2017 Fiscal Year Annual Research Report
超伝導限流器の実用化に向けた高信頼度化と合理的設計・運用に関する研究
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17H03215
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
早川 直樹 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20228555)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 寛樹 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00377772)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導限流器 / クエンチ / 液体窒素 / 気泡 / パンケーキコイル / 準平等限界 / 不平等電界 / グラディエント力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，次世代の革新的・高機能型電力機器として期待されている「超伝導限流器」について，実用化の要である高信頼度と合理的な設計・運用に資する技術的指針を提示することを目的としている．本年度の研究成果は以下の通りである．
抵抗型超伝導限流器コイルのターン間を模擬した基礎絶縁モデル（ターン間モデル）を液体窒素中に浸漬し，気泡のない定常状態における静的絶縁性能を評価した．また，抵抗型超伝導限流器のクエンチ・限流動作時における絶縁環境を模擬し，ターン間モデルの高電界空間に突発的に気泡を発生させることにより過渡状態における動的絶縁性能を評価し，静的絶縁性能と比較した．さらに，超伝導限流器の実器形状を模擬したパンケーコイルキモデルをニクロムテープを用いて設計・製作し，静的／動的絶縁性能を評価・比較するとともに，ターン間モデルの静的／動的絶縁性能と比較した．高電圧導体－接地導体間のギャップ長は2mmおよび6mm，印加電圧は交流60Hz，動的絶縁性能を評価する熱ストレスは5W/cm2×1秒，液体窒素の温度は77K，圧力は0.1MPa（絶対圧）とした．
ターン間モデルおよびパンケーキコイルモデルの静的絶縁破壊電圧（BDVsta）および動的絶縁破壊電圧（BDVdyn）を測定し，両者の比BDVdyn/BDVstaを求めた．BDVdyn/BDVstaは，先行研究における球－平板電極のBDVdyn/BDVstaよりも上昇した．これは，テープエッジ部の局所高電界により，エッジ近傍の気泡がグラディエント力を受けて高電界領域から排除されるためと考えられる．また，パンケーキコイルモデルのBDVdyn/BDVstaは，球－平板電極と同様に，ギャップ長の増加に伴い上昇した．これは，不平等電界下においても，準平等電界下と同様にギャップ長の確保が抵抗型超伝導限流器の動的絶縁性能向上に資することを示している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の交付申請書に記載した研究実施計画に従って，おおむね順調に進展している．また，初年度の基礎絶縁モデルと次年度のパンケーキコイルモデル（YBCOテープ使用）との間にパンケーキコイルモデル（ニクロムテープ使用）を用いることにより，次年度のパンケーキコイルモデル（YBCOテープ使用）による実験への展開を容易にすることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
次世代型YBCOテープを用いて，超伝導限流器を構成するパンケーキコイルモデルを設計・製作する．製作したパンケーキコイルモデルを液体窒素中に浸漬し，静的／動的絶縁性能を評価し，前年度の基礎絶縁モデルおよびパンケーキコイルモデル（ニクロムテープ使用）との相違を明らかにするとともに，それらの要因を解明する．前年度の基礎絶縁モデルおよびパンケーキコイルモデル（ニクロムテープ使用），本年度のパンケーキコイルモデル（YBCOテープ使用）における静的／動的絶縁性能より，超伝導限流器の絶縁設計に資するデータベースを構築する．
また，超伝導限流器の限流・復帰動作はインピーダンスの発生と消滅を伴い，限流動作時のみならず復帰動作時においても，電力システム全体としての安定性（過渡安定度）の低下が懸念される．そこで，申請者らがこれまでに実測した超伝導線材の過電流通電時における発生抵抗の電界依存性と温度依存性に関するデータベースを過渡安定度解析プログラムに組み込み，IEEEや電気学会の標準的な系統解析モデルの複数線路に超伝導限流器の導入を想定し，超伝導限流器の限流・復帰動作時における電力システム全体としての安定性を評価する．
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