誘導障害

誘導障害とは

誘導障害とは、送電線に流れる電流によって生じる電磁誘導や、送電線との間に生じる静電誘導によって、本来電流が流れるべきではない他の送電線や通信回線に電流が流れ込み、人に危害を与えたり、通信障害を引き起こしたりする現象です。

誘導障害のメカニズム

静電誘導

近接した導体間には静電容量が存在し、コンデンサのような状態になります。一方の導体に電荷が存在すると、その影響で、直接接続されていなくても、もう一方の導体にも電荷の偏りが生じます。この時、もう一方の導体に発生する電圧の大きさは、相互静電容量と導体線の電圧によって決まります。

一方の導体に電流が流れると変動磁界が発生し、この磁界がもう一方の導体と交わると、電磁誘導によってもう一方の導体に電圧が発生します。この電圧の大きさは、導体間の相互インダクタンス、電流の大きさ、そして平行に走る電線の長さに依存します。

これらの誘導現象によって発生する電圧は、本来電流が流れるはずのない場所に電流を流し、人体への影響や通信回線へのノイズの原因となります。このため、様々な対策が講じられ、規格によって許容される誘導障害の値が制限されています。

静電誘導による誘導障害とその対策

静電誘導による誘導障害は、高圧送電線の近くを通る人が刺激を受けたり、周辺の回線に異常な電流が流れたりする形で現れます。高圧送電線の直下では、電界の強さが3kV/mを超えないように規制されています。また、通信線に対しては、電圧60kV以下の場合、12kmあたり2mA、60kV超の場合、40kmあたり3mAを超えないように規定されています。

対策としては、送電線の高さを高くして地上における電界の強さを一定値以下に抑えることが基本です。そのため、電圧の高い送電線ほど高い位置に設置されます。また、送電線が2系統並んでいる場合には、それぞれの相の配列を逆にする逆相配列が採用されることがあります。静電シールドのような適切な遮蔽や接地も有効です。

電磁誘導による誘導障害とその対策

三相[[交流]]で完全に平衡が取れている場合には、電磁誘導による障害はほとんど発生しません。しかし、地絡事故や相間に不平衡がある場合、または電流に高調波成分が含まれる場合には、近隣の通信回線などに電磁誘導による障害が発生します。

このため、送電線で落雷などの地絡事故や相間短絡事故が発生した際には、迅速にこれを検出して遮断器などで除去する必要があります。また、負荷のバランスをとり、零相電流ができるだけ流れないようにすることも重要です。送電線の各相の位置が固定されていると不平衡になりがちなので、一定間隔ごとに相の位置を入れ替える撚架（ねんが）を行うことも有効です。通信回線側では、高圧送電線とできるだけ距離を置いて配線したり、遮蔽ケーブルや保安器を設置するなどの対策があります。

鉄道における誘導障害

鉄道では、直流電化の鉄道では変電所で、交流電化の鉄道では車上の整流器で交流を直流に変換する際や、インバータなどの制御器で電力変換を行う際に高調波のノイズが発生し、これが誘導障害の原因となっています。

日本で最初に鉄道による誘導障害が観測されたのは1925年の豊川鉄道の水銀整流器によるもので、その後、フィルタの挿入などの対策が行われました。交流電化区間においては、通信への障害を抑制するためにBT饋電方式やAT饋電方式などの饋電方式が工夫されています。

鉄道では、信号保安システムや踏切制御システムへの影響が特に大きな問題です。これらのシステムは安全の根幹を支えており、誘導障害によって動作が不安定になると事故につながる可能性があります。特に、軌道回路が車両の位置を検知するために用いている信号電流にノイズが混入すると、システムの誤動作を招く恐れがあります。

PWM制御が導入されるようになってからは、制御装置から発生する高調波ノイズが、信号保安システムや踏切制御システムへ与える影響が問題化しました。そのため、軌道回路の信号電流周波数との関係を慎重に試験し、対策を施す必要があります。車両側では制御器筐体の接地や遮蔽、地上側ではHMCR装置により特性インピーダンスに等しい抵抗で回路を短絡するといった対策が行われています。

新型車両は、深夜などの営業時間外に試運転を入念に行った後、営業運転を開始することが一般的です。

鉄道における電磁両立性（EMC）については、ヨーロッパ規格EN 50122シリーズをもとに制定された国際規格IEC 62236で基準が定められています。

まとめ

誘導障害は、電気設備が安全かつ円滑に機能するために、適切に対策を講じる必要がある現象です。送電線や鉄道における誘導障害のメカニズムを理解し、それぞれの状況に応じた対策を講じることで、事故を未然に防ぐことが重要です。

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