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アイテム
次世代デジタル変電所開発に資する電力用油入変圧器内の部分放電メカニズムの解明
https://doi.org/10.18997/00008642
https://doi.org/10.18997/000086424d13f296-e407-441a-9652-7b3919d13114
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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kou_k_531.pdf (7.7 MB)
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| アイテムタイプ | 学位論文 = Thesis or Dissertation(1) | |||||||||
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| 公開日 | 2021-12-06 | |||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | 次世代デジタル変電所開発に資する電力用油入変圧器内の部分放電メカニズムの解明 | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | Study on Mechanism of Partial Discharge in Oil-immersed Power Transformer for Development of Next Generation Digital Substation | |||||||||
| 言語 | en | |||||||||
| 言語 | ||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||
| 著者 |
吉田, 成是
× 吉田, 成是
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| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | 近年，電力用変圧器は，デジタル化や省人化の要望が高まっていることから，外部からの異常診断や劣化兆候の検出によって機器の健全性をリアルタイムで監視可能とした「デジタル変圧器，デジタル開閉器」および，それらを使用した「デジタル変電所」の提案がされている。一方，高度経済成長期に大量導入された電力用油入変圧器の更新が控えていることから，経済性の観点から小形化・高効率化の要望も高まっている。さらに，持続可能社会の実現に向け，鉱油は廃油時にCO2を大量に排出することから，廃油時のCO2排出量が少なく，生分解性も高い油として，エステル油の適用も進んでいる。更なる小形化のためには，その内部の絶縁特性の改革が重要であり，その一環として絶縁破壊の前駆現象として知られている部分放電メカニズムの解明が必要である。また，鉱油の代替となる環境調和型エステル油入変圧器の高信頼化のためには，エステル油中の部分放電特性の解明が重要である。以上より，本研究では，絶縁油と固体絶縁材料の界面における沿面放電進展特性の解明検討，およびその数値解析シミュレーションを世界で初めて構築した。また，エステル油中の部分放電特性の解明，および変圧器のデジタル化を実現する上での課題と解決方法について論じた。以下に本論文の構成と概要を記す。第1章は『序論』である。前術の検討内容を取り組むことになった研究背景や動向，研究着手時の各種課題等について述べる。第2章では，『鉱油/プレスボード複合系における沿面放電特性の解明』について述べる。本研究の着手当時には，油/プレスボード複合系において雷インパルス電圧を繰り返し印加すると，放電発生後に放電経路に沿って白色生成物が残り，絶縁上弱点になる可能性があるという課題あった。従って，放電進展後に形成される白色生成物が絶縁上弱点になりえるか把握することを目的に，ストリークカメラ，光電子増倍管，および電流パルス検出を用いた独自の放電観測システムを構築し，雷インパルス電圧印加下における部分放電開始電圧を測定した。その結果，白色生成物形成によって部分放電開始電圧が低下することを明らかにし，沿面放電発生後に形成される白色生成物が絶縁上弱点になりえることから，実器の出荷時の課電試験において白色生成物の形成に注意が必要であることが判明した。第3章では，『放電シミュレーションを用いた沿面放電進展現象の解明』について述べる。本研究の着手当時には，複数のバリアプレスボードを用いた油/プレスボード複合絶縁系における沿面放電メカニズムの解明が課題としてあった。そこで，沿面放電メカニズムの解明を目的に，有限要素法を用いた数値解析シミュレーションを行った。その結果，インパルス沿面放電の計算モデルには一般的なポアソン式，電荷連続式，熱拡散方程式に加えて，複合絶縁系特有の電子放出および空間電荷形成などの各種パラメータをナノ秒オーダーの時間・空間分布として計算に考慮することで，実験より得られた104 m/sオーダーの放電進展速度をシミュレーションによって再現することができ，油隙中の沿面放電メカニズムの解明に大きく近づくことができた。第4章では，『エステル油入変圧器の高信頼化に向けた部分放電特性の解明』について述べる。近年，環境負荷低減の観点から，生分解性油（植物油やエステル油）を封入した変圧器の適用が進んでいるものの，同油中の絶縁異常や長期劣化におけるデータベースが乏しい状況にあった。そこで，エステル油中に絶縁異常としての金属異物が存在した場合の部分放電特性を取得し，その長さや絶縁構成配置が与える影響について鉱油と比較しながら検討した。その結果，エステル油中の金属針における部分放電開始電圧は，鉱油と同様に，金属針先端の最大電界で決まることがわかった。このことは絶縁設計や絶縁診断に有益な情報となる。第5章では，『総括』として本研究で得られた成果を総括した。また，将来展望として，今後の少子高齢化や省人化社会に対応するため，監視データを活用したオンライン診断のみならず，実験時間の削減のためのシミュレーション技術を活用した変圧器を「デジタル変圧器」と呼び，デジタル変圧器を適用した「デジタル変電所」の実現にあたっての課題と解決策について述べた。最後に本研究によって得られた成果について述べる。①放電進展後に形成される白色生成物が絶縁上弱点になることを明確化し，実器の出荷時の課電試験において白色生成物の形成に注意を要することが判明された。②放電シミュレーションを用いた沿面放電進展現象の再現によって，油隙中の沿面放電メカニズムの解明に大きく近づくことができた。③エステル油の絶縁異常時のデータベース拡充に向けた異物性部分放電特性の解明によって，世界で初めて植物油中の異物性部分放電特性を解明し，変圧器の絶縁設計時の有益なデータを取得することができた。 | |||||||||
| 目次 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | TableOfContents | |||||||||
| 内容記述 | 第１章 序章||第２章 鉱油/プレスボード複合系における沿面放電特性の解明||第３章 放電シミュレーションを用いた沿面放電進展現象の解明||第４章 エステル油入変圧器の高信頼化に向けた部分放電特性の解明||第５章 総括および今後の展望 | |||||||||
| 備考 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 九州工業大学博士学位論文 学位記番号：工博甲第531号 学位授与年月日：令和3年9月24日 | |||||||||
| アドバイザー | ||||||||||
| 小迫, 雅裕 | ||||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第531号 | |||||||||
| 学位名 | ||||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||
| 学位授与年月日 | 2021-09-24 | |||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||||
| 学位授与機関識別子 | 17104 | |||||||||
| 学位授与機関名 | 九州工業大学 | |||||||||
| 学位授与年度 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 令和3年度 | |||||||||
| 出版タイプ | ||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||
| アクセス権 | ||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||
| ID登録 | ||||||||||
| ID登録 | 10.18997/00008642 | |||||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||||
