Research of experience-based multipurpose desktop electric power transmission and distribution system for junior high school, liberal arts and humanities students

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14352
• Research Institution: Ishikawa National College of Technology
• Principal Investigator: 田中 文章 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 講師 (20633019)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 高電圧 / 出前授業 / マルクス発生機

Outline of Annual Research Achievements

本研究では中学生や文系学生を対象とした,電力システム分野の興味関心を喚起し.理解を促すことを目的とした体験型の卓上型多目的電力送電システム教育装置の研究を実施中である。これにより、将来の電力エネルギーに必要とされる事を考えられるようにする事を目的としている。
本年度は，前年度に設計した高電圧電力システム実験装置の設計に基づいて作成を行った。実験装置の作成は，安全性と可搬性を両立するために，アルミフレームを組み合わせ，作業台を作製した。この作業台は，上部の安全対策のための上部筐体とマルクス回路などを内蔵する下部筐体の2つで構成されている。これにより，専用の輸送車などを利用しなくても大型のワンボックスタイプの自動車などで持ち運びが可能となっている。これにより，比較的，実験設備の持ち運びが容易となっている。また，一般的なエレベーターにも搭載可能なサイズとなっているため，2階や3階などの上階での実験も可能となっている。
高電圧発生回路に関しては，設計を行った値に応じた高電圧用コンデンサなどの周辺回路の部品の購入を行った。これらの購入した部品を利用し，マルスク回路の作製を行っている。
また，現在，1時間や2時間のように，一定の時間内に終了することのできる，中学生や文系学生を対象とした,電力システム分野の興味関心を喚起し.理解を促し，電力送電システム教育装置の学習へとつながる実験や学習テーマの設定についての調査・検討・修正を続けている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

現在までの進捗状況は、前年度に行った，研究の中核をなす、高電圧電力システム実験装置の設計を基に，作業台や高電圧電力システム実験装置の作製を行った。
マルクス発生機に関しては、公称出力電圧を250 [kV] で設計している。このマルクス発生機は、充電時に並列接続された8個のコンデンサに約32 [kV] の充電を行い、放電時に並列に接続されたコンデンサを直列につなぎ替え、放電することで32 [kV] ×8 [段] ＝ 256 [kV] の出力することが出来る。
放電電極については，上部筐体の上面より導線を垂下することにより，ギャップを作製している。この上部筐体には，現在はオープンスペースとなっているが，実際に出前授業等を行う際にはステンレスメッシュで上部筐体を覆うことで，安全性の確保と視野の確保を両立するようにする予定である。
一方，中学生や文系学生を対象とした,電力システム分野の興味関心を喚起し.理解を促し，電力送電システム教育装置の学習へとつながる実験や学習テーマの設定については，従来の予定では，調査や検討を行い，その内容を中学生や高専生などに確認してもらい，その評価と修正を繰り返す予定であったが，新型コロナウィルスの影響を受け，出前授業などの受け入れが非常に困難となっている状態で，本校の高専生も自宅待機やその後の遠隔授業などのため，学校に来ることが少なく，また授業回数の関係で時間も取れなかったことから，確認が不十分な状況がある。

Strategy for Future Research Activity

高電圧電力システム実験装置の設計を基に，作業台や高電圧電力システム実験装置の作製については，今後，実験を繰り返すことにより，安全性の確認と改良点の洗い出しを行う予定である。また，放電電極や球ギャップスイッチなどの消耗部品の消耗の様子を確認し，どの程度までであれば，安定した実験が可能であるかの確認を実施する。また，予算などに余裕があれば，作業台についてカバーなどを充実させ，安全性や見栄えの向上を行う。
また，今後の出前授業などの開催状況や計画を立てる上で，新型コロナウィルスの感染状況は非常に重要なファクターとなる。新型コロナウィルスの感染状況については，国でもワクチン接種を加速させていることなどから，オリンピックの開催される7月～8月頃には一応の目処が立つものであると考えている。そのため，ワクチン接種の進展と共に前年度のような，出前授業などの実験が全くできない状況は改善されて行くと考えている。そのため，今年度は，出前授業などの実施も可能になると考えている。
ただし，ワクチン接種後も，新型コロナウィルスの対策をする必要があるため，中学校などの外部から人を集めて開催する場合は，参加人数を少人数とすることで実施をしたいと考えている。
これにより減少する実施回数については，高専生を対象とすることで，不足分を補い，実験や学習テーマの設定についての内容を深化させることを考えている。

Causes of Carryover

新型コロナウィルスの感染拡大に伴い，予定通りの実験機器の作製や旅費などの出費ができなかったこと，予定していた出前授業や公開講座などがなくなる，などの複合的な要因により，これらに伴う出費が減少したため。