強風下で揺れる動的な導体によって引き起こされる山火事の発火を予測する

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3998 (2023) この記事を引用

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乾燥した気象条件で強風が発生すると、電力システムが壊滅的な山火事の原因となる可能性があります。 特に、導体と植生の接触は、公共施設関連の山火事の主な発火原因として認識されています。 植生管理や予防的停電などの運用上の意思決定を支援するために、正確な山火事のリスク分析が緊急に必要とされています。 この研究では、送電導体が近くの植生に飛び出てフラッシュオーバーが発生することによって引き起こされる点火メカニズムを研究しています。 具体的には、検討された限界状態は、導体が所定の最小植生クリアランスに侵入することとして定義されます。 マルチスパン伝送線路の動的変位応答の確率的特性は、周波数領域での効率的なスペクトル解析を通じて導き出されます。 指定された位置での侵入確率は、古典的な最初のエクスカーション問題を解くことによって推定されます。 これらの問題は、多くの場合、静的等価モデルを使用して解決されます。 ただし、結果は、乱流の強風の下では、導体の動的変位に対するランダムな風のバフェッティングの寄与がかなり大きいことを示しています。 このランダムで動的な成分を無視すると、発火の危険性の誤った推定につながる可能性があります。 強風イベントの予測継続時間は、発火の危険性を判断するための重要なパラメーターです。 さらに、侵入確率は植生除去と風の強さに非常に敏感であることがわかり、これらの量についての高解像度データの必要性が強調されています。 提案された方法論は、山火事のリスク分析における重要なステップである、正確かつ効率的な発火確率予測のための潜在的な手段を提供します。

森林火災としても知られる山火事は、不利な天候 (低湿度、高温、強風など) と乾燥した植物燃料が重なった場合に発生することがあります。 過去数十年間、南ヨーロッパ、北米、オーストラリア南東部など、世界中で山火事が深刻な脅威となっているのを目の当たりにしました1、2、3。 地域の状況が典型的な発火原因や火災の挙動などに影響を与えるため、さまざまな地域の山火事には地域的な特徴が見られます。米国では、壊滅的な山火事が頻繁に発生しているカリフォルニア州で山火事が特に重要な危険となっています。 カリフォルニア州森林防火局 (CAL FIRE) は、2016 年から 2020 年の間にカリフォルニア州で年間平均 3,217 件の山火事が発生し、624,728 エーカーが焼失したと報告しました4。 山火事はさまざまな原因 (落雷、放火、喫煙など) によって発生する可能性がありますが、電力線が唯一の非減少発火源であることが示されています5。 統計によれば、最も破壊的なカリフォルニアの山火事上位 20 件のうち、少なくとも 5 件は電力システムから発生しており、その中には 18,804 棟の建造物が破壊され、85 人の命が失われた 2018 年のキャンプ火災も含まれます6。 実際、電力システムによる発火事故は、異常気象との特別な関係により、大規模な山火事に発展する可能性が高くなります。 電力ネットワークは多数のコンポーネントや機器で構成されており、強風下では故障が急増する可能性があります7、8。 高温で乾燥した空気の影響により、さまざまな発火メカニズムが引き起こされ、可燃性燃料が存在する場所で火災が発生する可能性があります。 さらに、強風は火災の延焼を大幅に促進するだけでなく、消火活動を妨げる可能性があります。 風は送電線の点火を引き起こす気象要因です。 このことは、カリフォルニアで送電線に関連した山火事と季節的な極風が同時に発生したことで示されています9,10。 これらのフェーン風 (ディアブロ風またはサンタアナ風として知られています) は、顕著な強さと突風を特徴としています。