直流絶縁破壊と空間電荷特性で解き明かす電気絶縁材料の新たな積層界面影響メカニズム

通过直流击穿和空间电荷特性阐明电绝缘材料的新型层状界面影响机制

基本信息

批准号：
21K04011
负责人：
光本真一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Technology, Toyota College
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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，アクリル樹脂を用いた．試料厚さは1 mm程度であり，積層した一層の高さは0.1 mmおよび0.05mm である．積層方向は，シート面に対して水平（試料H）である．また積層面を含まない試料も作成した（試料N）．試料N，試料H-0.1（ピッチ0.1mm）および試料H-0.05（ピッチ0.05mm）の3種類の試料に，10kV/mm以下の電界を印加することで，空間電荷蓄積の効果を調査した．試料Nにおける空間電荷分布から，試料内の陽極側付近に僅かな正極性の空間電荷が形成されていることが確認できた．一層が0.1mmの試料H-0.1，一層が0.05mmの試料H-0.05における空間電荷分布は，正極性の空間電荷が同様に観測されたが，それらは試料全体に広く分布していることが確認された．

为了实现可再生能源社会，应对日益增长的电力需求，电力电缆和其他电力设备的容量不断增大，可靠性也不断提高，如果能用电力传输来代替，充电电流等造成的损失将会减少。会被消灭，能量会增加。然而，在电力设备中使用的固体绝缘材料中，当应用HVDC时，空间电荷会在材料界面等缺陷处积聚，局部电场集中的点可能会成为薄弱环节。最近，3D打印技术因其应用而受到关注。已能够成型各种材料。当使用 3D 打印机制造复杂形状的电绝缘材料时，重要的是要弄清楚它们对空间电荷积累和直流击穿的影响，以检查其有效性。今年，我们使用丙烯酸树脂作为样品材料。样品厚度约为1毫米，每层堆叠高度为0.1毫米和0.05毫米。堆叠方向与片材表面水平（样品H）。我们还创建了一个不包含层压表面的样品（样品 N）。通过对样品N、样品H-0.1（间距0.1mm）和样品H-0.05（间距0.05mm）这三种样品施加10kV/mm以下的电场来研究空间电荷累积的影响。从样品N中的空间电荷分布可以确认，在样品的阳极侧附近形成了少量的正空间电荷。对于1层0.1mm的样品H-0.1和1层0.05mm的样品H-0.05中的空间电荷分布，同样观察到正极性空间电荷，但发现它们广泛分布在整个样品中。