絶縁協調とは？LIWV・避雷器・保護レベルの決め方

「6.6kV機器なら雷インパルス60kVだから安心」「LAを引込口に付ければ盤内全部が守られる」という判断は、絶縁協調ではありません。60kVがどの機器のどの端子間・試験条件か、LA動作時に被保護端子へ実際に何kV現れるかが抜けているためです。

この記事では高圧受電設備を中心に、過電圧の分類→LIWV→避雷器の保護レベル→保護余裕→配置・接地→開閉サージ→点検・更新の順で整理します。避雷器の役割と点検は高圧避雷器（LA）の役割、盤内の相間・対地距離はキュービクル母線の離隔で詳しく扱っています。

絶縁協調は「強くする」だけの設計ではない

電気学会の電気専門用語集は絶縁協調を、系統各部の絶縁の強さについて、技術・経済・運用の面から合理的な状態になるよう協調を図ることと定義しています。すべての機器を無制限に高耐圧化するのではなく、発生し得るストレスと保護装置を評価し、必要な絶縁レベルを配置します。

過電圧を雷・開閉・短時間の3群へ分ける

雷は急しゅんな短時間波形、開閉サージは一般に雷より緩やかで長い波形、短時間過電圧は商用周波付近で数ミリ秒から数秒続く場合があります。同じ30kVでも波形と持続時間が違えば、絶縁物とLAへ与えるストレスは同じではありません。

定格電圧・商用周波耐電圧・LIWVを混同しない

• 定格電圧：機器を設計・選定する基準となる電圧区分で、連続耐電圧そのものではない。
• 商用周波耐電圧：規定された交流試験電圧と時間に耐えることを確認する。
• LIWV：雷インパルス耐電圧試験で印加する標準雷インパルス電圧の波高値。
• 使用電圧：実際の系統で運転する電圧。最高電圧、接地方式、異常時上昇も見る。

三菱電機の計器用変圧器資料などで「22/60kV」と表す場合、前が商用周波耐電圧、後が雷インパルス耐電圧です。6.6kVを22倍・60倍する意味ではありません。

LIWVは試験電圧の波高値で、常時許容値ではない

LIWVはLightning Impulse Withstand Voltageの略です。電気学会は、雷インパルス試験電圧の波高値であり、絶縁協調上要求される標準雷インパルスへの絶縁レベルという意味にも使うと説明しています。

したがって「LIWV 60kVの機器なら、端子に60kVが繰り返し加わっても劣化しない」とは読めません。規定波形、極性、印加回数、端子接続、判定方法を持つ耐電圧試験の値です。実運用は、その水準へ達する前に保護装置でストレスを抑える設計にします。

BILとLIWVは文書の規格体系を確認する

BIL（Basic Impulse Insulation Level）という語は海外規格や旧資料で広く使われます。実務会話でLIWVとほぼ同じ意味に扱われることがありますが、規格、基準電圧、試験波形、適用端子を確認せず数値だけ置換しません。

国内の仕様書では「雷インパルス耐電圧」「LIWV」「LI」の表記が使われます。比較表には、規格番号・版、機器種別、試験対象、全波・裁断波、対地・相間・開極間を列として残します。

6.6kV系の22/60kVは代表例であって万能値ではない

東芝産業機器システムの6kVモールド変圧器は、一次側の交流試験電圧22kV、雷インパルス試験電圧60kVを基本仕様に示しています。三菱電機の計器用変圧器資料も6.6kV回路に22/60kVを示します。

一方、農林水産省の電気設備計画設計技術指針には、6kV系の絶縁強度を旧表現6A・6Bとして60kV・45kVに分けた表があります。機器、設置場所、保護条件によって低い標準系列を採る例があるため、「6.6kVなら全品60kV」と転記しません。銘板・承認図・適用規格で機器ごとに確認します。

低減絶縁は単なるコスト削減ではない

電気学会は低減絶縁を、避雷器などの保護の度合を考慮し、初期の標準値より低い絶縁レベルを選ぶことと定義しています。保護装置の特性、配置、接地、信頼性を設計条件へ組み込んだ結果です。

既設設備でLAを撤去したり、保護対象を遠くへ移したり、ケーブルルートを変えたりすれば、低減絶縁を成立させた前提が崩れます。更新時は新機器のLIWVだけでなく、旧設計の保護条件を復元します。

避雷器の定格電圧と制限電圧は別の値

LAの選定・比較では、少なくとも次を分けます。

• 定格電圧：系統の最高使用電圧、接地方式、地絡時の健全相上昇、除去時間へ適合する値。
• 公称放電電流：特性を表示する基準となる放電電流の波高値。
• 制限電圧：所定の放電電流が流れたときLA端子間に残る電圧。
• 放電開始電圧：直列ギャップ付LAで放電へ移る電圧特性。
• 放電耐量：雷・方形波等の所定電流に耐える動作責務。

「定格8.4kVだから8.4kVにクランプする」わけではありません。音羽電機工業の6.6kV用製品例では、定格8.4kVに対して制限電圧が33kV以下または30kV以下など、公称放電電流・形式により別値で示されています。

保護レベルは制限電圧一項目だけではない

電気学会は保護レベルを、LAが所定条件で動作したとき両端子間に生じる過電圧の上限値と定義しています。雷インパルス領域では、公称放電電流での制限電圧、急しゅん波の特性、直列ギャップ付では放電電圧特性などから定まります。

カタログの「制限電圧30kV」だけを保護レベルと決めず、ギャップレス・ギャップ付、波形、電流値、急しゅん波、温度、劣化状態を確認します。開閉インパルス領域には別の保護レベルがあります。

機器端子の実効保護レベルを求める

LAカタログ値はLA端子間の特性です。被保護機器の端子へ現れる電圧は、概念的に次の要素を含みます。

雷電流の立上りが急なら、短いリード線でもL×di/dtの電圧が生じます。LAと機器の接地が離れ、雷電流で大地電位が上がれば、その電位差も機器絶縁へ加わります。LAの数字が低くても、配線が長く大きなループを作れば保護効果を失います。

保護余裕は同じ基準点・波形で比較する

説明用には、雷インパルス領域で次の比を置くと関係を見やすくできます。

例としてLIWV 60kV、LA端子の保護レベル33kVでも、配線・接地・反射を評価した実効保護レベルを仮に40kVとすれば、協調比は1.50、余裕率は50％です。60÷33だけで1.82とするより厳しくなります。仮定の7kVを一般値として使わず、必要余裕と補正は適用規格・メーカー・サージ解析で決めます。

LAは被保護機器へ近く、接続線を短くする

経済産業省の技術基準解釈の解説は、避雷器の保護効果が保護対象から離れるほど減少するため、引込口の需要家側に設けるのが一般的と説明しています。音羽電機工業も、架空線とケーブルの接続点、線路末端、屈曲・分岐などで反射を考慮し、有効保護距離を検討するよう案内しています。

受電点LAと変圧器が長い高圧ケーブルで離れる場合、受電点の一組だけで変圧器端子を保護できるかを確認します。距離の一律上限だけで決めず、架空・ケーブルのサージインピーダンス、終端反射、分岐、機器位置、雷侵入方向を単線図と配置図へ重ねます。

線路側と接地側リード線を一つのループで見る

LAを母線から分岐する線路側リードと、LAから接地母線へ下ろす接地側リードの合計が保護回路です。片方だけ短くしても、もう片方が長く迂回すれば誘導電圧が増えます。

• LAを保護対象の線路端子と接地端子の近くへ配置する。
• 接続線を短く、急な折返しや大きなループを避ける。
• 雷電流経路と制御・通信線の結合を減らす配置にする。
• LA、盤、変圧器ケースの接地点と電位差を配置図で確認する。

「接地抵抗が10Ω以下だから十分」ではなく、高周波インピーダンスと共通インダクタンスを含む雷電流経路を見ます。

A種接地は法令条件であり、保護性能の計算も別に要る

現行の電気設備技術基準の解釈は、高圧・特別高圧のLAにA種接地工事を求めています。また、高圧架空線路用LAにはJESC規格による例外があります。受電設備のLAを配電線路の例外値へ安易に置き換えません。

雷電流Iが接地インピーダンスZを流れれば、概念上I×Zの電位上昇が生じます。商用周波の接地抵抗測定値だけで急しゅん雷電流時の電位上昇を完全には表せません。接地線長、導体配置、接地網、等電位ボンディングを含めて機器端子間電圧を抑えます。接地工事の区分はA種・B種・C種・D種接地も参照してください。

引込口LAだけでは低圧・通信端子を守れない

雷サージは高圧線だけでなく、低圧電源、通信、監視、接地、建物間配線から侵入します。高圧LAが変圧器一次絶縁を保護しても、二次側の電子機器へ必要な保護レベルまで抑える装置ではありません。

高圧LA、低圧電源SPD、通信SPD、シールド、等電位化を侵入境界ごとに段階配置します。複数端子を持つ機器では、電源だけ抑えて通信線との電位差を残さないよう、すべての接続点を同じ雷保護ゾーンで考えます。

VCBの電流裁断サージは雷とは別に評価する

真空遮断器が変圧器・電動機などの小さな誘導性電流を遮断すると、自然電流零点より前に電流が途切れ、回路のLとCで高い電圧を生じることがあります。雷が来なくても起きる開閉過電圧です。

三菱電機のVCB資料は、発電機・電動機・乾式変圧器など負荷ごとに、汎用品、低サージ形、LA、CRサプレッサの適用を分けています。LAなら何でも代替できるとは限らず、回転機の逆起電力、変圧器絶縁、開閉頻度、ケーブル長を候補VCBのサージ保護基準へ照合します。

耐電圧試験時はLA・VT・サージ抑制器の扱いを確認する

盤全体へ商用周波耐電圧を印加すると、LAやCRサプレッサが試験電圧で動作・損傷したり、試験結果へ影響したりする場合があります。三菱電機のVCB資料は、盤の一括耐電圧試験時にCRサプレッサを回路から切り離す必要がある例を示しています。

接地形VTにも、規格適合を前提に試験時切離しを求める製品があります。試験電圧を知るだけでなく、対象回路、試験時間、切離す機器、試験後の復旧・接地・警報確認を試験要領書へ明記します。

標高・汚損・湿気は外部絶縁を弱くする

標高が上がると空気密度が下がり、気中絶縁距離の耐電圧が変わります。塩分、粉じん、結露、腐食性ガスが付着すると表面漏れ電流とトラッキングのリスクが増えます。東芝のモールド変圧器基本仕様は標高1,000m以下、所定温度の標準条件を示しており、条件外は個別検討です。

音羽電機工業の高圧LAには一般・耐塩・重耐塩・屋内用などの区分があります。標準盤を高地・海岸・化学工場へそのまま置かず、がいし沿面距離、相間・対地距離、盤の換気・ヒータ、耐食、清掃周期を見直します。環境管理はキュービクルの温度・湿度・結露対策で整理しています。

更新・増設で絶縁協調が崩れる6つの場面

• 60kV級機器の列へ45kV級機器を追加したが、LA保護を再評価していない。
• 変圧器を別室へ移し、LAとのケーブル距離と接地経路が伸びた。
• VCBを更新し、電流裁断特性が変わったがサージ抑制器を流用した。
• 屋内用LAを屋外・塩害地域へ移設した。
• 耐電圧試験後にLA・VT・CRの復旧漏れがあった。
• 太陽光・発電機・長距離ケーブルを追加し、運転方式と過電圧源が変わった。

機器単体の更新でも、隣接機器、線路、接地、開閉方式を一枚の協調表で再確認します。

絶縁協調を進める12ステップ

1. 単線図で電圧階級、接地方式、架空・ケーブル区間を整理する。
2. 常規電圧、最高電圧、地絡時健全相電圧と除去時間を求める。
3. 雷、開閉、短時間過電圧の発生源と侵入経路を列挙する。
4. 保護対象を変圧器、VT・CT、VCB、LBS、ケーブル等に分ける。
5. 各端子間の商用周波耐電圧、LIWV、適用規格を集める。
6. LAの定格電圧、公称放電電流、保護レベル、耐量を選ぶ。
7. 開閉サージにLA・CR・低サージ機器のどれが適するか確認する。
8. LAと保護対象の距離、分岐、終端、反射を配置図で評価する。
9. 線路側・接地側リード、接地網、電位差を含む実効保護レベルを求める。
10. LIWVと同じ波形・基準点で比較し、規定の協調余裕を確認する。
11. 標高、汚損、湿気、温度、経年、施工ばらつきを補正する。
12. 耐電圧試験、点検、LA交換、増設時の再評価条件を文書化する。

点検ではLAの状態と協調条件の変化を分けて見る

LA本体では、ひび、欠け、汚損、放電痕、変色、膨れ、接続部過熱、断路装置・動作表示、接地線腐食・緩みを確認します。漏れ電流や絶縁抵抗の判定、交換基準はLA形式とメーカー手順を使います。

同時に、保護対象の移設、ケーブル延長、盤増設、接地改修、VCB更新、環境変化、雷害・動作履歴を確認します。LAが正常でも、保護距離と接地経路が変われば協調は崩れます。年次点検の全体像はキュービクルの点検項目へつなげてください。

仕様書・協調表へ残す30項目

系統名称、電圧階級、最高電圧、周波数、接地方式、地絡電圧、除去時間、雷侵入点、開閉機器、負荷種類、架空線長、ケーブル種類・長さ・終端、機器名称、機器形式、端子区分、適用規格・版、商用周波耐電圧、LIWV、低減絶縁の有無、LA形式、LA定格電圧、公称放電電流、雷・開閉保護レベル、放電耐量、LA位置、線路・接地リード長、接地構成、実効保護レベル、協調余裕、標高・汚損・環境補正を残します。

単線図、配置図、接地系統図、メーカー承認図、LA特性表、サージ解析、耐電圧試験要領、点検・雷害履歴を同じ設備番号へひも付けます。

よくある12の誤解

• 絶縁協調とは、すべての機器の耐電圧を最大にすることである。
• LIWVは常時加えてよい電圧の上限である。
• 6.6kV機器のLIWVは例外なく60kVである。
• BILとLIWVは規格や端子条件を見ず数値だけ置換できる。
• LA定格8.4kVならサージを8.4kVへ制限する。
• 制限電圧だけ見ればLAの保護レベルが決まる。
• LAカタログ値と機器端子の実効保護レベルは同じである。
• A種接地10Ω以下なら接地線の長さ・配置は無関係である。
• 引込口LA一組で、距離に関係なく全高圧機器を保護できる。
• 高圧LAがあれば低圧電源・通信線のSPDは不要である。
• VCBの開閉サージも雷サージと同じ対策で必ず抑えられる。
• LA本体が正常なら設備更新後も絶縁協調は変わらない。

理解度チェック｜オリジナル3問

まとめ

• 絶縁協調は、過電圧・保護レベル・機器耐電圧を同じ波形と端子間で比較する。
• LIWVは標準雷インパルス試験電圧の波高値で、常時許容電圧ではない。
• LAの定格電圧、制限電圧、保護レベル、公称放電電流、耐量を分ける。
• 実効保護レベルには、リード線誘導電圧、接地電位差、距離・反射を含める。
• 雷、VCB開閉サージ、短時間過電圧、低圧・通信侵入を別々に保護する。
• 機器移設・VCB更新・ケーブル延長・環境変化のたびに協調を再評価する。

公式資料・一次情報

• 電気学会：電気専門用語集「絶縁協調」
• 電気学会：電気専門用語集「LIWV」
• 電気学会：電気専門用語集「保護レベル」
• 電気学会：電気専門用語集「低減絶縁」
• 経済産業省：電気事業法 告示・内規等
• 経済産業省：電気設備の技術基準の解釈
• 経済産業省：電気設備の技術基準の解釈の解説
• 農林水産省：電気設備計画設計技術指針・絶縁協調
• 音羽電機工業：6.6kV用高圧配電用避雷器の特性
• 音羽電機工業：高圧設備の耐雷対策
• 東芝産業機器システム：高圧モールド変圧器・絶縁強度
• 三菱電機：高圧真空遮断器・サージ保護基準

次に読む記事

この記事を書いた人：資格太郎電気工事士の独学合格を目指して学習中。法令・規格・メーカー一次資料を基に、試験学習と設備管理で混同しやすい境界を整理しています。運営者情報を詳しく見る