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部分放電波形の特徴量解析に基づく高電圧絶縁系の絶縁劣化メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K04416
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21010:電力工学関連
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

川島 朋裕  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70713824)

研究分担者 村上 義信  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10342495)
穂積 直裕  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30314090)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード部分放電 / 波形特徴量 / 電気トリー / 絶縁劣化 / ナノコンポジット / 電子なだれ / 状態診断 / 波形 / 特徴量 / 絶縁システム / 内部状態診断 / 部分放電波形
研究開始時の研究の概要

電力機器の絶縁劣化の最終局面である電気トリーは,部分放電(PD)を伴った局所的な絶縁破壊の一種である。PD波形の特徴量や周波数スペクトルなどは,放電空間における電子とイオンの挙動を反映しているが,先行研究の多くが,アナログフィルタで加工したPD波形の大きさや発生位相角などの古典的パラメータに基づいて電気トリー中のPD特性を議論するに留まってきた。本来のPD波形の特徴量からは,放電空間内部の状態を表す貴重な情報が得られるはずである。本研究では,統計的かつ時系列にPD波形の特徴量の変化を解析する。PD波形の特徴に基づいた新たな絶縁劣化の評価手法を提案し,絶縁劣化メカニズムの解明を目指す。

研究成果の概要

ナノコンポジット絶縁材料は耐トリーイング性の向上など絶縁特性が優れるが,多くは光学的観察と部分放電(PD)特性(発生位相角分布パターンなど)を以って電気トリーの発生と進展抑制が議論される場合が多い。一方で,本来のPD波形の特徴量は,放電空間における電子なだれの特性を反映している可能性が高い。本研究では,模擬トリー管を用いて放電点を限定し,ナノフィラー添加によるPD波形の特徴量変化を調査した。ナノフィラー添加により,PD波形に多数のピークが表れることを示した。ピークの時間差やピークの大きさ等を統計的に解析し,PD波形の特徴量の観点から電気トリー中の電子なだれの進展特性とフィラーの関係を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

部分放電(PD)波形の特徴量は劣化状態を色濃く反映した貴重な情報である。可能な限り広い周波数帯域を有するPD計測装置を開発し,一発一発のPD電流波形を時系列的に計測した。ナノフィラーの添加によって多峰波形の観測確率が増加することを示した。更に,そのピーク数,ピークの時間差,ピーク比から,放電空間内の電子なだれの挙動を推定し,放電メカニズムに則ってナノフィラーの電子捕獲の効果を考察した。従来のΦ-q-nパターン解析は,劣化様相との相関をみており,定量的な考察が少なかった。本研究により,絶縁劣化を放電特性から議論する上で,波形そのものが有する情報に基づいた定量的な評価が有効であることが示された。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] 部分放電の波形特徴量に基づく電気トリー中の電子なだれ抑制の評価2022

    • 著者名/発表者名
      Takeda Nobuyuki、Kawashima Tomohiro、Murakami Yoshinobu、Hozumi Naohiro
    • 雑誌名

      電気学会論文誌. A

      巻: 142 号: 4 ページ: 145-151

    • DOI

      10.1541/ieejfms.142.145

    • ISSN
      0385-4205, 1347-5533
    • 年月日
      2022-04-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 電力ケーブル接続部模擬モデルにおける部分放電計測と 逆畳込み処理による部分放電波形の復元2022

    • 著者名/発表者名
      吉川敢大, 竹田彼方, 川島朋裕, 村上義信, 穂積直裕
    • 学会等名
      電気学会A部門大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 部分放電波形の特徴量からみた電子なだれ進展に対する ナノフィラーの効果2022

    • 著者名/発表者名
      川島朋裕, 山田拓海, 村上義信, 穂積直裕, 栗本宗明, 吉田成是, 梅本貴弘, 馬渕貴裕, 武藤浩隆
    • 学会等名
      電気学会A部門大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習による時間領域部分放電波形を基にした絶縁体の状態識別2022

    • 著者名/発表者名
      川島朋裕, Ho Quang, 村上義信, 穂積直裕
    • 学会等名
      電気学会 誘電・絶縁材料研究会/電線・ケ-ブル研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 部分放電波形の時系列特徴量解析による放電空間の状態推定2022

    • 著者名/発表者名
      山田拓海, 川島朋裕, 村上義信, 穂積直裕
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 模擬トリー管壁面の状態による部分放電波形の特徴量変化2022

    • 著者名/発表者名
      武田修幸,川島朋裕, 村上義信,穂積直裕,栗本宗明,吉田成是,梅本貴弘,馬渕貴裕,武藤浩隆
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Fundamental Study for Condition Monitoring of Discharge Space based on Waveform Characteristics of Partial Discharge2021

    • 著者名/発表者名
      N. Takeda, T. Kawashima, M. Kurimoto, Y. Murakami, N. Hozumi
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainable
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 部分放電の波形特徴量に基づく電気トリー中の電子なだれ抑制の評価2021

    • 著者名/発表者名
      武田修幸,川島朋裕,村上義信,穂積直裕
    • 学会等名
      電気学会A部門大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Assessment of charge behavior in electrical tree of composite material based on characteristics of PD waveform2020

    • 著者名/発表者名
      N. Takeda, T. Kawashima, M. Kurimoto, Y. Murakami, N. Hozumi, S. Yoshida, T. Umemoto, T. Mabuchi, H. Muto
    • 学会等名
      IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Assessment of charge behavior in electrical tree tube based on characteristics of partial discharge waveform2020

    • 著者名/発表者名
      N. Takeda, T. Kawashima, Y. Murakami, N. Hozumi
    • 学会等名
      International Symposium on Electrical Insulating Materials
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 部分放電波形の特徴量を用いた電気トリー中の電荷挙動の推定2020

    • 著者名/発表者名
      武田修幸,川島朋裕,村上義信,穂積直裕
    • 学会等名
      電気・電子・情報関係学会 東海支部連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 模擬トリー管の形状と材質が部分放電の 波形特徴量に与える影響2020

    • 著者名/発表者名
      武田修幸*,川島朋裕,村上義信,穂積直裕,栗本宗明
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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