配电网过电压的常见类型和特征は何ですか

配電網は、広範囲に分布し、設備の数が多く、絶縁レベルが低い特徴があり、過電圧によって引き起こされる絶縁事故が発生しやすいです。これにより、配電システム全体の安定性と線路の絶縁性能が低下し、電力網の安全な運転や電力産業の健全かつ持続可能な発展に大きな悪影響を及ぼします。

回路の観点から見ると、電源以外の部分では、電力システムは抵抗（R）、インダクタンス（L）、キャパシタンス（C）の3つの典型的な要素の異なる組み合わせで等価に表現することができます。その中で、インダクタンス（L）とキャパシタンス（C）はエネルギー貯蔵要素であり、過電圧形成の基本的な条件となります。一方、抵抗（R）はエネルギ消費要素であり、一般的には過電圧の発展を抑制することができます。ただし、個々のケースでは、抵抗の不適切な追加が過電圧の発生につながることもあります。

配電網における一般的な過電圧の種類と特性

配電網における一般的な過電圧の種類には、間欠的なアーチ接地過電圧、直列共振過電圧、および鉄磁共鳴過電圧（切断共鳴過電圧とPT飽和過電圧を含む）があります。

間欠的なアーチ接地過電圧

間欠的なアーチ接地過電圧は、一種の切り替え過電圧です。その振幅は、電気設備の特性、システム構造、動作パラメータ、操作または故障の形式などの要因に関連しており、明確なランダム性を持っています。これは、中性点非有効接地電力網で最も一般的です。

切り替え過電圧のエネルギーは、電力システム自体から来ます。その振幅は、システムの定格電圧とほぼ比例します。通常、システムの最大動作相電圧振幅の倍数で表されます。操作や故障によって電力網の動作状態が変化すると、インダクティブ要素に蓄えられた磁場エネルギーは、ある時点でキャパシティブ要素の電場エネルギーに変換され、振動する一時的な過程が発生し、供給電圧の数倍の高さの一時的な過電圧が生成されます。これが切り替え過電圧と呼ばれます。

間欠的なアーチは、電力網の動作状態を繰り返し変化させ、インダクタンスとキャパシタンス回路での電磁気的振動を引き起こし、非故障相、故障相、および中性点で一時的な過程が発生して過電圧が発生します。これが間欠的なアーチ接地過電圧（アーチ接地過電圧とも呼ばれる）です。その形成メカニズムは、アーチの消滅と再燃焼に密接に関連しています：接地故障電流が自然にゼロクロスするたびに、接地アーチは短時間消滅します。アーチチャネルの復元電圧がその絶縁回復強度を超えると、アーチは再燃します。具体的には：

• 接地電流が大きい場合、アーチチャネルは強くイオン化され、アーチは安定して燃え続けます；

• 電流が小さい場合、アーチチャネルの絶縁強度は急速に回復し、アーチの再燃は困難になり、一時的な消滅は永久的な消滅に変わります；

• 電流が中程度の場合、オンオフを繰り返す間欠的なアーチ接地現象が形成されます。

深刻なアーチ接地過電圧は、電力網でのエネルギーの継続的な蓄積によって引き起こされます。過電圧を制限する観点からは、アーチが消滅した後、半周期の電力周波数内で電力網に蓄積された余剰電荷が抵抗を通じて漏れ出せば、中性点位移電圧はほぼゼロとなり、高振幅の過電圧は発生しません。

直列共振過電圧

電力網において、鉄心のないインダクティブ要素（例えば、ラインインダクタンス、トランスリークインダクタンスなど）または励磁特性がほぼ線形に近い鉄心付きインダクティブ要素（例えば、アーク消去コイルなど）とキャパシティブ要素（例えば、ライン対地容量など）との間に非対称電圧の作用下で発生する直列共振による過電圧を直列共振過電圧と呼びます。その最も一般的な形式は中性点電圧の位移です。

DL/T620-1997「交流電気機器の過電圧保護および絶縁調整」業界標準によれば、アーク消去コイル接地システムでは、通常の運転条件下で、中性点電圧の長期的な位移はシステムの定格相電圧の15％を超えてはなりません。

鉄磁共鳴過電圧

電力システムの振動回路において、鉄心インダクタンスの飽和によって引き起こされる持続的な高振幅の過電圧を鉄磁共鳴過電圧と呼びます。35kV以下の配電網では、切断共鳴による過電圧とPT飽和による過電圧という2つの典型的な鉄磁共鳴過電圧があり、これらは非線形共振過電圧と総称されます。それは直列共振過電圧や間欠的なアーチ接地過電圧とは全く異なる特性と性質を持っています。異なるパラメータの組み合わせにより、基波、分数波、および高周波共振過電圧が発生することがあります。

• 切断共鳴過電圧：系統がワイヤーの断線、遮断器の非全相動作、重度の同期不良、高圧ヒューズの一部または二部のブローなどの原因で非全相運転中に発生する鉄磁共鳴過電圧を切断共鳴過電圧と呼びます。切断が発生すると、三相対称電位は通常、三相非対称負荷に電力を供給し、回路は複雑で非線形要素を含んでいます。そのため、テヴェナンの定理と対称成分法を使用して、三相回路を単相等価回路に変換し、最も簡単なLC直列回路に整理し、共振条件を分析し計算を行う必要があります。一相ワイヤーの断線障害には、接地なしの断線、送電側接地の断線、負荷側接地の断線の3つの形式があります。

• PT飽和過電圧：中性点非有効接地システムでは、通常、発電所や変電所の母線上にY0接続の電磁式電圧変換器（PT）を設置して絶縁状況を監視します。正常運転時には、電磁式電圧変換器の励磁インピーダンスは非常に高く、ネットワークの接地インピーダンスはキャパシティブであり、三相は基本的にバランスしています。しかし、いくつかの切り替え操作や接地障害の消失後に、ワイヤー容量または他の設備のストレイ容量とともに特殊な三相または単相共振回路が形成され、様々な高調波の鉄磁共鳴過電圧を励起します。これをPT飽和過電圧と呼びます。その中でも、分数波共振過電圧が最も有害です。長時間にわたって励磁電流が大幅に増加し、変圧器のヒューズが焼き切れ、さらには変圧器が過熱し、油を放出したり爆発したりする可能性があります。さらに、電圧変換器の飽和過電圧は明確な零序特性を持っています。

雷過電圧

雷放電は、極めて不均一な電界を持つ超長空気ギャップでの非火花放電現象です。その基本的な過程にはリーダ放電、主放電、残光放電が含まれます。負極性の雷によって形成される各雷電流は単極パルス波形を持ちます。パルス波形を記述する主なパラメータはピーク値、波頭時間、および半値時間です。

雷過電圧は直接雷過電圧と誘導雷過電圧に分けられます。その中で、誘導雷過電圧には静電誘導（主に）と電磁誘導成分が含まれており、以下のような特性があります：

• 雷雲とは反対の極性、つまり雷電流の極性と反対です；

• 同時に三相に現れ、基本上同じ値を持ち、相間電位差や相間フラッシュオーバーはありません；

• 振幅が大きい場合は接地フラッシュオーバーを引き起こす可能性があります；

• 波形は直接雷過電圧よりも平坦で長くなります；

• ワイヤーの上に接地された雷保護線がある場合、電磁シールド効果によりワイヤー上の誘導過電圧が減少します。線間距離が近いほど結合係数が大きくなり、ワイヤー上の誘導過電圧は低くなります。

一般に、35kV以下の配電網では、全線に雷保護線を架設することはなく、変電所の出入り口に1〜2kmの雷保護線を設けて入線部保護としています。