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昨年8月、ルソン島南部の電力会社の現場監督が、竣工時に問題なく見える設置状況の写真をメールで送付してきました。13.8 kVの地上据付型変圧器、そのブラケットに取り付けられた新しいポリマー製避雷器、そして新しく塗装された外観——一見、何の異常もありませんでした。しかし、当初の仕様書には記載されていなかった2つの点がありました。1つは、避雷器端子と変圧器タンクとの間に4フィート（約1.2メートル）の巻き戻し配線が存在したこと。もう1つは、アース導体が接地パッドへまっすぐ下ろされるべきところを、 mounting bracket（取付ブラケット）内を通って迂回していたことです。その3週間後、当該配電線路に落雷がありました。避雷器は無傷で生き残りましたが、一次巻線は破損しました。
避雷器の役割——および、それが果たせないもの
現代の 変圧器の雷保護 この回路方式は、ギャップのない金属酸化物バリスタ（MOV）を中心に構成されています。バリスタの基準電圧以下では、ほぼ開放回路と同様に動作し、数マイクロアンペア程度の極めて小さな電流しか流しません。基準電圧を超えると、その抵抗値が急激に低下し、サージ電流をアースへ分流させ、次の半周期が始まる前までに高インピーダンス状態へと自動的に復帰します。 IEEE C62.11-2020 この規格は、装置そのものについて定義しており、1,000 Vを超える48～62 Hz用の金属酸化物避雷器を対象としています。これらの避雷器は、雷サージおよび開閉サージを放電電流を流すことで制限し、その後、系統の商用電流の流れを自動的に抑制します。本規格は2020年9月に発行された現行有効な標準です。
避雷器はサージを吸収するのではなく、それをクランプ（制限）します。巻線が実際に受けるのは、避雷器の放電電圧です。 プラス これは、避雷器端子から保護対象ポイントへ至るリード線に発生するサージ電圧を意味します。これら二つの用語はいずれも実在する概念ですが、後者のみが、設置当日にレンチを使って実際に調整可能です。
完璧に選定された避雷器でも、不適切に設置されれば意味がありません。避雷器の選定と接続は、それぞれ異なる作業であり、発注者は通常、そのうちの一方のみを委託します。
変圧器のサージ保護は、定格kVではなくMCOV（最大連続運転電圧）から始まります。
当社の技術部門に届く入札依頼書（RFQ）の多くでは、避雷器が定格電圧で指定されています。「10kV避雷器」「18kV避雷器」などです。この数値は耐荷重サイクル性能を示すものであり、単体では、その避雷器がお客様の系統に適合するかどうかについてほとんど何も示していません。適用可否を決定する数値は Mcov ——最大連続運転電圧（MCOV）です。これは、避雷器が端子間に長時間（無期限）にわたって保持できる最高実効電圧を表します。
MCOV（最大継続運転電圧）は、変圧器ではなく系統の接地方式によって設定されます。有効接地方式の系統では、避雷器は通常運転時に線間対地電圧を受けるため、必要なMCOVは最大線間対地電圧そのもの、すなわち12.47 kVの多点接地方式系統では7.65 kVとなります。一方、非接地またはインピーダンス接地方式の系統では、一相の地絡故障時に健全相の対地電圧が最大線間電圧に近づくため、MCOVは最大線間電圧の90％以上である必要があります。同じ変圧器、同じ電圧クラスであっても、系統の接地方式によって適切な避雷器は大きく異なります。
| 系統の線間電圧（kV、公称値） | 避雷器のMCOV — 有効接地方式（kV） | 避雷器のMCOV — インピーダンス接地または非接地方式（kV） |
| 4.16 | 2.55 | 5.10 |
| 12.47 | 7.65 | 15.30 |
| 13.80 | 8.40 | 15.30 |
| 24.94 | 15.30 | 29.00 |
| 34.50 | 22.00 | 推奨されない |
これらの数値はハベル・パワーシステム社が公表している避雷器適用データに基づくものであり、北米の配電系統で実際に見られる仕様と一致しています（ ハベル・カタログ70『サージアレスタ』 実際の影響を明確に述べておく価値があります。仕様書に「非接地系」と記載されているにもかかわらず、実際の系統が4線式多点接地である場合、必要なMCOV（最大継続運転電圧）のおよそ2倍のMCOVを備えた避雷器を購入することになります。その結果、放電電圧が高くなるため、本来低く抑えようとしていたこの数値が逆に上昇してしまうのです。
データシートを読む際に役立つもう一つの関係があります。避雷器の定格電圧は、おおむねそのMCOVの約1.25倍です。そのため、定格電圧10kVの配電用避雷器のMCOVは約8.4kVとなり、また、同一変圧器について接地方式の仮定を変更した場合、この2つの数値は連動して変化します。
リード線長、接地方式、そして実際に意味のある保護マージン
購入者が見落としがちなポイントがあります。避雷器と保護対象機器の間の導線（リード線）は、サージ発生時に絶縁耐圧に電圧を追加します。これは、電流がこの距離を往復しなければならないためです。IEEEの金属酸化物避雷器適用ガイドでは、10 kA時の追加電圧を1フィートあたり1.6 kVとしており、FM承認規格DS 5-11（電気機器の雷・サージ保護）でも同様の数値が採用されています。
| 避雷器リード線長（フィート） | 10 kA時の追加電圧（kV） | 95 kV BIL巻線に対する割合 |
| 1 | 1.6 | 1.7% |
| 2 | 3.2 | 3.4% |
| 4 | 6.4 | 6.7% |
| 10 | 16.0 | 16.8% |
この 保護余裕率 これがすべてを結びつける計算式です。巻線のBILから避雷器の放電電圧とリード線による電圧上昇分を差し引いた後、その結果をBILで割ります。13.8 kV配電変圧器の場合、標準一次絶縁レベルは95 kV BILであり、推奨される最低限の 保護余裕率 保護余裕率は20％です。10フィートのリード線は、この95 kVのうち16 kVを消費します——すでに推奨される余裕率にほぼ相当する値であり、これに加えて避雷器の放電電圧分がさらに差し引かれることになります。
アース接続が失敗するのは、静かに、しかも同様の方法で起こります。アースリード線は短く、まっすぐに引き、取付ブラケットとは分離して配線し、タンクおよび充電ステーションのアースグリッドと接合された専用パッドに接続する必要があります。ボルト締めのブラケット部品を介してアース経路を配線すると、雷サージが到来したまさにその瞬間に腐食・緩み・インピーダンス増加を招く接合部が生じてしまいます。 NFPA 780 『落雷保護システム設置基準』は、現在2026年版が最新であり、北米の検査担当者が最も多く参照する基準です。レイアウト承認の前に必ず読み、故障発生後に読むのは遅すぎます。
ご購入予定の変圧器に適した避雷器クラスの選定
避雷器は、想定されるサージエネルギーおよび地絡電流への耐性によって分類されており、そのクラスは、避雷器の後段（負荷側）に配置される機器の重要度に応じて選定すべきものです。発注金額の規模ではありません。
| 避雷器クラス | 代表的なアプリケーション | 選定上の留意点 |
| 分布 | 12.47～34.5kV配電用変圧器（地上据付型およびリザーポール型） | 定格放電電流は10 kAです。通常使用向けは、負荷が軽い農村部の配電線に適しています。過酷な使用条件（装置が屋外に設置される場合や配電線が長い場合など）には、重-duty仕様をご選択ください。 |
| 中級 | 小規模変電所、中圧開閉装置、5 MVAを超える変圧器 | 配電用避雷器よりも高いエネルギー耐量を備えています。保護対象機器の価格が高く、雷暴露リスクも大きい場合に使用されます。 |
| 駅 | 送電用変圧器および重要変電所 | 最高レベルのエネルギー耐量および短絡電流耐量を有します。IEEE C62.11規格では、圧力解放動作特性およびグレーディング要件が明示されています。 |
北米におけるパッドマウント変圧器では、避雷器は通常、専用ブラケットとカバーを用いてタンク本体にボルト固定され、アース導線はタンク側面に溶接されたアースパッドに接続されます。この構造は単なる装飾ではありません。避雷器のベースから接地された鋼材へ至る、実現可能な最短経路であり、また見積段階で当社エンジニアが計算した導線寄与分の範囲内に収めるために必要な唯一の経路です。
現場で繰り返し見られる3つの避雷器トラブル
交換用ユニットの見積もりを出す前に、既設の設置状況の写真をいただきますようお願いしておりますが、同じ3つのパターンが繰り返し見られます。
- 巻き取り式またはループ状のリード線。 作業員が6フィート（約1.8メートル）のリード線を持ち、そのうち18インチ（約45センチメートル）だけが必要な場合、残りの部分をタンクに沿ってきれいに巻き取ってしまうことがあります。しかし、1巻きするごとにインダクタンスと電圧が増加します。リード線は「整理する」のではなく、「短くする」必要があります。
- マウントブラケットを通じたアース経路。 これは迅速ではありますが、誤りです。設置当日においても、また海岸近くの敷地で2冬を経過した後においても、ブラケットのボルトはアース導体にはなりません。
- 避雷器の選定が変圧器のkVA容量に基づいており、系統のアース方式に基づいていません。 ユニットのkVA定格はMCOV（最大継続運転電圧）とは無関係です。MCOVを決定するのはアース構成であり、これは配線図上に単一のラインで明記されるべき事項です。
最初の障害の奥に、さらに別の障害が隠れています。外部遮断器付き配電用避雷器は、短絡故障を起こすと導線を自動的に脱落させます。これはまさに望ましい動作ですが、この遮断器には、常に確実に空気ギャップを確保する必要があります。実際に開けて確認したところ、たった1本の細いワイヤーが触れてしまっていたり、季節を越えて昆虫が巣を作っていたりして、このギャップが意図せず短絡されていた事例がありました。避雷器自体は物理的に存在していましたが、実際には何の保護も行っていませんでした。
すべての変圧器注文にサージ保護を標準搭載する当社の取り組み
ライアン・エレクトリック社は2007年より変圧器の製造を手掛けており、2023年からはイートン社との合弁事業パートナーとして活動しています。丹陽工場（敷地面積12万平方メートル、生産・試験設備180台以上、特許37件）では、絶縁試験棟にて、仕様書で定められた通常試験に加え、必要に応じてインパルス試験も実施しています。銘板に記載されたBIL値は、当該設計が実際に合格した試験レベルです。
避雷器を含む注文の場合、お客様からご提供いただいた系統の接地方式に基づいてMCOV（最大継続運転電圧）を決定し、部品明細書（BOM）に取付ブラケットおよびカバーを記載します。また、設置作業者が便利なボルトではなく、直接接続できるよう、アースパッドを溶接します。ULおよびCSA認証対応製品では、ブラケット、アースパッド、タンクの等電位 bonding は、現場用アクセサリとして扱わず、アセンブリの一部として審査されます。
変圧器用サージ保護に関するRFQ（見積依頼書）に記載すべき事項
RFQに4行追記するだけで、後工程での設計変更を防げます。いずれも図面から1分以内に確認できる情報です。
- 系統の接地方式： 有効接地、インピーダンス接地、非接地、またはデルタ結線 — さらに、定格電圧だけでなく、系統の最大電圧も併記してください。
- 必要なMCOV（最大継続運転電圧） すでに算出済みの場合はその値と、指定予定の避雷器クラスを明記してください。
- 実装方法： タンクブラケット、横架台（クロスアーム）、制御盤内、または開閉器キュービクル内など、設置場所を明示してください。
- 実際の配置における実現可能なリード長 実際の配置におけるリード長と、アースパッドの接続位置（着地位置）を明記してください。
上記4つの回答を含む単線結線図および現場配置図をお送りください。当社より、避雷器の選定結果、放電電圧、リード線による電圧上昇分、および最終的な 保護余裕率 を見積書に記載いたします。これにより、豪雨後の変電所ではなく、お客様のデスク上で書面による検討が可能になります。アプリケーションエンジニアリングチームへのお問い合わせは、[email protected] までお願いいたします。また、「 オイルインマージドトランス であり、 パッド取り付け型トランスフォーマー 」の製品ページから、特定プロジェクト向けのサイズ選定サポートをリクエストすることもできます。
著者について
本記事は、配電・送電・再生可能エネルギー分野のプロジェクトに対応するトランスフォーマー製造メーカー「ライアン・エレクトリック（江蘇ライアン・エレクトリック有限公司）」のアプリケーションエンジニアリングチームが作成しました。当社のエンジニアは、丹陽試験場で実施される試験を経る設計図面において、避雷器の選定、絶縁協調、接地設計の詳細を同時に規定しています。MCOV（最大継続運転電圧）の選定や、特定プロジェクトにおける保護余裕に関するご質問は、[email protected] までお送りください。