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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Multiscale modeling of degradation of electrical insulating material

Research Project

Project/Area Number 20H02140
Research InstitutionOsaka Research Institute of Industrial Science and Technology

Principal Investigator

岩田 晋弥  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (10642382)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木谷 亮太  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 研究員 (90761619)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords絶縁劣化 / 電気トリー / 分子動力学計算 / 量子化学計算 / 有限要素解析 / エネルギー解放率 / 部分放電 / 深層学習
Outline of Annual Research Achievements

高分子電気絶縁材料は、電力インフラを支える重要な要素のひとつであり、その劣化や破壊の原理を解明することが喫緊の課題である。2022年度は、主に以下の項目について研究を実施した。
[1]量子化学計算を利用したCOGEF法によって、分子の開裂力を導出した。具体的には、アルカン分子およびその酸化物を対象とし、開裂力を算出しポテンシャルモデルの考察を進めた。
[2]架橋ポリエチレンは、もっとも広く使用されている電気絶縁材料のひとつであり、その劣化抑制のために様々な添加剤が導入さる。例えば、ポリエチレンの架橋に用いられるDCP(Dicumyl peroxide)の分解残渣、界面活性剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などがある。2022年度は、複数の分解残渣分子が混在する系において、分子動力学計算を使用し、分子の拡散を評価した。また、共同研究者が進める電流積分電荷法による高分子絶縁体内を通過する電荷の測定実験とも比較を実施した。
[3]部分放電の解析は、絶縁劣化の初期過程の理解に欠かせないだけでなく、劣化診断にも利用される。本研究では、深層学習を用い、位相パターンデータから総当たり的に評価する手法を試みた。また、畳込み深層学習で作成した診断用学習済モデルにSHAPを適用し、学習元の画像において推論への影響度が強いエリアの可視化に成功した。
[4]絶縁体内の電気トリーの発生と進展は、絶縁劣化の典型例のひとつであるが、その駆動力については未解明な点が多い。2022年度は、主に電気トリーの多次元構造(例えば分岐構造の形成)についての考察を進め、力学的効果と電場による欠陥まわりのエネルギー解放率について検討した。
[1]~[4]に関する成果は、学会発表(主に電気学会)および論文発表を中心に報告した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Verification of Interpretability of Phase-Resolved Partial Discharge Using a CNN With SHAP2023

    • Author(s)
      Kitani Ryota、Iwata Shinya
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 11 Pages: 4752~4762

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2023.3236315

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Brute-force analysis of insight of phase-resolved partial discharge using a CNN2023

    • Author(s)
      Kitani Ryota、Iwata Shinya
    • Journal Title

      Electrical Engineering

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s00202-023-01808-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of an external electric field on the rupture force of decane, 4-decanone, and dicumyl peroxide molecules: Computational insight2022

    • Author(s)
      Iwata Shinya、Uehara Hiroaki、Okamoto Tatsuki、Takada Tatsuo
    • Journal Title

      Materials Today Communications

      Volume: 32 Pages: 103928~103928

    • DOI

      10.1016/j.mtcomm.2022.103928

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric Field and Temperature Characteristics of Accumulated Charge Amount in Several Polymeric Insulating Materials Using Q(t) Method and Quantum Chemical Calculation2022

    • Author(s)
      Uehara H.、Okamoto T.、Sekii Y.、Iwata S.、Takada T.
    • Journal Title

      2022 IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena

      Volume: - Pages: 13~16

    • DOI

      10.1109/CEIDP55452.2022.9985349

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] エネルギー解放率に基づく電気絶縁材料劣化現象の駆動力推定2022

    • Author(s)
      木谷亮太, 岩田晋弥, 今谷勝次
    • Organizer
      第334回電気材料技術懇談会
  • [Presentation] エポキシ樹脂を中心とした機器用絶縁における量子化学計算の活用2022

    • Author(s)
      岩田晋弥, 今井隆浩, 植原弘明
    • Organizer
      電気学会令和4年 基礎・材料・共通部門大会
  • [Presentation] 計算機シミュレーションを活用した絶縁劣化およびその抑制原理の検討2022

    • Author(s)
      岩田晋弥
    • Organizer
      電気学会四国支部講演会
    • Invited
  • [Presentation] Electric Field and Temperature Characteristics of Accumulated Charge Amount in Several Polymeric Insulating Materials Using Q(t) Method and Quantum Chemical Calculation2022

    • Author(s)
      H. Uehara, T. Okamoto, S. Iwata, Y. Sekii, T. Takada
    • Organizer
      2022 IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena

URL: 

Published: 2023-12-25  

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