アーク長さの飛躍的な短縮を目的とした自発的消弧機能を有する電気接点の研究

• 研究課題/領域番号: 23K03791
• 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: 静岡大学
• 研究代表者: 関川 純哉 静岡大学, 工学部, 教授 (80332691)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: アーク放電 / 電気接点 / 電磁リレー / ブレーカー

研究開始時の研究の概要

直流給電用のブレーカー等のデバイスに搭載されている電気接点対で通電中の電気回路を遮断すると接点対間でアーク放電が発生する。高温のアーク放電の発生は接点対そのものだけではなくデバイスのケース内壁などの消耗の原因となる。即ち、それらの消耗を防ぎデバイスを健全に保つためには、アーク放電消滅時（消弧時）のアーク長さは短いことが望ましい。そこで本研究では、独自の接点構造とアーク放電の誘導方法によって消弧時のアーク長さを飛躍的に短縮する手法の実現を目指す。

研究実績の概要

電磁リレーやコンタンタ等の電気接点対を搭載したデバイスで通電中の回路を遮断する際にはアーク放電が発生する。回路の電源電圧が高い場合には接点間隙よりも外側にアーク放電を引き伸ばして消す必要がある。アーク放電は数千℃以上の高温であるため電気接点対そのものだけではなくその支持片やケース内壁等の周辺物にも損傷を与える。そのためアーク放電が引き伸ばされて消えるまでの期間にできる限りアーク長さを短くすることはそれらの損傷を低減するために有効である。本研究では、独自の接点対構造と、複数の永久磁石の組み合わせによるアーク放電の誘導により自発的にアーク放電を消す手法を提案し、短いアーク長さでアーク放電を消すことを目的としている。
本研究ではアーク放電の誘導のために複数の永久磁石で構成される磁束密度分布を利用することを想定している。アーク放電発生実験の実施前に、この磁束密度分布を測定する必要がある。しかし既設の磁束密度分布測定装置では本研究で必要とする複数の永久磁石間での測定ができなかった。その原因は測定装置のプローブ部分が３つのセンサーで構成されいるために、その部分の大きさが数cm四方以上の大きさであることにあった。そこで１センサーで３軸の磁束密度分布の測定が可能なプローブを導入し、プローブ部分が小さな測定装置を完成させた。これにより20mm程度の間隔で保持される複数の永久磁石間での磁束密度分布の測定が可能となった。また新たな接点対構造を用いてアーク放電発生の予備的な実験も実施した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は磁束密度分布測定装置の製作を予定していた。測定装置は計画通りに完成した。

今後の研究の推進方策

研究計画の予定通りに、本研究で提案する接点構造と永久磁石の配置による放電実験を実施する。