2020 Fiscal Year Annual Research Report
微細構造化高硬度接点による革新的アークレスハイブリッドしゃ断技術
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18H01420
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安岡 康一 東京工業大学, 工学院, 教授 (00272675)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気接点 / 溶融ブリッジ / アーク / 高融点材料 / 可変抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CO2排出削減に向けて，太陽光・風力・蓄電池などの分散エネルギー源により直流マイクログリッドを構成し活用することが期待されている。ただし直流は電流ゼロ点が無いため交流と比較してしゃ断が困難であり，これら直流源の連携運用が制限されている。種々の直流しゃ断技術が開発されてきたが，現在は機械接点と半導体パワーデバイスを組み合わせたハイブリッドしゃ断技術が注目されている。本研究の目的は，機械接点の開極時にアークを発生させない革新的なハイブリッドしゃ断技術を確立することである。
接点開極時に直流電流は，100マイクロメートル程度の領域に集中して接点間を流れる。この部分の温度が上昇して接点材料の沸騰温度を超えると金属蒸気が発生してアークとなる。沸騰温度は電圧に換算された沸騰電圧に換算されるが，タングステンでは2Vである。よって接点電圧を2V以下にできるとアークレスしゃ断が可能となる。初年度は回路条件と接点開極時間を制御することで，200Aのアークレスしゃ断を世界で初めて実現した。ただしタングステンは銅に比較して接点抵抗が大きい課題があり，次年度は接点抵抗と表面粗さの関係を詳細に検討することで接点抵抗を銅接点の約2倍の0.3mΩまで低下させた。また接点が局所的に高温化してアークとなる物理過程に着目し，熱放散の促進により温度上昇を抑える目的で銅クラッドタングステン接点を製作し，アークレス限界電流を400Aに増加させた。ただしアークレス電流はタングステンの沸騰温度で制限されるため，最終年度はこれを回避する方策として2種または3種の接点材料を組み合わせた可変抵抗接点を開発した。接点開極とともに通電点は，銅・銅から銅・炭素に移行して接点電圧が増加して転流を促進する構成であり，この結果アークレス転流限界値を700Aまで増加させることに成功した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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