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コンデンサ誘電体の電界強度・絶縁破壊余裕計算

この計算ツールは、印加電圧と極板間隔から均一な誘電体内部の理想電界を求め、ご指定の絶縁破壊強度と比較します。絶縁破壊に対する利用率、安全率、残りの電界余裕、理論上の最大電圧、電圧余裕を表示します。初期設計の確認には便利ですが、ディレーティング、認定試験、形状、温度、欠陥、過渡現象、経年劣化、製造公差の検討に代わるものではありません。

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電圧と極板間隔から誘電体電界を求める方法

均一な誘電体を持つ理想的な平行平板コンデンサでは、平均電界の大きさは印加電圧を極板間距離で割った値、つまり E = V/d です。本ツールには電圧をボルト、間隔をミリメートルで入力し、結果を V/m と kV/mm の両方で表示します。そのため、一般的な材料データシートの絶縁破壊強度と直接比較できます。たとえば、0.5 mm に 1,200 V を印加すると 2.4 kV/mm、すなわち 2.4 百万 V/m です。正の値を入力し、評価条件に適した電圧ピークをお使いください。直流では通常、公差を含む最大定常電圧を用います。交流やパルスでは、RMS 表示だけでなくピークが絶縁ストレスを決める場合があります。間隔には、想定する電界経路に沿った実際の誘電体厚さを設定してください。単純な V/d は均一電界を仮定しており、極板端部のフリンジ、鋭い導体付近の集中、空隙、沿面経路、多層材料の分布は評価しません。局所最大電界は計算値より大きくなり得るため、監査しやすい一次評価として使い、その後に製品と規格が要求する形状解析および材料解析を実施してください。

利用率、安全率、電圧余裕の読み方

入力した絶縁破壊強度を比較基準の破壊電界として扱います。利用率は計算電界を絶縁破壊強度で割り、100 を掛けた値です。100 パーセント未満は below_breakdown、ちょうど 100 パーセントは at_breakdown、超える場合は breakdown_exceeded と表示します。安全率は逆の比率で、絶縁破壊強度を計算電界で割ります。安全率 4 は、入力した材料強度が理想平均動作電界の 4 倍であることを示すだけで、設計が承認済みの 4 倍余裕を持つことを証明しません。破壊余裕は二つの電界の差、最大電圧は強度と厚さの積、電圧余裕は理論最大電圧から印加電圧を引いた値です。負の余裕は入力した限界を超えたことを示します。これらは監視表、設計記録、材料選定、電圧配分で同じ比較を別の形で利用するための指標です。正の余裕も安全認証ではありません。公表強度は試料厚さ、電極形状、試験時間、温度、湿度、周波数、ロット、試験方法で変わります。短時間試験の楽観的な代表値ではなく、用途に必要なディレーティング後の許容値と比較してください。

入力値の選び方と責任ある利用

公差が不利な方向に働くため、想定できる最大電圧と最小誘電体厚さをお使いください。電源公差、スイッチング過電圧、反復過渡現象、不平衡、起こり得る電圧再配分を含めます。厚さについては図面の公称値だけでなく、圧縮、コーティングばらつき、フィルム薄化、組立公差、製造上の最小寸法を考慮してください。材料グレードと試験条件ができるだけ近い資料から kV/mm の絶縁破壊強度を取得します。資料が V/mil、V/mm、MV/m の場合は事前に換算してください。数値上、1 kV/mm は 1 MV/m です。多層誘電体では、誘電率、界面、捕獲電荷、欠陥によって電界分布が変わり、厚さの比で分担されるとは限りません。気体空隙、汚染表面、部分放電開始にも専用の評価法が必要です。API は決定論的で、成功したリクエストごとに $0.002、ブラウザ版は同じ計算を無料でローカル実行します。入力根拠と仮定を記録し、必要なディレーティングを適用し、限界に近い設計や安全上重要な設計は、シミュレーション、規格審査、実機試験で確認してください。

活用例

絶縁構想の初期評価

詳細な形状解析や公差解析の前に、理想平均電界を候補フィルムまたはセラミックの絶縁破壊強度と比較します。

電圧ディレーティング表の作成

複数の公称電圧と最小誘電体厚さについて、利用率、安全率、電圧余裕を一貫した方法で作成します。

絶縁試験条件の確認

指定試験電圧と試料厚さを電界ストレスに換算し、該当する材料データおよび試験方法と比較します。

よくある質問

どの式を使用しますか？

理想的な均一電界の関係 E = V/d を使い、得られた E をご指定の絶縁破壊強度と比較します。

交流は RMS とピークのどちらを入力しますか？

絶縁破壊基準と材料データに適した値をお使いください。瞬時の電界ストレスにはピークが重要な場合が多いため、適用規格に従ってください。

below_breakdown ならコンデンサは安全ですか？

いいえ。理想平均電界が入力強度を下回ることだけを示します。ディレーティング、局所集中、公差、劣化、過渡現象、温度、部分放電、認定試験が別途必要です。

電圧余裕が負になるのはなぜですか？

印加電圧が絶縁破壊強度と厚さの積を上回っており、理想計算の時点で入力した破壊電界を超えているためです。

多層誘電体の合計厚さを使えますか？

信頼できる評価にはなりません。誘電率の違いと界面によって電界が再配分されるため、各層の静電界解析が必要な場合があります。

API の料金はいくらですか？

成功した API リクエストごとに $0.002 です。同じ決定論的な計算をブラウザでは無料で利用できます。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/elec/dielectric-field-strength

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/elec/dielectric-field-strength \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"voltage_v":1200,"plate_spacing_mm":0.5,"dielectric_strength_kv_per_mm":10}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/elec/dielectric-field-strength", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "voltage_v": 1200,
    "plate_spacing_mm": 0.5,
    "dielectric_strength_kv_per_mm": 10
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/elec/dielectric-field-strength",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "voltage_v": 1200,
    "plate_spacing_mm": 0.5,
    "dielectric_strength_kv_per_mm": 10
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/elec/dielectric-field-strength", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"voltage_v":1200,"plate_spacing_mm":0.5,"dielectric_strength_kv_per_mm":10}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"voltage_v":1200,"plate_spacing_mm":0.5,"dielectric_strength_kv_per_mm":10}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/elec/dielectric-field-strength", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "voltage_v": 1200,
  "plate_spacing_mm": 0.5,
  "dielectric_strength_kv_per_mm": 10
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "elec.dielectric_field_strength",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

KITの完全なドキュメントを見る →