JP2018010847A - 接地電極のサージインピーダンス低減法 - Google Patents

Abstract

【課題】配電線路に使用されている接地棒は、直線形状で有るが故に僅少のリアクタンスがあるので、ここに数千キロヘルツにも及ぶ高帯域の高周波の雷の大電流が流れると、大きなサージインピーダンスとなり、雷電流の流れを阻害し、柱体全体の過渡サージ電圧を上昇させ、絶縁を破壊し地絡や短絡事故に発展する場合がある。【解決手段】接地棒（中心金属体）の長さ方向の一部に、外面に金属突起物を有する金属体を被せ、接地棒と金属体の間に作った円筒形の空間に、誘電体としてチタン酸バリウムを密封し、接地棒のサージインピーダンス下げ、その部分から雷サージ電流を大地に放流し、接地棒の電位上昇を抑制し問題を解決する。【選択図】図２

Description

本発明は、配電線雷害対策の接地装置に関する。

配電線には、雷サージの高電圧から柱上の変圧器等を保護するため、電柱の頂部から地上まで接地線を電柱に沿わせ敷設し、その接地線の下端は地中に埋設した接地電極に接続し、落雷電流が流れても、この回路の逆過電圧を絶縁破壊電圧より低く抑えるため、接地抵抗値を１０オーム以下とした雷害対策を実施しているが、雷害事故は依然として例年多数発生している。
雷害事故が発生すると「地震・カミナリ・火事・・・」の例えを唱えて諦めが先行し深く追及する姿勢が弱く、追及する場合でも、接地電極抵抗の測定値は数百ヘルツの周波数を課電しながら得た値をリアクタンスの無い純正な抵抗として扱い、また雷電流はＡＭラジオに雑音と入ってくる様な周波数の高い電波でありながら周波数無しの電流値の大きさのみとして扱い、この回路に発生する逆過電圧の算出し絶縁破壊の可能性を確かめているが、説得力に欠ける現状である。
落雷電流が流れると接地回路のサージインピーダンスは非常に高くなる事は想像されていたが、電力中央研究所編「配電線の雷害対策」（オーム社出版）には、配電線の電柱頂部から地上の接地抵抗値まで含めたサージインピーダンスが約３００オームにも達したと実測記録が記述されたので、配電線の高サージインピーダンス化が証明された。
先に、本発明者は、配電線のみでなく建造物等を含めたすべての避雷用接地線が、雷サージ電流が流れると、高いサージインピーダンス化現象となるのに気づき、接地線を低インピーダンス化する方法を考案、「シールド接地線」を出願、特許第５１６８６８０号を取得したが、接地電極のリアクタンスに関しては未検討であったので、この度研究を実施した。

特開２００８−１６６１０４号公報 特開２００８−５９８７０号公報 特開２０１２−１７４５４１号公報 特開２０１３−０８４３７９号公報 特開２０１１−０２３２２０号公報 特開２００７−２１４０２２号公報

接地電極の接地抵抗測定は、通常汎用の「接地抵抗測定器」で実施されているが、その測定器のメーカーは数社あり、それぞれその「接地抵抗測定器」の測定課電周波数は各社まちまちで、３９０から８２３ヘルツと異なっているので、その周波数の違いを応用し、それらの「接地抵抗測定器」で、同一の接地電極の接地抵抗値を測定し、その接地抵抗値からリアクタンス成分を求めることした。
その測定値から接地電極のリアクタンスを求めた結果、接地電極のリアクタンスは平均１．９９×１０^２［Ｈ］存在する事が判明した。
仮に、この接地電極に落雷電流が２０００アンペア流れた場合の発生するサージ電圧を試算すると、
○従来の接地抵抗測値を５オームでは 約１万ボルト
○リアクタンス１．９９×１０^２［Ｈ］では 約４０万ボルト
が発生する事が判明した。
この様にリアクタンスが存在するか否かによって発生する逆過電圧が大幅に変化する事が判明したので、電気設備の雷害を減少させ、送電の安定供給を図るためには、早期にこの接地電極のリアクタンス問題に対処し、解決する必要がある。

上記問題を鋭意検討した結果、本発明に到達するに至った。
本発明によれば上記において、雷電流を大地に流す接地電極の中心金属体の長さ方向の一部に、別の金属体を被せ、その中心金属体と被せた別の金属体とに生じさせた空隙に、固体状又は液体状の誘電体を充填した事によって解決される。

また、個別接地電極の接地線に接続するリード線に設けられた接地電極の中心金属体を別の金属体で包み、その中心金属体と包んだ別の金属体とに生じさせた間隙に、固体状又は液体状の誘電体を充填し、接地電極を複数並列接続とした事によって解決される。

また、本発明は、前記別の金属体の表面に複数の突起物を設けた事を特徴とする請求項１又は２記載の接地電極方式。

前記誘電体がチタン酸バリウム又はシリコンであることを特徴とする請求項１並びに請求項２記載の接地電極方式を包含する。

この発明により、接地電極の雷サージインピーダンスは従来の接地電極の雷サージインピーダンスに比べ、数十分の一以下となるので、雷サージ電流はこの接地電極を通じて大地に流れ易くなり、また逆過電圧も大幅に減少させる事になるので、落雷したとしても事故に発展する事が少なくなり、総体的に事故被害件数は大幅に減少する。

接地電極の大地と接する金属体の表面には突起物が存在するので、接地電極の接触面積が拡大し、接地面の接触抵抗値を下げるので、接地電極の機能が向上する。

接地電極の大地と接する金属体の表面には突起物が存在し、その先端が尖った形状であるので、高電圧と高周波の雷サージ電流は、突起物の先端から大地への放電がし易くなり防雷目的に合致する。

本発明の接地電極のサージインピーダンスは、従来の接地電極のサージインピーダンスに較べ、数十分の一以下となるので、雷サージ電流による接地電極の電位上昇が大幅に抑制され、柱上機器等の絶縁破壊が無くなるので停電事故が減少する。

変圧器等を装備した電力供給拠点柱に落雷しても逆過電圧が極めて小さくなり事故が減少するので、引込線を通じての各家庭への雷サージ電圧の伝搬も少なくなり、またパルス波高値も小さくなるので、各家庭のＴＶやＦＡＸ等の電子機器の損傷やトラブルが減少し、電力の供給信頼度が著しく向上する。

配電線路の装柱概要図 接地棒（中心金属体）の一部に金属体を被せた避雷併用型の縦断面図と横断面図 個別接地電極と併用する円筒型接地電極の断面図および横断面図 個別接地電極と併用する平板型接地電極の断面図および横断面図

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、配電線路装柱概要図である。

図２は、従来の接地棒の一部に金属体を被せ、接地棒と金属体間に生じさせた円筒形の空間に、誘電体を充填し、その付加部分の金属体から雷サージ電流を大地に放流させる接地棒である。

図３は、個別接地電極の雷サージ電流の流れ強化する場合に個別接地電極の側近に敷設し、接地電極を並列使用する円筒型接地電極である。

図４は、個別接地電極の雷サージ電流の流れ強化する場合に個別接地電極の側近に敷設し、接地電極を並列使用する平板型接地電極である。

図２の汎用の接地棒の一部に雷サージ用電極を付加した接地棒の製作例を説明する。

主な材料
接地棒９ 材質銅 外径１０ｍｍ 長さ約２Ｍ
金属体１１ 厚さ１ｍｍ 内径１６ｍｍ 長さ０．８Ｍ
突起物１３ 円錐形 底径５ｍｍ 高さ５０ｍｍ
誘電体１２ チタン酸バリウム（比誘電率２９２０）
製作法
（１）接地棒９の一部に、金属管１１を嵌める。
金属体１１の外面には複数の金属突起物１３を配置する。
（２）接地棒９と銅管１１の間に生じさせた円筒形の空間に、誘電体１２のチタン酸 バリウムを充填する。
（３）接地棒９と金属体１１の間に誘電体１２充填後は、その両端を絶縁板１０と接 着剤で密封し、完成する。

性能チエック

図４の個別接地電極の雷サージ電流の流れ強化する場合に個別接地電極の側近に敷設し、接地電極の並列使用する平板型接地電極の製作例を説明する。

主な材料
中心金属体２５ 銅厚さ２ｍｍ 幅０．１ｍ 長さ０．３ｍ
金属体２７ 銅厚さ１ｍｍ 中心金属板１４を全面被い、その離隔を４ｍｍに保 ち、誘電体１３の充填スペースを確保する。
金属突起物２９ 直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍ、外郭金属板１２の外側に適宜数配置す る
誘電体２８ チタン酸バリウム（比誘電率２９２０）
製作法
中心金属体２５を、４ｍｍ間隙で外郭を金属体２７でリード線部分を除き囲み、その 間隙に誘電体２８のチタン酸バリウムを充填し、リード線２４と外郭金属体２７の隙 間を絶縁板２６と接着剤で密封する。
外郭金属体２７の外面には金属突起物２９を複数配置する。

性能チエック

誘電体のチタン酸バリウムは粉末状で飛散し易いので、試験的に精製水を混入させた結果、静電容量が大幅アップした事実を発見したので、その事実を述べる。
主な材料
中心金属導体 材質銅 外径１０ｍｍ 長さ約１Ｍ
銅管 厚さ１ｍｍ 内径１６ｍｍ 長さ０．８Ｍ
誘電体 チタン酸バリウム（比誘電率２９２０）に精製水を加えて攪拌液状化す る。
製作法
銅管に中心金属導体を通して、その片方の銅管端末を、絶縁物と接着剤で密封し、銅管 と中心金属導体で出来た円筒形の空間に、チタン酸バリウムに精製水を加えて液状化し たものを充填し、他方の銅管端末を絶縁物と接着剤で密封し工作を完了する。
性能チエック
両極間の静電容量は、時間経過に伴って上昇変化するが、６００〜１３００^μＦを指示した。

１配電線の架空地線
２高圧配電線
３電柱
４変圧器
５接地線
６低圧引っ込み線
７電気需要家
８接地棒（中心金属体）
１０絶縁板
１１金属体
１２誘電体
１３突起物
１４個別接地線
１５個別接地電極
１６接続リード線
１７中心金属体
１８絶縁板
１９金属体
２０誘電体
２１突起物
２２個別接地線
２３個別接地電極
２４接続リード線
２５中心金属体
２６絶縁板
２７金属体
２８誘電体
２９突起物

上記問題を鋭意検討した結果、本発明に到達するに至った。
本発明によれば上記において、雷電流を大地に流す接地電極の中心金属体の長さ方向の一部に、別の金属体を被せ、その中心金属体と被せた別の金属体とに生じさせた空隙に、固体状又は液体状の誘電体のシリコンを充填した事によって解決される。

また、個別接地電極の接地線に接続するリード線に設けられた接地電極の中心金属体を別の金属体で包み、その中心金属体と包んだ別の金属体とに生じさせた間隙に、固体状又は液体状の誘電体のシリコンを充填し、接地電極を複数並列接続とした事によって解決される。

前記誘電体がチタン酸バリウムとすることでも良いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接地電極方式を包含する。

Claims (4)

1. 雷電流を大地に流す接地電極の中心金属体の長さ方向の一部に、別の金属体を被せ、その中心金属体と被せた別の金属体とに生じさせた空隙に、固体状又は液体状の誘電体を充填した事を特徴とする接地電極方式。
2. 個別接地電極の接地線に接続するリード線に設けられた接地電極の中心金属体を別の金属体で包み、その中心金属体と包んだ別の金属体とに生じさせた間隙に、固体状又は液体状の誘電体を充填し、接地電極を複数並列接続とした事を特徴とする接地電極方式。
3. 前記別の金属体の表面に複数の突起物を設けた事を特徴とする請求項１又は２記載の接地電極方式。
4. 前記誘電体がチタン酸バリウム又はシリコンであることを特徴とする請求項１並びに請求項２記載の接地電極方式

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