JPS63167623A - 送配電線路の雷害防止システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、送配電線路の雷害防止システムに関するも
ので、落雷電荷を速やかに収集および中和して雷電圧を
低減し、絶縁破壊等の雪害と停電を予防するものである
。

〔従来の技術〕

まず送電線の場合、送電線の上方に架空地線を１〜３条
架設して雷のしゃへい範囲を広げたり、碍子にアーキン
グホーンを取り付け、雷によるアークせん絡によって碍
子破損、断線等が発生するのを防止したり、また鉄塔の
接地として鉄塔の対角線方向にカウンターボイス（埋設
地線）を設置し、平板電極を地表面に並行になるように
埋設したものや、接地棒又は釘付接地棒等をカウンター
ボイスに接続し、接地抵抗及びサージインピーダンスの
低減を図っている。また２回線のうち、１回線の絶縁強
度を高くする格差絶縁方式をとったりしている。

配電線の場合、送電線と同様に、架空地線を架設したり
、碍子にアーキングホーンを取り付け、線路にアレスタ
を取り付けたり、また接地抵抗を下げるため、接地棒で
は深打ち及び複数本の並列接続とし、接地低減剤を並用
したりしている。その他メンテナンスの行い易い機器及
び碍子の絶縁強度の弱い部分を作る絶縁協調方式が採用
されている。

また雷は、直撃雷と誘導雷に分類されており、雲間放電
あるいは大地間放電の放電経路に電力線がある場合、直
撃雷を受けたと言われ、この直撃雷を受けると、碍子な
どの絶縁物は破壊またはフラッシュオーバーを生じたり
、避雷器などはこのエネルギーを完全に吸収することが
できず破壊されるとされている。また誘導雷は、次に示
すように説明されている。雷雲の底部が負電荷に帯電さ
れていると、電力線には静電誘導現象により、正電荷が
誘導され、負電荷は碍子などを介して大地に逃げる。そ
して雷雲が雲間放電または大地間放電すると、雷雲の負
電荷が急激に消滅する。この時、雷雲の負電荷によって
、誘導・拘束されていた電力線上の正電荷はその拘束が
解かれ、線路の両方向へ進行波的に伝播する。この電荷
と大地との電位差により、電力線の絶縁破壊が起こると
いうわけである。

また大地は接地抵抗が数Ωまでに下がることより、良導
体と考えられ、電荷の移動がスムーズに行なわれ、大地
中では雷電筒は、速やかに中和すると考えられている。

よって直撃雷からは電力線の雪害を防ぐことは不可能で
あるが、誘導雷の場合、避雷器・アーキングホーン・架
空地線等の設置・機器及び碍子の絶縁強度を上げ、一部
絶縁強度の弱い部分を作る絶縁協調、及び２回線電力線
のうち、１回線の絶縁強度を高くする格差絶縁方式をと
って、雷害防止を行なっている。

（発明が解決しようとする問題点〕 従来の雷害対策は、前述の様な理論に基づくものである
が、その意図するところが有効に達成されていないのが
現状である。すなわち従来の方式においては、雷電圧の
低下は少なく、アーキングホーンが電線の断線防止及び
碍子の破損防止に有効である以外は、効果を出していな
い。これは、避雷器・架空地線の接地線を接続する大地
が良導体でなく、第３図のように数にΩ以上の高抵抗体
のため、雷電流が通過しにくく、従って雷電圧が低下し
ないという理由による。さらに言えば、落雷の様相ある
いは落雷時点から電力線の絶縁破壊までのメカニズムが
十分解明されていなかったことによる。なお第３図は、
２接地電極間の距離と電極の打込み深さによる大地抵抗
値の変化を示すグラフで、電極は打込式接地棒φ１４ｍ
ｍを用いた。Ｌは電極間距離（ｍ＞である。

また、電力線に雪害を起す雷電流は「直撃雷」または「
誘導雷」であると言われているが、以下の通り、いまま
での観念的論理による、直撃雷、誘導雷のいずれでもな
い。

例えば、直撃雷が高圧配電線に落下するものとすれば、
電線の絶縁物に異常が起る場所はランダムと思われるが
、径間の途中で絶縁を破壊された痕跡を見ることは少な
く、大部分は碍子周辺に雪害の痕跡を残している。国内
の高圧配電線は、その大部分が「非接地方式」であるか
ら大地からは完全に絶縁されており、落雷電荷の対象と
なる地上の異性電荷はほとんど存在しないと言ってもよ
いので、高圧配電線の電線に雷が直撃することは出来な
い。また前述の様に、誘導によって地上電荷が電線上に
現われると説明されていたが、第４図のように、大地Ｇ
と電線Ｗ、電線Ｗと雷雲ＴＣ間に静電容量がＣＩ　、Ｃ
２と直列に分割されたとしても、雷雲と大地の静電容量
Ｃｏと比較するとき、Ｃ１、Ｃ２は無視できる。雷雲の
電荷から見るとき、小ざな電線の中を電荷が上下に（＋
）（−）と分離していても、電線全体としては、中性で
ある。

要するに高圧配電線の電線に雷が直撃する条件はほとん
ど揃っていない。

次に、有効接地方式の送電線の場合、電線上に、雷雲電
荷に対応する地上電荷が集合できるのは、雷雲が送電線
路末端の発変電所構内の中性点接地箇所の上空付近を通
過するときだけである。数１０ｋｍを越える送電線路の
中間地点および、その付近を雷雲が通過しても地上電荷
が電線上に集中できるものではない。また、発変電所の
中性点の接地箇所でも地上電荷が電線上に集まるために
は、変圧器の巻線（リアクタンス）を通過しなければな
らないので、電線上に現われる電荷の指はかなり制限さ
れる。

以上、述べたことを総合すると、低圧線を除くと電力線
に直撃雷の落下するチャンスは極めて少ないと言える。

特に、非接地方式および非有効接地方式の送・配電線に
直撃雷の落下することはほとんどゼロと考えてよい。

では、直撃雷でないとすると、誘導雷と言うことになる
が、前述したように絶縁した電線上に地上の電荷が移動
することは出来ないのであるから、従来から観念的に呼
称されている誘導雷では解明できないメカニズムによっ
て異常高電圧が発生するものといわざる得ない。

また送配電線の雪害は、雷電流が大地に流れ込む時、第
５図のように、その接地抵抗により大地電位上昇が発生
し、逆せん絡で碍子等の絶縁破壊等が発生すると言われ
ている。しかしながら本来、落雷による異常電圧は、落
雷点及びその周辺で中和できなかった残留雷雲電荷群と
電気力線で結ばれた残留地上電荷群との間に発生した静
電気であり、第６図のような電位傾度をもっていると考
えられる。すなわち、電気力線の存在する方向に直線的
な電位傾度が発生し、電気力線のないところには電圧は
発生しないのである。

雷雲から落下した電荷はいつまでも大電流ではなく、地
上の異性電荷と出あうたびに中和して消滅しているので
ある。

また落雷現象を雷雲と大地が作る静電容量に蓄えられた
電荷の放電と考え、放電距離の長いことと、電極を構成
している雷雲内部と大地が完全な導体でなく抵抗体であ
ることを併せて考えれば雷電流の放電時間は一瞬のよう
に見えても、１０ｍ５から５ＱｍＳの時間を要している
ものと推定されるので、瞬時値としての雷電流は、放電
時間が長い程小さくなる。

したがって、落雷によって発生する異常電圧が第５図の
ような大地電位上昇を発生することはない。

また雷に対してよくサージインピーダンスと言う用語が
使用されており、その説明として、雷電圧・雷電流のよ
うな進行波は高周波成分を多くもっているので、伝播す
る線路を分布定数回路として取扱わなければならないと
され、そのサージインピーダンスは次式のように表示さ
れている。

ｚｏ＝Ｆ［）で ＺＯ：サージインピーダンス（Ω） Ｌ：インダクタンス（Ｌ／７ＦｉＬ＞ Ｃ：キャパシタンス（Ｆ／ｍ） ここで、送配電線路におけるサージインピーダンスは一
般に３００〜５００Ωと言われているが、この値は電力
線搬送システムの１線−大地間の特性インピーダンス３
００〜５００Ωと言う数字を用いたものである。ところ
が、雷の場合は、雷雲から大地・大地から雷雲または残
留雷雲電荷から残留地上電荷・残留地上電荷から残留雷
雲電荷へという一方向の電流が流れるのであるから、搬
送波電流のように往きと帰りの電流が存在し、互いの作
る磁力線を打消す回路を構成しないため、雷電流に対す
るリアクタンスは大きな値をもつことになり、Ｆ「７で
のサージインピーダンスＺｏも大きな値となると考えら
れ、その値は１０００Ωを越えるものと考えられる。

上述の様に考察するとき、落雷ならびに雪害発生のメカ
ニズムを再検討し、妥当な理論に基づいた有効な対策を
見いだすことが不可欠となる。発明者は落雷現象を長年
に渡って研究の結果、落雷から雷電荷の中和まで、静電
気理論で説明し得たもので、これによって従来避けられ
なかった雪害を有効に防止し得る送配電線路の雷害防止
システムを提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本件発明者等は、先に特願昭６１−７８８３７号におい
て、落雷の様相を考察し、落雷によって発生する異常電
圧は、落雷点および落雷点周辺の地上で中和を完了出来
なかった残留雷雲電荷と、電気力線で結ばれた残留地上
電荷との間に発生したものであることを解明したが、送
配電線路における架空地線は、電線路に対し大地から最
上部にあるため、異性電荷間の距離が遠く、その間の静
電容量Ｃが小さいため、サージインピーダンスｚｏ＝Ｆ
「７万は非常に大きくなる。むしろ電力線の方が大地に
近い所にあるので、架空地線よりＺｏは小ざくなり、電
力線の方が架空地線より雷電流を通過し易いため、雪害
が発生するのである。

よって、この発明が提供する送配電線路の雷害防止シス
テムは、第１図及び第２図に示すように、架空地線や電
力線よりも下で、可能な限り大地に接近させ、電力線に
平行に１条ないし数条の雷電荷中和地線ＰＷを添架（第
１図）又は独立して架設しく第２図）、接地したもので
、Ｚｏが極力小さくなるようにし、雷電流が電力線を通
過するよりも、この雷電荷中和地線ＰＷを通過し易いよ
うにしたものである。なお雷電流は、長波の無線用空中
線電流と直流分の重畳した電流であり、直流分に対し抵
抗Ｒを考慮すると雷電荷中和地線は３８ｍｍ２以上の電
線が好ましい。

また、この雷電荷中和地線の接地極としては、前記特願
昭６１−７８８３７号による雷電圧低減用接地極ＰＥを
使用し、電線路方向において所望離隔距離をおき、垂直
面を互いに対向させて配置し、大きな静電容量を有する
コンデンサを形成させることにより、雷電圧を自動的に
低減させるとともに雷電荷の中和を促進させるのが好ま
しい。

ここで雷電流を速やかに通過させるため、送電線の鉄塔
頂部または配電線の電柱頂部と雷電圧低減用接地極、及
び雷電荷中和地線を多数条の電線を並列にした低サージ
インピーダンス引下げ導線ＬＷで接続するのが推奨され
る。なおこの電線の雷電流に対する抵抗Ｒを考慮すると
、３８ｍｍ２以上のものが好ましい。

〔作用〕

送配電線路の場合、鉄塔・電柱又はその近傍に落雷し、
残留雷雲電荷と残留地上電荷の間を第７図のように電線
路が経過しているとき、地表面上の異性電荷間に発生し
た異常電圧が電線路の耐電圧を上回ると、碍子、変圧器
、柱上開閉器、ＰＣ（プライマリ−カットアウト）など
のうち、最も通り易い部分の絶縁を破壊して中和を完了
する。

第７図は、配電線路を想定したもので、イル二は電柱、
ＴＰは落雷点、ＴＥは残留言霊電荷、ＧＥは残留地上電
荷を示す。雷によるせん絡は、柱イと柱ハに発生してい
る。中間の柱口の地表面にも残留地上電荷が残っている
が、柱口と柱への離隔距離（５０ｍ前後）では、電線路
の絶縁を破壊するような異常電圧に至らず、柱イと柱へ
のように２スパンの離隔距離、約１００ｍで約１００Ｋ
Ｖの電圧が発生し、電線路の絶縁を破壊し、雪害が発生
する。

また送電線路においては鉄塔間が３スパンの約７５０ｍ
前後では、電線路の絶縁を破壊するような異常電圧に至
らず、４スパンの離隔距離、約１０００ｍで約１０００
ＫＶの電圧が発生し、電線路の絶縁を破壊し、雪害が発
生する。

しかるに、本発明の送配電線路の雷害防止システムに基
き、第１図のように送配電線路Ｗに雷電荷中和地線ＰＷ
を添架した場合、あるいは第２図の送電線路ＴＬに独立
して雷電荷中和地線ＰＷを架設した場合には、鉄塔や電
柱又はその近傍に落雷したとき、鉄塔又は電柱に落雷し
た落雷電荷は、低サージインピーダンス引下げ導線ＬＷ
により大地に向かい、雷電圧低減用接地極ＰＥに集まっ
た地上電荷との間で中和が行なわれる。中和できなかっ
た残留雷雲電荷ＴＥと残留地上電荷ＧＥが雷電圧低減用
接地極ＰＥに到達すると、電荷密度が低下し、異常電圧
が１／１０〜１／１００に低減され、この電荷は速ヤか
にに低サージインピーダンス引下げ導ＩＬＷ及び雷電荷
中和地線ＰＷを通じて中和を完了するものである。

〔実施例〕

以下、上記送配電線路の雷害防止システムの設置例を第
８図ないし第１０図に従って説明する。

第８図は、鉄塔又は電柱の地上５ｍ程度の高さに３３ｍ
ｍ２以上の雷電性中和地線ＰＷを添架又は独立して、接
地を施した例を示すもので、このように架空地線・電力
線よりサージインピーダンスの低い雷電性中和地線ＰＷ
を架設すれば、落雷時、残留雷雲電荷と残留地上電荷の
中和が促進され、送配電線路Ｗの絶縁破壊を防止するこ
とができる。

なお、この雷電性中和地線ＰＷを２条・３条と複数条架
設すれば、より一層サージインピーダンスが低下し、効
果的である。

なお、この雷電性中和地線としては、新線を架設するま
でもなく、低圧線、架空共同（連続）地線、通信用・制
御用・電力用ケーブルの吊線・支線等の既設の設備を利
用することによっても同等の効果を上げることができる
。

−第９図は、雷電性中和地線ＰＷの接地極として、先に
特願昭６１−７８８３７号で提供した雷電圧低減用接地
極ＰＥを用いたもので、電力線路の幅員の０．２〜１０
数倍の長さの水平片と、地表面から地下５０ｃ＋ｎの深
さを垂直片とする電力線方向に垂直面積をもった大きざ
であり、各鉄塔及び電柱近傍において、電力線路方向に
コンデンサを形成するように配している。

従って、雷電荷が地表面より５　ｃｍの範囲に集まって
いるとすれば、垂直方向で１０倍の静電容量、水平方向
も含めると、雷電圧を１７１０〜１／１００以下に低減
することができ、このようにして送配電線路Ｗを絶縁破
壊できない電圧まで下げておけば、雷電性中和地線ＰＷ
による中和がより効果的に達成される。

また第１０図の実施例は、支持物（鉄塔又は電柱）頂部
と雷電性中和地線ＰＷ及び雷電圧低減用接地極ＰＥを、
多数条の３８ｍｍ２以上の電線を並列にした低サージイ
ンピーダンス引下げ導線ＬＷで接続したものであり、支
持物頂部に落雷した落雷電荷は低サージインピーダンス
引下げ導線ＬＷにより大地に向かい、雷電圧低減用接地
極ＰＥに集まった地上電荷との中和を促進し、残った残
留雷雲電荷と残留地上電荷は、雷電圧低減用接地極ＰＥ
により、その間の異常電圧の低減が行なわれ、雷電性中
和地線ＰＷにより、低サージインピーダンス引下げ導線
ＬＷを通じて中和が行なえるものである。

〔発明の効果〕

以上詳述の通り、この発明は、落雷の挙動・雪害発生の
メカニズムを再検討することによって、静電気理論およ
び経験に裏付けられた新規な送配電線路の雷害防止シス
テムを提供し得たのであり、従来種種の対策を講じなが
ら好ましい結果が得られなかった雷害防止技術の分野に
おいて資するところきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明に係る送配電線路の雷
害防止システムの概念図で、第１図は、送配電線路に雷
電性中和地線を添架した状態を示す正面図、第２図は、
送電線路に雷電性中和地線を独立して架設した状態を示
す正面図、第３図は、２接地電極間の距離と電極の打込
み深さによる大地抵抗値の変化図、 第４図は、雷雲と大地間の静電容量と、電線と大地およ
び雷雲間の静電容量とを比較考察した概念図、 第５図は、従来の雪害理論における大地電位上昇の説明
図、 第６図は、この発明の雷電圧理論による電位傾度の説明
図、 第７図（ａ）、（ｂ）は、配電線路近傍に対する落雷時
の電荷の挙動を示す概念図で、（ａ）は正面図、（ｂ）
は平面図、 第８図ないし第１０図は、この発明に係る雷害防止シス
テムの実施例を示す正面図で、第８図は、雷電性中和地
線を架設して接地した例、第９図は、接地極として雷電
圧低減用接地極を用いた例、第１０図は、低サージイン
ピーダンス引下げ導線を使用した例を示している。 ＰＷ・・・雷電性中和地線 ＰＥ・・・雷電圧低減用接地極 ＬＷ・・・低サージインピーダンス引下げ導線Ｗ・・・
送配電線路 ＴＬ・・・送電線路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）送配電線路において、可能な限り大地に接近させ
   て、電線路に平行に１条ないし数条の雷電荷中和地線を
   添架又は独立して架設し、接地を施してなる送配電線路
   の雷害防止システム。
2. （２）雷電荷中和地線として、低圧線、架空共同（連接
   ）地線、通信用・制御用・電力用ケーブルの吊線・支線
   等を利用した特許請求の範囲第１項記載の送配電線路の
   雷害防止システム。
3. （３）雷電荷中和地線の接地極として、電線路の幅員方
   向及び垂直方向にある程度の大きさを有する雷電圧低減
   用接地極を使用し、電線路方向において所望離隔距離を
   おき、垂直面を互いに対向させて配置してなる特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の送配電線路の雷害防止
   システム。
4. （４）支持物頂部と雷電荷中和地線及び雷電圧低減用接
   地極を、多数条の電線を並列にした低サージインピーダ
   ンス引下げ導線で接続した特許請求の範囲第１項、第２
   項または第３項記載の送配電線路の雷害防止システム。