高温超伝導電力機器の電気絶縁設計技術と高電圧絶縁設計法の確立

高温超导电力设备电气绝缘设计技术及高压绝缘设计方法的建立

基本信息

批准号：
03J07743
负责人：
栗原隆史
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

電力機器のコンパクト化や処理エネルギーの高密度化を実現する高温超伝導電力機器を電力系統に導入するためには、常温機器にはない1)極低温環境、2)超伝導体の常伝導転移、3)常伝導部分のジュール発熱による液体冷媒の相変化を新たに考慮し、電気絶縁設計法とその信頼性を保証する高電圧試験法を確立しなければならない。本年度は、コイル構造の高温超伝導電力機器に注目し、経済的ならびに技術的な理由で、開発・製造・出荷段階における極低温下の高電圧試験を、常温で等価的に実施する常温等価試験法の考え方を初めて提案し、その最重要検討課題となる常温等価試験電圧の決定法を報告した。主な内容を要約すると、以下の通りである。1)常温等価試験電圧は、本研究で媒質係数と命名した換算係数により、同種の常温機器の標準試験電圧から換算できる。2)媒質係数は、電気絶縁系の絶縁弱点部に関する常温と極低温の放電開始電圧の比で与えられる。本研究では、パンケーキ型コイル構造の高温超伝導変圧器を例に取り、極低温冷媒の液体窒素の相変化までを想定し、様々な絶縁弱点部のモデル電極系を使用して、媒質係数の絶縁距離及び窒素ガス温度依存性を明らかにした。3)完成した機器に対する常温等価試験電圧を決定するため、複数の媒質係数から唯一の媒質係数を選択する方法を議論した。すなわち、最も安全サイドの絶縁設計のためには、最大の媒質係数を使用することが望ましいことを指摘した。4)欠陥として混入して絶縁弱点部になる可能性のある固体絶縁物中のガス密閉ボイドに着目し、ボイド内部での放電現象を液体窒素温度と室温で実験的に明らかにし、温度の低下に伴う放電強度の大幅な減少と発生頻度の急増を初めて見出した。1)〜3)に関しては、cryogenics及びアジア放電会議で、4)に関しては、IEEE固体誘電体に関する国際会議で論文を発表し、高温超電導電力機器の実用化のための重要な研究成果であるという高い評価を得た。

为了将高温超导电力设备引入电力系统，实现电力设备的紧凑化和高处理能量密度，室温设备需要1）低温环境，2）超导体的正常转变，3）是必要的。重新考虑常导部分由于焦耳热产生的液态制冷剂的相变，并建立电气绝缘设计方法和高压测试方法以保证其可靠性。今年，我们将重点关注线圈结构的高温超导电力设备，出于经济和技术原因，我们将进行室温等效试验，在研发、制造和生产过程中进行极低温下的高压测试。我们首次提出了该方法的概念，并报告了确定室温等效测试电压的方法，这是最重要的考虑因素。主要内容概括如下。 1）室温等效试验电压可由同类型室温设备的标准试验电压采用本研究中称为介质系数的换算系数换算而来。 2) 介质系数是根据电气绝缘系统中绝缘的薄弱点，在室温和极低温下的放电起始电压之比给出的。在本研究中，我们以具有薄饼形线圈结构的高温超导变压器为例，假设液氮作为低温制冷剂的相变，并在各个绝缘薄弱点处使用模型电极系统来确定介质系数澄清了绝缘距离和氮气温度的依赖性。 3）我们讨论了如何从多个介质系数中选择一个唯一的介质系数，以确定成品器件的室温等效测试电压。换句话说，有人指出，为了最安全的绝缘设计，最好使用最大介质系数。 4）针对固体绝缘体中可能成为缺陷并成为绝缘弱点的气密空隙，我们通过实验阐明了液氮温度和室温下空隙内部的放电现象，并首次发现温度下降。随着时间的推移，我们发现放电强度显着下降，而发生频率却迅速增加。关于1)至3)，在Cryogenics and Asian Electric Discharge Conference上发表了一篇论文；关于4)，在IEEE固体电介质国际会议上发表了一篇论文，据说这是实用化的重要研究成果。高温超导电力设备的应用获得好评。