環境負荷の極小化を目的とした電子付着性ガスを微量混合した新絶縁媒体ガスの研究

研究混合少量电子粘附气体的新型绝缘介质气体，以尽量减少对环境的影响

• 批准号: 14702032
• 负责人: 大塚 信也
• 金额: $ 18.8万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702032/
• 关键词: SF6代替絶縁ガス; ガス絶縁; 部分放電; 発光スペクトル; 時間分解測定; 混合ガス; ストリークイメージ; 地球温暖化; SF6代替ガス; 絶縁破壊; 分光; ストリーク

SF_6ガスは優れた絶縁・遮断特性を有し、機器のコンパクト化・高信頼性化に大きく貢献するため、高電圧ガス絶縁電力機器の主絶縁媒体として広く導入されている。一方、SF_6ガスは温室効果ガスであるため地球温暖化防止の観点から、大気への漏洩と共に使用量の削減が要請されている。本研究では、これまでの研究で明らかにしてきた電子付着性ガスを微量混合することでSF_6/N_2混合ガスの絶縁破壊電圧が劇的に上昇したメカニズムを明らかにし、環境負荷を極小化するような最適なガス種・混合割合を理論的に導出すること、及び絶縁破壊の前駆現象である部分放電現象を電気・光学的に同期計測することで混合ガス中の放電進展機構や絶縁破壊機構を詳細に検討した。その結果、以下の知見を得ることができた。(1)nsオーダの時間分解能で、放電の電流パルスと発光強度の時間変化および発光進展のストリークイメージとその測定時間内の積算イメージを同期して同時に測定できる装置を構築した。同装置により、連続する多数の放電パルスの一発一発の電気・光学的情報を取得でき、またその各発光を時間分解分光できるようになったため、放電進展のガス種や放電形態の同定が可能となった。(2)不平等電界下でのSF_6やPFC混合ガス、あるいはCO_2ガスの破壊機構並びに破壊に至るまでの部分放電現象を(1)の装置を用い詳細に明らかにすることができた。本実験条件では、10%SF_6使用時には30%N_2、_60%CO_2混合時が最適であり(50%SF_6では49%N_2、1%CO_2混合)、そのような3種混合ガスの部分放電時系列特性は、規格化するとSF_6やSF_6/N_2混合ガスともほぼ同様であることがわかった。また、破壊に寄与する部分放電を明らかにした。(3)CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CO_2、N_2、H_2O、O_2、Ar、Xeガスを対象に、遺伝アルゴリズムを用い実効電離係数がゼロとなる電界(臨界電界)が最大となる混合ガス種を検討した結果、2.2%CF_4/73.6%C_3F_8/24.2%N_2混合ガスという理論結果を得た。

SF_6气体具有优良的绝缘和分断性能，对于使设备更加紧凑和高度可靠做出了巨大贡献，因此被广泛用作高压气体绝缘电力设备的主要绝缘介质。另一方面，由于SF_6气体是一种温室气体，从防止全球变暖的角度来看，需要减少其使用以及向大气中的泄漏。在本研究中，我们将阐明通过混合少量电子附着气体而使SF_6/N_2混合气体的介电击穿电压急剧增加的机制，这一点在之前的研究中已经阐明，并旨在最大限度地减少环境负担。通过从理论上导出最佳气体类型和混合比例，并通过电学和光学同步测量介电击穿前兆的局部放电现象，我们可以了解混合气体中的放电进展机制和介电击穿机制。细节。结果，我们获得了以下知识。 (1)在纳秒量级的时间分辨率下，我们构建了一种装置，可以同步测量放电电流脉冲和发光强度的时间变化、发光过程的条纹图像以及测量时间内的积分图像。利用该装置，现在可以从大量连续放电脉冲中的每一个中获取电学和光学信息，并对每次发射进行时间分辨光谱分析，从而可以识别气体类型和放电形式。放电进展成为可能。 (2)利用(1)中描述的装置，我们能够详细阐明SF_6、PFC混合气体或CO_2气体在不均匀电场下的击穿机理，以及导致击穿的局部放电现象。本实验条件下，使用10%SF_6时，最佳混合量为30%N_2和_60%CO_2（对于50%SF_6，混合49%N_2和1%CO_2），这三种类型的局部放电时间序列混合气体归一化后的特性与SF_6和SF_6/N_2混合气体几乎相同。我们还揭示了导致破坏的局部放电。 (3) 考虑CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CO_2、N_2、H_2O、O_2、Ar和Xe气体，使用遗传算法来检查使有效电离系数变为最大的电场（临界电场）的气体混合物结果，得到2.2%CF_4/73.6%C_3F_8/24.2%N_2混合气体的理论结果。

项目成果

大塚 信也: "SF6/N2/CO2混合ガスの部分放電時系列およびインパルス発光特性"平成14年電気学会 電力・エネルギー部門大会論文集. Vol.B No.435. 382-383 (2002)

Shinya Otsuka：“SF6/N2/CO2 混合气体的局部放电时间序列和脉冲发射特性”2002 年 IEEJ 电力和能源分部会议记录，第 B 卷第 382-383 号（2002 年）。

縄田能久, 原野孝幸, 大塚信也, 趙孟佑, 匹田政幸: "アーク遮断時高温ガスを模擬したレーザ生成プラズマのガス密度測定"平成16年電気学会全国大会講演論文集. Vol.1. 104 (2004)

Yoshihisa Nawata、Takayuki Harano、Shinya Otsuka、Mengyu Chao、Masayuki Hida：“电弧中断期间模拟高温气体的激光产生等离子体的气体密度的测量”日本电气工程师学会 2004 年全国会议论文集，第 1 卷。 . 1. 104 (2004)

木山和治, 横山信彦, 大塚信也, 趙孟佑, 松本聡, 匹田政幸: "部分放電現象に基づくCO_2ガス中における絶縁破壊特性の検討"放電,誘電・絶縁材料,高電圧合同研究会資料. ED-04-42, DEI-04-49, HV-04-42. 95-100 (2004)

Kazuharu Kiyama、Nobuhiko Yokoyama、Shinya Otsuka、Mengyu Zhao、Satoshi Matsumoto、Masayuki Hida：“基于局部放电现象的CO_2气体中介电击穿特性的研究”放电、介电/绝缘材料和高电压联合研究组资料.ED-04-42、DEI-04-49、HV-04-100 (2004)。

縄田 能久: "アーク遮断時SF6高温ガスを模擬したレーザプラズマによる電極ギャップ間の破壊電圧低下"平成15年電気学会全国大会講演論文集. Vol.1. 103 (2003)

Yoshihisa Nawata：“电弧中断期间激光等离子体模拟 SF6 高温气体导致的电极间隙击穿电压降”日本电气工程师学会 2003 年全国会议论文集 1. 103 (2003)。

江口 和寿: "CO2混合ガスの交流電圧印加時の絶縁破壊までの部分放電特性"平成15年電気学会全国大会講演論文集. Vol.6. 333 (2003)

Kazutoshi Eguchi：“对 CO2 混合气体施加交流电压时的局部放电特性”，日本电气工程师学会 2003 年全国会议论文集，第 6. 333 卷（2003 年）。