絶縁部品の表面電位測定のためのカンチレバー微小振動に基づく非接触静電ポテンシャルセンサー

科学分野:

• 電気工学、材料科学、物理学

背景:

• 開発が進む高電圧直流（HVDC）電力システムにおいて、電界を評価し絶縁信頼性を確保するためには、表面静電ポテンシャルの正確な測定が不可欠です。既存の方法では、HVDC絶縁監視の重要な用途において、精度や適用性に課題がある場合があります。

研究 の 目的:

• HVDC用途向けのカンチレバー微小振動変調に基づく新しい静電ポテンシャルセンサーを提案し、検証すること。センサーの原理を解析し、シミュレーションを通じて設計を最適化し、実験的に性能を検証すること。

主な方法:

• 圧電アクチュエータを用いたカンチレバー微小振動変調センサーの開発。センシング原理を記述するための静電誘導モデルの確立。センサーの形状と変調周波数を最適化するためのマルチフィジックス連成シミュレーション。測定プラットフォームの構築による実験的検証と補償モデルの開発。

主要な成果:

• 提案されたセンサーは、微小振動を介して静電ポテンシャルを交流誘起電荷信号に変換します。シミュレーションにより、効率とコンパクトな構造を強化するためにカンチレバーの形状と変調周波数が最適化されました。実験的検証では、1〜10 kVの範囲内で最大測定誤差0.92％、線形性0.47％が示されました。碍子の表面電位測定は、シミュレーション結果とよく一致しました。

結論:

• カンチレバー微小振動変調センサーは、HVDCシステムにおける表面静電ポテンシャルを効果的に測定します。このセンサーは、絶縁監視において高い精度、線形性、および適用性を示します。この技術は、HVDC電力インフラにおける電界評価と絶縁信頼性の向上に貢献します。