報告書番号

GD25026

タイトル（和文）

送電線近傍への雷撃に伴う誘導雷により変電所に発生する雷過電圧に関する検討

タイトル（英文）

Lightning-Induced Overvoltages Generated in Substations due to Indirect Lightning Strikes on Transmission Lines

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
我が国における変電所の耐雷設計では，実用上十分に過酷な条件を想定し，第1鉄塔への雷撃での逆フラッシオーバにより生ずる雷過電圧を評価する。これは，実際には第1鉄塔以遠の鉄塔への雷撃や電力線への直撃雷による過電圧，送電線近傍への雷撃に伴う誘導雷過電圧も生ずるが，上記の想定で得られる雷過電圧がこれらの事象による雷過電圧を上回るとの考え方である。特に，誘導雷による過電圧は送電設備への雷撃による過電圧と比べ小さいと考えられてきたため，変電所の耐雷設計における定量的な評価はほとんどなされていない。しかし，誘導雷により避雷器が動作するレベルの雷過電圧が生ずることが明らかになってきており，誘導雷が絶縁設計に与える影響を評価する必要性が指摘されている注1。当所では誘導雷を考慮可能な雷サージの回路解析プログラムLiCATを開発しており[1]，誘導雷により変電所に生ずる雷過電圧を定量的に評価できる。
目　　的
送電線近傍への雷撃に伴う誘導雷による，アークホーン（AH）のフラッシオーバ（FO）発生頻度および変電所の避雷器動作頻度を評価する。さらに，誘導雷が変電所の耐雷設計に与える影響を明らかとする。
主な成果
1. 誘導雷によるAHのFO発生頻度および変電所の避雷器動作頻度の定量評価
77 kVおよび154 kV系統で，誘導雷によりAHのFOが発生する最小の雷電流波高値および変電所の避雷器が動作する最小の雷電流波高値をそれぞれ計算した注2。図1に例示する77 kV系統の計算結果より，誘導雷によってもFOが発生し得ること，FOが発生せずとも避雷器が動作するレベルの雷過電圧注3が発生することを確認した。本結果に基づき各事象の発生頻度を試算した結果，77 kVおよび154 kV変電所のいずれでも，誘導雷により避雷器が動作するレベルの雷過電圧が年数回程度発生し得ることが分かった（表1）。
2. 誘導雷が変電所の耐雷設計に与える影響の評価
誘導雷により変電所の主回路に生ずる雷過電圧を計算した注4。誘導雷による雷過電圧は緩波頭であり，避雷器により主回路全体に生ずる雷過電圧を機器の耐電圧レベル以下に抑制できる注5（図2 (a)）。このため，誘導雷を主回路の耐雷設計で定量的に評価する必要はないことを確認した。
また，図2 (a) の結果を用いて，変圧器の中性点に発生する雷過電圧を計算した注6（図2 (b)）。誘導雷では電力線の全相に同程度の雷過電圧が発生するため，避雷器により抑制された変圧器主回路側の雷過電圧を上回る過電圧が，中性点に発生した。すなわち，誘導雷により変圧器の中性点に発生する雷過電圧は，主回路の避雷器では十分に抑制できないことを示唆する結果が得られた注7。本報告書で用いたLiCATによる誘導雷の解析法は，変電所における雷事故原因の分析や対策の策定に活用できる。

概要 （英文）

Lightning protection design of substations is generally performed using a deterministic approach assuming a lightning strike on the first tower from a substation and resulting overvoltages generated by a back-flashover. Indirect lightning strikes also generate lightning-induced overvoltage (LIOV) to transmission lines (TLs) and substations, but these overvoltages are considered to be lower than those generated by the strikes on the tower top. Thus, LIOVs have not been evaluated quantitatively for the lightning protection design. However, several studies have reported events where surge arresters (SAs) installed in a substation may operate to suppress the LIOVs owing to indirect strikes. In this study, we quantitatively investigated the LIOV generated in 77 and 154 kV substations using a lightning surge analysis tool LiCAT. The analysis clarified that indirect strikes on TLs can occasionally cause flashovers in TLs and operations of SAs in substations. Furthermore, we evaluated the overvoltages generated at the neutral point of a main transformer in a 77 kV substation; it is known that the overvoltage at the neutral point of a main transformer becomes high when all three phases of power lines experience overvoltages. The analysis showed that indirect strikes generate LIOVs in all three phases of power lines, and the neutral point of a main transformer experiences the overvoltage higher than that generated at the power line side, where the SAs suppress the LIOVs. This report evidently showed that indirect strikes are one of the causes of lightning overvoltages generated in substations, and LiCAT is useful for analyzing such overvoltages.

報告者

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