令和5年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問90 解説 問9 問9

送電線路の鉄塔上部に裸線を張り接地した架空地線は、遮へい角が小さいほど直撃雷を防止する効果が高く、雷撃時に鉄塔から送電線へ逆フラッシオーバを生じさせないよう接地抵抗の低減が図られます。

架空地線の構造と遮へい角

架空地線は、送電線の上部に架設される接地された導体であり、雷撃を電線ではなく架空地線に誘い込むことで電線を保護します。この際、架空地線に用いられるのは、高周波的な雷サージに対して良好な放電特性を持ち、物理的な強度も確保できる金属単体である裸線です。

架空地線が送電線を保護できる範囲を決定する指標として、遮へい角が用いられます。遮へい角とは、図に示す通り、架空地線から下ろした鉛直線と、架空地線と送電線を結ぶ直線とがなす角度です。この角度が小さいほど、架空地線はより広い範囲を「傘」のように覆うことになるため、送電線が保護領域内に収まりやすく、直撃雷の防止効果が高まります。

逆フラッシオーバ現象

鉄塔に落雷があった場合、巨大な雷電流が鉄塔を通じて大地に流れます。このとき、鉄塔の接地抵抗が十分に小さくないと、オームの法則（$V=IR$）に従って鉄塔の電位が極めて高い値に上昇します。

鉄塔の電位が急激に上昇すると、鉄塔の腕金（送電線を支持する箇所）と送電線との間の電位差が絶縁耐力を超え、空気の絶縁が破壊されて火花放電が発生します。これを逆フラッシオーバと呼びます。この現象を防止するためには、雷電流が流れた際の鉄塔の電位上昇分を抑える必要があり、鉄塔の接地抵抗を小さくする対策が極めて重要となります。

判断の手順

1. 架空地線は、雷のエネルギーを効果的に捉え、また鉄塔へ流すための導体であるため、絶縁被覆のない裸線を選択します。
2. 架空地線と送電線の位置関係を示す角度は遮へい角であり、この角度が小さいほど、送電線を保護する領域が下方に大きく広がります。
3. 雷撃によって鉄塔の電位が送電線に対して相対的に著しく高まることで発生する放電現象を、逆フラッシオーバとして特定します。

図中の架空地線から送電線に向かって伸びる角度θと、鉄塔の頂部から地表へと流れる雷電流の経路を重ねてみると、電位上昇によって発生する火花放電のメカニズムが見えてきます。

参考リンク

• 架空地線｜電気設備技術基準
• 架空送電線への雷撃とその対策をシミュレーションしてみた
• 電験三種「電力」架空地線の解説