JP2002320319A - 雷被害防護方法 - Google Patents
雷被害防護方法Info
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- JP2002320319A JP2002320319A JP2001119657A JP2001119657A JP2002320319A JP 2002320319 A JP2002320319 A JP 2002320319A JP 2001119657 A JP2001119657 A JP 2001119657A JP 2001119657 A JP2001119657 A JP 2001119657A JP 2002320319 A JP2002320319 A JP 2002320319A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 風力発電所や無線中継所等の高構造物の避雷
器の破損を防止できる雷被害防護方法を提供することで
ある。 【解決手段】 風力発電所や無線中継所等の高構造物１
の避雷器３と、配電線４の高圧線５とを引込線７で接続
すると共に、高構造物１の接地２と配電線４の架空地線
８の接地９とを接地線１０で接続してあることを特徴と
する雷被害防護方法。
器の破損を防止できる雷被害防護方法を提供することで
ある。 【解決手段】 風力発電所や無線中継所等の高構造物１
の避雷器３と、配電線４の高圧線５とを引込線７で接続
すると共に、高構造物１の接地２と配電線４の架空地線
８の接地９とを接地線１０で接続してあることを特徴と
する雷被害防護方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧又は低圧で受
電している風力発電所や無線中継所等の高構造物に落雷
があった場合に、高構造物の避雷器の破損防止、及びそ
の他の電気設備の破損防止を目的とする雷被害防護方法
に関する。
電している風力発電所や無線中継所等の高構造物に落雷
があった場合に、高構造物の避雷器の破損防止、及びそ
の他の電気設備の破損防止を目的とする雷被害防護方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】高構造物の避雷器の雷による破損防止に
は、避雷器の容量を増大させたり、高構造物の接地抵抗
をできるだけ低減させる方法が従来用いられていたが、
市販の避雷器には容量の限界があり、一方、低い接地抵
抗を得るには不向きな場所に高構造物は建てられるの
で、接地抵抗を満足のいくレベルにまで低減させること
は工事費の関係から通常できなかった。
は、避雷器の容量を増大させたり、高構造物の接地抵抗
をできるだけ低減させる方法が従来用いられていたが、
市販の避雷器には容量の限界があり、一方、低い接地抵
抗を得るには不向きな場所に高構造物は建てられるの
で、接地抵抗を満足のいくレベルにまで低減させること
は工事費の関係から通常できなかった。
【０００３】従って、高構造物に落雷した雷電流は図６
に示すように、高構造物の接地９１に流れ込むが、低い
接地抵抗が得られないため、雷が大きい場合や冬期の雷
のように継続時間が長い場合には、配電線の架空地線の
接地９２にも流れ込み、その際、配電線側に流れ込む電
流の全てが高構造物の避雷器９３を通過する。
に示すように、高構造物の接地９１に流れ込むが、低い
接地抵抗が得られないため、雷が大きい場合や冬期の雷
のように継続時間が長い場合には、配電線の架空地線の
接地９２にも流れ込み、その際、配電線側に流れ込む電
流の全てが高構造物の避雷器９３を通過する。
【０００４】前述したように市販の避雷器には容量の限
界があるので、最大の容量のものを用いても、このよう
な場合には破損を防止できなかった。このことから有効
な雷被害防止方法の発明が電力業界では待ち望まれてい
た。
界があるので、最大の容量のものを用いても、このよう
な場合には破損を防止できなかった。このことから有効
な雷被害防止方法の発明が電力業界では待ち望まれてい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情を考
慮して開発されたものであり、その目的は、高構造物の
避雷器の破損を防止できる雷被害防護方法を提供するこ
とである。
慮して開発されたものであり、その目的は、高構造物の
避雷器の破損を防止できる雷被害防護方法を提供するこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、風力発電所や
無線中継所等の高構造物の避雷器と、配電線の高圧線と
を引込線で接続すると共に、高構造物の接地と配電線の
架空地線の接地とを接地線で接続してあることを特徴と
する。
無線中継所等の高構造物の避雷器と、配電線の高圧線と
を引込線で接続すると共に、高構造物の接地と配電線の
架空地線の接地とを接地線で接続してあることを特徴と
する。
【０００７】「風力発電所や無線中継所等の高構造物の
避雷器と、配電線の高圧線とを引込線で接続する」と
は、高構造物が高圧で受電している場合には、配電線の
高圧線に引込線、避雷器を順次接続することを意味し、
高構造物が低圧で受電している場合には、配電線の高圧
線に変圧器、引込線、避雷器を順次接続することを意味
する。
避雷器と、配電線の高圧線とを引込線で接続する」と
は、高構造物が高圧で受電している場合には、配電線の
高圧線に引込線、避雷器を順次接続することを意味し、
高構造物が低圧で受電している場合には、配電線の高圧
線に変圧器、引込線、避雷器を順次接続することを意味
する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の雷被害防護方法は図１に
示すように、高構造物である風力発電所又は無線中継所
１の接地２に避雷器３を接続すると共に、その避雷器３
と配電線４の高圧線５とを変圧器６を介して引込線７で
接続し、配電線４の架空地線８の接地９と、風力発電所
又は無線中継所１の接地２を接地線１０で接続したもの
である。なお、架空地線８の接地９には、高圧線５が配
電線側避雷器１１を介して接続され、変圧器６も接続さ
れている。
示すように、高構造物である風力発電所又は無線中継所
１の接地２に避雷器３を接続すると共に、その避雷器３
と配電線４の高圧線５とを変圧器６を介して引込線７で
接続し、配電線４の架空地線８の接地９と、風力発電所
又は無線中継所１の接地２を接地線１０で接続したもの
である。なお、架空地線８の接地９には、高圧線５が配
電線側避雷器１１を介して接続され、変圧器６も接続さ
れている。
【０００９】接地線１０は、１４ｍｍ２以上１００ｍｍ
２以下の太さのものが実用範囲で、望ましくは２２ｍｍ
２以上１００ｍｍ２以下のものを用い、素材としては例
えば銅線を用いる。
２以下の太さのものが実用範囲で、望ましくは２２ｍｍ
２以上１００ｍｍ２以下のものを用い、素材としては例
えば銅線を用いる。
【００１０】山頂の風力発電所に上述した雷被害防護方
法を用いた場合の効果及び配電線側に及ぼす影響を、接
地線を接続しない場合と比較して以下のＥＭＴＰ解析を
用いて検討した。
法を用いた場合の効果及び配電線側に及ぼす影響を、接
地線を接続しない場合と比較して以下のＥＭＴＰ解析を
用いて検討した。
【００１１】ＥＭＴＰ解析に用いた線路を図３及び図４
に示してあり、図３は風力発電所が低圧で受電している
状態を現し、図４は高圧で受電している状態を現す。ま
た、これらの主な解析条件を以下の表１に示す。解析条
件について補足説明すれば、配電線４の末端柱から一件
の風力発電所１に電力供給しており、配電線４は、支持
物（鉄筋コンクリート柱）、三相の高圧線５および一条
の架空地線８で構成されている。線路長は約２ｋｍであ
る。線路の抵抗やインダクタンス等の定数は、ＥＭＴＰ
のＪＭＡＲＴＩセットアップサブプログラムを用いて計
算した。なお、このプログラムは、ＪＡＵＧ（Japanese
ATP Users Group）との間でＡＴＰバージョンに関する
ライセンス契約を締結した場合に使えるものである。風
力発電所とは反対側の線路末端は、多導体系線路のサー
ジインピーダンスに相当する整合抵抗で終端した。図３
の低圧の風力発電所１への引込線７はＤＶ３Ｃ２２ｓｑ
とし、地上高６ｍに配置した。図４の高圧の風力発電所
１の引込線７は、ＯＣ５ｍｍ×３とし、配電線４の高圧
線５と同じ高さに配置した。
に示してあり、図３は風力発電所が低圧で受電している
状態を現し、図４は高圧で受電している状態を現す。ま
た、これらの主な解析条件を以下の表１に示す。解析条
件について補足説明すれば、配電線４の末端柱から一件
の風力発電所１に電力供給しており、配電線４は、支持
物（鉄筋コンクリート柱）、三相の高圧線５および一条
の架空地線８で構成されている。線路長は約２ｋｍであ
る。線路の抵抗やインダクタンス等の定数は、ＥＭＴＰ
のＪＭＡＲＴＩセットアップサブプログラムを用いて計
算した。なお、このプログラムは、ＪＡＵＧ（Japanese
ATP Users Group）との間でＡＴＰバージョンに関する
ライセンス契約を締結した場合に使えるものである。風
力発電所とは反対側の線路末端は、多導体系線路のサー
ジインピーダンスに相当する整合抵抗で終端した。図３
の低圧の風力発電所１への引込線７はＤＶ３Ｃ２２ｓｑ
とし、地上高６ｍに配置した。図４の高圧の風力発電所
１の引込線７は、ＯＣ５ｍｍ×３とし、配電線４の高圧
線５と同じ高さに配置した。
【００１２】
【表１】
【００１３】また、配電線４に四径間（１６０ｍ）置き
に高圧避雷器１１を設置し、接地９（３０Ωの接地抵抗
Ｒａ）に接続した。架空地線８は、高圧避雷器１１の施
設箇所で、高圧避雷器１１と同じ接地９に接続した。接
地抵抗を確保しにくい山頂の土壌を考慮し、接地極を埋
設しない電柱の接地抵抗Ｒｃは∞とした。風力発電所設
備を３０ｍの鉄塔（送電鉄塔の１段モデル）で模擬し、
この塔頂に雷撃させた。
に高圧避雷器１１を設置し、接地９（３０Ωの接地抵抗
Ｒａ）に接続した。架空地線８は、高圧避雷器１１の施
設箇所で、高圧避雷器１１と同じ接地９に接続した。接
地抵抗を確保しにくい山頂の土壌を考慮し、接地極を埋
設しない電柱の接地抵抗Ｒｃは∞とした。風力発電所設
備を３０ｍの鉄塔（送電鉄塔の１段モデル）で模擬し、
この塔頂に雷撃させた。
【００１４】避雷器焼損事故防止効果を定量的に比較す
るために、焼損率により比較検討した。焼損率は、「風
力発電所への１回の雷撃により、避雷器が焼損に至る確
率」であり、今回は、風力発電所の避雷器と配電線末端
柱の避雷器について検討した。
るために、焼損率により比較検討した。焼損率は、「風
力発電所への１回の雷撃により、避雷器が焼損に至る確
率」であり、今回は、風力発電所の避雷器と配電線末端
柱の避雷器について検討した。
【００１５】避雷器焼損率の計算方法は以下の通りであ
る。避雷器のエネルギー耐量を考慮して、雷電流の各波
尾長に対して避雷器が焼損に至る最小の波高値を求めた
ものが、図２に示す避雷器焼損限界曲線（以下、限界曲
線と略記）である。耐雷対策ごとに前述の限界曲線を求
め，雷電流が波高値Ipおよび波尾長Ttである確率を限界
曲線より焼損側の範囲に渡って積分すれば、焼損率を求
めることができる。以下に焼損率を求める数式（１）を
示す。
る。避雷器のエネルギー耐量を考慮して、雷電流の各波
尾長に対して避雷器が焼損に至る最小の波高値を求めた
ものが、図２に示す避雷器焼損限界曲線（以下、限界曲
線と略記）である。耐雷対策ごとに前述の限界曲線を求
め，雷電流が波高値Ipおよび波尾長Ttである確率を限界
曲線より焼損側の範囲に渡って積分すれば、焼損率を求
めることができる。以下に焼損率を求める数式（１）を
示す。
【数１】 f(Ip) ：雷電流波高値（Ip）の確率密度関数 g(Tt) ：雷電流波尾長（Tt）の確率密度関数 y(Tt) ：雷電流波尾長（Tt）に対する焼損に至る最小
のIpを示す関数 ここでは、波高値の対数値の確率密度関数および波尾長
の対数値の確率密度関数が正規分布に従い、それぞれ独
立であるとして算出する。解析に用いた冬季雷の電流パ
ラメータを以下の表２に示す。
のIpを示す関数 ここでは、波高値の対数値の確率密度関数および波尾長
の対数値の確率密度関数が正規分布に従い、それぞれ独
立であるとして算出する。解析に用いた冬季雷の電流パ
ラメータを以下の表２に示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】次に、低圧の風力発電所の場合の解析結果
を説明する。図５（イ）には、低圧風力発電所の接地抵
抗および接地線の接続の有無が、避雷器焼損率に及ぼす
影響を示してある。図５（イ）より、風力発電所の接地
抵抗を低減すると、風力発電所の低圧避雷器の焼損率を
低減できることがわかる。例えば、風力発電所（接地線
非接続）の接地抵抗を１０Ωから２Ωにすると、焼損率
を約１／２に低減できる。しかし、接地抵抗が１０Ω以
上の場合は、接地抵抗低減の効果はあまり大きくない。
を説明する。図５（イ）には、低圧風力発電所の接地抵
抗および接地線の接続の有無が、避雷器焼損率に及ぼす
影響を示してある。図５（イ）より、風力発電所の接地
抵抗を低減すると、風力発電所の低圧避雷器の焼損率を
低減できることがわかる。例えば、風力発電所（接地線
非接続）の接地抵抗を１０Ωから２Ωにすると、焼損率
を約１／２に低減できる。しかし、接地抵抗が１０Ω以
上の場合は、接地抵抗低減の効果はあまり大きくない。
【００１８】また、本発明のように接地線を接続する
と、接地線非接続の場合に比べて、風力発電所の低圧避
雷器の焼損率を大きく低減できることがわかる。風力発
電所の接地抵抗が５Ωの場合、接地線を接続すると、接
地線非接続の場合に比べて、焼損率を１／５に低減でき
る。これは、雷電流の大半が接地線を通って配電線に逆
流し、低圧避雷器を殆ど通過しないからである。
と、接地線非接続の場合に比べて、風力発電所の低圧避
雷器の焼損率を大きく低減できることがわかる。風力発
電所の接地抵抗が５Ωの場合、接地線を接続すると、接
地線非接続の場合に比べて、焼損率を１／５に低減でき
る。これは、雷電流の大半が接地線を通って配電線に逆
流し、低圧避雷器を殆ど通過しないからである。
【００１９】しかし、接地線を接続することにより、配
電線側により多くの雷電流が逆流するので、配電線事故
の増加が懸念される。このため、図５（イ）には、配電
線の末端柱の避雷器の焼損率も同時に示した。図５
（イ）より、接地線を接続しても、配電線の避雷器の焼
損率はほとんど増加せず、配電線側にはあまり影響がな
いことがわかる。
電線側により多くの雷電流が逆流するので、配電線事故
の増加が懸念される。このため、図５（イ）には、配電
線の末端柱の避雷器の焼損率も同時に示した。図５
（イ）より、接地線を接続しても、配電線の避雷器の焼
損率はほとんど増加せず、配電線側にはあまり影響がな
いことがわかる。
【００２０】なお、接地線を接続する場合には、風力発
電所にしかるべき対策（接地抵抗の低減工事等）を実施
して頂いた後に、接地の接続を行う必要があると思われ
る。
電所にしかるべき対策（接地抵抗の低減工事等）を実施
して頂いた後に、接地の接続を行う必要があると思われ
る。
【００２１】次に、高圧の風力発電所の場合の解析結果
を説明する。図５（ロ）には、高圧風力発電所の接地抵
抗および接地線接続の有無が、避雷器焼損率に及ぼす影
響を示してある。図５（ロ）より、風力発電所の接地抵
抗を低減すると、風力発電所の低圧避雷器の焼損率を低
減できることがわかる。例えば、風力発電所の接地抵抗
（接地線非接続）を１０Ωから２Ωにすると、焼損率を
約１／３に低減できる。しかし、接地抵抗が１０Ω以上
の場合は、接地抵抗低減の効果はあまり大きくない。
を説明する。図５（ロ）には、高圧風力発電所の接地抵
抗および接地線接続の有無が、避雷器焼損率に及ぼす影
響を示してある。図５（ロ）より、風力発電所の接地抵
抗を低減すると、風力発電所の低圧避雷器の焼損率を低
減できることがわかる。例えば、風力発電所の接地抵抗
（接地線非接続）を１０Ωから２Ωにすると、焼損率を
約１／３に低減できる。しかし、接地抵抗が１０Ω以上
の場合は、接地抵抗低減の効果はあまり大きくない。
【００２２】また、本発明のように接地線を接続する
と、低圧風力発電所の場合と同様、風力発電所の避雷器
焼損率を大きく低減できることがわかる。風力発電所の
接地抵抗が５Ωの場合、接地線の接続により、焼損率を
１／５に低減できる。
と、低圧風力発電所の場合と同様、風力発電所の避雷器
焼損率を大きく低減できることがわかる。風力発電所の
接地抵抗が５Ωの場合、接地線の接続により、焼損率を
１／５に低減できる。
【００２３】ここで、興味深い点は、高圧風力発電所の
場合は、接地線の接続により、高圧配電線の避雷器の焼
損率も低減するということである。図５（ロ）には、
「接地線接続（配電線の避雷器）」の焼損率を示してい
ないが、これは、高圧風力発電所への落雷の場合、風力
発電所の避雷器が最も焼損しやすいが、その次に焼損し
やすい避雷器を特定できないためである。しかし、配電
線に設置された避雷器の焼損率は、風力発電所の避雷器
焼損率より小さいため、接地線の接続により、配電線の
避雷器焼損事故もかなり低減すると考えられる。
場合は、接地線の接続により、高圧配電線の避雷器の焼
損率も低減するということである。図５（ロ）には、
「接地線接続（配電線の避雷器）」の焼損率を示してい
ないが、これは、高圧風力発電所への落雷の場合、風力
発電所の避雷器が最も焼損しやすいが、その次に焼損し
やすい避雷器を特定できないためである。しかし、配電
線に設置された避雷器の焼損率は、風力発電所の避雷器
焼損率より小さいため、接地線の接続により、配電線の
避雷器焼損事故もかなり低減すると考えられる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、風力発電所又は無線中
継所等の高構造物に雷が落ちた場合に、配電線側に流出
する雷電流の大半が接地線を流れ、高構造物の避雷器に
は殆ど流れ込まないことから、高構造物の避雷器の破損
を防止できる。
継所等の高構造物に雷が落ちた場合に、配電線側に流出
する雷電流の大半が接地線を流れ、高構造物の避雷器に
は殆ど流れ込まないことから、高構造物の避雷器の破損
を防止できる。
【図１】低圧の風力発電所に本発明の雷被害防止方法を
適用した状態を示す簡易正面図である。
適用した状態を示す簡易正面図である。
【図２】避雷器破損限界曲線を示すグラフである。
【図３】低圧の風力発電所に本発明の雷被害防止方法を
適用した状態を示す詳細な正面図である。
適用した状態を示す詳細な正面図である。
【図４】高圧の風力発電所に本発明の雷被害防止方法を
適用した状態を示す詳細な正面図である。
適用した状態を示す詳細な正面図である。
【図５】（イ）（ロ） 風力発電所の接地抵抗と、接続線の接続の有無が焼損率
に及ぼす影響を示すグラフで、（イ）図は低圧風力発電
所、（ロ）図は高圧風力発電所の場合を表している。
に及ぼす影響を示すグラフで、（イ）図は低圧風力発電
所、（ロ）図は高圧風力発電所の場合を表している。
【図６】従来の雷被害防止方法を示す簡易正面図であ
る。
る。
１ 風力発電所又は無線中継所（高構造物） ２ 接地 ３ 避雷器 ４ 配電線 ５ 高圧線 ７ 引込線 ８ 架空地線 ９ 接地 １０ 接地線
Claims (1)
- 【請求項１】 風力発電所や無線中継所等の高構造物
（１）の避雷器（３）と、配電線（４）の高圧線（５）
とを引込線（７）で接続すると共に、高構造物（１）の
接地（２）と配電線（４）の架空地線（８）の接地
（９）とを接地線（１０）で接続してあることを特徴と
する雷被害防護方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001119657A JP2002320319A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 雷被害防護方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001119657A JP2002320319A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 雷被害防護方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002320319A true JP2002320319A (ja) | 2002-10-31 |
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ID=18969840
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001119657A Pending JP2002320319A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 雷被害防護方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002320319A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008148555A (ja) * | 2008-02-06 | 2008-06-26 | Hokuriku Electric Power Co Inc:The | 単相配電線路の雷被害防護方法 |
| DE102008002961A1 (de) | 2007-07-24 | 2009-01-29 | General Electric Co. | Systeme und Verfahren zum Schutz von Windkraftanlagen |
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-
2001
- 2001-04-18 JP JP2001119657A patent/JP2002320319A/ja active Pending
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