地上線または地線

地線（接地線）の定義

地線、または接地線は、落雷保護システムの重要な構成要素です。これは、送電線の上に設置され、支持構造物から別の支持構造物まで伸びる1つまたは複数の導体で構成されています。これらのワイヤは、長さに沿って一定間隔で細心の注意を払って接地されています。

地線の主な機能は、送電線の相導体を標的にする直接的な落雷をインターセプトすることです。落雷電流を安全に地中に導くことで、重要な電気導体の潜在的な損傷から保護し、送電システムの中断なしの運転を確保します。ただし、スイッチングサージに対する影響はなく、これは電力システム内の異なる電気現象によって引き起こされます。

地線の中間に落雷が発生すると、電気波が生成され、線路の反対方向に伝播します。これらの波は最終的に隣接する送電塔に達し、設計された通りに電気エネルギーを地中に安全に導きます。しかし、地線の効果は、塔脚と地中との抵抗が十分に低いかどうかという重要な要因に依存しています。高い抵抗値は、落雷電流の効率的な散逸を妨げ、地線の送電線保護能力を低下させ、電気サージや機器の損傷につながる可能性があります。

塔脚と地中との抵抗が十分に低くない場合、地線または塔が落雷を受けた場合、非常に高い電位が誘起されます。この高電位は、塔から1つ以上の相導体へのフラッシュオーバーを引き起こす可能性があります。このような現象はバックフラッシュオーバーと呼ばれます。

バックフラッシュオーバーは、塔の電流と塔のインピーダンスの積が送電線の絶縁レベルを超えるときに特定して発生します。このリスクを軽減するための有効なアプローチの1つは、塔足部抵抗を減らすことです。土壌抵抗が高い地域では、駆動ロッドとカウンターポイズが一般的に使用されます。

カウンターポイズは、通常、亜鉛メッキ鋼で作られた地中に埋設された導体です。地上端子の場合、カウンターポイズは専用の接地端子として機能します。その役割は、接地接続のサージインピーダンスを減少させ、地線と導体との結合を強化することで、システム全体の落雷保護性能を向上させることです。

送電線では、並列カウンターポイズと放射状カウンターポイズの2つの主要なタイプのカウンターポイズが利用されています。

並列カウンターポイズ

並列カウンターポイズは、送電線の全長にわたって地中に敷設された1つまたは複数の導体で構成されています。これらのカウンターポイズ線は、すべての塔とポールで地上地線に接続されています。この構成は、落雷時に電流を均一に分散させ、高電圧の蓄積を減らし、バックフラッシュオーバーの可能性を最小限に抑えるのに役立ちます。

放射状カウンターポイズ

放射状カウンターポイズは、塔脚の基部から放射状に広がる一連のワイヤーを特徴としています。これらのワイヤーの具体的な数量と長さは、塔の地理的位置と土壌条件という2つの重要な要因に基づいて慎重に決定されます。これらの変数は、カウンターポイズの効果性を最適化し、塔足部抵抗を減らし、送電線の全体的な落雷保護を向上させるために重要な役割を果たします。

シールディングまたは保護角度

シールディングまたは保護角度とは、地線の垂直配置と保護が必要な相導体との間の角度測定です。一般的には、この角度は地線を通る垂直線と地線から最も外側の相導体を結ぶ線の間の角度として測定されます。この角度は、地線の落雷インターセプト能力と相導体の潜在的な損傷からの保護能力に直接影響を与えるため、空中送電線の落雷保護システムの設計と評価において重要なパラメータです。

シールディングと地線構成の最適化

空中送電線の落雷からの最適なシールディングのために、保護角度を最小限に抑えることが重要です。20°から30°の範囲の角度は、相導体に対して十分な保護を提供する上で非常に効果的かつ安全とされています。エンジニアは通常、保護角度を40°以上に設定することを避けており、これによりシールディング効率が大幅に低下し、落雷が直接導体に当たるリスクが増大します。

現代の高電圧電力システムでは、しばしば導体の間隔が広いため、2本の地線のセットアップが標準となっています。この構成は、従来の単線システムよりも優れた保護を提供します。2本の地線を使用することで、落雷に対する全体的なカバレッジとインターセプト能力が向上するだけでなく、いくつかの電気的な利点ももたらします。例えば、2本の地線システムのサージインピーダンスは低く、落雷による電気サージのより効率的な散逸を可能にします。さらに、2本のワイヤの存在は、地線と相導体との間の結合効果を高め、電荷のバランスをより良く保ち、過電圧のリスクを減らし、高電圧送電インフラストラクチャ全体の信頼性と耐久性を向上させます。