電力用高温超伝導機器の絶緑設計技術実証と高電圧試験法の確立

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450114
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 原 雅則 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (30039127)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今坂 公宣 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (40264072) ; 末廣 純也 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助教授 (70206382)
• Keywords: 高温超伝導機器 / 絶縁設計技術 / 高電圧試験法 / パンケーキコイル / ターン間絶縁系 / 常温等価高電圧試験 / 等価試験電圧 / 媒質係数

Research Abstract

本研究では、筆者らが提案した超伝導機器の絶縁設計法を実際の高温超伝導コイルで実証するとともに、実規模の超伝導コイルにおける部分放電試験、破壊試験、およびクエンチ模擬環境下における絶縁破壊の機構と特性の研究を総合して、高温超伝導機器の製作過程における高電圧等価試験法ならびに完成時における耐電圧試験法を確立することを目的とする。
超伝導電力機器の場合、運転環境下と同じ極低温状態で高電圧試験を実施することは、固体絶縁物中に欠陥が発生する可能性があるため、電気絶縁システムの劣化が避けられないことや、高電圧印加のために行う絶縁システムの冷却に多くの時間とコストが必要であるといった技術上また経済上の理由から困難である。このようなことから、本年度は、高温超伝導変圧器に使用されるであろうパンケーキコイルを検討対象として、特にターン間絶縁系における常温等価高電圧試験について研究を行った。得られた主な結果を以下にまとめる。
(1)高温超伝導電力機器に対する等価高電圧試験を確立する第一段階として、室温空気中での等価高電圧試験についての考え方を提案し、それに必要な部分放電開始電圧の推定法を開発してその有用性をターン間コイル試料に対して実験で実証した。
(2)常温等価高電圧試験おいて等価試験電圧を決定するためには、各媒質状態の下での最弱点部における部分放電開始電圧に関係したK_dを求める必要があることを示し、ターン間絶縁系を対象としてK_dを理論と実験により求めた。その結果、クエンチを含めた冷媒環境下での超伝導コイルと同じ絶縁系による実験結果は理論とよく一致した。
(3)理論から求まるK_dは、安全サイドの試験電圧を提供するので、常温等価絶縁試験電圧の決定に対して有用である。最も安全サイドの絶縁設計のためには、ターン間絶縁系や層間絶縁系などを含む全ての最弱点部に対して、それらのK_dの値の中で最大値を使用すべきである。

Research Products

• [Publications] 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"放電研究. 第46巻、第1号. 15-21 (2003)
• [Publications] T.Kurihara: "Partial Discharge Characteristics in an Artificial Air-filled Void under Superimposed Sinusoidal Voltages at LN_2 Temperature"IEEJ Trans.on PE. Vol.123, No.11. 1280-1287 (2003)
• [Publications] M.Hara: "Estimations and Measurements of Partial Discharge Characteristics near a Triple Junction in Atmospheric Air"Proc.of XIIIth ISH. ISBN90-77017-79-8. (2003)
• [Publications] M.Hara: "Electrical Breakdown Triggered by a Free Conducting Spherical Particle in Saturated Liquid He I and He II under Uniform dc Field"IEEE Trans.On DEI. Vol.10, No.6. 1022-1031 (2003)
• [Publications] T.Kurihara: "PD Inception Characteristics in Turn-to-Turn Model Electrode System for High Temperature Superconducting Pancake Coil"Proc.of 2003 J-K Symposium on ED and HVE. 41-44 (2003)
• [Publications] J.Suehiro: "Partial Discharge Induced Bubbles Generated in Subcooled Liquid Nitrogen at Atmospheric Pressure"Proc.of XIIIth ISH. ISBN90-77017-79-8. (2003)