(57)【要約】【課題】付属設備を含む電力設備全体の接地電位を均一化して、雷サージから付属設備を保護することを課題とする。【解決手段】変電所１０の周囲に設けられたカメラ制御機器３５の接地抵抗Ｒ５を、前記変電所１０の接地網２０に対して複数本の接地線４０Ａ、４０Ｂにより接続した。そのため、雷サージが侵入したとき、カメラ制御機器３５の接地電位の上昇を抑えることが可能となり、カメラ制御機器３５を含む変電所１０全体の接地電位を均一化できる。以上のことから、接地網２０外にある付属設備、すなわちカメラ制御機器３５を雷サージＵから保護できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力設備の周囲に設けられた付属設備の接地抵抗を、前記電力設備の接地網に対して複数本の接地線により接続する接地構造。
【請求項２】
前記接地線の長さを、短くすることを特徴とする請求項１に記載の接地構造。
【請求項３】
前記接地線にコイルとコンデンサからなる共振回路を設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接地構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力設備の周囲に設けられる付属設備の接地構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記文献１に記載があるように、発変電所などの電力設備では、メッシュ状の接地網を設けることで、接地電位の均一化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６６２０５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、電力設備の周囲（接地網の外）にあとから、監視カメラなどの付属設備を増設する場合がある。このような場合、付属設備を単独接地すると、雷サージが電力設備に侵入したとき、接地網の接地電位だけが上昇することとなり、付属設備の接地電位との間に電位差が生じる。その結果、付属設備に耐圧を超える過電圧が加わり設備を壊してしまう。
【０００５】
これを回避するには、付属設備の接地抵抗を接地線によって接地網に接続して、付属設備を含む電力設備全体の接地電位を同電位にすることが考えられる。
【０００６】
しかし、付属設備の接地抵抗と接地網を単に１本の接地線で接続してしまうと、付属設備がラインの終端となり、そこで反射が起きる。そのため、雷サージが侵入すると、付属設備に高い雷サージ電圧が加って、付属設備の接地電位と接地網の接地電位との間に電位差を生じさせ、付属設備に過電圧が加わる恐れがあった。
【０００７】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、付属設備を含む電力設備全体の接地電位を均一化して、雷サージから付属設備を保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電力設備の周囲に設けられた付属設備の接地抵抗を、前記電力設備の接地網に対して複数本の接地線により接続することを特徴とする。
【０００９】
この発明の実施態様として、以下の構成とすることが好ましい。
・接地線の長さを短くする。このようにすることで、雷サージに起因する付属設備の接地電位の上昇を抑えることが可能となり、付属設備を含む電力設備全体の接地電位を均一化できる。尚、接地線の長さを短くするには、例えば、接地線に余長が生じないように、付属設備の接地抵抗と接地網との間を最短距離で結んでやればよい。
【００１０】
・接地線にコイルとコンデンサからなる共振回路を設ける。このようにすることで、共振回路により雷サージを消弧することが可能となり、付属設備を含む電力設備全体の接地電位を均一化できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、付属設備の接地抵抗を接地網に対して複数本の接地線により接続している。そのため、接地線が環状に繋がり、終端を作らない。以上のことから、雷サージが接地線を通じて付属設備側に伝播しても、付属設備にて反射がほとんど起きず、付属設備の接地電位を接地網のそれに比してそれほど上昇させない。従って、付属設備を含む電力設備の接地電位を均一化でき、接地鋼外にある付属設備を雷サージから保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に適用の接地構造を示す図
【図２】カメラ制御機器を２本の接地線により接地網に結線したことを示す図
【図３】接地電位を示す図
【図４】実験回路を示す図
【図５】実験回路に印加したインパルスの波形を示す図
【図６】接地線を１本にしたときの電位差Ｖｄの推移を示す図
【図７】接地線を２本にしたときの電位線Ｖｄの推移を示す図
【図８】接地線を１本にした時の、回路モデルを示す図
【図９】接地線を２本にした時の、回路モデルを示す図
【図１０】各接地線のインダクタンスをまとめた表
【図１１】図８、図９の回路モデルに印加したインパルスの波形図
【図１２】接地線を１本にしたときの電位差Ｖｄの推移を示す図
【図１３】接地線を２本にしたときの電位差Ｖｄの推移を示す図
【図１４】図８、図９の回路モデルに印加したインパルスの波形図
【図１５】接地線を１本にしたときの電位差Ｖｄの推移を示す図
【図１６】接地線を２本にしたときの電位差Ｖｄの推移を示す図
【図１７】実施形態２に適用の接地構造を示す図
【図１８】共振回路を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
１．全体説明
本発明の実施形態１を添付する図面によって説明する。この実施形態は、本発明の電力設備の一例として変電所１０を例示するものであり、図１には、変電所１０の構成図が示されている。変電所１０は変圧器などの電気機器１１、管理建物１３、架空線より分岐する引き込み線１７を支持するトラス１５Ａ〜１５Ｃなどを備えてなる。これら変電所１０の下方（地中）には、変電所１０の建設範囲に対応して接地網２０が埋設されている。
【００１４】
接地網２０は、複数の接地抵抗Ｒを網状に張り巡らした接地線により互いに接続したものであり、変電所１０の建設範囲のほぼ全体をカバーする大きさとなっている。そして、この接地網２０に対して電気機器１１、管理建物１３、トラス１５Ａ〜１５Ｃなどが共通接地されると共に、送電鉄塔５の架空地線８も接地されている。
【００１５】
また、変電所１０の周囲には周囲柵２１が設けられている。この周囲柵２１は、変電所１０を周辺と区画するものである。そして、周囲柵２１により区画された領域内には、カメラ３０及びそれを制御するカメラ制御機器３５が設けられている。カメラ制御機器３５と建物１３の電源装置１３Ａとの間には電源線２５が引かれており、カメラ制御装置３５は建物１３の電源装置１３Ａから電源供給される構成となっている。
【００１６】
上記カメラ３０及びカメラ制御機器３５は接地網２０の範囲外にあって、カメラ制御機器３５の接地抵抗Ｒ５は接地網２０から外れた場所に設置されている。これは、カメラ３０が変電所１０の建設の後に、増設されたためである。
【００１７】
カメラ制御機器３５には、並列的に避雷器３６が接続されている。この避雷器３６は、カメラ制御機器３５に耐圧（約１０ｋＶ）以上の電圧が加わると、導通してカメラ制御機器３５に耐圧以上の過電圧が加わらないように電圧制限するものである。
【００１８】
さて、本実施形態では、図２に示すように、カメラ制御機器３５の接地抵抗Ｒ５と接地網２０との間を２本の接地線（具体的にはＣＶケーブル）４０Ａ、４０Ｂにより接続している。このような接地構造とすることで、カメラ制御機器３５を含む変電所１０全体の接地電位を均一化できる。以下、変電所周囲の鉄塔５に落雷があり、発電所１０に架空地線８を通じて、雷サージＵが侵入した場合を例にとって、その理由を具体的に説明する。
【００１９】
雷サージＵが架空地線８を通って接地網２０に伝播すると、図３に示すように、接地網２０の接地電位（対地間電圧）を、「Ｖ１」に上昇させる。また、接地網２０に伝播した雷サージＵは、接地線４０Ａ、４０Ｂを通じてカメラ３０側に伝播する。ここで、２本の接地線４０Ａ、４０Ｂは環状に繋がっているから、カメラ制御機器３５はラインの終端とならない。そのため、伝播する雷サージＵのカメラ制御機器３５における反射を抑えることが可能となる。
【００２０】
以上のことから、カメラ制御機器３５の接地電位「Ｖ２」が接地網２０の接地電位「Ｖ１」に比してそれほど上昇しない。そのため、カメラ制御機器３５を含む変電所１０全体の接地電位を均一化でき、接地電位「Ｖ２」と接地電位「Ｖ１」の電位差Ｖｄを小さく出来る。
【００２１】
また、接地線４０Ａ、４０Ｂの長さは極力短く設定することが好ましい。これは、接地線の距離が短いほど、反射の抑制効果を大きく出来ると、考えられるからである。そして、電位差Ｖｄが避雷器３６の耐圧を下回るように、接地線４０Ａ、接地線４０Ｂの長さを決定することで、雷サージＵからカメラ制御機器３５を保護することが可能となる。
【００２２】
というのも、カメラ制御機器３５に対して耐圧を超える過電圧が加わった場合、避雷器３６が作動してカメラ制御機器３５に加わる電圧を耐圧以下に抑える。しかし、そのような過電圧が繰り返し加わると避雷器３６が作動しなくなり、やがて、カメラ制御機器３５を破壊してしまう結果となるからである。
【００２３】
本実施形態では、後述する回路モデルを用いたシミュレーションを行うことで、電位差Ｖｄが避雷器３６の耐圧「１０ｋＶ」を下回るように、接地線４０Ａ、４０Ｂの長さを決定している。
【００２４】
また、図３には、比較例として、カメラ制御機器３５の接地抵抗Ｒ５と接地網２０との間を１本の接地線４０Ａだけで接続した場合のカメラ制御機器３５の接地電位「Ｖ３」が示されている。図３で示されるように、１本の接地線４０Ａだけで接続した場合の接地電位「Ｖ３」は、接地電位「Ｖ１」を大きく上回っている。これは、接地線を１本にすると、カメラ制御機器３５の接地抵抗Ｒ５がラインの終端になるため、反射が大きく（反射係数が大）なって、カメラ制御機器３５の接地電位を上昇させるからである。
【００２５】
また、図３には、比較例として、カメラ制御機器３５を接地抵抗Ｒ５によって単独接地（接地線なし）した場合の、カメラ制御機器３５の接地電位Ｖ４が示されている。単独接地の場合、接地電位Ｖ４は上昇しないが、やはり、接地網２０の接地電位「Ｖ１」に対する電位差Ｖｄが大きくなってしまう。このように接地線を１本にした場合、単独接地した場合のいずれの場合も、接地電位が均一化できず、雷サージＵに対して脆弱な接地構造となる。
【００２６】
２．実験
次に、サージ試験について説明する。図４に示す符号５０はインパルス発生器であり、雷サージを想定したインパルス（雷サージに対して波形を似せたインパルス）を発生するものである。
【００２７】
この実験では、図４に示すように、インパルス発生器５０にて、図５に示すインパルスを発生させ、それを接地網２０に共通接地したトラス１５Ａに印加させている。
【００２８】
そして、接地線を「４０Ａ」の１本だけにした時と、接地線を「４０Ａ」と「４０Ｂ」の２本にした時の、それぞれについて、カメラ制御機器３５の接地電位と接地網２０の接地電位（具体的にはトラス１５Ｂの接地電位）の電位差Ｖｄを電圧計６０にて計測している。
【００２９】
尚、この実験では、接地線にＣＶケーブルを用いており、接地線４０Ａは単位長当たりのインダクタンスＬの大きさが６．３μＨ／ｍのものを使用し、接地線４０Ｂは、単位長当たりのインダクタンスＬの大きさが１．０μＨ／ｍのものを使用した。また、接地線４０Ａの長さは約９０ｍであり、接地線４０Ｂの長さは約１５ｍとした。
【００３０】
上記したサージ試験の結果、接地線を「４０Ａ」の１本にした時の電位差Ｖｄは、図６に示すように最大で約５２Ｖであるのに対して、接地線を「４０Ａ」と「４０Ｂ」の２本にした時の電位差Ｖｄは、図７に示すように約２１Ｖとなっている。このように、接地線を２本にしたときの方が、電位差Ｖｄを小さく出来ることが、実験により証明できた。
【００３１】
３．シミュレーション
次に、回路モデルを用いてのシミュレーションについて説明する。図８の回路モデルは、図４に示す実験モデルにおいて、カメラ制御機器３５と接地網２０との間を１本の接地線４０Ａに接続した回路を模擬したものである。また、図９の回路モデルはカメラ制御機器３５と接地網２０との間を２本の接地線４０Ａ、４０Ｂにより接続した回路を模擬したものである。
【００３２】
尚、図８、図９中において、ノード（Ａ）はトラス１５Ａ、ノード（Ｂ）はトラス１５Ｂ、ノード（Ｃ）はカメラ制御機器３５を示している。すなわち、Ｒ１はトラス１５Ａの接地抵抗、Ｒ３はトラス１５Ｂの接地抵抗、Ｒ５はカメラ制御機器３５の接地抵抗である。
【００３３】
また、「Ｌａｂ」はトラスＡとトラスＢとの間を結ぶ接地網２０のインダクタンス、「Ｌｃａ」はトラスＡとカメラ制御機器３５を結ぶ接地線４０Ａのインダクタンス、「Ｌｂｃ」はカメラ制御機器３５とトラスＢとを結ぶ接地線４０Ｂのインダクタンスである。
【００３４】
そして、図８に示す回路モデル、図９に示す回路モデルの双方に対して、雷サージＵを想定した図１１のインパルス（雷サージと同波形、同電圧のインパルス）をそれぞれ印加して、ノード（Ｂ）とノード（Ｃ）の電位差Ｖｄを計測するシミュレーションを、図１０に示す諸元（回路定数）をそれぞれ変えてコンピュータ（図略）にて行っている。
【００３５】
そして、図８の回路モデル（接地線１本のパターン）では、ノード（Ｂ）とノード（Ｃ）の電位差Ｖｄが、図１２に示すように「３６ｋＶ」となった。
【００３６】
これに対して図９の回路モデル（接地線２本のパターン）では、接地線１本のパターンに比べて、ノード（Ｂ）とノード（Ｃ）の電位差Ｖｄが格段に小さくでき、接地電位を均一化出来るという、結果が得られた。
【００３７】
また、接地線を２本にした場合であっても、図１０に示す諸元を変えると電位差Ｖｄは異なる数値を示し、接地線４０Ａ、４０Ｂの長さが短い程、電位差Ｖｄは小さくなる傾向を示す事が解った。
【００３８】
そして、図９の回路モデルを用いたシミュレーションでは、接地線４０Ａは既設として取り扱い、接地線４０Ａの長さ、単位長当たりのインダクタンスはそれぞれ固定した。具体的には、長さは「９０ｍ」とし、単位長当たりのインダクタンスは「６．３μＨ／ｍ」とした。
【００３９】
そして、接地線４０Ｂの長さ、単位長当たりのインダクタンスをそれぞれ調整して、電位差Ｖｄが、避雷器の耐圧である「１０ｋＶ」を下回るように、長さ、及び単位長当たりのインダクタンスを決定した。
【００４０】
その結果、図１０の表のように接地線４０Ｂの長さを「１５ｍ」、単位長当たりのインダクタンスを「１．０μＨ／ｍ」に設定してやれば、図１３に示すように、ノード（Ｂ）とノード（Ｃ）の電位差Ｖｄを、耐圧の約６割程度の「６ｋＶ」に抑えることが可能となり、雷サージＵに強い接地構造に出来ることが確認出来た。
【００４１】
尚、電位差Ｖｄと接地線の単位長当たりのインダクタンスとの関係については、次のように考えられる。すなわち電位差Ｖｄを小さくするには、単位長当たりのインダクタンスを小さくすることが好ましい。しかし、例えば、２つの接地線間の単位長当たりのインダクタンスの値が異なると、それに応じて反射の度合いが変わるので、単位長当たりのインダクタンスをどのように設定するかは、他の接地線の単位長当たりのインダクタンスの値などを考慮した上で決定する必要がある。
【００４２】
また、図８の回路モデルに図１４に示す波形のインパルスを印加するシミュレーションを行ったところ、電位差Ｖｄは図１５に示す波形となった。また、図９の回路モデルに図１４に示す波形のインパルスを印加するシミュレーションを行ったところ、電位差Ｖｄは図１６に示す波形となった。このシミュレーション結果は、サージ実験により得られたデータとほぼ同等であり、図８、図９の回路モデルの妥当性についても確認できている。
【００４３】
＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図１７、図１８を参照して説明する。実施形態１の構成に対して接地線４０Ａ、４０Ｂのいずれか一方、又は双方に共振回路７０を追加したものである。
【００４４】
共振回路７０は図１８に示すように、コイルＬとコンデンサＣとを並列接続した並列共振回路であり、共振周波数を雷サージＵの周波数に設定している。このようにすることで、共振回路７０によって雷サージＵを消弧することが可能となる結果、電位差Ｖｄを小さく出来、接地電位を均一化できる。
【００４５】
尚、この実施形態も、カメラ制御機器３５の接地抵抗Ｒ５と接地網２０との間を、２本の接地線４０Ａ、４０Ｂにより接続している点は、実施形態１と変わるところがない。
【００４６】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態１、２では、いずれも電力設備の一例として変電所１０を例示したが、電力設備は変電所１０に限定されるものではなく、発電所、開閉所などであってもよい。
（２）上記実施形態１、２では、いずれも周辺設備の一例としてカメラ制御装置３５を例示したが、周辺設備はカメラ３０に関連する機器に限定されるものではなく、水銀灯及びそれを点灯制御するための制御装置などであってもよい。
【００４７】
（３）上記実施形態１、２では、いずれも接地線を２本としたが、接地線の本数は２本に限定されるものではなく、２本以上であっても無論よい。
【００４８】
（４）上記実施形態２では接地線４０Ａ、４０Ｂに共振回路７０を取り付けるものを示したが、接地線４０Ａ、４０Ｂのうち、接地線に可変インダクタンスを設けるようにしてもよい。これは、雷サージＵに対する接地電位の上昇度合いは電力設備が建てられている土壌の影響もあり、机上の計算との誤差が生じ易い。そのため、可変インダクタンスを設けておけば、このような誤差を調整することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…変電所（本発明の「電力設備」に相当）
１１…変圧器
１３…管理建物
１５…トラス
２０…接地網
２５…電源線
３０…カメラ
３５…カメラ制御機器（本発明の「周辺機器」に相当）
３６…避雷器
Ｒ５…接地抵抗
４０Ａ…接地線
４０Ｂ…接地線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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