電中研
NEWS

3

落雷の観測による雷パラメータ推定精度の向上
東京スカイツリーでの雷観測結果との比較
新型LLSの開発で一番難しいのは、得られるデータのこの観測で、高速度カメラによる２方向からの光学観測精度の検証です。雷はいつどこに落ちるか判らないため、結果を用いて３次元的な雷放電路を推定しました（図-6）。

実際の落雷の電流の観測が大変難しく、観測と解析とのさらに、同時に観測された電流から電磁波を推定していまイツリーで測定した落雷を分析しています。具体的には高た（図-7）。
このことから、新型LLSのシステムに３次元的比較自体が困難です。
このため、当研究所では、東京スカす。
その結果、観測された電磁波を精度良く再現できまし

さ497mで落雷電流を測定し、落雷時の電磁波および高な雷放電路を考慮した落雷位置の標定や各雷パラメータ

速度カメラによる雷放電路の光学観測を同時に行ってお̶標定誤差が50m以下の高精度落雷標定システムの開発̶

を用いて電磁波を推定することが可能となり、新型LLSのり、
これらのデータを用いて新型LLSの推定精度を検証し推定精度を向上させます。ています。

立てます。

下向きリーダと上向きリーダの結合部

1.2

1.400

1

電界強度
（ピーク強度を 1 とする）

1.600

北・南、高さ平面への投影図
1.200

高さ

[km]

1.000

西北西から秒間 18 万コマ、2 千コマ
で撮影

0.800

0.240
0.080

北-南0.080

スカイツリー頂部
0.240

[km]

0.400

0.400

0.240

0.240
0.080

西-東[km]

電力流通0.60.4

送電用避雷装置の普及に伴い、雷に0.2-0.2

図-6 2方向からの光学観測結果による雷放電路の2次元的な構造の推定

観測結果
提案手法（3次元的な放電路 )従来手法（垂直な放電路 )波頭峻度を良好に再現

東京スカイツリーから 57km
（横須賀地区）での電界波形0南南東から秒間 2 万コマ、5672 コマで撮影No.486

0.80.600
0.4000.080

電中研ニュース2018 Mar

今後はこの結果を用いて、詳細な雷パラメータの推定

精度をさらに向上させて、効果的な雷害対策の実現に役

西・東、高さ平面への投影図

0.400

落雷の位置やエネルギーを推定し、送変電設備の巡視・点検の省力化に大きく貢献-20-100
時間 [μs]1020

よる送変電設備の被害は減少している

ものの、完全になくすには至っておらず、

30

落雷に伴う設備の巡視・点検に多大な労力を要しています。設備被害を把握す

図-7 数値電磁界解析によって再現された電磁界波形るには、落雷位置と雷エネルギーに関する情報が必要となりますが、現行の落雷ひとこと

位置標定システム（LLS:Lightning

電力技術研究所主任研究員

Location System※）では位置標定精齋藤 幹久

度が十分ではなく、また雷エネルギーを本研究は、従来より問題視されていた架空地線などの電力設備の保守の合理化を達成するために、東京
スカイツリーでの雷観測結果を用いて、様々な雷パラメータの推定が可能な新しい落雷位置標定システムを構築する試みです。
このシステムが完成することにより、従来は明らかでなかった、地域別の雷エネルギーなどのデータが得られ、一層の雷害対策の合理化が行えるようになり、今後広がっていくスマートグリッドなどの新規設備の耐雷設計も迅速に行なうことが可能です。

| 関連する研究報告書・論文等 |推定することはできませんでした。
このた

め当研究所では、落雷による被害設備の巡視・点検の省力化に向け、落雷位置を高精度で特定し、さらに雷エネルギーの推定も可能とする新しい落雷位置標定[1] 齋藤幹久, 三木貫, 三木恵「新型落雷位置標定システム（新型LLS）開発のための基礎検討（1）−位置標定誤差の要因分析−」電力中央研究所 研究報告 H14007, 2015
[2] 齋藤幹久「新型落雷位置標定システム（新型LLS）開発のための基礎検討（2）−落雷に伴う電荷量の推定手法の提案−」電力中央研究所 研究報告 H15009, 2016
[3] 齋藤幹久「新型落雷位置標定システム（新型LLS）
開発のための基礎検討（3）−雷電流のピーク値と峻度の推定手法の提案」電力中央研究所 研究報告 H15010, 2016
[4] 齋藤幹久, 三木貫, 三木恵「新型落雷位置標定システム（新型LLS）開発のための基礎検討（4）-東京スカイツリーへの落雷の光学観測結果を用いた解析手法の確立-」電力中央研究所 研究報告 H16007, 2017
報告書は当所ホームページよりダウンロードできます

一般財団法人 電力中央研究所 広報グループ http://criepi.denken.or.jp/〒100-8126 東京都千代田区大手町1-6-1 大手町ビル7階

TEL：03-3201-6601

2018年3月発行

システム（新型LLS）の開発に取り組み、今後の導入を目指します。

新型LLSの開発のためには、実際の落雷における電流・電磁界等のデータも必要となります。そこで東京スカイツリ

ーへの落雷を観測してデータを取得しています。

東京スカイツリー への落雷の光学観測例※ LLS: Lightning Location System 落雷から放射される電磁波を複数のセンサーで捉え、データ解析により落雷の位置、時刻、強さなどをリアルタイムで推定するシステムのことで、現行のシステムは海外のメーカが共同で開発したものである

12

新型落雷位置標定システム（新型LLS）の開発

雷放電に伴う電磁界波形の信号処理方法の改良
到達時間推定アルゴリズムの向上

新型LLSと現行LLSとの比較−新型LLSの特徴−
現在、各電力会社では効果的な送変電設備保守を目的

LLSでは、落雷に伴い放射された電磁波を観測するこ電荷量推定方法の改良

大地導電率の影響を受けて電磁界波形が変歪すること

落雷に伴う電荷量は、地上での電界観測と雷雲中の電として落雷位置標定システム（LLS)を運用しています。
送とによって位置標定を行います（図-1）。
電磁波は大地導により、現行LLSの各センサで計測している電磁波の観測定ができるのが望ましいですが、現行のLLSでは、位置標響を取り除いて位置標定が求められるほど十分な精度にに誤差が発生します。
現行LLSは各センサの観測時刻の位置標定誤差を小さくするために、
電
新型LLS※では、観測時刻の誤差の増大は位置標定誤差の増大に直結しらかにしました
（図-5）
。
また、
新型LLSではエネルギーの新型LLSでは、現行LLSによる変歪を数値解析（主にア信号の観測範囲を広げ遠方から電荷量を推定します。

電線の保守のためには、LLSで正確な落雷と事故点の標電率の影響を受けて変歪しますが、現行LLSでは、その影時刻（GPS時計を使用して、１千万分の1秒の差を観測）定結果の誤差が数百ｍ程度もあり、誤差範囲内に複数のは到達していませんでした。

つに絞り込むことができません。
また、架空地線の損傷点磁波の波形変歪補正機能を考慮しました。
さらに、落雷にます。の推定も可能としています。
これらのパラメータの推定をンテナの電磁界解析に使用されている）で補正した電磁を的確に選択し適切な地点に設置するといったことが可さくします。
さらに伝搬距離が100 km以内に合理的に決鉄塔や配電柱が含まれることになるため、保守対象を一を知るためには、電荷量（雷エネルギー）を推定することもよるエネルギー（電荷量）
を始めとする雷パラメータ（表-1）

必要ですが、現行LLSには、その機能は付加されておらず、送電線の保守の大幅な軽減には至っていませんでした。

行うことで、地域毎に保守手段を最適化したり、耐雷設備

この問題に対処するため、現在、当研究所では位置標定誤差が数十mと小さく、電荷量などの設備被害に関連能となります。

する雷パラメータも推定可能な新型LLSを開発していま※ 現行の位置標定の誤差要因は、主に電磁波に対する大地導電率の影す。

響、雲内の放電の電磁波の重畳（幾重も重なりあう現象）による電荷位置推定の不確かさの影響、機器の性能、の3つの要因がある。新型では、これに対して誤差の影響を小さくする数値解析法、誤差を回避する計算アルゴリズムを加え、さらに、高性能センサ配置の決定方法を合理的に確立している。

荷位置を基に推定されますが、雷雲中の電荷位置推定に差を用いて落雷位置を推定するシステムであるため、このは不確かさを伴います。
この不確かさは、落雷から25km以上離れた遠方の電界観測データ（図-4）を用いることで、電荷量推定への影響が小さくなることを計算により明大きい落雷のみに観測対象を絞り、電荷量推定に必要な50km程度のセンサ間隔を想定しており、遠方での落雷を波（図-2）を用いて到達時刻を推定することで、誤差を小観測することにより電荷の正確な位置によらず推定誤差が小さくなることに着目して、信頼性の高い電荷量を推定定して配置されたセンサで観測された電磁界信号（図-3）することが可能となります。

を用いるため 、現行では数μs程度あった到達時刻の誤差を1μｓ程度に抑えます。
その結果、落雷位置の誤差数十ｍを実現します。

新型 LLS での観測範囲(dE/dt) ／ 各計算結果のピーク値

1.2

大地導電率の影響で波形が変歪 位置評定誤差の要因

時間

雷放電電流

電界

落雷の情報
・位置・電流・電荷量

時間

電界

時間

・複数センサ信号の到達時間差から落雷位置を推定
・20 〜 50km 観測点のセンサ信号から電荷量を推定

電磁波〜 50km 間隔で設置

落雷点

大地

電界

センサ 1

センサ 2時間0.6

感度を10 倍

完全導体
平地
山岳地

0.4
0.2

0 km

50 km
-5

図-205

1015

時間 [ µｓ]20

図-4

新型LLSにおける到達時刻の推定の様相

新型LLSのセンサにおける電荷量推定可能範囲（冬季雷の電荷高度が低い状況を想定）（伝搬距離100km 後続雷撃の例）

大地導電率は山・海など地形により変化

図-12002.5

新型LLSによる落雷位置標定と電荷量推定のイメージ

180

落雷点の標定精度
雷撃電流波高値 [kA]
電荷量 [C]（エネルギー）
波頭峻度 [kA/ms]
コスト（相対値）

LLSの性能・コスト比較
現行 LLS

新型 LLS

250m 以上50m 以下

誤差 20％以上

誤差 10% 以内

測定機能なし1

推定可能0.5 〜 0.1 以下

推定電荷量の誤差 [ % ]表-1

到達時刻誤差 [ μ s ]2

雷パラメータ

従来学術的な目的で使われてたセンサでの観測範囲

20 km

0-0.2

従来のセンサ間隔（250km 程度）

センサ

推定到達時刻0.81.5

平地
山岳地

10.5
0100

200120

落雷点から遠いと誤差小10080604020

新型 LLS で使用
0160140( 標準偏差 )

電流

100km

10300

400

伝播距離[km]500600

落雷点に近いと誤差大0700

図-3 新型LLSにおける電磁波伝搬距離と到達時刻の誤差の関係（新型LLSでは伝搬距離100km以内の信号を使用） （後続雷撃の例）

図-510203040

センサから落雷点までの距離 [km]5060

新型LLSにおける落雷点と線様での距離と誤差の関係（冬季雷において電荷高度が低い状況を想定）

1

2

新型落雷位置標定システム（新型LLS）の開発

雷放電に伴う電磁界波形の信号処理方法の改良
到達時間推定アルゴリズムの向上

新型LLSと現行LLSとの比較−新型LLSの特徴−
現在、各電力会社では効果的な送変電設備保守を目的

LLSでは、落雷に伴い放射された電磁波を観測するこ電荷量推定方法の改良

大地導電率の影響を受けて電磁界波形が変歪すること

落雷に伴う電荷量は、地上での電界観測と雷雲中の電として落雷位置標定システム（LLS)を運用しています。
送とによって位置標定を行います（図-1）。
電磁波は大地導により、現行LLSの各センサで計測している電磁波の観測定ができるのが望ましいですが、現行のLLSでは、位置標響を取り除いて位置標定が求められるほど十分な精度にに誤差が発生します。
現行LLSは各センサの観測時刻の位置標定誤差を小さくするために、
電新型LLS※では、観測時刻の誤差の増大は位置標定誤差の増大に直結しらかにしました（図-5）。
また、新型LLSではエネルギーの新型LLSでは、現行LLSによる変歪を数値解析（主にア信号の観測範囲を広げ遠方から電荷量を推定します。

電線の保守のためには、LLSで正確な落雷と事故点の標電率の影響を受けて変歪しますが、現行LLSでは、その影

時刻（GPS時計を使用して、１千万分の1秒の差を観測）定結果の誤差が数百ｍ程度もあり、誤差範囲内に複数のは到達していませんでした。

つに絞り込むことができません。
また、架空地線の損傷点磁波の波形変歪補正機能を考慮しました。
さらに、落雷にます。の推定も可能としています。
これらのパラメータの推定をンテナの電磁界解析に使用されている）で補正した電磁を的確に選択し適切な地点に設置するといったことが可さくします。
さらに伝搬距離が100 km以内に合理的に決鉄塔や配電柱が含まれることになるため、保守対象を一を知るためには、電荷量（雷エネルギー）を推定することもよるエネルギー（電荷量）を始めとする雷パラメータ（表-1）

必要ですが、現行LLSには、その機能は付加されておらず、送電線の保守の大幅な軽減には至っていませんでした。

行うことで、地域毎に保守手段を最適化したり、耐雷設備

この問題に対処するため、現在、当研究所では位置標定誤差が数十mと小さく、電荷量などの設備被害に関連能となります。

する雷パラメータも推定可能な新型LLSを開発していま※ 現行の位置標定の誤差要因は、主に電磁波に対する大地導電率の影す。

響、雲内の放電の電磁波の重畳（幾重も重なりあう現象）による電荷位置推定の不確かさの影響、機器の性能、の3つの要因がある。新型では、これに対して誤差の影響を小さくする数値解析法、誤差を回避する計算アルゴリズムを加え、さらに、高性能センサ配置の決定方法を合理的に確立している。

荷位置を基に推定されますが、雷雲中の電荷位置推定に差を用いて落雷位置を推定するシステムであるため、このは不確かさを伴います。
この不確かさは、落雷から25km以上離れた遠方の電界観測データ（図-4）を用いることで、電荷量推定への影響が小さくなることを計算により明大きい落雷のみに観測対象を絞り、電荷量推定に必要な50km程度のセンサ間隔を想定しており、遠方での落雷を波（図-2）を用いて到達時刻を推定することで、誤差を小観測することにより電荷の正確な位置によらず推定誤差が小さくなることに着目して、信頼性の高い電荷量を推定定して配置されたセンサで観測された電磁界信号（図-3）することが可能となります。

を用いるため 、現行では数μs程度あった到達時刻の誤差を1μｓ程度に抑えます。
その結果、落雷位置の誤差数十ｍを実現します。

新型 LLS での観測範囲(dE/dt) ／ 各計算結果のピーク値

1.2

大地導電率の影響で波形が変歪 位置評定誤差の要因

時間

雷放電電流

電界

落雷の情報
・位置・電流・電荷量時間

電界時間

・複数センサ信号の到達時間差から落雷位置を推定
・20 〜 50km 観測点のセンサ信号から電荷量を推定

電磁波〜 50km 間隔で設置

落雷点

大地電界

センサ 1

センサ 2

時間0.6

感度を10 倍

完全導体
平地
山岳地

0.40.2

0 km

50 km
-5

図-2051015

時間 [ µｓ]

20図-4

新型LLSにおける到達時刻の推定の様相

新型LLSのセンサにおける電荷量推定可能範囲（冬季雷の電荷高度が低い状況を想定）（伝搬距離100km 後続雷撃の例）

大地導電率は山・海など地形により変化

図-12002.5

新型LLSによる落雷位置標定と電荷量推定のイメージ

180

落雷点の標定精度
雷撃電流波高値 [kA]
電荷量 [C]（エネルギー）
波頭峻度 [kA/ms]
コスト（相対値）

LLSの性能・コスト比較
現行 LLS

新型 LLS

250m 以上

50m 以下

誤差 20％以上

誤差 10% 以内

測定機能なし1

推定可能0.5 〜 0.1 以下

推定電荷量の誤差 [ % ]表-1

到達時刻誤差 [ μ s ]2

雷パラメータ

従来学術的な目的で使われてたセンサでの観測範囲

20 km

0-0.2

従来のセンサ間隔（250km 程度）

センサ

推定
到達
時刻

0.81.5

平地
山岳地

10.5
0100200120

落雷点から遠いと誤差小10080604020

新型 LLS で使用
0160140( 標準偏差 )

電流

100km

10300

400

伝播距離[km]500600

落雷点に近いと誤差大0700

図-3 新型LLSにおける電磁波伝搬距離と到達時刻の誤差の関係（新型LLSでは伝搬距離100km以内の信号を使用） （後続雷撃の例）

図-510203040

センサから落雷点までの距離 [km]5060

新型LLSにおける落雷点と線様での距離と誤差の関係（冬季雷において電荷高度が低い状況を想定）

電中研
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落雷の観測による雷パラメータ推定精度の向上
東京スカイツリーでの雷観測結果との比較
新型LLSの開発で一番難しいのは、得られるデータのこの観測で、高速度カメラによる２方向からの光学観測精度の検証です。雷はいつどこに落ちるか判らないため、結果を用いて３次元的な雷放電路を推定しました（図-6）。

実際の落雷の電流の観測が大変難しく、観測と解析とのさらに、同時に観測された電流から電磁波を推定していまイツリーで測定した落雷を分析しています。具体的には高た（図-7）。
このことから、新型LLSのシステムに３次元的比較自体が困難です。
このため、当研究所では、東京スカす。
その結果、観測された電磁波を精度良く再現できまし

さ497mで落雷電流を測定し、落雷時の電磁波および高な雷放電路を考慮した落雷位置の標定や各雷パラメータ

速度カメラによる雷放電路の光学観測を同時に行ってお̶標定誤差が50m以下の高精度落雷標定システムの開発̶

を用いて電磁波を推定することが可能となり、新型LLSのり、これらのデータを用いて新型LLSの推定精度を検証し推定精度を向上させます。ています。

立てます。

下向きリーダと上向きリーダの結合部

1.2

1.400

1

電界強度
（ピーク強度を 1 とする）

1.600

北・南、高さ平面への投影図
1.200

高さ

[km]

1.000

西北西から秒間 18 万コマ、2 千コマ
で撮影

0.800

0.240
0.080

北-南0.080

スカイツリー頂部
0.240

[km]

0.400

0.400

0.240

0.240
0.080

西-東
[km]

電力流通

0.6
0.4

送電用避雷装置の普及に伴い、雷に0.2-0.2

図-6 2方向からの光学観測結果による雷放電路の2次元的な構造の推定

観測結果
提案手法（3次元的な放電路 )従来手法（垂直な放電路 )波頭峻度を良好に再現

東京スカイツリーから 57km
（横須賀地区）での電界波形0南南東から秒間 2 万コマ、5672 コマで撮影

No.4860.8

0.600
0.4000.080

電中研ニュース2018 Mar

今後はこの結果を用いて、詳細な雷パラメータの推定精度をさらに向上させて、効果的な雷害対策の実現に役

西・東、高さ平面への投影図

0.400

落雷の位置やエネルギーを推定し、送変電設備の巡視・点検の省力化に大きく貢献-20-100
時間 [μs]1020

よる送変電設備の被害は減少している

ものの、完全になくすには至っておらず、

30

落雷に伴う設備の巡視・点検に多大な労力を要しています。設備被害を把握す

図-7 数値電磁界解析によって再現された電磁界波形るには、落雷位置と雷エネルギーに関する情報が必要となりますが、現行の落雷ひとこと位置標定システム（LLS:Lightning

電力技術研究所主任研究員

Location System※）では位置標定精齋藤 幹久

度が十分ではなく、また雷エネルギーを本研究は、従来より問題視されていた架空地線などの電力設備の保守の合理化を達成するために、東京スカイツリーでの雷観測結果を用いて、様々な雷パラメータの推定が可能な新しい落雷位置標定システムを構築する試みです。
このシステムが完成することにより、従来は明らかでなかった、地域別の雷エネルギーなどのデータが得られ、一層の雷害対策の合理化が行えるようになり、今後広がっていくスマートグリッドなどの新規設備の耐雷設計も迅速に行なうことが可能です。

| 関連する研究報告書・論文等 |推定することはできませんでした。
このた

め当研究所では、落雷による被害設備の巡視・点検の省力化に向け、落雷位置を高精度で特定し、さらに雷エネルギーの推定も可能とする新しい落雷位置標定[1] 齋藤幹久, 三木貫, 三木恵「新型落雷位置標定システム（新型LLS）開発のための基礎検討（1）−位置標定誤差の要因分析−」電力中央研究所 研究報告 H14007, 2015
[2] 齋藤幹久「新型落雷位置標定システム（新型LLS）開発のための基礎検討（2）−落雷に伴う電荷量の推定手法の提案−」電力中央研究所 研究報告 H15009, 2016
[3] 齋藤幹久「新型落雷位置標定システム（新型LLS）
開発のための基礎検討（3）−雷電流のピーク値と峻度の推定手法の提案」電力中央研究所 研究報告 H15010, 2016
[4] 齋藤幹久, 三木貫, 三木恵「新型落雷位置標定システム（新型LLS）開発のための基礎検討（4）-東京スカイツリーへの落雷の光学観測結果を用いた解析手法の確立-」電力中央研究所 研究報告 H16007, 2017
報告書は当所ホームページよりダウンロードできます

一般財団法人 電力中央研究所 広報グループ http://criepi.denken.or.jp/〒100-8126 東京都千代田区大手町1-6-1 大手町ビル7階

TEL：03-3201-6601

2018年3月発行

システム（新型LLS）の開発に取り組み、今後の導入を目指します。

新型LLSの開発のためには、実際の落雷における電流・電磁界等のデータも必要となります。そこで東京スカイツリ

ーへの落雷を観測してデータを取得しています。

東京スカイツリー への落雷の光学観測例※ LLS: Lightning Location System 落雷から放射される電磁波を複数のセンサーで捉え、データ解析により落雷の位置、時刻、強さなどをリアルタイムで推定するシステムのことで、現行のシステムは海外のメーカが共同で開発したものである