極低温電気絶縁に与える冷媒流動と電荷蓄積現象

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760229
• Research Institution: Matsue National College of Technology
• Principal Investigator: 箕田 充志 松江工業高等専門学校, 電気工学科, 助教授 (00311069)
• Keywords: 流動 / 破壊 / 極低温 / 電気絶縁

Research Abstract

超伝導を応用した電力機器の開発が活発に行われている。超伝導ケーブルや超電導コイルは,極低温,高機械的応力,高磁界など過酷な環境下に曝される。超電導体の冷却には液体窒素やヘリウム等の冷媒により完全浸漬冷却されているが,同時に冷媒は機器の絶縁にも利用されている。冷却効果を向上させるため冷媒は強制循環されることが望ましい。しかしながら冷媒の流動は極低温領域における電気絶縁に影響を及ぼすと予想される。特に,常温以上の領域で問題となっている,流動帯電に関して,極低温領域で検討された例は殆どなく,本現象による,超伝導コイルや超伝導ケーブルなどの極低温電力機器の絶縁耐力低下が懸念される。
本研究は,極低温領域の固体と冷媒の界面における流動帯電の発生メカニズムを解明し,流動帯電に関する技術的問題点を検討することにより,その解決法に対し明確な指針を与えることを目的とした。
結果として,流動による帯電は絶縁油に比べ著しく小さいことがわかった。同時に,極低温絶縁では室温に比べ,固体絶縁体中の耐トリーイング特性や絶縁破壊特性も向上した。また,固体絶縁体中に蓄積する空間電荷の影響も小さいことから電気絶縁設計上有利であることがわかった。しかしながら,極低温では熱エネルギーが小さいことから,流動耐電によって蓄積した電荷は長期に渡り抜けにくいことが予想された。さらに,複合絶縁系の絶縁破壊において,破壊電界近傍では電極から固体絶縁物へ電荷の蓄積がみられた。このことから,流動耐電と高電界における電荷の蓄積が重畳することで,極低温でもより低い電界で破壊が生じる可能性が示唆された。

Research Products

• [Publications] 箕田充志: "直流超電導ケーブルへの固体絶縁方式適用の基礎的検討"低温工学. No.4. 147-151 (2003)
• [Publications] 箕田充志: "固体絶縁方式超電導ケーブル用EPRのトリーイング特性"低温工学. No.10. 554-559 (2003)
• [Publications] Y.Mizuno: "Electrification of Liquid Nitrogen Flowing in Electrical Insulating Pipe"Conference on Elecrical Insulation and DIelectric Phenomena. 229-232 (2003)
• [Publications] 石塚岳弘: "液体ヘリウム中におけるスペーサの帯電が微小ギャップの放電に及ぼす影響"平成15年度電気関係学会東海支部連合大会. No.219 (2003)
• [Publications] 下村昌路: "液体窒素中におけるスペーサの沿面絶縁破壊電圧に及ぼす液体窒素浸漬時間の影響"平成15年度電気関係学会東海支部連合大会. No.246 (2003)
• [Publications] 岡田大和: "絶縁パイプ中に固体絶縁物がある場合の液体窒素の流動帯電"平成15年度電気関係学会東海支部連合大会. No.242 (2003)
• [Publications] 箕田充志: "超伝導機器を対象とした複合絶縁系のV-t特性"平成15年度電気・情報関連学会中国支部連合大会. 53 (2003)
• [Publications] 石塚岳弘: "液体ヘリウム中におけるスペーサの帯電が微小ギャップの放電に及ぼす影響"平成16年電気学会全国大会. No.1. 13 (2004)
• [Publications] 下村昌路: "液体窒素中のスペーサを介した絶縁破壊に及ぼすスペーサ沿面の傷の影響"平成16年電気学会全国大会. No.2. 29 (2004)
• [Publications] 岡田大和: "液体窒素流動時の絶縁パイプの帯電現象"平成16年電気学会全国大会. No.2. 31 (2004)
• [Publications] 野田敏広: "フィルタを通過する液体窒素の流動帯電"平成16年電気学会全国大会. No.2. 32 (2004)