輻射伝熱場と電磁流体場の連成解析による遮断器アーク放電の消弧機構の解明

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14722
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分21010:電力工学関連
• 研究機関: 滋賀県立大学
• 研究代表者: 平山 智士 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (70759274)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 交流遮断器 / アーク放電 / 輻射電磁流体力学 / 数値解析 / 電気機器

研究成果の概要

本研究課題で新たに開発する輻射熱輸送の解析モジュールを，申請者が開発した電磁流体解析プログラムに組み込むことで輻射伝熱と電磁流体場の連成解析プログラムを完成させ，電力用遮断器内アーク放電の消弧現象に関して検討を行った。解析結果から，輻射エネルギーの再吸収を考慮することで，アーク放電内部での電流集中が緩和され，アーク放電プラズマの温度評価における輻射モデルの重要性を示すことができた。さらに，消弧現象中の電気抵抗に与える輻射モデルの影響を明らかにすることができた。

自由記述の分野

電力エネルギー工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

アーク放電の消弧現象は，電力用遮断器の性能を決定づける最も重要な現象であり，その詳細を数値解析から理解する試みがなされてきた。しかしながら，複雑な輻射/吸収過程に起因した膨大な計算コストから，輻射エネルギーの再吸収現象に関しては未だ十分に議論されておらず，再吸収を無視して消弧現象を解析すると遮断器の性能を過大に評価してしまう問題があった。本研究課題で，遮断器内アーク放電の輻射電磁流体解析技術を確立できたことで，遮断器の設計開発に大いに貢献できると期待される。さらに，アーク消弧現象中の3次元・非定常場を明らかにした研究は，本研究課題が初めてであり，学術的にも意義のある成果を得ることができた。