報告書番号

H18011

タイトル（和文）

平面波の高周波電磁界に起因する放射性・伝導性ノイズ解析のためのVSTL REV の開発

タイトル（英文）

Development of VSTL REV for Analyzing Radiative and Conductive Disturbances due to a Plane-Wave Coupling of a High-Frequency Electromagnetic Field

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
電力設備において，雷などに起因して過渡的に過電圧や過電流（サージ）が発生することがある。このため，電力設備において発生するサージ・過渡電磁界現象を高精度に予測し，各種対策手法の効果を評価した上で，合理的な保護対策を実施することが重要となる。当所では，三次元構造物や接地構造物の高精度なサージ現象の解析が可能となる，数値電磁界解析技術に基づく VSTL REV 注 1を開発し，直撃雷や近接雷，開閉機器動作に起因する雷・開閉サージ現象の解析に適用してきた[1]。さらに，上記サージ現象に加え，遠方で生じる LEMP 注 2 のように，平面波の高周波電磁界に起因して，電力設備において発生するサージ・過渡電磁界現象（放射性・伝導性ノイズ）を予測し，効果的な対策を実施する必要がある。
目 的
高周波電磁界に起因する放射性・伝導性ノイズに対する対策を調査する。さらに，VSTL REV を平面波の高周波電磁界の解析に適用可能とするとともに，平面波に起因する伝導性ノイズを予測し，雷害対策設備によるノイズ低減効果を評価する。
主な成果
（１）高周波電磁界に起因する放射性・伝導性ノイズ対策の調査
高周波電磁界に起因する放射性・伝導性ノイズに対する対策を調査した。この結果，機器の重要度や絶縁・イミュニティレベルに応じて適切なゾーンを設定し，ゾーンごとにサージ防護素子や電磁シールドを施すことで，放射性・伝導性ノイズを段階的に低減する方法があることが分かった（図 1）。
（２）平面波に起因する放射性・伝導性ノイズ解析のための VSTL REV の改良
高周波電磁界の影響を平面波として近似し，放射性・伝導性ノイズを計算するため，平面波を模擬する機能を追加して VSTL REV を改良した。解析式による計算結果との比較により，改良した VSTL REV を用いて架空線路に生じる伝導性ノイズ解析が可能であることを明らかとした（図 2）。
（３）平面波に起因する伝導性ノイズに対する雷害対策設備の低減効果の評価
上記において改良した VSTL REV の適用例として，平面波の高周波電磁界によって照射された架空線路に生じる伝導性ノイズを計算した。この結果，雷害対策として設置される架空線路（多点接地）や避雷器の伝導性ノイズ低減効果を確認した（図 3）。
注 1）：Virtual Surge Test Lab. Restructured and Extended Version の略。 注 2）：Lightning Electromagnetic Pulse の略。

概要 （英文）

A high-frequency electromangnetic wave such as a lightning electromagnetic pulse (LEMP) may cause disturbances of sensitive electronic devices and induce voltages and currents in overhead lines and signal cables. To prevent failures and malfunctions of electronic devices and insulation failures in overhead lines properly, it is necessary to predict radiative and conductive disturbances due to such electromagnetic interferences. Recently, with a proliferation of affordable high performance computers and the development of simulation techniques, full-wave numerical approaches, which can solve surge phenomena in three-dimensional structures and grounding systems more accurately than conventional transmission-line theory based simulation methods, have become effective tools for analyzing electromagnetic transient phenomena. CRIEPI has developed a surge simulation code on the basis of the finite-difference time-domain (FDTD) method, which is called VSTL REV (Virtual Surge Test Lab. Restructured and Extended Version), and we have applied VSTL REV mainly to lighting and switching surge analysis. In some cases such as a LEMP arising in the distance, an impinging electromagnetic pulse can be treated as a plane wave, and thus, in this study, we propose a technique for simulating plane waves considering the effect of an imperfect ground, which can be implemented in VSTL REV. Using the improved VSTL REV, we calculate conductive disturbances on a distribution line due to a plane wave coupling, and evaluate the effectiveness of lightning protection methodologies.

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