報告書番号

H09002

タイトル（和文）

FDTD法における避雷器模擬手法の開発とその配電線誘導雷電圧計算への適用

タイトル（英文）

Development of a technique for representing lightning arresters in the FDTD method and its application to the calculation of lightning-induced voltage on a distribution line

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

サージ伝搬様相をより正確に把握するために，マクスウェル方程式を解く数値電磁界解析手法が適用されるようになった。数値電磁界解析手法の中で，FDTD（Finite Difference Time Domain）法は解析対象の広範さに優れる計算手法として知られている。電力機器や通信機器の耐雷設計において避雷器は重要な役割を成すため，当所ではFDTD法において避雷器を模擬する方法を検討してきたが，避雷器のV－I特性を詳細に模擬できない，あるいは避雷器のような非線形要素を考慮した場合に計算が数値不安定に陥るため数値安定化手法を適用しなければならないという課題が残されていた。本報告では，避雷器のV－I 特性を詳細に模擬することができ，さらに電界を計算する時間とV－I特性を評価する時間を同一時刻にする避雷器の模擬方法を提案した。次に，解析空間を不等分割して架空地線と避雷器を備えた三相配電線を模擬してFDTD法を用いて配電線誘導雷電圧を計算し，完全導体大地面を仮定する多導線系誘導雷現象解析計算プログラムによる計算結果と比較し，計算結果の妥当性を示した。

概要 （英文）

Recently, the FDTD (Finite Difference Time Domain) method, which directly solves Maxwell's equations, has been applied to lightning surge problems involving electrical wires in three-dimensional arrangements, such as power and telecommunication circuits. Lightning arresters are installed to protect the circuits from abnormal voltages due to lightning, for example. We have already proposed a technique for representing a lightning arrester in the FDTD method. However, this technique simply represents the V-I characteristics of the arrester using just three parameters and requires a method for avoiding the numerical oscillation due to the nonlinear characteristics of the arrester.
In this paper, we propose a new technique for representing the V-I characteristics of the arrester in detail using the piecewise linear function defined by several points and for improving the numerical stability without the method for avoiding the numerical oscillation. Using a test circuit, the proposed technique is validated by comparing the results calculated by the FDTD method with those by the EMTP (ElectroMagnetic Transients Program) which is a circuit-theory-based simulation program. As an example of applying the proposed technique, we calculate lightning-induced voltages on a single-phase distribution line with a lightning arrester and a three-phase distribution line with 21 lightning arresters. The calculated results by the FDTD method agree well with those by a conventional method based on circuit theory.

報告者

キーワード