絶縁ワッシャが変えるのは沿面距離で、空間距離ではありません

二つの距離があり、あなたのものは片方だけ

IEC 60664-1 は絶縁協調の基本規格で、その用語の節が、 多くの人が一つとして扱っている二つの量を分けています。

この二つをボルト継手の横に並べれば、分担ははっきりします。 つば付きワッシャ、絶縁ブッシュ、穴の中のスリーブ。 どれも経路に差し込まれた固体絶縁材料であり、延ばしているのは二つめの距離です。 継手の外側にある空気は何も変わっていません。

あの部品が実際にやっていること

よくある構成は、つばが頭の下に座り、肩がばか穴の内側を覆うつば付きワッシャで、 上に平ワッシャ、反対側にも同じ組み合わせを入れることが多い。 それぞれの面に役目があり、それぞれに役目を果たし損ねる道があります。

• 肩はボルトを穴の内壁から遠ざける。 これはいちばん最後に見つかる失敗です。組んでしまえば見えないからです。 継手に横へ引かれたボルトや、少し芯のずれた穴は、 外から見て完全に正しく見える部品の内側で金属どうしを触れさせます。
• つばは頭の下の表面経路を延ばす。 沿面距離が仕事をしている部分で、だからこそ厚みだけでなくつばの外径が効きます。
• 反対側も絶縁する必要がある。 片端が絶縁で片端が金属どうしなら、それは高価なワッシャが付いた導通継手です。
• 被膜は絶縁体ではありません。 陽極酸化、塗装、不動態化はどれも薄く、 しかもファスナーがかける面圧はまさにそれらを傷める条件です。 誘電体として指定した人もいません。設計がそれに依存しているなら、 図面のない絶縁体を抱えていることになります。
• この頁の鏡像は、導通しなければならない継手です。 そこでは同じ被膜が逆側から問題になり、ある発行済みの規格は 陽極酸化やめっきの座金を 電気ボンディングに用いることを禁じています。

誰も先に警告してくれない矛盾

この部品に頼まれている二つの仕事のあいだには直接の衝突があり、 それは当サイトのワッシャのページに一行で書いてあります。 ナイロンや繊維のワッシャは絶縁、シール、表面保護を担い、そして 持続荷重でクリープするので、構造継手の締結経路には置くべきではない。 その表の残りは washers explained（英語）にあります。

両方が同時に成り立ちます。 絶縁する材料は、あなたの軸力を保てない材料です。 締結経路の樹脂は緩和し、締結力はそれに従って落ち、 何も回っていないのに継手は緩みます。それが why screws loosen（英語）の二つめの失敗様式です。

抜け道は、一つの部品に二役をさせるのをやめることです。 締結経路には金属スリーブを置いて圧縮荷重をクリープしないものに通し、 樹脂は導電経路を断つ必要がある場所だけに残す。 ファスナー全体を非導電にしなければならないなら、それは別の設計で固有の限界があり、 樹脂のファスナーに約束できること、できないことは、 鋼のファスナーのカタログより screws for plastic（英語）に近い話になります。

そして 10 kV では、規格のほうが先に退いている

IEC 60664-1 は適用範囲の最初の段落で自分の境界を述べています。 定格電圧が交流 1 000 V または直流 1 500 V までの機器、 周波数は 30 kHz まで、使用高度は海抜 2 000 m まで。 スレッドの質問は 10 kV で、その上限より一桁上です。 みんなが引きたがる表は適用されませんし、本ページも代わりの数値を出しません。 それを供給すべき文書がこちらではないからです。

同じ適用範囲にはもう二文あり、低圧でも持っておく価値があります。 数値が数値でなくなる状況を述べているからです。 この文書が規定する最小の空間距離は、電離気体が存在する場所には適用されない。 そして本文書は、液体絶縁を通る距離、空気以外の気体を通る距離、 圧縮空気を通る距離を扱わない。 湿っている、粉じんがある、空気以外の何かに浸かっている継手は、 モデルの端にいるのではなくモデルの外にいます。

適用範囲にはもう一つ、機器の内部で絶縁をする人への警告のように読める注記があります。 機器の内部回路にはより高い電圧が存在しうる。 銘板の定格電圧が、あなたのワッシャの両端にかかる電圧とはかぎりません。

これを求めるもう一つの理由

絶縁ワッシャが図面に出てくる理由は電気的絶縁だけではありません。 この分野でより多いのは異種金属接触腐食の回路を断つほうで、 ファスナーはしばしば大きな陰極の継手の中の小さな陽極部品であり、 目的は電気の経路ではなく電解の経路を断つことです。 別の要求で別の失敗様式であり、それは galvanic corrosion（英語）、 どの組み合わせが効くかを決める序列は the anodic index table（英語）にあります。

図面では分けて書く価値があります。求めているものが違うからです。 電食を断つには、二つの金属が同じ電解質を共有しうるすべての場所で水の経路を断つ必要がある。 電気的絶縁には、指定された電圧に耐える沿面距離と空間距離が要る。 片方を満たしたワッシャが、もう片方を自動的に満たしているわけではありません。

部品を選ぶ前に決めること

• 問題なのがどちらの距離かを言う。 答えが空間距離なら、穴の中の部品では直りません。形状のほうを変えることになります。
• 締結荷重を誰が受けるかを言う。 絶縁体が受けるなら、その軸力はカウントダウンに入っています。 金属スリーブが二つの仕事を分けてくれます。
• 反対側も絶縁されているか、 そしてボルトが内壁に触れないようになっているかを言う。
• 被膜を絶縁体にしない。 陽極酸化や塗装が絶縁の経路に入るなら、絶縁として指定し検査するか、 その面で荷重を受けさせないかのどちらかです。
• その継手が保護ボンディングの経路も兼ねていなかったかを確認する。 絶縁すればその連続性は失われます。あとで発見することではなく、 意図して答えておくことです。

この記事は六つの手順のどれか一つには収まりません。手順をまたいで出てくるか、組み付けたあとに出てくる話です。ここに行き着く判断がどこで下されているかはねじの決め方にまとめてあります。

よくある質問

空間距離と沿面距離はどう違いますか。

IEC 60664-1 は別々に定義しています。空間距離は二つの導電部の間の空気中の最短距離、沿面距離は二つの導電部の間の固体絶縁材料の表面に沿った最短距離です。絶縁ワッシャ、ブッシュ、スリーブはどれも経路に置かれた固体絶縁材料なので、効くのは沿面距離のほうです。継手の外側を回る空気の経路はそれでは変わりません。

つば付きの絶縁ワッシャで高電圧の継手を絶縁できますか。

ファスナーを通る経路には効きますが、ファスナーを回り込む経路には効かないので、高電圧では単独では通常できません。元スレッドの良い回答が、部品を足すのではなく設計を変えろと言っていたのはそのことです。加えて IEC 60664-1 は交流 1 000 V または直流 1 500 V までの機器しか扱わないので、10 kV では、ふつう数値を引きにいく規格そのものが適用されません。本ページも代わりの数値は出しません。

構造用のボルト継手にナイロンワッシャを入れてよいですか。

軸力を保つ必要のある継手なら、締結経路には入れないでください。樹脂のワッシャは持続荷重でクリープし、締結力もそれに従って落ち、何も回っていないのに継手は緩みます。ふつうの構成は、圧縮荷重は金属スリーブに通し、樹脂は導電経路を断つ必要のある場所だけに置くことです。絶縁している部品が、同時に継手を保持している部品にならないようにします。

電気絶縁用のワッシャと、異種金属腐食を防ぐ絶縁ワッシャは同じものですか。

重なりますが同じ要求ではありません。電気的絶縁は電圧で規定され、それに耐える沿面距離と空間距離が要ります。電食の絶縁は電解の経路を断つ話なので、二つの金属が電解質を共有しうるすべての場所で水の経路を断つ必要があり、そこには電圧なら決して飛ばない場所も含まれます。片方を満たした部品がもう片方を自動的に満たしているわけではないので、図面にはどちらを求めているのかを書いてください。

陽極酸化は電気絶縁になりますか。

誰かが絶縁として指定し検証していないかぎりなりません。被膜は薄く、その誘電特性はその表面処理を買ったときの目的ではありませんし、ファスナーの下の面圧はまさにそれを傷める条件です。継手の絶縁を被膜に頼る設計では、その絶縁体には図面も検査もありません。それはワッシャが解決するために買われた問題とは別の問題です。

参考資料

• IEC 60664-1:2020 — 低電圧系統内機器の絶縁協調；第 1 節 適用範囲、および 3.1.4 と 3.1.5 の空間距離・沿面距離の定義
• IEC 60050-151 — 国際電気標準用語集。IEC 60664-1 が沿面距離の定義で参照している出典

IEC 60664-1:2020 は公開されているプレビュー PDF から読みました。適用範囲が全文入っており、ここで引用した二つの定義を含む用語の節も入っています。プレビューには空間距離と沿面距離の数値表は入っておらず、本ページにもそこからの数値はありません。そもそも元スレッドの 10 kV の事例には適用されません。規格の定格電圧の上限より一桁上だからです。スレッドで引用された空気の絶縁破壊強さの数値は、意図的に転載していません。よく挙がる値は海面高さの一様電界のもので、先端、エッジ、湿度、気圧、汚染がすべてそれを動かすため、この質問が述べている状況では単一の数値は誤解を招きます。IEC 60050-151 のカタログ番号は第二の情報源では照合していません。継手を絶縁すると保護ボンディングの経路が乱れるかどうかは、規格から引用した要求ではなく、答えておくべき問いとして本文で提起しています。内部リンクの多くはまだ英語版のみです。