きさを表すのに使います。

コンデンサは、２枚の金属のフィルムに、薄い絶縁体を、はさんで巻いて作ります。このようにして、２枚の金属の間に電圧をかけると、マイナス側の金属の板に電子が流れ込み、逆にプラス側の金属の板の電子が流れ出し、そのまま電流を切ると、電子がたまったままになります。（それはそれでいろいろと使用価値があります。）

電線も、数本の導体を、絶縁体（ケーブルの被服など）で隔てて（はさんで）できているため、コンデンサと似たような構造になるので、静電容量が生じます。（もちろん、少なくする工夫はしているはずですが。）

静電容量は、原理的には絶縁体をはさんだ導体に、電圧をかけると、その大小はともかく必ず発生します。
なぜかというと、大雑把に言えば、電流として流れようとする電子が絶縁体でさえぎられて、通ろうとして通れずにそこにたまってしまうからです。（本当の専門家が聞いたらキレそうな表現ですけど、まぁ、勘弁してください。）

ケーブルが長ければ長いほど、ケーブル（導線）が、太ければ太いほど、金属の表面積が大きくなるので、耐圧があまり変わらず、被服の厚さが変わらなければ、静電容量は大きくなると思います。

静電容量があると何が困るのか、どんなことが起こるのか、それは他の回答者殿もおっしゃっていますし、ここでは申しませんが、必要ならまた改めて質問してください。

お礼

ありがとうございました。
参考になりました。

回答No.5

shino0413

電線便覧を知っておられるので、それなりに電気の知識は有る方だと思いますが、他の方よりもっと簡単な
（一般向け？）話を書いてみます。

静電容量とは、要するに絶縁物（この場合はケーブルの被覆と空気）が存在することによって、「電気を他所へ
流さずに蓄える度合い」を示した物とみてもらえば良いかと思います。水槽の材料が水の分子を通さないため、
水を蓄えることができるのと同じです。
電気の原理は、よく水（と言うか液体）で例えることがありますが、以下の関係で置き換えられます。
電荷　　　　：水
絶縁物　　 ：水槽（の材料）
静電容量　：水槽の体積
電圧　　　　：水槽に接続された配管の水圧
ケーブルの太さと長さは、それぞれ水槽の幅と長さに置き換えれば良いので、体積が増えるからということ。

お礼

ありがとうございました。
わかりやすい例えですね。
No.2　vmmasavanさんの補足事項を見て回答頂ければさいわいです。よろしくお願いします。

回答No.4

bungosuidou

電力ケーブルの静電容量値の記載が必要な理由は、それによって地絡事故発生時の事故電流の大きさに影響があるからです。
ここでいうところのケーブルとは一般の絶縁電線と異なり、高圧電流が通過する中心導体の周りを絶縁部、さらには接地層で囲み、主として地中送・配電線、一部の架空送・配電線に使用する目的の電力用電線と考えてください。

お礼

ありがとうございました。
参考になりました。

回答No.3

mermaid2004

●　２本の電線に交流電圧を接続すると負荷が接続されていなくとも電線間で電流が流れます。

●　この電流は電圧と周波数と静電容量に比例します。

●　静電容量は質問の通り、ケーブルの長さと太さに比例し、２本の線間の距離に反比例し、又　絶縁物の材質で異なります。　同じ太さ長さ線間距離で真空中での静電容量を１とした場合に絶縁物で数十倍～１００倍以上の静電容量となる場合も有ります。この倍数を比誘電率と言います。

●海底ケーブルで送電する場合は　高電圧で、長く、線間距離が小さい為に電力を使用しなくとも静電容量で大きな電流が流れ、送電線が耐えられない状況が起こります。

●　その為に本州←→四国、本州←→北海道などの海底ケーブルは交流を一旦直流に変換し、送電しています、又直流を交流に戻して使っています。

●　静電容量を有する場所に直流電圧を加えると直流電圧が貯められる効果もあります。テレビの電源を切っても内部で高圧が残っているため危険と言われるのはこの現象です。

●　静電容量は直流を貯める働きがあり、交流を直流に変換すると交流特有の電圧の山と谷が残った状態と成り、静電容量に電圧を貯めることで安定した直流を造ることが出来ます、テレビ、ラジオでは沢山の静電容量（コンデンサー）が存在します。

お礼

ありがとうございました。
No.2　vmmasavanさんの補足事項を見て回答頂ければさいわいです。よろしくお願いします。

回答No.2

ymmasayan

電線に行く前にコンデンサの話をしましょう。
参考ＵＲＬの図を見てください。
横から見た図ですが平行な金属板の間に誘電体(絶縁物)をはさんだものがコンデンサです。

これに直流電圧（上が＋）Ｖボルトをかけると上の極板に＋Ｑ、
下の極板に－Ｑの電荷(静電気)がたまったとします。
このときＣ＝Ｑ／Ｖをこのコンデンサの静電容量といいます。
静電容量は極板の面積に比例し、極板の間隔に反比例し、
さらに誘電体の誘電率に比例します。

また静電容量は直流は通さないが交流は周波数が高いほどよく通す(ように見える）のです。
実際に電気が突き抜けるわけではなく電荷の移動が外から見ると、
交流電気が突き抜けているように見えます。

さて、電線の静電容量ですが３種類考えられます。
１．平行線の線間の静電容量
２．同軸状のケーブルの線間静電容量
３．単線の対地間静電容量

>　ケーブルの静電容量は、ケーブルが長くほど、太いほど多いとされていますが、
>　どうしてなのでしょうか？

どちらもコンデンサの極板の面積を大きくしたのに相当するからです。

余談ですが、ケーブルの静電容量が大きいと交流電圧を掛けたときに
電圧より９０度進んだ漏れ電流が多くなります。
無負荷時に流れる電流の量Ｉ0(A)は、
単位長あたりの静電容量をＣ0(Ｆ/km)、長さＬ(km)、
電圧Ｖ(V)、周波数ｆ(Hz)とすると
Ｉ0＝Ｖ×(２×３．１４×ｆ×Ｃ0×Ｌ)となります。

参考URL：

http://www.rohm.co.jp/en/capacitor/what3-j.html

補足

ご回答ありがとうございます。
補足なのですが、コンデンサの場合電極間の距離によって静電容量がかわりますが、ケーブルと対地間の静電容量も同じ原理と考えて良いのでしょうか？
ケーブルが鉄塔等で配線されて地面との距離がある場合は静電容量は少ない？ということでしょうか。

回答No.1

noname#19971

静電容量とは、その物質にどれくらい電荷を蓄えることができるか、という数字です。１Vの電圧を加えたときに、１C(クーロン、電荷の大きさ)の電荷を蓄えた場合、その物質の静電容量は１F(ファラデー)となります。

同じ材質のケーブルの場合、太くて長い方が電荷を蓄積する容積が大きいので、その分蓄えられる電荷が多くなる、すなわち静電容量が大きい、ということになります。

お礼

ご回答ありがとうございました。
お礼が遅れましてすいませんでした。