環境調和型極低温気体絶縁送変電機器の実用化に向けての基礎研究
【研究分野】電力工学・電気機器工学
【研究キーワード】
環境 / 極低温 / 気体絶縁 / 放電 / 高電圧 / 空気 / 窒素 / 電界 / 送変電機器 / 高気圧
【研究成果の概要】
本研究では、電力機器の絶縁に対する高いパフォーマンスを保ちつつ、環境への負荷も少ない極低温窒素ないし空気の極限的な活用をめざした。大型実験容器を用いて、直系1m、高さ1m、室温から-180℃で温度制御可能な実験空間を作り、その中に各種形状を有する電極を配置して、実用機器で問題となる10cm級の長ギャップ火花電圧や各種放電過程の測定を行った。さらに絶縁特性を支配する放電機構を解明するために、従来不可能とされてきた非接触で電界の測定ができる気体カー効果を利用した新しい測定システムの構築に挑戦をした。成果を以下に示す。
1.平等電界中の絶縁特性を球-球電極を用いて測定した。交流及び直流電圧を印加した場合の窒素及び合成空気の火花電圧は、極低温においてもパッシェンの法則に従うことを見出した。
2.不平等電界の絶縁特性を、棒-平板電極を用いて測定を行った。気体については、窒素と合成空気、温度については室温と極低温を対象として絶縁特性を検討した。合成空気の室温雰囲気中のみ、他の条件に比べ二倍程度火花電圧が高く、ギャップ長が20cmを超える付近からギャップ長に対して飽和する傾向があるという、開放空間の空気では見られない現象を見出した。コロナ放電を観測した結果、電極表面に密着するような膜状コロナが発生する場合に火花電圧が高くなることを見出した。この原因として放電によるNOの生成の可能性が考えられる。
3.気体カー効果の大きさは、変圧器油の1000分の1以下であることから、往復反射によって光路を長くするとともに、入射レーザ光の偏波間位相差を50kHzで変調し、検出信号を同期検波する方法を採用した。窒素、炭酸ガス、SF6の各気体中においてh、50kV/cmの直流電界測定に成功した
4.平等電界及び不平等電界の絶縁特性から、同じ圧力下では極低温ほど高気体密度が実現でき、高い絶縁特性が得られるという極低温気体の有効性が確認された。また、窒素および空気という環境に優しい気体によってそれが実現できる意義は大きい。
【研究代表者】