2019 Fiscal Year Annual Research Report
A new proposal of magnetic spiral arc method for high speed DC interruption
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18K13746
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
平山 智士 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (70759274)
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2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 直流遮断 / ガス遮断器 / 電磁流体解析 / アーク放電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ネットワーク型直流送電システムの実現には，直流電力の高速度遮断技術の確立が課題となっている。従来の機械アーク方式遮断器は，アーク放電部で生じたわずかな電流・電圧変動をLC共振回路により増幅し電流零点を生成する仕組みであるが，このプロセスに時間がかかり過ぎるために直流送電システムに要求される遮断時間を達成できていなかった。本研究では，外部印加磁界によりアーク放電の特性を制御できる点に注目し，新たな高速直流遮断技術として磁気スパイラルアーク方式を提案する。電磁流体解析により，遮断器内部のアークがスパイラル化する条件を明確にし，提案方式の有効性を見極めることを目的としている。
2018年度は，直流遮断器の検討に用いる電磁流体解析プログラムを開発し，さらに並列計算用PCクラスタを構築した。それらを用いて，共振回路を接続した条件でのスパイラルアークの振る舞いと回路挙動を，簡易な構造のラバルノズルアークの3次元非定常解析から検討した。その結果，ノズル全域に1Tの外部磁界を印加することで速やかに電流零点が生じることを確認した。
最終年度の2019年度は，スパイラルアークの印加磁束密度依存性の検討から，提案手法の有効性が現れる最小の磁束密度条件を見出すことを試みた。その結果，ノズル上流域に0.75Tの外部磁界を印加するだけでもスパイラルアーク構造が形成されることが確認できた。さらに，スパイラルアークの短絡現象が生じる場所とそれにより生じる電圧変動の関係性を検討したところ，スロート上流域でのアーク柱の短絡が大きな電圧変動を引き起こし，速やかな電流零点生成に主要な寄与をすることが明確になった。以上述べたように，本研究で実施した電磁流体解析から直流電力遮断の高速化に対する磁気スパイラルアーク方式の有効性が示された。
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