2019 Fiscal Year Research-status Report
Study on decaying process of vacuum arc using real-time two dimensional spectroscopy
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19K23510
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
中野 裕介 金沢大学, 電子情報通信学系, 助教 (60840668)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 真空アーク / プラズマ / アーク減衰過程 / ２次元分光測定 / 真空遮断器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
真空アーク放電の制御は，接点電極間が真空で絶縁された電力用真空開閉器における重要な技術課題である．電流を遮断するために電極を開極すると，電極からの金属蒸気により構成される真空アーク放電が発生する．真空アークは自然拡散し減衰するが，電極間の残留プラズマが，電流遮断後の電気絶縁回復特性に影響することが問題である．
本研究では，真空アーク減衰過程における金属蒸気挙動，アークプラズマの物性および残留プラズマが電流遮断後の電気絶縁特性に与える影響を明らかにすることを目的とする．
初年度は，1) 真空アークを発生させる実験系の構築および2) 真空アーク減衰過程の実時間2次元分光測定系の構築を行った．本実験系では，真空アークの自然拡散過程を生成するため，パワー半導体スイッチングを利用した高再現性・高速応答性を有する実験系を開発した．試料電極を試験用真空チャンバ内に設置し，それと並列に半導体スイッチ（IGBT）を設けた．実験では，小電流用DC電源により真空チャンバ内に真空アークを点弧し，その後IGBTのスイッチングにより電流をIGBTに転流することで，チャンバ内の真空アークを自然に減衰させた．この時の真空アーク減衰時の金属蒸気について，分光器を取り付けた高速度ビデオカメラで特定波長の発光を測定することで，金属電極を構成するCuおよびCrの原子，イオンの時空間分布を取得した．２次元分光観測結果から，アークの発光は電極材料であるCr，Cu およびCu+が主成分であることがわかった．一部のCuは電離してCu+として存在することから，これらが残留アークの導電性に係ると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験系の構築を早期に完了することができた．高速度ビデオカメラによる定常アークおよびアーク減衰過程の観察を効率的に行う方法を確立することができたため，計画に沿った成果を得られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
基礎となる実験系の構築と測定方法の確立が行えたため，上記の研究成果を踏まえ，次年度は1) 絶縁回復特性，2) 電極金属材料および電流値毎のアーク特性の調査により，真空中金属アークプラズマ減衰過程のさらなる理解に務める．
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| Causes of Carryover |
当該年度，新たな真空チャンバの購入に費用の大部分を要した．残額は測定機器や関連機材の購入には不十分であった．
次年度の経費と合わせ関連機材および真空配管等を購入する予定である．
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