[論文レビュー] Method of Controlling Corona Effects and Breakdown Voltage of Small Air Gaps Stressed by Impulse Voltages

Αθανάσιος Μαγλάρας, Triphon G. Kousiouris+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2014

Aerosol Filtration and Electrostatic Precipitation参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、インパルス電圧が印加される小さな空気ギャップにおいて、帰還回路に直列抵抗を挿入することにより、コロナ効果および破壊電圧を制御する新規な手法を提案する。抵抗により充電時間の延長とピーク電圧の低減が実現され、部分放電の顕著な抑制と絶縁協調性の向上が達成される。実験およびシミュレーション結果により、ギャップ形状、極性、アース接続構成の変動に対しても本手法の有効性が検証されている。

ABSTRACT

This paper investigates the influence of a resistor on the dielectric behavior of an air gap. The resistor is connected in series with the air gap and the latter is stressed by impulse voltage. Air gap arrangements of different geometry with either the rod or the plate grounded are stressed with impulse voltages of both positive and negative polarity. The resistor is connected in series with the air gap in the return circuit connecting the gap with the impulse generator. The method followed involves the investigation of the graphs of the charging time concerning the air gaps capacitances, in connection to the value of the resistor, the geometry of the gap, the effect of grounding and the polarity effect. It is determined that the charging time of the air gap increases, as the value of the resistor increases. It is also determined that the peak voltage value of the fully charged air gap decreases as the value of the resistor increases. The results of the mathematical and simulation analysis are compared with the results of the oscillograms taken from experimental work. In addition and consequently to the above results it is concluded from the experimental work that the in series connection of the resistor in the circuit has significant influence on corona pulses (partial discharges) occurring in the gap and on the breakdown voltage of the gap. A new method of controlling the corona effects and consequently the breakdown voltage of small air gaps stressed by impulse voltage of short duration in connection to the ground effect and the polarity effect has arisen. Furthermore through mathematical analysis of the charging graphs obtained from simulation and experimental oscillograms there was a calculation of the values of the capacitance of the air gaps in relation to their geometry and the results were compared to the values calculated with mathematical analysis.

研究の動機と目的

• インパルス電圧応力下における小さな空気ギャップの絶縁特性に及ぼす直列抵抗の影響を調査すること。
• 抵抗値、ギャップ形状、極性、アース接続が充電時間およびピーク電圧に与える影響を分析すること。
• インパルス応力下の空気ギャップにおけるコロナパルスおよび破壊電圧の制御手法を開発すること。
• シミュレーション、実験のオシロスコープ波形、静電容量の数学的モデリングによる比較を通じて、提案手法の妥当性を検証すること。
• 理論的および実験的データを用いて、空気ギャップ形状と静電容量の関係を定量すること。

提案手法

• 充電ダイナミクスを制御するために、空気ギャップとインパルス電圧発生器の間の帰還経路に直列抵抗を接続する。
• 棒-平板および棒-棒空気ギャップに、極性が正および負のインパルス電圧を、さまざまな形状で印加する。
• 実験中に得られたオシロスコープ波形から充電時間およびピーク電圧を測定し、シミュレーション結果と比較する。
• RC時間定数に基づく数学的解析を用いて、充電曲線からギャップの静電容量を計算する。
• 幾何的パrameterから理論的静電容量値を導出し、実験的およびシミュレーション的値と比較する。
• アース接続構成および極性がコロナ発生および破壊に与える影響を体系的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直列抵抗の抵抗値がインパルス電圧下における小さな空気ギャップの充電時間に与える影響は何か？
• RQ2 抵抗がインパルス応力下でのギャップが達するピーク電圧に与える影響は何か？
• RQ3 抵抗がギャップ内でのコロナパルス（部分放電）の発生および強度に与える影響は何か？
• RQ4 ギャップ形状、極性、アース接続構成が抵抗と相互作用して破壊電圧に与える影響は何か？
• RQ5 シミュレーションおよび実験的充電曲線が理論的静電容量計算とどの程度一致するか？

主な発見

• 直列抵抗の抵抗値を増加させることで、ギャップの充電時間が延長され、明確な比例関係が観察された。
• 抵抗値が高くなるほど、ギャップが達するピーク電圧が低減し、応力レベルが低下した。
• 抵抗によりコロナパルスおよび部分放電が顕著に抑制され、絶縁協調性が向上した。
• 抵抗値が高くなるにつれて破壊電圧が上昇した。これは、電圧応力の低減と電圧上昇の遅延によるものである。
• オシロスコープ波形から測定した静電容量値は、ギャップ形状およびRC時間定数に基づく理論的計算値とよく一致した。
• 本手法は、さまざまな極性、アースタイプ、ギャップ構成において、コロナ効果および破壊電圧の制御に効果的に機能した。