レーザによる電気機器内部磁束の遠隔計測法の技術開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450107
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 植田 清隆 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (20294978)
• 研究分担者: 樋口 貞雄 電力中央研究所, 電気物理部, 主任研究員 ; 内海 通弘 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (10213430)
• キーワード: 発電機 / 電磁界計測 / 電磁界解析 / レーザ光計測 / ファラデー効果 / 送電線 / 電圧・電流計測 / 電力系統安定化

研究概要

送電線保護リレー用の電流と電圧をレーザ計測する可能性を調査・研究して、これまで次のような成果を得ることができた。
(1) 電磁界機能材料の合成
除冷法によりファラデー素子やポッケルス素子やレーザアブレーション用のターゲットを生成する装置(電気炉、材料整形装置、焼結装置)を購入した。なお、九州大学と電中研の共同研究で、レーザアブレーションによるBSO、YIGなどの結晶膜を作成した。
(2) 光素子の基本特性の測定
光CT装置を設計し3相分を試作し、装置の構成や材料基本特性を測定する為2Tの常温マグネットを設計し購入した。本装置と九州電力の4T超電導マグネットや九州大学の誘雷装置と簡易電界発生装置を用いて、BSO,BGO,YIG、鉛ガラスなどの光機能材料の電界磁界中での偏光特性を測定し、次の点を明らかにした。
● リレー用電圧計測は2桁のダイナミックレンジと5次高調波程度の波形測定精度が要求される。この測定はBSO、BGOが適しており、今後はこれらの素子の測定試験を行う。
● リレー用電流計測は3桁のダイナミックレンジと5次高調波程度の波形測定精度が要求される。この測定はYIGが適している。
● 発電器内部の高磁界測定には、4Tまで線形特性が得られるBSO結晶が適している。
(3) kA級光CTの試作と試験
低磁界で偏光するYIG素子と半導体レーザを組み合わせたkA級光CTを試作した。これを用い九州電力の短絡試験設備で突発短絡電流を測定し次の点を明らかにした。
● 3LS,2LS故障の数サイクル後にヒューズの溶断状況が判別できるまでの突発短絡電流波形を測定することができた(第5次高調波以上と考えられる)。
● 短絡電流ピーク値は同時に測定した現用CT値一致し3kA級の測定ができた。

研究成果

• [文献書誌] K.Ueda,T.Kumano: "Analytic method of electromagnetic transient phenomena of rotational machnine and the other electric machine caused by power system disturbances" C.P.Rilley,C.R.I.Emson, IEEE Trans.on Magnetics. Vol.34,No.5. 3194-3197 (1998)
• [文献書誌] 林宏充,近藤剛,内海通弘,植田清隆,樋口貞雄,岡元洋,堤克哉: "磁気光学効果による高磁界計測系の開発" 九州大学電離気体実験施設報告. No.8. 61-62 (1998)
• [文献書誌] 近藤剛,林宏充,内海通弘,植田清隆,樋口貞雄,堤克哉,岡元洋: "磁気光学効果による高磁界計測系の開発" 平成10年度電気関係学会九州支部連合大会論文集. 357-357 (1998)
• [文献書誌] 林宏充,近藤剛,内海通弘,植田清隆,樋口貞雄,岡元洋,堤克哉: "レーザーを用いた高電界計測系の開発" 平成10年度電気関係学会九州支部連合大会論文集. 358-358 (1998)
• [文献書誌] 林宏充,近藤剛,内海通弘,植田清隆,樋口貞雄,岡元洋,堤克哉: "電力系統の保護・安定化制御のための光計測システムの研究" 電気学会全国大会. (発表予定). (1999)