報告書番号

H06013

タイトル（和文）

高気圧N2およびCO2ガスの短時間領域絶縁特性とその定量的評価手法

タイトル（英文）

Short Time Region Sparkover Characteristics of Compressed N2 and CO2 and Study of their Quantitative Estimation Method

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）の主絶縁媒体として使用されているＳＦ６ガスは，温暖化ガスとして排出削減対象となっており，当所ではSF6代替ガス絶縁技術の研究を行っている。一方，変電所に発生するサージは，変電所の構成・ＧＩＳの構造に起因するため，ＧＩＳの主絶縁媒体がＳＦ６代替ガスであっても同様に発生する。したがって，代替ガスを使用した機器の設計にあっても雷サージに相当する極短時間領域の絶縁破壊特性を明確にしておく必要がある。また，合理的な絶縁設計においては，試験電圧波形である標準雷インパルスと実際の雷サージ（任意の波形）との絶縁破壊に対する等価性を評価する手法が必要である。今回，GISモデル電極として準平等電界ギャップ（球－平板電極）を想定し，立上り時間25nsの方形波インパルス，標準雷インパルス，2.3MHz振動性インパルスの3種類の電圧波形を印加して絶縁破壊－時間特性（V-t特性）を実測した。また，V-t特性の定量化手法である等面積則の適用可能性を検討した。主な結果は以下の通り。
１．方形波インパルスにより，約30nsの極短時間領域までのV-t特性を取得したガス圧力1.0MPaの場合，正・負極性ともにV-t特性の下限値はN2の方が低い。また，V-t特性は，CO2の方がN2よりも短時間側までフラットであるが，正極性で40ns以下，負極性で60ns以下の短時間領域ではN2の方が低いことが判明した。
２．方形波インパルスによる実験結果に基づき，ガス種，ガス圧力ごとに等面積則パラメータを求めた。このパラメータを標準雷インパルスおよび2.3MHz振動性インパルスに適用した結果，実験結果から得られたV-t特性の下限値と良く一致した。このことから等面積則により，N2およびCO2の絶縁特性を評価できる可能性を見出した。
３．代表的なサージ波形に対して，等面積則を適用し，標準雷インパルス換算係数を試算した。この結果，N2とCO2に大きな差はなかった。また，いずれもガス圧力の高い1.0MPaの方が小さいため，換算される標準雷インパルス電圧は小さくなる。また，現行のGISで使用されているSF6（0.5MPa）と比較した場合，いずれもSF6よりも大きく，試験電圧値としてはSF6よりも低減できない方向となる結果を得た。

概要 （英文）

SF6 is used as a main insulation gas for conventional gas-insulated switchgears, but it has recently become a gas to be restricted because of its strong greenhouse effect. Up to now, we have studied the insulation characteristics of pressurized N2 and CO2 as a possible SF6-alternative gas. As gas-insulated switchgears are subjected to very fast transient voltage due to incoming lightning surges or at disconnector switching operation, it is necessary to clarify the V-t (sparkover voltage to time) characteristics in the short time region.
In this report, we describe the V-t curves ranging from 30ns to 10ms for high pressure (0.6 and 1.0MPa) N2 and CO2 obtained by applying high square voltage. The sparkover voltage is lower in the negative polarity than in the positive irrespective of gas and pressure. CO2 shows a flat characteristic down to a shorter time range than N2. But the shortest time sparkover was observed for N2 in all cases.
We next studied the V-t curves for standard lightning and steep oscillating impulses for the same experimental conditions. Based on these results, we investigated the possibility of quantitatively estimating of the V-t curves for these waveforms by applying the "equal-area criterion". The minimum sparkover voltage estimated by the criterion very well agreed with the measured characteristic in all conditions studied, and thus it has become clear that the quantitative estimation of the sparkover characteristics is possible for high pressure N2 and CO2. The equal-area criterion using the measured parameter was applied to a typical lightning surge for CO2 and N2. The conversion factor from standard lightning impulse to lightening surge is smaller for CO2 than N2, thus resulting in the lower converted standard lightning impulse for CO2.

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