電力中央研究所 報告書(電力中央研究所報告)
報告書データベース 詳細情報
報告書番号
GD25002
タイトル(和文)
特別高圧配電線における避雷装置導入効果の検証 -雷電磁パルスの影響を考慮可能な回路解析ツールLiCATを用いたフラッシオーバ発生率評価-
タイトル(英文)
Effect of External Gapped Line Arrester on 22 kV Distribution Lines - Flashover Rate Assessment using LiCAT, a LEMP Influence Incorporated Circuit Analysis Tool-
概要 (図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております)
背 景
特別高圧(22 kV,33 kV)配電線は,架空地線とアークホーンによる雷保護を基本としており注1),避雷器や避雷装置注2)が密に施設された高圧(6.6 kV)配電線と比べ雷事故率注3)が高い。近年では,雷事故率の低減のため一部地域において特別高圧配電線への避雷装置の導入が進んでおり,回路解析プログラムを用いた雷サージ解析により避雷装置の適用効果についての検討も進められている注4)。回路解析は配電線のモデル化が容易,かつ計算時間も短く多数回の計算を必要とする雷事故率計算への適用が可能であるという利点がある一方で,雷撃に伴い発生する雷電磁パルス (LEMP) の影響は考慮されていない。近年,数値電磁界解析注5)による解析結果から送電線や配電線等の架空線に発生する雷過電圧にLEMPが大きな影響を与えることが明らかとなっており[1],避雷装置の適用効果にLEMPが与える影響を評価する必要がある。
目 的
回路解析においてLEMPの影響を考慮可能な雷サージ解析プログラムLiCAT[2]を用いて,22 kV配電線への避雷装置の導入効果を評価する。
主な成果
LiCATを用いて,22 kV配電線に避雷装置を導入した際のフラッシオーバ(FO)発生率計算を実施し(図1),以下の結果を得た。
1. LEMPがフラッシオーバ発生率に与える影響
避雷装置が施設されていない条件では,LEMPの影響を考慮することでFO発生率が大幅に上昇する。その一方で,避雷装置の施設間隔が短くなるほど,LEMPによるFO発生率の増加幅は小さくなり,施設間隔が100 mの条件では,LEMPの影響を考慮した場合の方がFO発生率は小さくなることを明らかとした注6)(図2)。このようなLEMPの影響は6.6 kV配電線が併架された場合に大きくなる注7)。
2. 避雷装置の導入によるフラッシオーバ発生率の低減効果
LEMPの影響を考慮しない従来の解析では,避雷装置が導入されていない線路のFO発生率を低く見積もるため,避雷装置のFO発生率低減効果注8)についてもLEMPを考慮した解析と比べ低く見積もることとなる(図3)。このようなLEMPの影響は6.6 kV配電線が併架された場合に大きくなる。
以上の結果から,LiCATを用いて配電設備を詳細に模擬した解析を実施することで,22 kV配電線の雷害対策の合理化に向けた検討が可能となることを明らかとした。
注1) 「電気設備の技術基準の解釈」において定められた箇所や開閉器等の重要機器施設箇所には避雷器が施設される。
注2) 避雷器は「電気設備の技術基準の解釈」においてA種接地を施すことが定められているのに対して,避雷装置は接地管理が不要となる。また,特別高圧配電線用の避雷器はギャップレスであるのに対し,避雷装置は直列ギャップと酸化亜鉛素子によって構成されている。
注3) 本報告では,雷に起因する再閉路成功事故と供給支障事故をあわせて雷事故と定義する。特別高圧配電線ではがいしにアークホーンが施設されていることから,雷事故のうち供給支障事故の占める割合は低く,多くが再閉路成功事故となる。
注4) 代表的なプログラムとして国外ではEMTP,国内では当所で開発を行っているXTAPがあげられる。過去にはXTAPを用いて22 kV配電線の雷事故率計算が実施されている。参考文献:瀬戸口他,平成27年電気学会全国大会講演論文集,pp. 153-154,2015.
注5) 一例として,解析空間を微小領域に分割し,各領域での電界・磁界をマクスウェル方程式に基づき解く3 次元 FDTD 法が挙げられる。回路解析と比較し大容量のメモリと長い計算時間を必要とする。
注6) 注6) 避雷装置が密に施設された条件ではLEMPによる誘導電圧の影響で避雷装置が動作し,22kV配電線上に発生する雷過電圧が抑制されることに起因する。
注7) 6.6 kV配電線に避雷器や避雷装置が密に施設されるほど22 kV配電線のフラッシオーバ発生率は低下する。
注8) 避雷装置導入前のFO発生率と導入後のFO発生率の比から避雷装置導入によるFO発生率低減効果を評価した。
関連報告書:
[1]H20007「雷放電路からの誘導の影響を考慮した配電線直撃雷フラッシオーバ解析」(2021.08)
[2]GD23019「雷電磁パルスの影響を考慮した配電線雷サージ解析手法の開発(その3)-解析ツールLiCATの開発と実配電線への適用-」(2024.06)
概要 (英文)
22 kV and 33 kV distribution lines are primarily protected against lightning only by shield wires and arcing horns; therefore, their lightning fault rates are generally higher than those of 6.6 kV distribution lines, which are densely equipped with surge arresters. In recent years, externally gapped line arresters (EGLAs) for 22 kV distribution lines have been developed, and their effectiveness has been verified through lightning surge analysis using a circuit-theory-based analysis program. Although the circuit-theory-based analysis offers advantages such as simple modeling and short computation times, it does not account for the effects of lightning electromagnetic pulse (LEMP) radiated from a lightning channel, which can significantly influence lightning overvoltages on overhead transmission and distribution lines. In this study, we evaluated the effectiveness of EGLAs on 22 kV distribution lines using LiCAT, a lightning surge analysis tool developed by CRIEPI that incorporates the effects of LEMP. The results demonstrate that conventional circuit-theory-based analyses, which do not consider the effects of LEMP, tend to underestimate the reduction in flashover rate achieved by the installation of EGLAs. For developing effective lightning protection strategies, it is essential to compare flashover rates before and after the installation of EGLAs. From this perspective, LiCAT serves as an effective tool for more accurate lightning surge analysis.
報告書年度
2025
発行年月
2025/09
報告者
担当 | 氏名 | 所属 |
---|---|---|
主 |
石本 和之 |
グリッドイノベーション研究本部 ファシリティ技術研究部門 |
共 |
森 亮太 |
グリッドイノベーション研究本部 ファシリティ技術研究部門 |
共 |
山中 章文 |
グリッドイノベーション研究本部 ファシリティ技術研究部門 |
共 |
前田 智寛 |
グリッドイノベーション研究本部 ファシリティ技術研究部門 |
キーワード
和文 | 英文 |
---|---|
耐雷設計 | Lightning protection design |
配電線 | Distribution lines |
併架線路 | Hybrid lines |
避雷装置 | Surge arresters |
LiCAT | LiCAT |