高温超電導電力機器の電気絶縁設計技術と高電圧絶縁試験法の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03J07743
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 栗原 隆史 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 特別研究員(DC2)
• キーワード: 高温超伝導電力機器 / 電気絶縁設計 / 高電圧絶縁試験 / 常温等価試験電圧 / 部分放電 / 絶縁劣化 / 極低温 / 液体冷媒の相変化

研究概要

常伝導システムに接続される浸漬冷却高温超伝導コイルでは、絶縁系の劣化要因となる部分放電を許容できないため、その電気絶縁設計では、部分放電開始電圧の評価と高電圧絶縁試験による絶縁信頼性の確保が極めて重要となる。
本年度は、コイル構造の複合絶縁系に避けられない、導体・固体・液体またはガスの接触点(三重点)近傍に出現する高電界領域での部分放電開始特性を理論的に評価するため、新しい推定法を提案し、それを、高温超電導コイルのターン間絶縁系に適用して部分放電開始特性を理論的に明らかにした。一方で、固体絶縁物中の絶縁弱点部としてガス密閉ボイドに関して、60Hzと600Hzの高周波重畳正弦波電圧下の部分放電特性を液体窒素温度と室温で明らかにした。
主な内容を要約すると以下の通りである。
1)ターン間絶縁系では三重点近傍が最弱点部となり、その部分放電開始電圧は、導体間絶縁距離の低下、液体冷媒の相変化、ガス温度の増加に伴い低下する。これらの特性の推定結果と測定結果はよく一致する。
2)室温から液体窒素温度まで温度が低下すると、最初の電圧印加に対するボイドの部分放電開始電圧は約2倍上昇、部分放電電荷量は約70-90%低下、部分放電発生頻度は約8倍増加する。また、重畳電圧の高周波成分が増加すると、部分放電発生頻度が増加して、特性の経時変化が早まる。
提案した推定法に関しては、世界高電圧会議ISH 2003において発表し、原理の明確さ・推定の簡便さ・推定精度の良さを評価された。また、推定法の推定精度に関してまとめた論文を放電学会誌「放電研究」に発表した。上記1)については、高温超電導機器における絶縁弱点部の部分放電開始電圧の理論的評価の第一歩として国際会議2003 J-K Symposium及び国内で開催された高電圧・放電関係の研究会において高く評価された。上記2)については、電気学会論文誌Bに論文を発表した。

研究成果

• [文献書誌] 栗原 隆史: "三重点近傍の大気圧空気中における部分放電特性の測定"電学会誌 放電研究. Vol.41・No.1. 15-21 (2003)
• [文献書誌] 栗原 隆史: "極低温環境ならびに常温環境下における高温超伝導コイルターン間絶縁系の部分放電開始電圧"平成15年度(第五十六回)電気関係学会 九州支部連合大会論文集. No.03-2P-04 (2003)
• [文献書誌] Masanori Hara: "Estimations and Measurements of Partial Discharge Characteristics near a Triple Junction in Atmospheric Air"Proceedings of the 13th International Symposium on High Voltage Engineering (Extended abstracts of all papers, only). 400 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kurihara: "Partial Discharge Characteristics in an Artificial Air-filled Void under Superimposed Sinusoidal Voltages at LN_2 Temperature"電気学会論文誌B(電力・エネルギー部門誌). Vol.123・No.11. 1280-1287 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kurihara: "PD Inception Characteristics in Turn-to-turn Model Electrode System for High Temperature Superconducting Pancake Coil"Proceedings of 2003 Japan-Korea Joint Symposium on Electrical Discharge and High Voltage Engineering. 41-44 (2003)
• [文献書誌] 西岡 孝則: "コイル構造をもつ超伝導電力機器の常温等価絶縁試験電圧の決定法"電気学会放電研究会資料. 25-30 (2003)