アークホーンとは？架空地線・避雷器との違いと雷害対策を比較表で図解

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電験三種・電力科目の送電分野では、「雷害対策」の正誤問題がほぼ毎年出題されます。架空地線・避雷器・アークホーンの3つは名前が似ていて混同しやすいですが、実は「守る場所」と「防ぐ方法」がまったく違います。

この記事では、まず異常電圧の種類を整理した上で、3つの防護設備を「鉄塔の図」の中で位置づけながら解説します。最後に試験での正誤パターンをまとめるので、試験直前の確認にも使ってください。

異常電圧とは？｜送電線を脅かす2つのサージ

異常電圧＝通常の運転電圧を大きく超える過電圧

送電線は通常、決められた電圧（例えば66kV、154kV、275kVなど）で運転されています。この通常電圧を大きく超える過電圧が突発的に発生することがあり、これを異常電圧と呼びます。

異常電圧は大きく2種類に分かれます。

雷が送電線を襲うメカニズム｜直撃雷と誘導雷

送電線の雷害対策を理解するには、まず「雷がどうやって送電線にダメージを与えるか」を知る必要があります。雷の攻撃パターンは3種類あります。

攻撃パターン①：直撃雷（電線への直撃）

攻撃パターン②：逆フラッシオーバ（鉄塔への直撃）

攻撃パターン③：誘導雷

雷害対策の全体像｜「防ぐ → 逃がす → 守る」の3段構え

送電線の雷害対策は、1つの設備だけで完結するものではありません。「雷を防ぐ → 侵入した雷を逃がす → 機器を守る」という3段階の防御ラインで構成されています。

架空地線（GW）｜鉄塔の最上部で雷を受け止める「避雷針」

架空地線＝電力線の「上」に張った裸電線

架空地線（Ground Wire：GW）は、鉄塔の最上部に張られた電線です。電力を送るための電線ではなく、雷を自分に誘導して電力線を守るための防護専用の電線です。建物の屋上にある「避雷針」と同じ原理です。

遮蔽角とは？｜架空地線が「守れる範囲」

架空地線の真下から電力線までの角度を遮蔽角（しゃへいかく）と呼びます。この角度が小さいほど（架空地線が電力線の真上に近いほど）、電力線への直撃雷を防ぐ効果が高くなります。

アークホーン｜がいしを守る「身代わりの放電ポイント」

アークホーンとは何か？

アークホーンは、がいしの両端に取り付けられた金属の角（ホーン＝角）のことです。雷サージによってフラッシオーバ（放電）が発生するとき、がいし本体ではなくアークホーン間で放電させることで、がいしの損傷を防ぎます。

アークホーンは「がいし専用のボディガード」

アークホーンの気間（ホーン間の距離）は、がいし連の絶縁耐力よりわずかに低く設定されています。そのため、異常電圧が来たときにがいし本体がフラッシオーバする前に、アークホーン間で先に放電が起きます。

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避雷器（LA）｜異常電圧を「一定値以下」に抑える最終防衛

避雷器とは何か？

避雷器（Lightning Arrester：LA）は、送電線や変電所に侵入した雷サージの電圧を一定値（制限電圧）以下に抑える装置です。架空地線やアークホーンで防ぎきれなかった異常電圧に対する最後の砦として、主に変電所の入口に設置されます。

動作原理｜酸化亜鉛（ZnO）の非直線性

現在主流の避雷器は酸化亜鉛（ZnO）素子を使用した「ギャップレス避雷器」です。ZnO素子は以下のような特殊な性質を持っています。

架空地線・アークホーン・避雷器の完全比較表

3つの防護設備を1つの表にまとめます。「何を」「どこで」「どうやって」守るかの違いを明確にしてください。

その他の雷害対策｜試験で問われる関連知識

架空地線・アークホーン・避雷器の3つが主役ですが、正誤問題ではそれ以外の対策も問われることがあります。以下の4つも押さえておきましょう。

塔脚接地抵抗の低減

鉄塔に雷が落ちると、雷電流が鉄塔を通じて大地に流れます。このとき鉄塔の塔脚接地抵抗が高いと、鉄塔の電位が急上昇し、逆フラッシオーバが発生します。塔脚接地抵抗を低くすることで、鉄塔の電位上昇を抑え、逆フラッシオーバを防ぎます。

がいしの増結（絶縁強化）

懸垂がいしの連結個数を増やすことで、がいし連全体の絶縁耐力を高め、フラッシオーバしにくくする方法です。特に雷が多い地域（多雷地域）で採用されます。

2回線送電・自動再閉路

雷による事故は一過性のものが多く（雷が過ぎ去ればフラッシオーバも消滅する）、一度遮断器をトリップした後に自動的に再投入する自動再閉路方式が広く使われています。2回線送電と組み合わせることで、送電の信頼性を高めます。

絶縁協調とは？｜避雷器の制限電圧と機器の耐電圧（BIL）の関係

避雷器は、異常電圧を制限電圧と呼ばれる一定の値以下に抑えます。では、守られる側の変圧器は、どれくらいの電圧まで耐えられればよいのでしょうか。この「守る側」と「守られる側」の電圧の関係を、系統全体で合理的に決めることを絶縁協調といいます。

絶縁協調の基本：避雷器の制限電圧を基準にする

すべての機器の絶縁を、どんな雷にも耐えるほど強くすると、機器が大きく高価になりすぎます。そこで、避雷器の制限電圧（保護レベル）を基準にして、守られる機器の絶縁強度をそれより一段高くし、さらに送電線のがいしの絶縁をもう一段高くします。

高さの順	設備	考え方
いちばん高い	送電線のがいし	変電所に入る前に、アークホーンなどで放電させる
中くらい	変圧器などの変電所の機器	基準衝撃絶縁強度（BIL）。避雷器の制限電圧より余裕をもって高くする
いちばん低い	避雷器の制限電圧	異常電圧をここまで下げて、機器を守る

BIL（基準衝撃絶縁強度）とは

BILは、機器が耐えなければならない雷インパルス電圧の大きさです。雷インパルス電圧は、1.2μsで最大値に達し、50μsで半分まで下がる1.2/50μsの波形で試験します。BILは、電気学会の規格（JEC-0102）で電圧の階級ごとに決められていて、ふだんの運転電圧の何倍も高い値です。

それでも、雷の電圧はBILよりさらに大きくなることがあります。だからこそ、避雷器で制限電圧まで下げてから機器に届ける必要があります。

避雷器は守る機器のできるだけ近くに置く

雷サージは電線を波（進行波）として伝わり、変圧器のような端で反射します。避雷器と変圧器が離れていると、反射した波が重なって、変圧器にかかる電圧が避雷器の制限電圧より高くなります。そのため、避雷器は守りたい機器のすぐそばに置くのが基本です。

電験三種で狙われる正誤問題パターン6選

パターン①：避雷器の役割の入れ替え（超頻出）

パターン②：架空地線の設置位置

パターン③：遮蔽角の大小

パターン④：避雷器の素子

パターン⑤：アークホーンの機能

パターン⑥：逆フラッシオーバ

まとめ｜この記事の要点を30秒で振り返る

雷害対策は「架空地線＝直撃を防ぐ」「避雷器＝電圧を抑える」「アークホーン＝がいしを守る」の3つの役割分担を明確にすることがすべてです。試験では特に「避雷器が直撃雷を防ぐ」という引っかけが定番なので、ここだけは絶対に間違えないようにしてください。