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Voltage drop analysis and leakage suppression design for mineral-insulated cables

MIケーブルの電圧降下解析と漏れ抑制のための設計

広田 憲亮; 柴田 裕司; 武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦

Hirota, Noriaki; Shibata, Hiroshi; Takeuchi, Tomoaki; Otsuka, Noriaki; Tsuchiya, Kunihiko

ケーブル長に沿った電位分布の安定性を達成することを目的として、高温条件に供された時の電気的特性に対する無機絶縁(MI)ケーブルの材料の影響を伝送テストによって調査した。その結果、MIケーブルの絶縁材料として、酸化アルミニウム(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$),酸化マグネシウム(MgO)が選定され、ケーブルに沿った電圧降下の発生を確認した。有限要素法(FEM)に基づいた解析を実行し、終端部で検出された電位の漏れを評価した。伝送テストと解析による電圧降下の収率は、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$およびMgO材料のMIケーブルにおいてよい一致を示し、FEM解析結果と実験結果との相対的な関係を再現した。電圧降下を抑えるため、同様のFEM解析を行い、芯線直径($$d$$)と芯線間距離($$l$$)を変化させた。$$d$$の変化を考えた場合、MIケーブルの電位分布は、絶縁材料の直径($$D$$)を$$d$$で割って得られる比率$$d/D$$が0.35で最小電圧降下となった。$$l$$を変化させた場合、最小電圧降下は0.5のl/$$D$$であった。

The influence of materials of mineral-insulated (MI) cables on their electrical characteristics upon exposure to high-temperature conditions was examined via a transmission test, in the objective of achieving the stability of the potential distribution along the cable length. Occurrence of a voltage drop along the cable was confirmed for aluminum oxide (Al$$_{2}$$O$$_{3}$$) and magnesium oxide (MgO), as insulating materials of the MI cable. A finite-element method (FEM)-based analysis was performed to evaluate the leakage in the potentials, which was found at the terminal end. Voltage drop yields by the transmission test and the analysis were in good agreement for the MI cable of Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ and MgO materials, which suggests the reproducibility of the magnitude relationship of the experimental results via the FEM analysis. To suppress the voltage drop, the same FEM analysis was conducted, the diameter of the core wires ($$d$$) and the distance between them ($$l$$) were varied. Considering the variation of $$d$$, the potential distribution in the MI cable produced a minimum voltage drop corresponding to a ratio $$d/D$$ of 0.35, obtained by dividing $$d$$ with that of the insulating material ($$D$$). In case of varying $$l$$, a minimum voltage drop was l/$$D$$ of 0.5.

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分野:Nuclear Science & Technology

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