2022 Fiscal Year Annual Research Report
輻射伝熱場と電磁流体場の連成解析による遮断器アーク放電の消弧機構の解明
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20K14722
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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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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 電力用遮断器 / アーク放電 / 輻射伝熱解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アーク放電の消弧現象は，電力用遮断器の性能を決定づける最も重要な現象であり，その詳細を数値解析から理解する試みがなされてきた。しかしながら，複雑な輻射吸収過程に起因した膨大な計算コストから，輻射エネルギーの再吸収現象に関しては未だ十分に議論されていない。本研究課題では，申請者が既に開発した遮断器アーク放電用の電磁流体解析プログラムをもとにして，新たに開発する輻射伝熱場解析モジュールと組み合わせることでアーク放電の消弧現象を再現できる解析プログラムを完成させ，この解析プログラムを用いて，電力系統用遮断器の消弧現象を解明することを目的としている。
2020年度は，送電系統用遮断器および配線用遮断器の電流遮断ガスであるSF6および空気の放射・吸収係数の計算プログラムを開発し，それらの特性を検討した。この計算プログラムでは，束縛-束縛遷移により生じる線スペクトル放射，再結合により生じる連続スペクトル放射が考慮されている。さらに，簡易的な輻射エネルギーの再吸収モデルを用いて，送電用ガス吹き付け方式遮断器に与える再吸収現象の影響を非定常電磁流体解析から検討した。解析結果から，輻射の再吸収現象を無視することで電流零点での残留コンダクタンスは40～60%程度まで低下してしまい，遮断性能を過大評価する可能性があることを示唆した。
2021年度は，光強度の立体角依存性が強く現れる遮断器アーク放電の輻射熱輸送の解析に適したFVM法を使用して，3次元輻射熱輸送解析モジュールを開発し，さらに，電磁流体解析との連成解析を実行できる大規模並列計算プログラムを開発した。
2022年度は，送電系統用遮断器内部に生じるアーク放電を対象に，輻射・電磁流体解析を実施した。異なる電流減少率での解析結果の比較から，消弧現象におけるアーク内温度の減少やアーク抵抗の上昇といった特性を明らかにした。
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