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2018 年度 実施状況報告書

材料構造の3Dプリンティング異方性制御による直流絶縁破壊メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K04120
研究機関豊田工業高等専門学校

研究代表者

光本 真一  豊田工業高等専門学校, 電気・電子システム工学科, 准教授 (40321492)

研究分担者 栗本 宗明  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 寄附研究部門准教授 (70580546)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード電力機器 / 固体高分子 / 直流絶縁破壊 / 空間電荷 / 3Dプリンタ
研究実績の概要

再生可能エネルギー社会の実現および電力需要の増加に対応するため,電力ケーブルをはじめとする電力機器の大容量化および高信頼化が進められている.また現在主流となっている交流電力送電をHVDC送電に置き換えることができれば,充電電流等による損失が払拭され,エネルギー損失を小さくすることが可能になる.
しかし電力機器に使用される固体絶縁材料では,HVDC印加時に空間電荷が材料界面等の欠陥に蓄積し局所電界が集中する箇所が弱点になる可能性がある.
最近,3Dプリンタ技術がさまざまな材料を成形できるようになり注目を集めている.3Dプリンタを用いて複雑な形状の電気絶縁材料の製作が行われた場合,これらの有効性を検討するため,空間電荷蓄積および直流絶縁破壊に及ぼす影響を解明することが重要である.今年度は,試料の材料として,アクリルエラストマーを用いた.試料厚さはおよそ0.5 mmであり,積層した1 層の高さは0.1 mm である.積層方向は、シート面に対して0°,45°,90°(以降それぞれ、H,S,Vとよぶ)と制御することにより成形された.これらの積層方向が異なる3種類の試料に,6kVを10分間印加した後,短絡した.以降,電圧を1kVずつ上昇させて同様の電圧印加方法を絶縁破壊が発生するまで継続させた.このときパルス静電応力(PEA)法により発生された空間電荷信号を,ディジタルオシロスコープによって観測した.いずれの試料においても陰極近傍に正極性の空間電荷の蓄積が確認された.正極性の空間電荷最大密度は,試料Hが最も大きくなる傾向も確認された.

現在までの達成度 (区分)
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

初年度は,3Dプリンタを用いて実験試料を作成することと,作製された試料を用いて空間電荷測定が可能であるかどうか検討することを目的として研究を進めてきた.
結果として,電極印加面に対して積層方向を制御することのできる試料を3Dプリンタを利用して製作することができた.また,作製された試料を用いて空間電荷測定を行なった.
実験結果としては,電極印加面に対して積層方向が平行である試料Hよりも垂直である試料Vの空間電荷蓄積量が減少する傾向が確認された.

今後の研究の推進方策

次年度以降は,電極印加面に対して積層方向の異なる試料を作成するとともに積層厚さも変化させて空間電荷蓄積に対して違いが現れるかどうか検討していくとともに,直流絶縁破壊特性についても検討を開始していく予定である.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] 3Dプリンタで積層成形したエラストマーの交流絶縁破壊の強さに積層界面が与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      畑野太郎,澤田亨,今中政輝,杉本重幸,加藤丈佳,栗本宗明,真鍋祐矢,鈴置保雄
    • 学会等名
      誘電・絶縁材料/放電・プラズマ・パルスパワー/高電圧合同研究会
  • [学会発表] 積層方向の異なるエラストマーシートの空間電荷特性2018

    • 著者名/発表者名
      横田奈菜花,及川未来,光本真一,栗本宗明
    • 学会等名
      平成30年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会
  • [学会発表] 3Dプリンタで成形したアクリル絶縁材料の積層界面の形態観察2018

    • 著者名/発表者名
      畑野太郎,栗本宗明,今中政輝,杉本重幸,加藤丈佳,真鍋祐矢,鈴置保雄
    • 学会等名
      平成30年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会
  • [学会発表] 積層方向の異なるエラストマーシートの空間電荷特性2018

    • 著者名/発表者名
      光本真一,栗本宗明,福間眞澄,藤井雅之
    • 学会等名
      平成30年電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • [学会発表] 積層方向が異なるエラストマーシートの交流絶縁破壊の強さ2018

    • 著者名/発表者名
      畑野太郎,栗本宗明,加藤丈佳,鈴置保雄,真鍋祐矢,宮島和久
    • 学会等名
      平成30年電気学会基礎・材料・共通部門大会

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公開日: 2019-12-27  

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