JP2015192034A - 送配電用電力線の磁気シールド構造体、およびそれを用いた送受電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】送配電用電力線から発生する磁界が、周囲環境へ及ぼす影響を低減することができる送配電用電力線の磁気シールド構造体と、それを用いた送受電設備を提供する。【解決手段】送電側装置と受電側装置との間に接続される３相送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと、前記送電側装置及び前記受電側装置の変圧器のそれぞれの中性点を接続する中性線６ｄとを、軟磁性材で構成される磁性筒状体７の内側空間に配置する。前記磁性筒状体７は、芯体２５に巻かれた金属軟磁性材で構成する。【選択図】図２

Description

本発明は商用電流を含む周波数帯用の送配電用電力線から発生する磁気ノイズを低減する磁気シールド構造体と、それを用いた送受電設備に関する。

従来、国内においては送配電用電力線を空中に架線する方式が一般的であったが、街の美観の向上や架空配線に必要な電柱の確保が街中では難しいことなどに加え、地震や台風の際の断線が発生しにくいことから防災面でもメリットがあることから、地中に送配電用電力線を設置することが増えつつある。図７に示す送配電用電力線はその構成例であって、筒状の保護用構造体５の内側に、３相の送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃが配置される。図８は送受電設備の構成の一例を示すブロック図である。３相の送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃのそれぞれは、送電側装置２と受電側装置３のぞれぞれのＹ結線変圧器と接続され、各中性点は接地４に接続されている。保護用構造体５と送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃでなる構造体１００が地中３０に埋設される。保護用構造体５内に配置される送配電系統は複数存在する場合もある。従って、保護用構造体５は１系統の送配電用電力線を保護する小径の配管から、複数系統の送配電用電力線を収容し、その維持・管理に必要な設備を収納可能な大径の配管、例えばトンネルを構成する管状体である場合を含む。

ところが、地中に大電流が流れる送配電用電力線を設置した場合、従来の電柱や鉄塔を使った架空配線に比べて送配電用電力線から地上の人や電気設備への距離が短くなる場合がある。送配電用電力線の回りには電流により磁場が発生するが、送配電用電力線から発生する磁界は距離に反比例するため、従来の架空配線に比べて人や電子機器へ磁気的な干渉が大きくなる場合がある。磁気的な干渉は電気・電子機器の誤動作や雑音混入といった問題を引き起こす可能性があり、人体への影響も懸念され、なるべく避ける方が望ましい。

このような問題に対して、特許文献１や特許文献２には送配電用電力線を磁気シールドすることが提案されている。図９に、特許文献１に開示された送配電用電力線の磁気シールド構造体を、断面図として示す。磁気シールド構造体として、方向性電磁鋼板を芯体２５にスパイラル状に巻回して構成された長尺の磁性筒状体７を用い、その内側に送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃを収め、保護用構造体５を外装としている。また、特許文献２には、異なる形態の磁性筒状体が開示されている。図１０はその外観斜視図である。磁性筒状体７は、円筒形状、あるいは断面が多角形の筒状であり、軸に垂直な断面の周上の一部に軟磁性体の欠落部９を設け、その欠落部９が筒表面に軸方向にスリット状に設けられている。

特開平１０−１１７０８３号公報 特開２００６−１３５１１６号公報

図８に示した従来の送受電設備では、送電側装置、受電側装置を３相送配電用電力線で接続して電力送電し、送電側装置、受電側装置のそれぞれの変圧器の中性点は送電側、受電側で接地されている。

３相送配電用電力線の非撚架や負荷のばらつき等によって、不平衡となると３相送配電用電力線を流れる電流の合計は０（零）にはならず、接地を介して電流が流れる。この場合の磁場は、送配電用電力線は十分長く直線状で、線路に沿った方向で位置関係に変化がないとすると、磁界分布は送配電用電力線の延伸方向に対して直交する任意の断面として現れる平面で考えればよい。送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃに流れる電流の合計が０ではなくＩ（Ａ）だったとすると、図７に示すように、正三角形の各頂点に配置された送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの重心からの距離Ｒで規定される円周上には、円周に沿った方向にＨ（Ａ／ｍ）の磁界が発生する。この大きさは円内を通過する電流の合計、すなわちＩによって決まり、磁界をＨとすると、アンペールの法則から以下の一般式で表される。ここで、ｄｌは線素ベクトルであり、積分は円周に沿った線積分を示す。このことからＩが０でなければ漏れ磁界も０にはならないことがわかる。

従来の送受電設備において、特許文献１に特許文献２のように、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃを包み込むように軟磁性材からなる磁気シールド用配管を配置することで、磁界を遮蔽する一定の効果が得られる。しかしながら、磁気シールド内に配置された３相で不平衡となり各層の電流合計が０でない場合には、前述したように電流合計の大きさに比例する磁界が漏えいすることとなるため、更なる遮蔽効果向上が求められていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、送配電用電力線から発生する磁界が、周囲環境へ及ぼす影響を低減することができる送配電用電力線の磁気シールド構造体と、それを用いた送受電設備を提供することを目的とする。

第１の本発明は、送電側装置と受電側装置との間に接続される３相送配電用電力線と、前記送電側装置及び前記受電側装置の変圧器のそれぞれの中性点を接続する中性線とを、軟磁性材で構成される磁性筒状体の内側空間に配置することを特徴とする送配電用電力線の磁気シールド構造体である。

本発明においては、前記磁性筒状体が芯体に巻かれた金属軟磁性材で構成されるのが好ましい。また、前記磁性筒状体は保護用構造体により外装するのが好ましい。

本発明においては、前記金属磁性材料をアモルファス材料またはナノ結晶材料で構成するのが好ましい。

第２の発明は、第１の発明の送配電用電力線の磁気シールド構造体を用いた送受電設備であって、送電側装置と受電側装置と送配電用電力線の磁気シールド構造体を備え、少なくとも送電側装置の中性点が接地されたことを特徴とする送受電設備である。ここで接地抵抗に比べて、中性線６ｄのインピーダンスを十分に小さいようにするのが好ましい。

第２の発明においては、前記送配電用電力線の磁気シールド構造体が地中に埋設されるのが好ましい。

本発明の送配電用電力線の磁気シールド構造体と、それを用いた送受電設備によれば、送配電用電力線から発生する磁界が周囲環境へ及ぼす影響を低減することができ、地下に埋設された送配電用電力線よって地上付近に発生する磁界を大幅に低減して、電子・電気機器の誤動作の防止、雑音混入の防止に寄与することができる。

本発明の一実施態様に係る送配電用電力線の磁気シールド構造体の断面図である。 本発明の一実施態様に係る送配電用電力線の磁気シールド構造体の斜視図である。 本発明の一実施態様に係る送配電用電力線の磁気シールド構造体を用いた送受電設備のブロック図である。 本発明の一実施態様に係る送配電用電力線の磁気シールド構造体を用いた他の送受電設備のブロック図である。 本発明の一実施態様に係る送配電用電力線の磁気シールド構造体の送配電用電力線の中心から離れた位置Ｒにおける磁界の計算モデルである。 本発明の一実施態様に係る送配電用電力線の磁気シールド構造体と従来の送配電用電力線の中心からの距離と磁界の大きさとの関係を示す図である。 従来の送配電用電力線の磁気シールド構造体の断面図である。 従来の送配電用電力線の磁気シールド構造体を用いた送受電設備のブロック図である。 従来の他の送配電用電力線の磁気シールド構造体の断面図である。 従来の送配電用電力線の磁気シールド構造体用の軟磁性材で構成される磁性筒状体の外観を示す斜視図である。

図１に本発明の一実施態様による送配電用電力線の磁気シールド構造体の断面図を示し、図２にその斜視図を示す。磁気シールド構造体１は長尺であって、その延伸方向と直交する断面では、同心状に内側から芯体２５、磁性筒状体７、保護用構造体５が配置される。なお、図面上で磁性筒状体７に密接して保護用構造体５が設けられるが、前述の通り保護用構造体５はトンネル等の大径管状体である場合もあり、図示した配置形態の限定されるものではない。また、芯体２５は磁性筒状体７の形成の際の金属軟磁性材の支持部材として用いられるものであったり、磁性筒状体７自体が十分な強度有さない場合の補強部材として用いられるものであって、用いなくても良い場合がある。なお、芯体２５、磁性筒状体７、保護用構造体５はその位置関係の把握が容易なように、実際とは異なる厚みで図示した。更に磁性筒状体７は金属軟磁性材で構成する場合には、その内外に、防錆のため、防錆塗料、防錆テープ・フィルム、防錆接着剤等で防錆層を設けるのが望ましい。

樹脂、セラミック、セメント等の絶縁物で構成された芯体２５の外側に、金属軟磁性材からなる長尺の帯状体（リボン）をスパイラル状に巻回して磁性筒状体７を形成することができる。芯体２５の表面に接着剤を塗布するか、リボンの一面側に粘着層を設けておくことで、リボンを容易に芯体２５に固定して磁性筒状体７を形成する事ができる。磁気漏洩を防ぐには、隣り合うリボン間は隙間無く、幅方向端部同士を当接させるか、図２に示すような幅方向端部の一部を重ね合わせて巻くのが好ましい。また、隣り合うリボン間に生じた隙間を埋めるようにリボンを多層に巻回しても良い。なお、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄを覆う磁性筒状体７を構成できれば、金属軟磁性材はリボン状の形態に限定されず、巻回方法もスパイラル状に限定されない。

磁性筒状体７の内側領域２０は中空となっており、そこに送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄが収められる。図３は送配電用電力線の磁気シールド構造体を用いた送受電設備のブロック図である。中性線６ｄは送電側装置２及び受電側装置３の変圧器のそれぞれの中性点を接続する導線である。このような構造をとることにより、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃを流れる電流が不平衡であり、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの電流の合計が０でない場合には中性点を接続する中性線６ｄを経由して大部分の電流が帰還することとなる。中性線６ｄを流れる帰還電流は、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの合計電流と逆向きになるので、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃ、及び中性線６ｄを流れる電流の合計は減少し、漏えい磁界も減少する。更に送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄを包み込むように金属軟磁性材で構成される磁性筒状体７を配置して高透磁率をもつ材料で磁気シールドすることにより、磁気シールド面内方向の磁界が０となるように内部磁化が定まるため、周囲に漏れる磁界をさらに低減する。

さらに、図４に示すように送受電設備の受電側装置３側の中性点を中性線６ｄを介して送電側装置２側で接地するのが好ましい。受電側装置３において中性点は中性線６ｄのみに接続され、受電側装置３側においては接地されていない。このような構造とすることで送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの不平衡電流の帰還は大地を経由することなくすべて中性線６ｄを経由して帰還することとなる。このように帰還がすべて中性線６ｄを通ることにより、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄを流れる電流の合計はいっそう０に近づき、磁界の発生を抑制することが可能となる。

図示した例では、送配電線系統は１系統のみであるが、複数の送配電線系統を保護用構造体５内に設ける場合には、その系統毎に磁性筒状体７を配置してもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。
図５は送配電用電力線の磁気シールド構造体の送配電用電力線の中心から離れた位置Ｒにおける磁界の計算モデルである。送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの中心間距離をそれぞれ３０ｃｍとした正三角形の配置とし、その重心を３相送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの中心として、そこから１ｍ離れた位置に中性線６ｄを配置している。３相送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃの中心と中性線６ｄの中心を結ぶ仮想線分の中点を中心して、配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄを囲むように、半径１ｍの円周にそって、厚み１ｃｍの金属軟磁性材にて構成された磁性筒状体７を配置するモデルとした。

ある瞬間に送配電用電力線６ａに＋１０００Ａ、送配電用電力線６ｂに−４００Ａ、送配電用電力線６ｃに−４００Ａの不平衡電流が流れたとし、中性線６ｄには帰還電流−２００Ａが流れていると仮定し、この時の送配電用電力線の中心から距離Ｒでの磁界の大きさを、有限要素法による静磁界シミュレーションによって計算した。結果を図６に示す。なお磁界シミュレーションには株式会社ＪＳＯＬ製の磁界シミュレータＪＭＡＧを用いた。

図中、実施例１は磁性筒状体７を構成する軟磁性材として、無方向性電磁鋼板（３５Ａ３００）を用いた場合を示し、実線がアモルファス金属（株式会社日立金属製２６０５ＳＡ１）を用いた場合である。シミュレーションに用いたデータとしては、前者は初透磁率２０００に対し、後者は８０００である。また、比較例１は中性線６ｄ及び磁性筒状体７が無く、比較例３は中性線６ｄを有するが磁性筒状体７が無く、ともに磁気シールド構造をとらない場合を示す。比較例２は磁性筒状体７を有するが中性線６ｄが無い場合を示す。

送配電用電力線の中心から離れた位置Ｒ（３ｍ）付近の磁界強度は、比較例１から３の場合に比べ、電磁鋼板を磁性筒状体７とした磁気シールド構造体は、約１／２０から１／９、アモルファス金属を磁性筒状体７とした磁気シールド構造体は、約１／１００から１／５０になった。なお図示していないが、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄを有し、送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃにのみ磁性筒状体７（電磁鋼板）で覆った場合では、比較例３よりも磁界強度は低下するものの、実施例１には及ばず、そのシールド効果は比較例３の磁界強度対比で３／５程度に過ぎない。このことから、磁界強度を低下させるのは磁性筒状体７で送配電用電力線６ａ、６ｂ、６ｃと中性線６ｄを包括して覆う事が効果に優れること、さらに用いる軟磁性材として透磁率の高い材料を用いるのがいっそう効果が得られることがわかる。また、本発明の磁気シールド構造体を用いた送受電設備によれば、送配電用電力線から発生する磁界が、周囲環境へ及ぼす影響を低減することができ、地下に埋設された送配電用電力線よって地上付近に発生する磁界を大幅に低減して、電子・電気機器の誤動作の防止、雑音混入の防止に寄与することができることは明らかである。

１ 磁気シールド構造体
２ 送電側装置
３ 受電側装置
４ 接地
５ 保護用構造物
６ａ、６ｂ、６ｃ 送配電用電力線
６ｄ 中性線
７ 磁性筒状体

Claims (6)

1. 送電側装置と受電側装置との間に接続される３相送配電用電力線と、前記送電側装置及び前記受電側装置の変圧器のそれぞれの中性点を接続する中性線とを、軟磁性材で構成される磁性筒状体の内側空間に配置することを特徴とする送配電用電力線の磁気シールド構造体。
2. 請求項１に記載の送配電用電力線の磁気シールド構造体であって、
   前記磁性筒状体が芯体に巻かれた金属軟磁性材で構成されることを特徴とする送配電用電力線の磁気シールド構造体。
3. 請求項１又は２に記載の送配電用電力線の磁気シールド構造体であって、
   前記磁性筒状体に保護用構造体を外装することを特徴とする送配電用電力線の磁気シールド構造体。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の送配電用電力線の磁気シールド構造体であって、
   前記金属磁性材がアモルファス材料またはナノ結晶材料で構成されていることを特徴とする送配電用電力線の磁気シールド構造体。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の送配電用電力線の磁気シールド構造体を用いた送受電設備であって、
   送電側装置と受電側装置と送配電用電力線の磁気シールド構造体を備え、
   少なくとも送電側装置の中性点が接地されたことを特徴とする送受電設備。
6. 請求項５に記載の送受電設備であって、
   前記送配電用電力線の磁気シールド構造体が地中に埋設されたことを特徴とする送受電設備。
   
   

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