報告書番号

GD25030

タイトル（和文）

送電線における多相雷事故率の評価手法の開発（その3）－3並列に配置した酸化亜鉛型避雷アークホーンの同時フラッシオーバ特性－

タイトル（英文）

Development of evaluation method for multi-phase fault rate of transmission line (Part 3) - Concurrent flashover characteristics of three parallel gaps for EGLAs-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
送電線の多相雷事故は供給支障に至る可能性のある重大な事故であるため，耐雷設計においては多相雷事故率の評価が重要となる。このため当所では，LORP注1）における塔頂雷撃時の多相フラッシオーバ（FO）判定手法の高度化を進めている。前報[1]では，近年適用が進む酸化亜鉛型避雷アークホーン（避雷AH）適用相と非適用相の2相FOを模擬するため，避雷AHと棒－棒電極を並列に配置した実験系に対するインパルス実験を行った。これにより，避雷AHがFOした後に非適用相のAHが同時FOする条件を放電進展特性の観点から明らかにした。しかし，塔頂雷撃時には2相以上の避雷AHが同時にFOすることも想定されるが，その現象は十分に整理されていない。したがって，多相雷事故の判定精度向上には，複数の避雷AHの同時FO現象を考慮する必要がある。
目　　的
66/77 kV送電線の避雷AHを対象とし，複数の避雷AHを並列に配置したときの同時FO特性を明らかにする。
主な成果
避雷AH適用相の3相FOを模擬するため，3つの避雷AH（直列ギャップ長350 mm）を並列に配置し，短波尾雷インパルス電圧（短波尾LI）注2）を印加するFO実験を行った（図1（a））。送電線の相間の位相差に伴う交流対地電圧の瞬時値の差を模擬するため，いずれかの避雷AH（本実験では避雷AH-3）の接地電極側に直流電圧をあらかじめ印加した注3）。本実験では，短波尾LIを印加した際に，すべての避雷AHがFOしたときを同時FOと定義した（図1（b））。
1. 3並列に配置した避雷AHの同時FO特性
各避雷AHのFO様相を観測した（図2）注4）。この結果，短波尾LIと直流電圧が同極性の場合は，避雷AH-3のリーダ放電の開始時間が遅れる傾向を示しつつ同時FOすることがわかった。一方，これらが逆極性の場合は，各避雷AHでリーダ放電の開始時間にほとんど差がないことがわかった。
2. リーダ放電の開始条件の検討
短波尾LIと直流電圧の極性条件によりリーダ放電の開始時間の特性が異なる要因を検討した。この結果，短波尾LIの電圧峻度とギャップ長から定義される平均電界峻度注5）が大きいほど，各避雷AHのリーダ放電の開始時間が早くなることがわかった（図3）。これにより，リーダ放電の開始条件を平均電界峻度で整理できるため，避雷AHを適用した送電線において，各相の雷過電圧波形の時間変化に基づくリーダ放電の進展様相の詳細分析，および多相FO判定の精度向上に寄与することを示した。
注1）Lightning Outage Rate Programのことで，当所が開発した送電線雷事故率予測計算プログラムである。塩原実験場における多相FOの模擬実験で得られた知見に基づき，多相FO判定手法の精緻化を進めている。
注2）塔頂雷撃時にAHのギャップ間に発生する雷過電圧は，塔脚からの雷サージの負反射により，波尾長が数μs程度の短波尾雷インパルス（LI）電圧波形となる。（参考文献：青島 他，電学論B，Vol.109，No.3，pp.135-142，1989）
注3）短波尾LI波形（1.8 / 5.5 μs）に比べ，送電線の交流波形の変化は数msと十分に緩やかである。したがって，送電線の相間における交流対地電圧の瞬時値の差は，短波尾LIの時間領域では直流電圧にみなせると想定した。
注4）本実験では，当所が開発した雷放電進展様相自動観測システム（ALPS）により，直列ギャップの放電の進展距離を測定した。
注5）本検討では，短波尾LIの波頭部で電極先端（曲率半径8 mm）の電界が30 kV/cmに達した時刻から，リーダ放電が進展開始する時刻までの区間における一様電界の峻度（電圧峻度/ギャップ長）の平均値とした。
関連報告書：
[1] GD23022「送電線における多相雷事故率の評価手法の開発（その2）―酸化亜鉛型避雷アークホーンと棒－棒の並列ギャップの放電進展特性と多相フラッシオーバ判定手法の提案―」（2024.05）

概要 （英文）

Multi-phase back-flashover phenomena are significant lightning accidents in overhead transmission lines, leading to double-circuit faults and power supply interruptions. In Japan, externally gapped line arresters (EGLAs) have been widely applied to overhead transmission lines below 154 kV class for several decades, which have excellent features to improve lightning protection performance. On the other hand, the occurrence conditions of multi-phase back-flashover in transmission lines with EGLAs have not yet been quantitatively clarified. In this study, model experiments were conducted to investigate multi-phase back-flashovers across three phases in 66/77 kV transmission lines equipped with EGLAs. To simulate the instantaneous difference in AC phase-to-ground voltages, a DC voltage was pre-applied to one of the EGLA. The results revealed that the polarity combination of the short-tail lightning impulse and the pre-applied DC voltage significantly influences leader discharge inception behavior. Furthermore, the leader inception time can be consistently correlated with the averaged electric field steepness, defined as the voltage steepness divided by the gap length. These findings contribute to a more reliable evaluation method for multi-phase fault rate in overhead transmission lines with EGLAs.

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