Content uploaded by Noritsugu Kamata
Author content
All content in this area was uploaded by Noritsugu Kamata on Dec 04, 2017
Content may be subject to copyright.
銀銅電比し真アー放電に
おけ電流遮断不安定現解析
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum
Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Department of Electrical Technology Education ,
King Mongkut‘s University of Technology Thonburi
◎ 鎌$ 憲嗣 , Narong Mungkung, Pakpoom Chansri
宮崎大* 木之- 広幸
Department of Electrical Technology Education ,King
Mongkut‘s University of Technology Thonburi , 宮崎大* 湯地
敏史
一般社団法人電気*; プラズマ /パルスパワー /放電合同研究
;
2017 年10 月25 日(水)~ 27 日(金)
熊本県(熊本大* 黒髪南地V 共用棟黒髪 1 Z 電数講義室)
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
1. 研究背景
日本安定し電力供cにおいては
,線路i開閉装m役oは重要且
stかせない現xがあ。
⇒開閉装m 真遮断|が使用
小電流アー領€で真アー
放電不安定現解‚す
ことで低電流用小‡真遮
断|実用‰目‹してい
真遮断|
図 電流裁断現
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
【特徴】
・電路故”によ過大な電流遮断
・事故拡大防止
分法によœアー電流閾ž
2s未知数パラメー£解が
虚数とな領€がアー不安定
x¥に¦
陰¨モデル 式
1.シース¯に°わ電圧
2.陰¨半径
3.電流密度
4 陰面i電子電流o合
5.陰¨表面温度
6.陰表面電¿Àさ
7.プラズマシースÃにおけ密度
8.プラズマ温度
2. 従Æ研究 2文法によシミュレーショ
ン
従Æ研究(
, )
文法によシミュレーション
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
真アーで使用す電材料
に, 程度小電流遮断し際
に電流ž 以-になとアー放電
はあ電流波Óに寄生振רÙ不
安定なxÚに遷移
T.H.Lee 【理Þ】無衝áシース,シース電圧仮定,一価電離
【t¨】プラズマ側不‚,シース電圧,電流にæして解がない
G.Ecker 【理Þ】シースとプラズマ¯分接続,シース電圧仮定
【t¨】シース電圧,電流にæして,電流にæして解がない
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 電入力測定
図 電温度iëとì関係
アー電流 ,アー電圧 ,
陰温度ië ,陽温度ië に測
定
電・・・・・・直径 ñさ 円筒‡電
電支持棒 ・・・低熱伝導度支持棒材料 ú棒
直径 ,ñさ ,肉üさ
アー閉し電ìに設定・・・電ì 開・電流 直流電流
アー継続ì・・・数秒~数十秒,真チャンバー圧力・・・
!
実験条件
3. 実験条件と電入力測定
熱電æ出力が最大"にしž
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 銀電入力とアー電流
図 銅電入力とアー電流
4. 実験結果
・アー電圧 Vによ入力は,式 と
#
ように陰陽へ入力にな
・ 以-で数秒オー持続アーが
られない
・アー電圧 Vによ入力は,
銅と同様,陰陽へ入力に
な
・銀電においても 以-アー
では持続アーがられない
陰入力 $%& 陽入力 $ ・%&
'
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 イオン電流とアー電流関係
・陰からイオン電流ž
アー電流 %
()#* 方法によ結果と一致
・銀と銅イオン電流o合 + が
アー電流 %設定
・アー不安定現解析
図, イオン電流と測定回路
・陽へイオン電流に関して ()#*
に
よ実験デー£利用
・陰材料は - ,./ 利用
・材料純度は ~0
・アーは直流電で発生し,そ際イ
オン電流測定
・チャンバー圧力は ! 以-
5. イオン電流とアー電流関係
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 陰表面温度電子電流
o合とアー電流関係
図 プラズマ電子温度シース電圧
と
アー電流関係
・電子電流o合はアー電流にæ
して銀も銅も反比"関係
・アー電流žが減$すと陰表
面温度と陰電¿が増大し,電子
電流o合も増°
・シース電圧はアー電流 ~, 範
'
で変‰
・銀と銅比し場合,銀よœも銅方が,
アー電流がiがにsれて*い
・ 以-で,特に安定限¿電流付-におい
て
増°し,そ後急0に減$
・シース電圧が大きくな傾向
6. 電子電流o合とカソー7温度関係
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 電流密度プラズマ密
度
とアー電流関係
図 陰¨半径陰表面i電
¿
とアー電流関係
・銀と銅,共に電流密度が*い場合に
は*放電x¥
・双方とも*いプラズマ密度が必要
・本解析でプラズマ密度は
m
・銀も銅も陰表面電¿は,アー電流
が減$すと増°す
・これまでに陰表面電¿žは電子密
度と関係すめ,こ結果とな
・ま,陰¨半径はアー電流にæし
て比"
7. 電子電流o合とカソー7温度関係
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 電子電流o合とアー電流関係
・電子電流o合とアー電流は,反比"
関係
・アー電流が , ,
,
場合には,アー電流žが減$すと陰
表面温度と陰電¿À度が増大し,電
子電流o合も増大
8. 電子電流o合とカソー7温度関係
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
図 銀アー安定限¿と仕事関数関係
図 銅アー安定限¿と仕事関数関係
・銀仕事関数は, 1= ~
範'想定し計Aし結果
・銀陰はアー安定限¿電流が
~ 範'変‰
・銅仕事関数
1 = ~ 範'
・銅場合,アー安定限¿電流
~, 範'変‰
・銀も銅電において,仕事関数はアー
安定限¿電流にæして影Cが$ない
・仕事関数が増えと,陰から
電子放出が$ない
・銀と銅電仕事関数変×2
・銀と銅電熱伝導E変‰~
%
・アー安定限¿電流にぼす影Cは
大きい
9. アー安定限¿電流と
無衝áシース
仕事関数,陰熱伝導Eにæす
アー安定限¿電流特徴
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
表 アー安定限¿電流と無衝áシー
ス
解析条件
表 イオン‰電圧と電離度条件
10. アー安定限¿電流と無衝áシース
イオン‰電圧と電離度条件
・プラズマ温度プラズマ
密度と陰¨表面温度,飽和蒸
気圧各条件
・シースでガス(蒸気)と電
子
衝á自由行程34 は345
67
87は陰温度 Tと飽和蒸気
圧
PvからOめ。
・1価完全電離仮定し,
2価電離にsいて検Sし。
・695 ,:;5
<
76用いと-T
サV式がWœXs。
1. 本研究では,銀と銅電材料用いて比検S
行っ。そ解析結果,銀陰場合は, I>19.4
A ,
銅陰場合は I>19 A 領€において解がられ
が,
それ以-領€,すなわ[銀陰場合I≦19.4 A ,
銅陰場合I≦19 A では,実数解が存]しない
2. 陰表面電¿( Mackeown 式)において, F0≦0
とな
œ虚数解が現れプラズマ側から逆拡散電子影C
で,シースにおいてイオンよœ電子が過`とな
しがって,銀陰場合I≦19.4 A ,銅電場合
I≦19 A 領€が不安定領€とな
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
11. まとめ
aな電材料として使われてい複合材においても,
2分法用いて同様シミュレーション評価行い,
陰¨固体で抵抗°熱にsいて検Sし,
無衝áシーhにおけ電離度にsいてaな条件で
分析し検Sす。
12. 今後課題
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
l清聴有pうlざいまし。
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode
Analysis of Instability Phenomenon at Current Interruption in Vacuum Arc Discharge Compared With Silver or Copper Electrode