真空中の絶縁破壊現象とアーク放電現象

真空中的介质击穿现象和电弧放电现象

• 批准号: 18J22415
• 负责人: 江尻 開
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22415/
• 关键词: 真空遮断器; アーク放電; 直流遮断; プラズマ; 回路保護; 絶縁破壊

再生可能エネルギー電源の大量導入に向けては、遠方に点在する電源を低損失で経済性良く接続し需要地帯まで電力を輸送する直流電力網の構築が必須である。直流電力網で発生した事故を迅速に処理するには直流遮断器が必要であり、真空遮断器と逆電流回路を組み合わせた逆電流重畳方式の小型低廉化や高信頼化が期待されている。本期間においては、真空遮断器に直流遮断を模擬した電流を通電させた後にインパルスの電圧を印加するという合成試験を簡便に行うシステムを構築した。これにより、直流遮断器の性能を直接的に決定付ける電流ゼロ点後の耐電圧の回復特性を精度良く測定でき、かつその背景に潜む物理現象にも迫ることができた。具体的には、事故電流が流れていた向きと逆方向の電界ではアーク放電により電極間に発生する高温かつ高密度のプラズマの残留分が耐電圧の回復を妨げているのに対し、事故電流と同じ方向の電界ではアーク放電の基点となるカソードスポットの周囲に発生する金属の微小な突起の冷却により耐電圧の回復が支配されていることが示唆された。逆電流重畳方式において真空遮断器には電流のゼロ点直後には事故電流とは逆方向の電界が印加され、次いで事故電流が遮断器周囲の寄生容量を充電することで事故電流と同方向の電界が印加される。実験の結果から逆方向の電界に対する耐電圧の回復と比較して、事故電流と同方向の電界に対する耐電圧の回復には1オーダー程度長い時間を要することが明らかになったことから、逆電流重畳方式の回路設計の一つの指針を与えることができた。

为了引入大量的可再生能源电力，必须建设一个直流电网，以经济的方式连接分散在遥远地方的低损耗电源，并将电力输送到需求地区。直流断路器对于快速处理直流电网中发生的事故是必要的，人们期望将真空断路器和反向电流电路相结合的反向电流叠加方法会更小、更便宜、更可靠。在此期间，我们构建了一个系统，可以轻松地进行综合测试，其中通过模拟直流中断的电流通过真空断路器，然后施加脉冲电压。因此，我们能够准确测量电流零点后的耐压恢复特性，这直接决定了直流断路器的性能，并且我们也能够更仔细地了解其中的物理现象。在它后面。具体而言，在与故障电流流动的方向相反的电场中，由于电弧放电而在电极之间产生的残留高温、高密度等离子体阻碍了耐压的恢复；在电场方向与 相同的情况下，耐压的恢复是通过阴极点周围出现的微小金属突起的冷却来控制的，这是电弧放电的起源。反向电流叠加法是在电流零点后立即向真空断路器施加与故障电流方向相反的电场，然后故障电流对断路器周围的寄生电容充电，引起电场沿与施加到真空断路器的故障电流相同的方向施加电场。实验结果表明，恢复与故障电流相同方向的电场的耐受电压比恢复相反方向的电场的耐受电压需要大约一个数量级的时间。为使用叠加方法的电路设计提供指导。

项目成果

Examination of Excitation Temperature of Vacuum Arc Based on Collisional-Radiative Model

基于碰撞辐射模型的真空电弧激发温度检验

• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEE Transactions on Plasma Scienc
• 作者: Haruki Ejiri;Ryo Kikuchi;Akiko Kumada;Kunihiko Hidaka;Akihiro Suwa;Yoshihiko Matsui;Masayuki Sakaki
• 通讯作者: Masayuki Sakaki

真空中の絶縁破壊現象のParticle-In-Cellシミュレーション

真空中介电击穿现象的粒子内电池模拟

• 发表时间: 2020
• 期刊: 電気学会論文誌A
• 作者: 江尻 開;藤井 隆;熊田 亜紀子;日髙 邦彦
• 通讯作者: 日髙 邦彦

多結像光学系を用いた真空アーク放電の励起温度測定

利用多成像光学系统进行真空电弧放电激励温度测量

• 发表时间: 2019
• 作者: 江尻開;菊池諒;熊田亜紀子;日高邦彦;諏訪晃弘;松井芳彦;榊正幸
• 通讯作者: 榊正幸

Late Breakdowns Caused by Microparticles After Vacuum Arc Interruption

真空电弧中断后微粒引起的后期击穿

• DOI: 10.1109/tps.2019.2917379
• 发表时间: 2019
• 期刊: IEEE Transactions on Plasma Science
• 影响因子: 1.5
• 作者: Ejiri Haruki;Kumada Akiko;Hidaka Kunihiko;Taguchi Yuki;Inada Yuki;Yamano Yasushi;Iwabuchi Hiroyuki;Kaneko Eiji
• 通讯作者: Kaneko Eiji

Particle-In-Cell Monte Carlo Collision Simulation of the Breakdown Initiating Process in Vacuum

真空击穿引发过程的粒子内蒙特卡罗碰撞模拟

• 发表时间: 2019
• 作者: H. Ejiri;A. Kumada;K. Hidaka
• 通讯作者: K. Hidaka