構造計画研究所 | 情報通信グループ

雷サージ解析技術

雷サージとは、落雷により発生する過度的な高電圧・大電流のことであり、電気設備や構造物ときには人命に被害を与えます。被害低減のためには、雷サージの影響を正確に予測し、適切な対策を講じることが重要です。
雷サージの影響予測には、従来は雷による電気現象を電気回路に置き換える「回路解析法」が用いられてきました。ただ、回路解析法には建物等の3次元構造を正確に模擬できないという課題があります。そこで、近年では、精緻な3次元構造を模擬可能な「数値電磁界解析法」の一つである「時間領域差分法（FDTD法）」を用いて雷サージの影響を予測することが増えています。

FDTD法は、電磁界理論であるマックスウェル方程式を空間・時間領域で離散化して逐次で解く手法であり、従来から無線アンテナ技術の分野では広く活用されています。並列計算が得意なGPUと非常に相性が良く、GPUにより大幅に計算速度を向上させることができ、大規模な解析も高速に計算できることから、雷サージ解析への応用も進んでいます。

雷サージ解析事例

FDTD法による雷サージ解析事例としては以下の①橋梁への落雷解析、②接地電極の等電位化解析、③歩幅電圧解析、④風力発電設備の雷保護解析などがあります。本解析には電磁界解析ツールXFdtdを使用しています。

①橋梁への落雷解析

落雷後からの橋梁構造内の電流の発生やグラウンディング（アース）の状況等を評価できます。

②接地電極の等電位化解析

落雷後に地盤に逃がした電流により、周辺地表面に危険な電位差が発生しないよう、複数の接地電極を導線で接続する「等電位ボンディング」の効果を評価できます。

③歩幅電圧解析

落雷時の砕石（砂利）による歩幅電圧の低減効果を人体内の電流密度から評価できます。

④風力発電設備の雷保護解析

風車ブレードのダウンコンダクタの絶縁の効果を評価できます。

以上、「数値電磁界解析による雷サージ解析とは？FDTD法による解析技術を紹介」でした。

構造計画研究所では、目的にあわせたシミュレータを複数取り扱っております。
雷サージ解析には以下の電磁界解析ツールXFdtdが対応しております。