2014 年度実施状況報告書

直流真空電気機器における極性反転時の電界制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号	26630110
研究機関	名古屋大学
研究代表者	小島寛樹名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00377772)
研究分担者	早川直樹名古屋大学, エコトピア科学研究所, 教授 (20228555)
研究期間 (年度)	2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード	電気機器工学 / 真空中電気絶縁 / 直流 / 帯電 / 沿面放電
研究実績の概要	真空中の極性反転時の電界制御を目指して、本申請課題では、(1)浮遊電位電極を含む電極系における直流電界下の帯電分布形成、(2)極性反転時の沿面電荷挙動の解明，(3)沿面粗さなどによる極性反転時における沿面電荷挙動制御の可能性の検討の３項目について明らかにすることを目指す。平成26年度では、上記(1)について検討を行った。直流電圧印加時におけるアルミナ絶縁物沿面帯電の分布の計測は、絶縁物背後の静電プローブおよびボルテージホロワ回路により観測できることが確認された。さらに、直流電圧印加中にインパルス電圧を重畳し、その際に発生する帯電分布の計測も、静電プローブに誘導される電流を測定することにより可能となり、直流およびインパルス電圧下の両方の状況において帯電分布の変化を測定できた。また、直流帯電を考慮した電界解析により、直流帯電がインパルス沿面破壊電圧に及ぼす影響を定量的に示すことができた。さらに本実験の過程で、直流電圧と帯電量は、ある程度、独立して変化させることができることがわかり、背後直流電圧・帯電量・インパルス電圧の３要素に対する沿面破壊電圧の依存性を取得できる見込みを得ることができた。一方で、浮遊電極に対する帯電の計測については、帯電が起こることは確認ができたが、通常の高電圧プローブでは入力インピーダンスの大きさが十分でないことが判明したため、容量分圧による電位測定などの他の手法による測定を検討している。
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平成26年度に実施予定であった帯電分布形成過程の計測および帯電形成に伴う電界分布変歪の解析については、絶縁物沿面に対しては当初の予定通り達成され、さらに平成27年度に向けた、極性反転時における過渡的な帯電挙動の取得の前段階として、インパルス電圧重畳時における過渡的な帯電分布変化を取得することができ、電界解析と合わせてた電位分布の過渡変化も明らかとなり、当初予定以上に進行している。一方で、浮遊電極の帯電に対しては、現象の確認はできているものの、帯電量の計測方法を当初予定の高電圧プローブによるものから変更する必要が明らかとなり、定量的な解析を行うに至っていないため、当初予定よりやや遅れている。総合的には，おおむね順調に進展していると言える。
今後の研究の推進方策	平成27年度実施予定の極性反転時の沿面電荷挙動の解明に向けて、極性反転の電圧印加装置の準備は既に準備を始めており、直流にインパルス電圧を重畳した時の帯電電位変化取得の経験から、測定時定数の観点からも問題なく帯電分布変化を取得できる見込みを得ている。平成26年度に十分に実施できなかった浮遊電極の帯電電位の計測については、容量分圧回路を介しての電位取得に向けて検討を進めている。極性反転時における沿面電荷挙動制御の可能性の検討については、当初予定していた沿面粗さによるもののほか、絶縁物の格子欠陥によっても帯電量を制御できる可能性についても検討を進めることを考えている。
次年度使用額が生じた理由	当初購入予定であった高電圧プローブについて、本研究の目的に対して入力インピーダンスが十分でないことが判明し、購入を行わなかったため。
次年度使用額の使用計画	浮遊電極電位の測定には、容量分圧回路による手法を検討しており、その構築費用に充当する計画である。