負荷装置の電気抵抗と絶縁抵抗

質問

負荷装置の絶縁抵抗（端子-アース間）は、使用前（温度低）よりも使用後（温度高）の方が値が低いですよね。
http://www.nippon-heater.co.jp/material/extension/extension.html#temp　（表１）

しかし、負荷に電流が流れると熱が発生して、電気抵抗は増大しますよね。

つまり、負荷の温度が高くなると電気抵抗は増大しますが、絶縁抵抗は減少します。
絶縁抵抗も”抵抗”であるはずなのになぜ減少するのか、この仕組みがよく分からないのですが、以下に自分なりの仮説を立ててみたのでご指摘いただけないでしょうか。

温度が上昇すると電気抵抗は大きくなる。
これによって負荷に電流が流れにくくなっているため、その分アースに電流が流れやすくなっている。すなわち絶縁抵抗は小さくなる。
アースは短絡回路なので負荷回路よりも電流が流れやすいのかな、と思いました。でも電気抵抗も絶縁抵抗も増大するほうが自然な流れのような…。

回答No.1

noname#210617 · ベストアンサー

リンク先には
絶縁抵抗は、ヒーターの碍管（がいかん）と発熱体（電熱線）を絶縁しているマグネシア(MgO)の特性を示したもの
と書かれていますよ。

電気が導通するということは、移動可能な荷電担体が存在するということですから、導電性は荷電担体の密度と、その動きやすさによって決まります。
導体は、常温で充分に自由電子があるため、その電気抵抗は、熱によって生じる格子振動のような、電子の運動を阻害する要因に支配されます。
絶縁体の場合は、自由電子が少ないことにより、絶縁性が生じるのですが、高温になれば、熱によって電子などの荷電担体が活性化される効果のほうが顕著に現れるので、導電率があがります（抵抗率は下がる）。

お礼

>高温になれば、熱によって電子などの荷電担体が活性化される効果のほうが顕著に現れる

なるほど、そういうことだったんですか！
格子振動は原子核や不純物の振動ですよね。キャリアの運動の方が活性化されるのは、同じ熱エネルギーが与えられても質量の小さい電子の方が運動が活発になりやすいということなんでしょうか。

ありがとうございました。

回答No.3

daitei

回答１：絶縁物の温度が上昇すると、絶縁抵抗が小さくなるのは、
絶縁物の構成要素が熱により、結合が薄れ電気が通りやすくなるからと
思います。ポリーマーやセラミックも同じような理屈で、堅く結合していた
分子が熱により、切り離されたり、緩やかになるようです。
回答２：「温度が上昇すると電気抵抗は大きくなる。
これによって負荷に電流が流れにくくなっているため、その分アースに電流が流れやすくなっている。すなわち絶縁抵抗は小さくなる」との仮説は
違っています。負荷に比べれば絶縁抵抗は５～６桁も抵抗値が違います。
多少の負荷の抵抗変化でも影響するようなレベルではありません。
また、負荷は例えばR相とS相との間に接続されますが、接地はS相と地面との間に接続されるので、並列にはなっていません。
回答３：「アースは短絡回路なので負荷回路よりも電流が流れやすいのかな、と思いました」・・これは何を意味するかは理解できません。
短絡とは、電位の違う2点間が小さなインピーダンスで
つながることをいいます。どことどこが短絡回路と思ったのでしょうか？

お礼

再度ありがとうございます。

～回答１および２について～
その通りですね。
アースと聞いて”電流が流れる”との認識が先行していたようです。

～回答３について～
短絡というか”地絡”ですね。
過電流を流すものなのに何を思っていたのでしょうか。アースにしょっちゅう電流が流れるのは考えものですね。
今見るとわたし自身も何を意味するか理解できません（笑）

回答No.2

daitei

No.1さんの回答にもありましたように、絶縁物は温度上昇により
抵抗が減少します。これを踏まえて・・
お尋ねの「シーズヒータ」はニクロム主体の発熱体を酸化マグネシウムの粉（絶縁体）で金属管（ステンレス）に充填したものです。
表面の金属管と中の電気が通うニクロム線の間は、酸化Mgで絶縁されて
います。ところが温度が上がると、酸化Mgは負の温度特性を持っているため、急激に（指数関数的に）抵抗が減少します。
よって、外の金属管とニクロム線の間の絶縁抵抗が減少し、
金属表面に電流が流れやすくなります。
ヒータを支えるセラミックの台も負の温度特性を持っていて、高温では絶縁が悪化します。
ニクロム線は正の温度特性を持っていますが、絶縁材料が負の温度特性を持っているため、ヒータ表面と接地金属間の抵抗（絶縁抵抗）が減少し漏洩電流が流れます。

お礼

言葉足らずでごめんなさい。
>絶縁物は温度上昇により抵抗が減少します。
この理由が知りたかったんです。

負荷装置全般に関しての絶縁抵抗の減少についてお尋ねしたかったんです^^;
参考データがあったほうが良いかな、と思ってリンク先の表１を示したんですけど、皆さんの詳しいので逆に邪魔だったかも知れませんね。申し訳ないです。

シーズヒータについてもよくわかりました。ありがとうございました。