2018 Fiscal Year Annual Research Report
超高電圧直流真空遮断器の実現に向けた真空アーク現象の基礎研究
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18H01419
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲田 優貴 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (00735532)
日高 邦彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90181099)
松岡 成居 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10114646)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子密度測定 / シャックハルトマン / 分光測定 / 真空アーク / 励起電子温度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究においては世界に先駆けて真空アークプラズマと電極の温度分布、プラズマ中の粒子（金属蒸気、イオン、電子）密度分布、電流分布（導電率分布）を高い時間・空間分解能で測定するシステムを開発し、真空アークの消弧・再発弧にいたる過程におけるこれら諸量の過渡変化を計測する。プラズマ中の粒子の挙動と金属電極の伝熱・蒸発、外部電源回路からの電流注入との連成解析を行い、現在まで未解明であったアーク消弧・再発弧過程を解明する。遮断成否を決定する要因を抽出し、成否の臨界条件を議論できるモデルの提案を行い、遮断器の革新的高度化に資することを目的としている。
2018年度及び延長した2019年度上半期においては、まず5KAP,50HZの電流源の整備を行った。つづいて、真空実験装置の構築を行い、CuCr 電極間にプラズマフレア及びそれに後続する真空アーク放電を発生させ、発光分光観測を行うことで、励起準位温度、金属蒸気組成比を算出した。
励起準位温度は、t＝0usでは11;000K 程度の高い温度になり、t=2usでは8;000K 程度に急激に低下し、その後大きな経時変化はなかった。金属蒸気組成比はt=0usでは電極の銅組成が大きくなると、銅蒸気組成比が大きくなった。一方、t=2usでは、銅蒸気組成比が80ー90%程度まで上昇し、それ以降は大きな変化は見られなかった。プラズマフレアでは電極の材料組成を反映し、金属が蒸発するという報告例と一致
した。真空アークでは電極表面の温度が低くなると考えられ、クロムに比べて融点の低い銅が選択的に蒸発していると考えられる。
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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
電源、真空装置、シャックハルトマン法による電子密度測定装置、分光器、二次元温度分布測定装置の構築はほぼ終え、電極の組成を変化させながら、分光による測定やシャックハルトマン法による電子密度の測定を行えるようになった。これはほぼ予定とする測定装置の構築を終えている。
上述したように、5KAP,50HZの電流源の整備真空実験装置の構築、発光分光観測装置の構築、さらに、二線強度比法による真空アークプラズマ温度測定装置の構築を行いこれらは同期をとって動作できる状態となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
測定装置の構築はほぼ終えたが、電極の温度を二色温度計で同期測定できるようシステムを改良する。これを用いて、特に電極零点近傍での真空アークプラズマと電極の温度分布、プラズマ中の粒子（金属蒸気、イオン、電子）密度分布、電流分布（導電率分布）を高い時間・空間分解能で測定する。遮断成否を遮断成否を決定する要因を抽出し、成否の臨界条件を議論できるモデルの提案を行っていく予定である。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Systematic comparison of vacuum arc between CuCr and AgWC electrode by using various optical technique2018
Author(s)
Yuki Inada, Yuki Taniguchi, Yasushi Yamano, Mitsuaki Maeyama, Yusuke Kitabayashi, Hiroyuki Iwabuchi, Hiroyuki Nagai, Haruki Ejiri, Akiko Kumada, Kunihiko Hidaka, Fujiya Oshiro, Yuma Nagayo, Yuto Hachiman, Eiji Kaneko
Organizer
ISDEIV 2018 (28th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Late Dielectric Breakdown Phenomenon Caused by Microparticles Released after Current Interruption2018
Author(s)
Yuto Hachiman, Fumiya Oshiro, Yuma Nagayo, Eiji Kaneko, Yuki Inada, Yuki Taguchi, Yasushi Yamano, Mitsuaki Maeyama, Yusuke Kitabayashi, Hiroyuki Iwabuchi, Haruki Ejiri, Akiko Kumada, Kunihiko Hidaka
Organizer
ISDEIV 2018 (28th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum)
Int'l Joint Research
