過電圧保護

電力システムは常に異常な過電圧の影響を受ける可能性があります。これらの異常な過電圧は、重負荷の突然の中断、雷の衝撃、スイッチングインパルスなど、さまざまな理由により発生する可能性があります。これらの過電圧ストレスは、電力システムの各種機器や絶縁体の絶縁を損傷させる可能性があります。ただし、すべての過電圧ストレスがシステムの絶縁を損傷するほど強力であるわけではありませんが、それでもこれらの過電圧は電力システムの円滑な動作を確保するために避ける必要があります。
これらの破壊的および非破壊的な異常過電圧はすべて、過電圧保護によってシステムから排除されます。

電圧サージ

電力システムに適用される過電圧ストレスは、一般的には一時的なものです。一時的な電圧または電圧サージは、非常に短時間で電圧が高ピークまで急激に上昇することを定義します。
電圧サージは一時的な性質を持つため、非常に短時間しか存在しません。これらの電圧サージの主な原因は、雷の衝撃とシステムのスイッチングインパルスです。しかし、電力システムの過電圧は、絶縁不良、アーク接地、共振などによっても引き起こされることがあります。

スイッチングサージ、絶縁不良、アーク接地、共振による電力システムの電圧サージは、その大きさはそれほど大きくありません。これらの過電圧は通常、正常な電圧レベルの2倍程度を超えることはありません。一般的に、電力システムの異なる機器に対する適切な絶縁は、これらの過電圧による損傷を防ぐのに十分です。しかし、雷による電力システムの過電圧は非常に高いです。過電圧保護が電力システムに提供されない場合、深刻な損傷のリスクが高くなります。したがって、電力システムで使用されるすべての過電圧保護装置は、主に雷サージのために使用されています。

以下に、過電圧の異なる原因について順番に説明します。

スイッチングインパルスまたはスイッチングサージ

無負荷送電線が突然接続された場合、ライン上の電圧は通常のシステム電圧の2倍になります。この電圧は一時的な性質を持っています。負荷のあるラインが突然切断または中断された場合、ライン間の電圧も非常に高くなります。特に空気ブローサーキットブレーカーの開閉操作中に、システム内の電流カットオフが原因で、システム内に過電圧が発生します。絶縁不良の場合、ライブコンダクタが突然接地されます。これもシステム内の突然の過電圧を引き起こす可能性があります。

交流発電機によって生成された電磁波が歪んでいる場合、5次またはそれ以上の高調波により、共鳴の問題が発生する可能性があります。実際、5次またはそれ以上の高調波の周波数では、システムのインダクティブリアクタンスがシステムのキャパシティブリアクタンスとほぼ等しくなります。これらのリアクタンスが互いにキャンセルし合うため、システムは純粋に抵抗性になります。この現象は共鳴と呼ばれ、共鳴時にはシステム電圧が大幅に増加する可能性があります。
しかし、上記の理由により発生するこれらの過電圧は、その大きさがそれほど高くはありません。
しかし、雷の衝撃によるシステム内の過電圧サージは、振幅が非常に高く、非常に破壊的です。したがって、過電圧保護の観点からは、雷の衝撃の影響を避ける必要があります。

雷からの保護方法

雷からの保護に主に使用される方法は以下の3つです。

1. 接地スクリーン。

2. 架空地線。

3. 雷避雷器またはサージディバイダー。

接地スクリーン

接地スクリーンは一般に電力変電所で使用されます。この配置では、変電所の上にGIワイヤーのネットワークが設置されます。接地スクリーンに使用されるGIワイヤーは、異なる変電所構造を通じて適切に接地されています。この接地されたGIワイヤーのネットワークは、雷のストロークに対して非常に低い抵抗値の接地パスを提供します。

この高電圧保護の方法は非常に単純かつ経済的ですが、主な欠点は、異なるフィーダーを通じて変電所に到達する可能性がある進行波からシステムを保護できないことです。

架空地線

この過電圧保護の方法は、接地スクリーンと似ています。唯一の違いは、接地スクリーンが電力変電所の上に設置されるのに対し、架空地線は電力送電ネットワークの上に設置されることです。適切な断面積の1本または2本のGIワイヤーが送電導体の上に設置されます。これらのGIワイヤーは各送電塔で適切に接地されています。これらの架空地線または地線は、送電導体に直接雷が落ちるのではなく、雷のストロークを地面に導きます。

雷避雷器

前述の2つの方法、つまり接地スクリーンと架空地線は、直撃雷からの電力システムの保護に非常に適していますが、これらの方法は、変電所の設備に伝播する可能性のある高電圧進行波に対する保護は提供できません。
雷避雷器は、高電圧進行波に対して非常に低いインピーダンスの接地パスを提供する装置です。
雷避雷器の概念は非常に単純です。この装置は非線形の電気抵抗として機能します。電圧が増加すると抵抗が減少し、逆もまた然りです。

雷避雷器またはサージディバイダーの機能は以下の通りです。

1. 通常の電圧レベルでは、これらの装置はシステム電圧を容易に耐えられ、電気絶縁体として機能し、システム電流の導通パスを提供しません。

2. システム内で電圧サージが発生した場合、これらの装置はサージの余剰電荷が接地するための非常に低いインピーダンスのパスを提供します。

3. サージの電荷を接地に導いた後、電圧は正常なレベルに戻ります。雷避雷器は適切に絶縁を回復し、さらなる接地への電流の導通を防ぎます。

電力システムで使用される様々なタイプの雷避雷器があります。例えば、棒ギャップ避雷器、ホーンギャップ避雷器、多ギャップ避雷器、排出型LA、バルブ型LAなどがあります。
さらに、現在最も一般的に使用されている過電圧保護用の雷避雷器には、ギャップレスZnO避雷器もあります。

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