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高性能電気絶縁を有する傾斜機能誘電体の開発

 電気機器の電気性能をこれまで以上に向上させる技術として、開発者らは傾斜機能誘電体を提唱している。傾斜機能誘電体とは、電力機器スペーサなどの誘電体内部の誘電率を空間的に意図的に傾斜させることによって機器内部の電界分布をコントロール可能とするものであり、これによって機器内部の最大電界の低減ならびに電界分布の一様化をはかることが可能となる。開発者らは、エポキシ樹脂を対象として、このような傾斜機能誘電体の電界コントロール効果を、以下の手順によって明らかにした。はじめに(1)電界解析によるシミュレーションによって、電界低減効果を定量的に明らかにし、さらには電界分布を向上させるための傾斜誘電率の最適化を行った。次に、(2)遠心力を印加する方法により、エポキシ内部に充填するフィラーを空間的に傾斜させ、また遠心力の付加条件をコントロールすることで、意図した傾斜機能誘電体の作成が可能となった。最後に、(3)このようなエポキシ傾斜機能誘電体に高電圧を印加することで絶縁破壊試験を実施し、傾斜機能誘電体の有する絶縁性能が従来技術に比べて飛躍的に向上されることを実験的に検証できた。

 従来、高電圧電力機器の電気絶縁性能向上をはかるための技術として、電極や誘電体の形状を変化させることによる最適化が実施されてきた。しかしながら、このような手法は限界があり、また複雑な形状を必要とするため、製造上のネックとなってきた。これに対して、開発者らが提唱し、研究に取り組んできた傾斜機能誘電体技術は、従来に見られなかった概念により絶縁性能向上を可能とするものであり、これまでの製造上のネックや限界を克服できる新技術である。このような傾斜機能誘電体について、開発者らは電界解析によるシミュレーション、傾斜機能誘電体の作製、ならびに高電圧印加による絶縁破壊試験を実施し、数値解析から実験に至るまで、非常に幅広い視点からその効果を検証しており、これらの成果をベースに、電力機器への適用が具体化しつつある。このように、開発者らが検討してきた傾斜機能誘電体は、特に実用的な観点から、極めて有用性および新規性が高く、またそのアイデアそのものは、電力分野にとどまらず、より幅広い分野への応用も可能な、画期的な技術であるといえる。


 本研究の成果に対して、電気学会は、2009年、加藤克巳(名古屋大学)、栗本宗明(名古屋大学)、大久保仁(名古屋大学)に電気学会振興賞(進歩賞)を贈った。

文献

[1] K. Kato, M. Kurimoto, H. Shumiya, H. Adachi, S. Sakuma, and H. Okubo.、Application of Functionally Graded Material for Solid Insulator in Gaseous Insulation System、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 13, No. 2, pp. 362-372,2006
[2] H. Okubo, H. Shumiya,M.Ito, and K. Kato.、Insulation Performance of Permittivity Graded FGM (Functionally Graded Materials) in SF6 Gas under Lightning Impulse Conditions、2006 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, pp. 332 - 335,2006
[3] 甲斐昭宏,伊藤真弘,加藤克巳,大久保仁、誘電率FGM(傾斜機能材料)における誘電率分布の制御技術の向上、電気学会全国大会講演論文集 Vol.2007, No. 2, pp.20,2007
[4] 甲斐昭宏,栗本宗明,加藤克巳,大久保仁、電極表面の電界緩和型FGM(傾斜機能材料)の誘電率分布制御、電気学会放電・絶縁誘電材料・高電圧合同研究会 2008(19), 13-17, 2008-01-25,2008
[5] M. Kurimoto, A. Kai, K. Kato, and H.Okubo、Fabrication of Permittivity Graded Materials for Reducing Electric Stress on Electrode Surface、2008 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, pp. 265-268,2008

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