報告書番号

H20012

タイトル（和文）

接地網に侵入した雷インパルス電流による低圧制御回路への誘導電圧特性－制御線布設経路の影響の実験的・解析的評価－

タイトル（英文）

Characteristics of voltages induced on low-voltage control circuits by a lightning impulse injected into a grounding grid - Effects of the route of a control cable evaluated with experimental and numerical approaches -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
発変電所の低圧制御回路において，雷サージなどに起因して障害が発生し，供給支障に至ることが懸念されている。低圧制御回路の合理的なサージ対策を行うためには，発生するサージの基本特性を系統的かつ定量的に把握することが重要である。これまでに当所では，実規模相当の実験回路を用いた系統的な評価[1], [2]に加え，FDTD法注 1）に基づくサージ・過渡電磁界現象解析プログラムVSTL REV注 2）を用いて，接地構造物の過渡電位上昇や主回路サージに起因して低圧制御回路に発生する誘導サージの解析を実施してきた[3], [4]。接地網に雷サージが侵入した際には，接地網の過渡電位上昇や伝搬する雷サージ電流の影響によって制御線に誘導電圧が発生するが，制御線を介して制御機器側に誘導電圧が発生する機構は十分に解明されていない。
目　　的
低圧制御回路の模擬回路（計器用変成器―制御線－ディジタル型保護継電装置）において，雷インパルス電流を接地網に注入し，制御線の布設経路や長さが誘導電圧に及ぼす影響を実験的に明らかにするとともに，その発生要因をサージ解析により評価する。
主な成果
1. サージ実験に基づく制御線布設経路の誘導電圧への影響評価
接地網上方に配置した66 kV 級の計器用変成器（VT, CT）とディジタル型保護継電装置の実機を制御線（大地面上に布設）で接続し，低圧制御回路の実験回路を構成した（図1）。接地網に雷インパルス電流（1.8 / 65 µs，波高値 7.5 A）を注入した際に，制御線の布設経路・長さをパラメータとして，保護継電装置の入力端子間に発生する誘導電圧波形を測定した。これにより，接続される回路（VT, CT）や線種（CVV, CVV-S）等に応じて，制御線の布設経路・長さの変化が誘導電圧に及ぼす影響を，実験的に明らかとした。
2. サージ解析に基づく制御線布設経路の誘導電圧への影響評価
VSTL REV を用いて，接地網に侵入したサージに起因する大地表面電界が誘導電圧に及ぼす影響を定量的に評価するために，二段階のステップにより誘導電圧を計算した（図2）。特に布設経路による影響が大きいケースとして，CTの回路を制御線（CVV線）により接続し，保護継電装置の信号入力部におけるサージ吸収用コンデンサを取り外した場合において，実測波形の振幅レベルを良好に再現できることを確認した（図3(a)）。さらに，詳細なサージ解析として，制御線の各区間における起誘導源が誘導電圧に及ぼす影響を個別に評価した結果（図3(b)）から，全体の誘導電圧は，主接地網や制御建屋接地網の周囲の起誘導源による寄与が大きい一方で，各区間の起誘導源による誘導電圧波形の位相関係にも大きく依存することを明らかとした。

概要 （英文）

Recently, digital-type control equipment has been increasing in low-voltage control circuits in power stations and substations. Such equipment comprises sensitive electronic circuits and it is more likely to suffer malfunctions owing to surges. Therefore, appropriate protection system needs to be installed to improve its reliability. In a series of systematic studies, this report investigates how routing of a control cable affects the induced surge voltages on the system of low-voltage control circuits in a gas-insulated switchgear substation when a lightning impulse current is injected into a grounding grid, placing emphasis on the effect of the electric field on the earth's surface, which is one of the causes to induce surges on control cables. First, using a real-scale model of low-voltage control circuits with voltage and current transformers (VT and CT) circuits, we measured voltages induced on a control cable for different cable routes, and analyzed the effect of the cable route on the characteristics of the induced voltages. Secondly, to study further the effect of the cable route, we carried out FDTD simulations using an electromagnetic transient code VSTL REV (Virtual Surge Test Lab. Restructured and Extended Version) to simulate the experimental set-up in the case of the CT circuit with a non-shielded control cable. In the FDTD simulations, we calculated the electric field on the earth's surface, where the control cable was placed, and then calculated the induced voltages by considering the excitation based on the electric field. From the simulated results, it was quantitatively evaluated how much each subsection of the control cable contributes to the induced voltages for the different cable routes.

報告者

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