直流ヒューズの高遮断容量化に向けた高分子と珪砂を併用したアーク限流遮断方式の開発
| Project/Area Number |
21K14141
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
児玉 直人 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80828971)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 限流ヒューズ / 直流遮断 / 消弧媒体 / アーク / 高分子材 / ヒューズ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，従来からヒューズ内部のアーク消弧媒体として用いられてきた珪砂(SiO2)に加えて，高分子材料を新たに用いる。アークと固体高分子材の接触・溶発を利用することで，(1)電流路の強制的な収縮によるアーク抵抗の増加，(2)高分子蒸気によるアークの拡散，の2つの効果を融合させた革新的な小型・軽量・高遮断容量のDCヒューズを実現させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，珪砂に加えて，高分子材を併用することでrarcの上昇および高絶縁抵抗の維持が可能な手法を開発することを目的とする。2022年度は，以下を行った。
1) ヒューズエレメント周囲への高分子材製狭隘部の配置によるDC遮断実験：銅製のヒューズエレメント周囲に光硬化性樹脂製の円筒を配置し，アーク消弧実験を行った。円筒の内面には，光硬化性樹脂製の狭隘部を設けた。この狭隘部の幅を，変化させた実験を行った。その結果，狭隘部配置によりrarcは上昇し，狭隘部幅の増加に伴いrarcも増加した。
アーク遮断後の模擬ヒューズ両端子間の絶縁抵抗は，狭隘部幅が狭い時は0.1 MΩ程度と非常に小さな抵抗を示した。一方で，狭隘部幅が数mm程度まで上昇すると，絶縁抵抗は数10 MΩまで上昇する傾向が得られた。アーク抵抗rarcの上昇要因としては，前年度に考察した高分子蒸気のアークへの混入効果に加えて，高分子狭隘部自身がアークの電流路を絞る効果が考えられる。
2) 絶縁抵抗の変化を検討するために，アーク消弧後の模擬ヒューズに対して透過X線観測を行うことで，模擬ヒューズの内部を観測した。その結果，どの実験条件においても，狭隘部周囲において空隙の形成が観測された。
3) 絶縁抵抗変化の検討のために，銅/珪砂/高分子材蒸気の混合蒸気の平衡ガス組成を数値計算した。その結果，光硬化性樹脂材の蒸気が混入する条件では，アーク消弧後において凝縮相炭素が生成される可能性があることが判明した。1)で測定された特定条件における絶縁抵抗の低下は，凝縮相炭素生成によるものと考えられる。
今後は，アーク抵抗と絶縁抵抗の両立が可能なエレメントおよび高分子材形状の検討が必要だと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
アークや外部ノイズの影響により，アーク電圧分布の非接触測定センサによるアーク電圧測定に遅れが生じている。解決のためには，ノイズが重畳した測定データから，アーク由来の信号のみを抽出する信号処理が必要となる。この点については，ベイズ統計などの統計処理法を用いて2023年度は対応をする。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究において，ヒューズエレメントの周囲に高分子材を併設する方法ではアーク抵抗の上昇が可能無い一方で，条件によっては絶縁抵抗が急激に低下する課題が示された。
この課題について，ヒューズエレメントと高分子材の位置関係を工夫することで，アーク抵抗を上昇させる機構を有するヒューズエレメント/高分子材部と，高絶縁抵抗を維持する機構を有するヒューズエレメント部を検討する。
また，ヒューズエレメントに対する，過電流通電溶断シミュレーションを適宜行うことで，高分子材配置がエレメントの溶断などに与える影響の検討を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
