報告書番号

GD21015

タイトル（和文）

VSTL REV に基づく発変電所低圧制御回路のサージ解析技術の開発（その２） －金属シース付制御線のモデル化手法の開発とその制御線誘導サージ解析への適用－

タイトル（英文）

Development of techniques for surge analysis of low-voltage control circuits in power plants and substations based on VSTL REV (Part 2) - Development of a technique for representing shielded control cables and its application to the analysis of surges induced on control cables -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

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。当該回路の適切なサージ・イミュニティ対策を確立するために，これまで，サージ現象の実験的な評価とともに，サージ・過渡電磁界現象解析プログラム VSTL REVを用いることで，接地網を含む誘導サージ現象の高精度な解析が可能であることを明らかにした。また，VSTL REV を低圧制御回路のサージ現象の解析に適用するために，保護継電装置や計器用変成器の模擬手法を開発した。さらに，VSTL REV を用い，変電所へ侵入する雷に起因して，主回路や接地網を伝搬するサージによる制御線誘導電圧の解析を行ってきた。しかし，これらの解析では，低圧制御回路のサージ対策として用いられる金属シース付制御線の効果は検討されておらず，本報告では以下の点について検討した結果について述べる。

1. 金属シース付制御線のモデル化手法の開発
VSTL REV を低圧制御回路の雷サージ解析に適用するため，FDTD法に基づくサージ解析のための，金属シース付制御線のモデル化手法を開発した。本モデルでは，制御線の金属シースは FDTD法の細線導体で模擬し，金属シースを伝搬する電流によって制御線内の心線に生じる誘導電圧・電流は，金属シース－心線間の表面伝達インピーダンスの影響を考慮した伝送方程式を解くことによって求める。
2. VSTL REV の低圧制御回路の雷サージ解析への適用
金属シース付制御線（金属シースは両端で接地）を用いて低圧制御回路の実験回路（計器用変流器（CT）－制御線－ディジタル型保護継電装置）を構築し，上記のモデル化手法を実装した VSTL REV において金属シース付制御線を有する実験回路を模擬した。次に，接地構造物に雷インパルス電流を注入した際の，接地構造物の過渡電位上昇，制御線の金属シースを伝搬する電流，制御線に誘導される電圧を計算した。この結果，VSTL REV による計算波形は，実験回路における実測波形と良好に一致しており，本モデル化手法の妥当性を確認した。これにより，VSTL REV に基づくサージ解析において，両端接地された金属シースによる誘導電圧の低減効果の評価を可能とした。

概要 （英文）

Digital control equipment including sensitive electronic devices are commonly installed in secondary circuits in substations and power plants. Electromagnetic disturbances can be induced in secondary circuits, for example, by lightning. To properly protect control circuits from such electromagnetic transients, it is useful to predict electromagnetic transient phenomena through numerical simulations. Nowadays, the finite-difference time-domain (FDTD) method has become a very powerful tool for analyzing electromagnetic transient phenomena in three-dimensional structures and grounding systems. In this study, first, we propose a technique for representing shielded control cables, which are used as countermeasure against electromagnetic disturbances in secondary circuits, for FDTD-based surge simulations, and confirm its validity through comparison with measured results. Secondly, using the proposed technique, we simulate a shielded control cable placed over a grounding structure, and by injecting a lightning impulse current into the grounding structure, we calculate currents flowing through the grounding structure, ground potential rises of the grounding structures, and voltages induced on the shielded control
cable, and compare the calculated results with measured waveforms for validation.

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