(57)【要約】【課題】引留鉄構の碍子沿面閃絡を保護でき、直撃雷サージを低減できる引留鉄構インパルスホーンのギャップを決定する引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法を提供することである。【解決手段】電力系統の変電所または開閉所の引留鉄構の引込口に発生する開閉サージレベルを電磁過渡現象解析プログラムを使用して求め、開閉サージレベルに気象補正、標準偏差、裕度を加味して引留鉄構の引込口の所要開閉サージレベルを求め、所要開閉サージレベル以下でフラッシオーバーしない引留鉄構のインパルスホーンギャップを求め、求めたインパルスホーンギャップによる引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認して引留鉄構インパルスホーンギャップを決定することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の変電所または開閉所の引留鉄構の引込口に発生する開閉サージレベルを電磁過渡現象解析プログラムを使用して求め、
前記開閉サージレベルに気象補正、標準偏差、裕度を加味して前記引留鉄構の引込口の所要開閉サージレベルを求め、
前記所要開閉サージレベル以下でフラッシオーバーしない前記引留鉄構のインパルスホーンギャップを求め、
求めたインパルスホーンギャップによる引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認して引留鉄構インパルスホーンギャップを決定することを特徴とする引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電線を引込み固定する引留鉄構のインパルスホーンギャップを適切に決定する引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所や開閉所などの電気所には、送電線や架空地線などの架空電線を引込み固定する引留鉄構が設けられている。引留鉄構には架空電線の引き込みに要する敷地面積を縮小することが可能なＶ吊懸垂碍子が設けられ、コロナ遮蔽効果を有するアークホーンを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、雷撃を防止するために引留鉄構の上部には架空地線を張り巡らしたものがある（特許文献２参照）。
【０００３】
一方、Ｖ吊懸垂碍子の沿面閃絡を避けるためにＶ吊懸垂碍子にインパルスホーンを設置したものもある。引留鉄構のインパルスホーンは、万一の碍子沿面閃絡を保護するために、Ｖ吊懸垂碍子の中間部にホーンを設け、そこで閃絡させるものである。これは、鉄塔の懸垂碍子のアークホーンと同様な考え方に基づき、インパルスホーンのギャップ（ホーン間隔）を決定している。すなわち、鉄塔の懸垂碍子のアークホーンギャップは、送電線の径間中央部の開閉サージレベル及び鉄塔逆フラッシオーバーＦＯの事故率から鉄塔のアークホーンギャップを決定しているので、引留鉄構インパルスホーンギャップも、それを踏襲してそのまま鉄塔のアークホーンギャップと同様のギャップとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４２９１７号公報
【特許文献２】特開平５−２８２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、耐雷設計では引留鉄構への雷撃は想定していなく、仮に雷撃があっても塔高が低いために引留鉄構の電位はあまり上がらず、ほとんど逆フラッシオーバしないと考えられる。
【０００６】
一方、過去に５０万ボルト昇圧に関する基本的設計条件を検討した際には、線路引込口に避雷器を設置することは規定していなく、線路側機器を保護するため、直撃雷に対して引込口に協調ギャップを設置することが検討されていた。直撃雷に対しては、鉄塔のアークホーンギャップを短縮したり、変電所または開閉所に設置した避雷器による対策が主である。
【０００７】
鉄塔のアークホーンギャップを短縮すると鉄塔の逆フラッシオーバが増えることになり、変電所または開閉所の事故率が増えることになるので、むやみに鉄塔のアークホーンギャップを短縮することはできない。また、避雷器の場合は、多重雷などで変電所または開閉所引込口の避雷器が熱破壊し破損することがあるので、避雷器が熱破壊しないようにするためには複数台の避雷器を設置しなければならない。そうすると、コスト的に不利となる。これらを勘案し直撃雷対策として、引留鉄構インパルスホーンを使用できないかとの要請が出てきた。
【０００８】
本発明の目的は、引留鉄構の碍子沿面閃絡を保護でき、直撃雷サージを低減できる引留鉄構インパルスホーンのギャップを決定する引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法は、電力系統の変電所または開閉所の引留鉄構の引込口に発生する開閉サージレベルを電磁過渡現象解析プログラムを使用して求め、前記開閉サージレベルに気象補正、標準偏差、裕度を加味して前記引留鉄構の引込口の所要開閉サージレベルを求め、前記所要開閉サージレベル以下でフラッシオーバーしない前記引留鉄構のインパルスホーンギャップを求め、求めたインパルスホーンギャップによる引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認して引留鉄構インパルスホーンギャップを決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、引留鉄構の引込口の所要開閉サージレベル以下でフラッシオーバーしない引留鉄構のインパルスホーンギャップを求め、求めたインパルスホーンギャップによる引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認して引留鉄構インパルスホーンギャップを決定するので、引留鉄構の碍子沿面閃絡を保護でき直撃雷サージを低減できる。また、既存の引留鉄構インパルスホーンギャップを短縮でき、引留鉄構インパルスホーンギャップは少し金具を伸ばすだけなので、コストもほとんどかからない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法の一例を示すフローチャート。
【図２】引留鉄構インパルスホーンの説明図。
【図３】送電線の装柱の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る引留鉄構インパルスホーンギャップ決定方法の一例を示すフローチャートである。まず、引留鉄構の引込口に発生する開閉サージレベルを求める（Ｓ１）。すなわち、電力系統に接続される変電所または開閉所のうち、引留鉄構インパルスホーンギャップを決定する対象の変電所または開閉所の引込口に発生する最大の開閉サージレベルをＡＴＰ（ＥＭＴＰ）などの電磁過渡現象解析プログラムなどを使用して解析し、当該引留鉄構の引込口に発生する開閉サージレベルを求める。
【００１３】
そして、開閉サージレベルに基づいて、引留鉄構の引込口の所要開閉サージレベルを求める（Ｓ２）。所要開閉サージレベルは、ステップＳ１で求めた開閉サージレベルに気象補正、標準偏差、裕度を加味した開閉サージレベルであり、開閉器の開閉により発生する最大の開閉サージレベルに余裕を持たせた開閉サージレベルである。
【００１４】
次に、引留鉄構のインパルスホーンギャップを求める（Ｓ３）。引留鉄構インパルスホーンギャップは、ステップＳ２で求めた所要開閉サージレベル以下ではフラッシオーバーしないホーン間隔であり、例えば、電中研総合報告Ｔ２７などの所要開閉インパルスレベルの式より、引留鉄構インパルスホーンのホーン金具の対地間長さとインパルスホーンギャップとを求める。
【００１５】
そして、引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認して引留鉄構インパルスホーンギャップを決定する（Ｓ４）。引留鉄構の碍子沿面閃絡保護の確認は、開閉サージによるフラッシーオーバーＦＯ確率及び電中研総合報告：Ｈ０６などによる雷事故率の確認などであり、直撃雷サージにおける当該変電所または開閉所の鉄塔のアークホーンで順フラッシオーバしないことの確認である。また、直撃雷サージ低減効果の確認は、直撃雷雷撃電流とアークホーンギャップによる直撃雷サージ低減効果の解析による確認である。このように、ステップＳ３で求めたインパルスホーンギャップによる引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認して、許容できる引留鉄構インパルスホーンギャップを決定する。
【００１６】
図２は、引留鉄構インパルスホーンの説明図である。図２に示すように、引留鉄構アーム１１からＶ吊懸垂碍子１２が吊され、Ｖ吊懸垂碍子１２の中間部にインパルスホーン１３が形成されている。引留鉄構インパルスホーン１３は上ホーン１３ａと下ホーン１３ｂとからなり、上ホーン１３ａは引留鉄構アーム１１から吊され、下ホーン１３ｂは導体（カウンターウェイト）１４側に設けられている。これにより、Ｖ吊懸垂碍子１２の碍子沿面距離よりも上ホーン１３ａと下ホーン１３ｂとのホーンギャップＬの方が短くなるので、ここでフラッシオーバすることが期待できる。図２では上ホーン１３ａの長さをｈで示している。
【００１７】
次に、引留鉄構の引込口に発生する開閉サージの解析について説明する。開閉サージを解析するには、基本的に線路の伝搬時間がμＳオーダであり、系統全体としてもｍＳオーダであるため、系統全体を模擬するのが基本と考えられる。そこで、５００ｋＶ系統全体を模擬し系統に発生する開閉サージレベルをＡＴＰにより解析検討した。
【００１８】
まず、線路模擬については、解析対象の送電線近傍の送電線モデルはJ.Maltiモデルを採用し、遠方の送電線はKC.Leeモデルの完全非ねん架モデルとした。また、送電線の装柱は、図３に示すように、並行２回線で相配列をＲ、Ｓ、Ｔ、Ｔ、Ｓ、Ｒとしたものとした。１回線は送電線１５Ｒ１、１５Ｓ１、１５Ｔ１、架空地線１６−１とし、２回線は送電線１５Ｔ２、１５Ｓ２、１５Ｒ２、架空地線１６−２とした。これは、対象線路の標準鉄塔に近い装柱で回線間や相聞が近く静電容量が大きく厳しめのものとしたためである。
【００１９】
変圧器模擬については、変圧器はTransformerモデルとし、系統側に５００ｍＨの漏れインダクタンスを挿入したものとした。また、高調波対策として３次△巻線を挿入し、系統側と３次△巻線に対地キャパシタンスを挿入したものとした。
【００２０】
避雷器模擬については、９２非線形抵抗モデルで各発変電所各線路ごとに引込口に避雷器を設置したものとした。
【００２１】
投入条件及び母線電圧・潮流については、２回線開放、１回線無負荷投入の線路試充電３相投入時及び多相再閉路投入時について、最大値サーチを行い投入位相を検討し、遮断器の抵抗接点の時間は主接点投入時間の前１０ｍＳから０、−σ値、−２σ値、−３σ値及び＋３σ値で解析した(σは０．１ｍＳ)。また、送電端母線電圧は最高使用電圧５５０ｋＶ相当とし、潮流は受電端変電所に変圧器を介して変圧器の漏れインダクタンスを補償するコンデンサと抵抗を接続し、Ｈ２６年度のピーク潮流になるようにした。
【００２２】
線路長については、解析対象送電線亘長を２００ｋｍ、１２０ｋｍで解析し開閉サージレベルを検討した。また、末端の変電所や隣接発電所での線路亘長が短いところの系統で至近の発変電所の変圧器による反射について解析し、高い開閉サージが発生しないか確認した。
【００２３】
次に、開閉サージ解析結果について説明する。表１は線路亘長を２００ｋｍとして最大値サーチを行った解析結果である。１ｐｕは、５５０×√２／√３ｋＶである。抵抗接点投入時間は、０、−σ、−２σ、−３σで解析したが、確率的には小さいが−３σのときが最も大きなサージが発生したので、表１には−３σのときを示している。
【００２４】
【表１】
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また、試充電時及び３相再閉路時の主接点投入時間は、反射波が往復伝搬し戻ってきたときに第２波目の電源電圧ピーク値と重畳するときが最も大きくなった。多相再閉路時も反射波が戻ってきたときに第１波目の電源電圧ピーク値と重畳する時が最大となった。
【００２５】
５００ｋＶ送電線ではおおよそ１００ｋＶｐ程度の静電誘導電圧が発生し、相配列をＲ、Ｓ、Ｔ、Ｔ、Ｓ、Ｒとしているため、Ｒ、Ｔ相の影響を受け、Ｓ相ではＳ相の反転電圧に位相が近くなる。また、電磁誘導の影響については、潮流があってもあまり影響はなかった。よって、相配列や装柱により誘導電圧が決まり、仮にＲ、Ｓ、Ｔ、Ｒ、Ｓ、Ｔ配列である場合も誘導電圧がＳ相の反転電圧になる。よって、一般的に過酷な投入条件として試充電時及び再閉路時と言われているが、解析結果から試充電時が最も過酷となった。
【００２６】
また、線路亘長を１２０ｋｍとして解析すると試充電時に１．４３３ｐｕとなり、従来どおり投入抵抗がある場合は線路亘長が長いほど過酷となる。またエンド端の変電所や発電所への投入サージでも隣接発電所からの反射が考えられ、高いサージが発生することも予想されたが、線路亘長が短い系統では充電容量が小さいため、１．２６ｐｕ程度と問題にならないほど小さかった(隣接発電所まで４６ｋｍ)。
【００２７】
次に、遮断してすぐに（２５ｍＳ程度で）開閉器を投入した場合につき、直流の残留電圧の有り無しのとき、投入抵抗の有り無しのときの開閉サージ電圧（開閉サージレベル）の解析結果を表２、表３、表４に示す。表２、表３、表４では送電線亘長が２００ｋｍの場合を示している。
【００２８】
表２は、残留電圧有りで投入抵抗（１０００Ω）有りのとき、表３は、残留電圧有りで投入抵抗無しのとき、表３は、残留電圧有り無しのときで投入抵抗無しのときの３相再閉路時の開閉サージ解析結果を示している。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
【表３】
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【００３１】
【表４】
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これらの解析結果から、投入抵抗がある場合は従来の理論どおり投入サージが小さくなるが、投入抵抗ありの場合、多相再閉路時よりも３相再閉路時の方が２７．６ｋＶ（４．２％）高くなった。投入抵抗なしのときは、多相再閉路時及び３相再閉路時ともに大きな差異はなかった。また、表４の解析結果も残留電圧なしのときよりも４３．７ｋＶ（６．２％）高くなっている。
【００３２】
以上の説明では、直流の残留電圧の有り無しのとき、投入抵抗の有り無しのときの開閉サージ電圧の解析結果を示したが、さらに、線路長、開閉器の投入ばらつき、避雷器抵抗、反射係数などを模擬して開閉サージ電圧の解析を行ってもよい。
【００３３】
次に、所要開閉インパルスレベル及びホーンギャップの求め方について説明する。所要開閉インパルスレベルは電中研報告(総合報告Ｔ２７)より、下記の（１）式で表される。Ｖ50は所要開閉インパルスレベル（５０％フラッシオーバー電圧）、Ａは波頭長係数、Ｂは電極係数、Ｍはギャップ長係数である。なお、所要開閉インパルスレベルは、５０％フラッシオーバー電圧Ｖ50であり、所要開閉サージレベルを超えない値である。
【００３４】
Ｖ50=Ａ×Ｂ×Ｍ（ｋＶ）      …（１）
一方、所要開閉サージレベルＶは下記の（２）式で示される。Ｖ’は開閉サージレベル、Ｋは気象補正、αは標準偏差、Ｕは裕度である。
【００３５】
Ｖ＝Ｋ×Ｖ’×（１−３α）（１−Ｕ）  …（２）
前述の表１から表４に示した５００ｋＶ系統の開閉サージ解析結果から、開閉サージレベルＶ’は、１．６ｐｕ程度を見込めばよいと考えられるので、この開閉サージレベルＶ’に気象補正Ｋ、標準偏差α、裕度Ｕを加味して所要開閉サージレベルを求める。
【００３６】
開閉サージレベルを１．６ｐｕとしたときの開閉サージレベルＶ１’は（３）式で示され、開閉サージレベルを１．７ｐｕとしたときの開閉サージレベルＶ２’は（４）式で示される。
【００３７】
Ｖ１’＝５５０×√２／√３×１．６０＝７１９ｋＶ    …（３）
Ｖ２’＝５５０×√２／√３×１．７０＝７６４ｋＶ    …（４）
気象補正Ｋを１０％、標準偏差を５％、裕度を５％とすると、開閉サージレベルＶ１’のときの所要開閉サージレベルＶ10’は、（２）式に（３）式を代入して（５）式が得られる。同様に、開閉サージレベルＶ２’のときの所要開閉サージレベルＶ20’は、（２）式に（４）式を代入して（６）式が得られる。
【００３８】
Ｖ10’＝１．１０×Ｖ１’／（１−３α）（１−０．０５）＝９７９ｋＶ
Ｖ20’＝１．１０×Ｖ１’／（１−３α）（１−０．０５）＝１０４１ｋＶ
表５は、線路亘長２００ｋｍの送電線で、引留鉄構インパルスホーンの上アーム及び下アームが棒である場合の波頭長係数Ａ、電極係数Ｂ、ギャップ長係数Ｍ、所要開閉インパルスレベルＶ50、ギャップ長（上ホーンｈ、ホーンギャップＬ）の計算結果である。
【００３９】
【表５】
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ここで、線路亘長２００ｋｍのときの実波頭長は線路を往復伝搬する時間が１．３３ｍＳであり、仮にサージが正弦波であると仮定すると、波頭長は周期の１／４となり、３３３．３μＳとなる。このときの波頭長係数Ａは臨界波頭長を６１μＳとすると１．０６４となる。開閉サージレベルを１．６ｐｕとすると、表５のケース２、３となり、開閉サージレベルを１．７０ｐｕとすると、ケース１となる。従って、ホーンギャップ長は１．６ｐｕのとき２．０ｍで、１．７０ｐｕのときは２．１ｍとなる。
【００４０】
なお、線路亘長１００ｋｍとすると実波頭長は、１６６．７μＳとなり、このときの波頭長係数Ａは臨界波頭長を６１μＳとすると１．０１９となり、このときの開閉インパルスレベルは９５２ｋＶとなる。上述の開閉サージ解析の線路亘長の影響による開閉サージレベルは、線路亘長２００ｋｍのときに１．５４３ｐｕであり、１２０ｋｍのときは１．４３３ｐｕであるので、１００ｋｍのときを比例換算すると１４０６ｐｕとなる。従って、開閉サージレベルは８６１ｋＶとなり十分耐圧する。よって、線路亘長を過酷側で２００ｋｍ程度見積もればよいと考えられる。
【００４１】
次に、引留鉄構の碍子沿面閃絡保護及び直撃雷サージ低減効果を確認について説明する。
【００４２】
引留鉄構インパルスホーンギャップが２．０ｍのときの直撃雷サージ低減効果を解析するため、鉄塔は第１鉄塔から第５鉄塔までは、図３のとおりの装柱とし、第６鉄塔から台１０鉄塔までは標準の５００ｋＶ鉄塔とした。また、変電所内は架空母線タイプの変電所とし過酷側で模擬した。解析回路は１Ｌ−２Ｂとし通常の運用形態を考慮した。フラッシオーバーモデルは、電中研開発のリーダ法多相フラッシオーバーモデル(ＴＡＣＳ法)とした。
【００４３】
解析条件としては、第１鉄塔から第５鉄塔までで直撃雷鉄塔でフラッシオーバーしない最大直撃雷電流を求めると同時に、直撃雷電流７０ｋＡ、１００ｋＡのときの直撃雷サージ低減効果を求めた。また、直撃雷鉄塔以外の鉄塔アークホーンでフラッシオーバーするかどうかも確認し、フラッシオーバーする場合はフラッシオーバー時間を求めて、その時間で短絡するスイッチを挿入して引留鉄構でフラッシオーバーするかどうかを求めて、変圧器端の直撃雷サージ電圧を解析し、引留鉄構でフラッシオーバーしない場合とフラッシオーバーする場合で変圧器端直撃雷サージ低減効果について検討した。また、鉄塔アークホーンギャップは、大きな直撃雷電流を想定するため、高汚損地区対応の４．０ｍとし、送電線モデルはJ.Martiモデルとした。表６に直撃雷低減効果の解析結果を示す。
【００４４】
【表６】
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第１鉄塔雷撃時、４５ｋＡでは第１鉄塔ではフラッシオーバーしなかったが、引留鉄構でフラッシオーバーし、そのときの雷サージ電圧は９１０．９ｋＶであった。また、雷撃電流７０ｋＡのときは第１鉄塔及び引留鉄構でフラッシオーバーし、雷サージ電圧は９５３．５ｋＶであった。雷撃電流１００ｋＡのときは引留鉄構でフラッシオーバーしたとき、９９５．１ｋＶであったが、引留鉄構でフラッシオーバーさせないときは、１２３０．０ｋＶであったので、雷サージ低減効果は、２３４．９ｋＶということになる。
【００４５】
第２鉄塔雷撃時は、雷撃電流７０ｋＡのとき引留鉄構でフラッシオーバーしたときは雷サージ電圧は１２９８．７ｋＶであったが、引留鉄構でフラッシオーバーさせないときは１４１８．４ｋＶであり、雷サージ低減効果は１１９．７ｋＶであった。また、第３鉄塔での雷サージ低減効果は６．３ｋＶであった。
【００４６】
これらの結果から変電所近傍の鉄塔電力線の直撃雷で、特に雷撃電流が大きいときにその効果が大きくなる。よって、第１鉄塔雷撃の雷サージとしては最も厳しい条件でも引留鉄構のインパルスホーンギャップを２．０ｍとすることで、特に大電流領域の直撃雷で大きな直撃雷サージ低減効果があると言える。
【００４７】
これにより、鉄塔アークホーンで放電し切れなかった雷撃電流を引留鉄構インパルスホーンで放電させると、直撃雷サージをＬＩＷＶ以下に低減でき、変圧器にとっては絶縁上ストレスがあまりかからなくなり、寿命延命効果も期待でき、ＬＩＷＶ低減も期待できる。また、避雷器にも大きな直撃雷サージがあまりかからなくなるので、熱破壊寿命延命にも効果があると考えられる。ＧＩＳにおいてもＬＩＷＶ低減が期待でき、タンク径の縮小化が期待できる。
【００４８】
従って、今までの設計であれば、大きな直撃雷が侵入した場合ＬＩＷＶを超える雷サージが発生し、変圧器などに過大なストレスがかかっていたが、この引留鉄構インパルスホーンギャップの縮小化により、その過大な雷サージが低減できることになる。また、開閉サージを担保しつつ、直撃雷サージを低減させることができる。以上の説明では、５００ｋＶ系統に適用した場合を説明したが、２７５ｋＶ以下の系統でも同様に適用できる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１１…引留鉄構アーム、１２…Ｖ吊懸垂碍子、１３…引留鉄構インパルスホーン、１３ａ…上ホーン、１３ｂ…下ホーン、１４…導体、１５…送電線、１６…架空地線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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