(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持物（１）の上部間に電力線である絶縁電線（２）を架設すると共に、絶縁電線（２）に沿って間隔をあけて架空地線（３）を架設し、少なくとも複数本の支持物おきに避雷装置（４）を備える３．３〜３３ｋＶの架空電線路の雷被害防護設備において、
架空地線（３）を絶縁電線（２）の下方にのみ配置すると共に、絶縁電線（２）と架空地線（３）との上下間隔を０．８〜５ｍの範囲に設定し、架空地線（３）を単独の接地線で接地、又は直に接地された避雷装置（４）用アース線（５）を介して接地することを特徴とする架空電線路の雷被害防護設備。
【請求項２】
支持物（１）の上部間に電力線である絶縁電線（２）を架設すると共に、少なくとも複数本の支持物おきに避雷装置（４）を備える３．３〜３３ｋＶの架空電線路に対して、
絶縁電線に電力を供給しながら、架空地線（３）を絶縁電線（２）の下方のみに沿って０．８〜５ｍの上下間隔をあけて架設すると共に、架空地線（３）を単独の接地線で接地、又は直に接地された避雷装置（４）用アース線（５）を介して接地することを特徴とする架空電線路の雷被害防護設備の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に３．３〜３３ｋＶの架空電線路の雷被害防護設備、及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３．３〜３３ｋＶの架空電線路は、電線、がいし、支持物（電柱、腕木等）で構成されている。そして、直撃雷や誘導雷により発生する雷過電圧が架空電線路にかかることにより、がいし等の絶縁が破壊されるという、雷被害が起きている。
【０００３】
雷被害の対策として、避雷装置を支持物に取り付けたり、架空地線（接地された線）を支持物の頂部に取り付ける方法が、単独又は組み合わせて用いられている（特許文献１）。避雷装置とは、雷過電圧の抑制を目的としたもの全般を意味し、ＪＥＣ−２０３−１９７８「避雷器」やＪＥＣ−２１７−１９８４「酸化亜鉛形避雷器」に準拠した架空電線路全体の保護を目的とした避雷器だけでなく、電線の断線や変圧器等の個別設置機器の保護を目的とした耐雷機材（上記規格に準拠し、酸化亜鉛素子に代表される避雷素子を用いたもの（以後、耐雷機材と称する））も含まれる。
【特許文献１】特開２００４−２６６９００号公報（従来の技術）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
避雷装置を単独で用いた場合、避雷装置に流れる雷電流が多くなり避雷装置が焼損することがある。従って、避雷装置と架空地線を併用する手法によって、雷電流を避雷装置と架空地線に分散させて避雷装置に流れる電流を少なくすることが効果的であると考えられる。
【０００５】
架空地線は雷電流を分散させたり、雷通過電圧を抑制する以外に、直撃雷を受け止めることから、電線よりも上方に配置することが技術常識となっており、通常、支持物の頂部に取り付けられている。ところが、既存の支持物の頂部に架空地線を取り付けるとなると、安全面を考慮して周囲を停電しなければならず、需要家との交渉を要したり、停電できない需要家には非常用電源の準備が必要であったりするので、その実現は困難である。なお、支持物の頂部につける場合には専用の留め具を用いるため、留め具のコストも高くなった。
【０００６】
本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、その目的とするところは、避雷装置の焼損を防止しつつ、停電しなくとも架空地線を取り付けられる雷被害防護設備、及びその施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電力線に使用する絶縁電線は通常、合成樹脂で被覆され絶縁されているので、被覆されていない裸電線に比べて雷撃しにくい特徴を有することに、本発明者は着目した。それ故、架空地線を取り付けなくとも、支持物の頂部が雷遮蔽物となり、絶縁電線への落雷を防止又は軽減できると推測した。そうすると、架空地線を支持物の頂部に付ける必然性は失われることから、絶縁電線よりも下側に架設しても雷電流を分散させる効果は維持できると本発明者は考え、その効果を確認するための評価を行ったところ、良好な評価結果が得られた。
【０００８】
即ち、本発明のうち請求項１の発明は支持物の上部間に電力線である絶縁電線を架設すると共に、絶縁電線に沿って間隔をあけて架空地線を架設し、少なくとも複数本の支持物おきに避雷装置を備える３．３〜３３ｋＶの架空電線路の雷被害防護設備において、架空地線を絶縁電線の下方にのみ配置すると共に、絶縁電線と架空地線との上下間隔を０．８〜５ｍの範囲に設定し、架空地線を単独の接地線で接地、又は直に接地された避雷装置用アース線を介して接地することを特徴とする。
【０００９】
「少なくとも複数本の支持物おきに避雷装置を備え」としたのは、雷被害の多い箇所では支持物ごとに避雷装置を備えているからである。また、「架空地線を単独の接地線で接地、又は直に接地された避雷装置用アース線を介して接地する」こととしたのは、制約条件（電気設備の技術基準の解釈第４２条）があるが、低圧の接地相の線に対して、避雷装置のアース線を複数箇所接続するものを除くためである。低圧の接地相の線に対して、避雷装置のアース線を複数箇所接続するものの場合、対象とする直撃雷保護においては直撃雷の電流の一部が低圧の接地相の線に流れ、低圧線に大きな雷過電圧を発生させる恐れがあるため、適切な方法では無い。なお、「架空地線」には、当然のことながら、通信線等を施設するために架設されたメッセンジャーワイヤー（金属製の吊線）は含まれない。というのは、メッセンジャーワイヤーを「架空地線」として直撃雷の電流を流すと，吊られている通信線等にも大きな雷過電圧を発生させる恐れがあるため、適切な方法では無い。
【００１０】
また、請求項２の発明は、支持物の上部間に電力線である絶縁電線を架設すると共に、少なくとも複数本の支持物おきに避雷装置を備える３．３〜３３ｋＶの架空電線路に対して、絶縁電線に電力を供給しながら、架空地線を絶縁電線の下方のみに沿って０．８〜５ｍの上下間隔をあけて架設すると共に、架空地線を単独の接地線で接地、又は直に接地された避雷装置用アース線を介して接地することを特徴とする架空電線路の雷被害防護設備の施工方法である。
【００１１】
架空地線の支持物に対する架設時期と、架空地線の接地時期は、順番を問わない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の架空電線路の雷被害防護設備は、架空地線の箇所が絶縁電線の下方であるにも関わらず、電力線である絶縁電線の上方に配置した場合と遜色のない程度に、避雷装置の焼損防止効果が得られた。そして、絶縁電線の下方にのみ架空地線を架設するので、停電しなくとも架空地線の取り付けが可能となる。また、架空地線の留め具も、従来のように支持物の頂部につける専用の留め具でなくともよく、コストの低下が期待できる。架空地線を直に接地された避雷装置用アース線を介して接地する場合は、単独の接地線で接地した場合に比べて、設備投資費が軽減できる。
【００１３】
本発明の施工方法は、電力を供給しながら架空地線の施工ができるので、停電の際の需要家との交渉等が不要となり、実用価値の高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
架空電線路の雷被害防護設備は、図１に示すように間隔をあけて起立する支持物１の上部間に絶縁電線（電力線）２を架設し、支持物１間であって三相の絶縁電線２の下方に沿って一本の架空地線３を架設するものである。絶縁電線２と架空地線３の上下間隔は、通常の送電時に絶縁を保てる距離、一応の目安としては８０ｃｍ以上とする。図１（イ）に示すように線路の中間箇所においては、支持物１の四、五本おきに避雷装置４としての避雷器を、支持物１に対して固定すると共に絶縁電線２に接続し、避雷器４から引き出したアース線５を架空地線３への接続を経て地中の接地極に接続してある。線路の末端においては、図１（ロ）に示すように末端の支持物１に対して同様に避雷器４を留めてある。そして、避雷器４は、通常時には絶縁電線２と架空地線３との絶縁を図りながらも、雷過電圧発生時には絶縁電線２と架空地線３を導通して、雷電流を大地に流して架空電線路を保護する。図示しないが、雷被害の多い箇所では、避雷器の付いていない支持物に対して、避雷装置としての耐雷機材を支持物の絶縁電線（電力線）用がいしの近傍に間隔をあけて留め、耐雷機材の耐雷性能を利用して電力線の断線およびがいしの破損を防止する。なお、支持物１は、主に電柱６、腕木７、がいし８、各種留め具（避雷装置用や架空地線用等））によって構成される。架空地線３を架設するに際しては電柱に直接留め具で取り付ける。この留め具は、汎用的なもの、例えば図８に示すように、バンド９と吊架金物１０を用いる構造が挙げられる。バンド９はＣ字状の帯板の両端に止め片を外側に突出したもので、バンド９を電柱６に巻き、重ね合わせた両止め片をネジ止めして電柱６にバンド９を締結し、Ｊ字状の吊架金物１０の上片をバンド９の一部に重ね合わせてネジ止めし、吊架金物１０の下側のＵ字部分に架空地線３を通し、ネジの先部で架空地線３をＵ字部分の内面に押し付けて固定するものである。従って、電柱の頂部に取り付ける従来の留め具（図９参照、三角形状のようなもの）に比べて構造が単純である。
【００１５】
上述した架空電線路の雷被害防護設備の施工方法としては、既存の支持物１(絶縁電線２及びアース線５で接地された避雷器４を取り付け、架空地線がないもの)に対して、電力を供給した状態のまま、架空地線３を留め具で留めていき、架空地線３を避雷器４のアース線５に接続する方法が例示できる。
【００１６】
上述した架空電線路の雷被害防護設備について耐雷効果を評価する。架空電線路（以下、線路）の電力線に使用されている絶縁電線は裸電線よりも雷撃しにくい特徴があり、架空地線を電力線の上方に施設しなくても線路の支持物頂部が雷遮へい物となり、絶縁電線への落雷を防止もしくは軽減することが期待できる。そこで、まず、架空地線が無い場合の線路（支持物頂部および絶縁電線）への雷撃確率を推定する。架空地線がある場合の線路の架空地線への雷撃確率も、以下の方法で同様に推定できる。
【００１７】
雷撃距離の算出については様々な予測式が提案されているが、汎用性の高いIEEE Std
1410-1997 “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power
Overhead Distribution Lines” に示されている下記（１）式を用いた。絶縁電線の雷撃しにくさは大地と同等とした。
【数１】
0004784324.tif 000002
【００１８】
図２のように、平坦地１km2内に線路が1線路あると仮定して支持物頂部や絶縁電線（以下、電線）への雷撃確率を求める。その計算方法は以下のとおりである。雷撃電流の各波高値Ipに対して、図２のように支持物頂部や電線などの各場所の雷撃範囲を上記（１）式から求める。その雷撃範囲を１km2の単位面積あたりの確率s(Ip)とし、雷撃電流波高値Ipの発生確率と乗ずる。雷撃範囲の確率と雷撃電流波高値Ipの発生確率を乗じた値を、雷撃電流波高値の分布にわたって積分することで、その場所の雷撃確率を求めることができる。以下に雷撃確率Prを求める（２）式を示す。計算に用いた雷撃電流波高値の累積頻度分布定数を以下の表1に示す。
【数２】
0004784324.tif 000003
【表１】
0004784324.tif 000004
【００１９】
雷被害防護の効果を定量的に確認するために、ＥＭＴＰ解析を用いて避雷装置雷焼損率を求めた。避雷装置雷焼損率は、「1回の線路雷撃により避雷装置が焼損する確率」である。
【００２０】
避雷装置雷焼損率を算出するための解析条件は表２に示すように、以下のとおりである。解析線路は、支持物、水平配列の電線3相を基本構成とし、架空地線の有無および架空地線の施設位置に応じて架空地線を付加した。支持物および電力線の地上高は１１．６ｍ、径間長は４０ｍとした。線路の抵抗やインダクタンスの定数は、ＥＭＴＰのＪＭＡＲＴＩセットアッププログラムを用いて算出した。線路の両端は、多導体系線路のサージインピーダンスに相当する整合抵抗で終端した。
現在の日本の電力会社では約４径間置き（支持物５本のうち１本）に３相１組の避雷器が取り付けられている実績があることから、４径間置きに３相１組の避雷器を取り付け、接地（３０Ωの接地抵抗Ｒａ）する回路を設定した（図３参照）。その他の支持物には耐雷機材を中相を省いて両外２相に取り付けた。耐雷機材を３相取り付ける方法もあるが、この検討におけるこの差は大きな影響はないと想定する。耐雷機材の接地としては、雷に対して支持物の埋設部分が接地極となることを考慮し、支持物の接地抵抗Ｒｂ（１５０Ω）に接続した。避雷器および耐雷機材が雷により焼損に至る処理エネルギー耐量は１５ｋＪとした。架空地線の施設位置は、従来方法では線路の上方０．８ｍ、本発明では線路の下方１〜５ｍに変化させた。架空地線の接地は、避雷器がある支持物では避雷器の接地抵抗Ｒａに、耐雷機材のある支持物では、支持物の埋設部分の接地抵抗Ｒｂに、それぞれ接続した。
【表２】
0004784324.tif 000005
【００２１】
雷撃箇所については、回路条件に合わせ、以下のとおりとした。架空地線が線路下方にある場合では、雷撃箇所は支持物頂部もしくは電線の径間中央になると考えられる。そして、検討線路の各避雷装置（避雷器、耐雷機材）の配置から大きく分けて図４に示す８通りの雷撃箇所が考えられる。線路条件からは図４の(a)〜(e)の５種類となり、(a)、(c)、(e)の支持物頂部雷撃および(b)、(d)の電線外相雷撃について解析を行った。一方、架空地線が線路上方にある場合の雷撃箇所は、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)の5箇所の架空地線とし、解析を行った。
【００２２】
避雷装置の雷焼損の検討のため、雷撃電流は大きなエネルギーを持つ冬季雷を想定した。電流波形は図５に示す波頭長１μ秒の三角波とし、波尾長および波高値をパラメータとして変化させた。解析に用いた雷撃電流の波形パラメータを前述した表１に示す。
【００２３】
避雷装置雷焼損率の計算方法は以下のとおりである。まず、解析条件ごとに雷撃電流の各波尾長に対して避雷装置が焼損に至る最小の雷撃電流波高値をＥＭＴＰ解析により求め、避雷装置が焼損に至る雷撃電流波尾長と雷撃電流波高値の関係を求める（図６参照）。そして、図６の関係曲線において、避雷装置が焼損するしきい値を超える側の範囲（図６の斜線部）について、雷撃電流の波尾長Ttおよび波高値Ipのそれぞれの確率を表１に基づいて求め、積分すれば、避雷装置雷焼損率Pfを求めることができる。以下に避雷装置雷焼損率Pfを求める（３）式を示す。
【数３】
0004784324.tif 000006
【００２４】
ここでは、雷撃電流波尾長の対数値の確率密度関数および雷撃電流波高値の対数値の確率密度関数が正規分布に従い、それぞれ独立であるとして算出した。
【００２５】
架空地線が線路下方にある場合の支持物頂部雷撃による避雷装置雷焼損率の平均値は、図４の雷撃（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の発生確率２５％、５０％、２５％から、電線雷撃による避雷装置雷焼損率の平均値は、図４の雷撃（ｂ）、（ｄ）の発生確率５０％、５０％から、それぞれ平均して求める。
【００２６】
また、架空地線が線路上方にある場合の架空地線への雷撃による避雷装置雷焼損率については、架空地線の支持物箇所雷撃と、図４の雷撃（ｂ）、（ｄ）の架空地線の径間中央箇所雷撃の２つに分けて求める。架空地線の支持物箇所雷撃の避雷装置雷焼損率の平均値は、図４の雷撃（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の発生確率２５％、５０％、２５％から平均して求める。架空地線の径間中央箇所雷撃の避雷装置雷焼損率の平均値は、図４の雷撃（ｂ）、（ｄ）の発生確率５０％、５０％から平均して求める。
【００２７】
最終的に避雷装置雷焼損率は、各条件の雷撃確率と避雷装置雷焼損率を乗じて求まる。架空地線が線路下方にある場合の避雷装置雷焼損率Ｆを例に、算出式を（４）式に示す。
【数４】
0004784324.tif 000007
【００２８】
上記の条件に基づき解析検討した結果を図７に示す。架空地線を線路下方に取り付けると架空地線が無い時の避雷装置雷焼損率を約６３％に低減できることが分かる。そして、従来の架空地線を線路上方に取り付ける場合とは約５％の違いで同様の効果が期待できることが分かる。
なお、上述した耐雷評価に用いた雷被害防護設備は、架空地線の接地に避雷装置のアース線を利用したものであるが、架空地線を単独の接地線で接地しても、同等の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】(イ)(ロ)図は雷被害防護設備を示す説明図である。
【図２】架空地線が架空電線路の上方に無い場合の架空電線路への雷撃範囲を示す説明図である。
【図３】架空地線が架空電線路の下方に架設された場合の解析回路である。
【図４】架空地線が架空電線路の下方に架設された場合の雷撃箇所の想定図である。
【図５】解析に用いた雷撃電流波形を示すグラフである。
【図６】架空地線無し、支持物頂部雷撃の場合の、避雷装置が焼損に至る雷撃電流波尾長と電流波高値の関係を示すグラフである。
【図７】避雷装置雷焼損率と架空地線設置高さとの関係を示すグラフである。
【図８】支持物に対する架空地線の止め方を示す説明図である。
【図９】（イ）、（ロ）図は従来の留め具を示す正面図、側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  支持物、２  絶縁電線（電力線）、３  架空地線、４  避雷装置（避雷器）、５  アース線、６  電柱、７  腕木、８  がいし、９  バンド、１０  吊架金物
【図１】
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【図２】
0004784324.tif 000009
【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】
0004784324.tif 000015
【図９】
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