JP2002513195A - 稲妻防止用ケーブル - Google Patents
稲妻防止用ケーブルInfo
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Abstract
Description
た電気ケーブルに関し、このため、この電気ケーブルは、雷の影響を受けること
がない。通信ケーブルの場合、ケーブル内の信号用の導体を流れる通信用の信号
は、その関連する装置と共に、実質的に影響を受けることがない。 この発明は、電力用ケーブル及び通信用ケーブルの両方に適用することが出来
るから、本明細書におけるほとんどの説明は、アンテナに接続して用いられる通
信用ケーブルに的を絞って説明する。
、衛星通信用のディシュアンテナ、電磁波を受信するための装置を含む。アンテ
ナに関連した主なる問題としては、雷がアンテナに落ちるという問題である。し
ばしば、雷の高電流が、アンテナと装置間に設けられた通信用ケーブルを通って
流れ、この電流が、電気装置に損害を与えるのである。
た時、導体に自己誘導が起きる。これは、電流が、100万分の1秒間の間に、
約15000アンペアの割合で立ち上がることによるものである。普通の断面を
有する直線の導体では、このサージ電流が、ワイヤー1フィート当たり約600
0ボルトの電圧を発生させ、この電圧は、絶縁ギャップを介して、近傍の導体、
即ち、同軸ケーブルでは、中心導体に飛び移るのに十分な電圧である。
。米国電気コードは、落雷の電流を逃がすための適当な経路を保証するように試
みていて、これにより、ケーブルの端部に接続された装置の損害を低減している
。ケーブルそれ自身は、落雷に関連する電界又は磁界から保護するものではない
。仮に、装置を接地したとしても、これは、二つの間の電位差をなくし、落雷電
流を放電するための接地経路を供給するだけのことである。
。アンテナ10に落雷した場合、放電電流の半分は、アンテナのマスト14に取
り付けられた接地線12に流れ、残りの半分の電流は、アンテナターミナル18
に接続された同軸ケーブルの外皮16に流れる。理論的には、同軸ケーブル16
に流れる電流は、アンテナ放電ユニット20に流れ、更に接地線22に流れる。
しかし、同軸ケーブルの中心導体、即ち、信号用導体は保護されていないので、
受信機内の電子部品に損害を与え、家庭内の他の装置に損害を与えることを意味
している。更に、線が長くなればなるほど、損害が大きくなる。アンテナ10に
雷が落ち、大地に放電した場合、同軸ケーブル16と接地線12に沿って、大き
な電界が生じる。この電界に直角に、ケーブルを取り囲むように、強い磁界が発
生する。更に、落雷電流は、最もまっすぐに、最短で大地に落ちる。接地線の鋭
い曲がりや、ねじれやコイル状の曲がりは、放電に対する抵抗になる。これにつ
いては、上記した「ライトニングブック」を参照されたい。この抵抗は、通常、
曲がった箇所において、接地線を飛び越し、最も抵抗が少ない経路に放電電流を
流すように作用する。
る。 本発明の他の目的は、落雷電流により生じる電界及び磁界を阻止する、落雷電
流を阻止するケーブルを提供するものである。
体を備え、内部導体は、信号用の導体、若しくは、電力用の導体であり、信号用
の導体は、情報を含む信号を伝達し、電力用の導体は、装置を操作するための電
流を流すものである。 チョーク用の導体が設けられ、このチョークの導体は、螺旋状に、内部導体の
周り巻き付けられている。このチョークの導体は、ケーブル近傍に落雷があった
時、落雷電流に対して大きなインピーダンスを呈するものである。
また、内部導体は、光ファイバからなるものであっても良い。螺旋状のシールド
が、チョーク導体の下に設けられていることが望ましい。螺旋状のシールドは、
又、内部導体の周り巻き付けられている。この場合、チョーク導体と反対方向に
巻き付けられている。シールドの近接した巻回は、互いに電気的に接続していな
く、また、もう一つのチョークとして働く。望ましくは、チョーク導体と前記シ
ールドとは、90度の角度で交差している。
の機能を有する。即ち、チョーク導体の反対方向に対して、チョークとして働く
と共に、そのキャンセル動作を拡大させ、更に、関連する磁界を低減するための
ファラデーケージとして動作する。 シールドの一方の側が絶縁され、このため、シールドがケーブルに巻かれた時
一つの巻回が次の巻回と電気的に接続しない。これは、チョーク導体を形成する
ものである。チョーク導体は絶縁され、チョーク導体導体の一端は、シールドの
一端に電気的に接続している。 ケーブルの全体の外皮が設けられ、この外皮に接地導体が設けられていること
が望ましい。
ケーブルであり、信号伝達用のアンテナと、アンテナ10を接地するための接地
システム24が設けられている。既に述べたように、アンテナ10は、衛星アン
テナ用のディッシュアンテナでも良いし、大気を伝搬する信号を受信するための
装置であっても良い。
いる。これについては、以下に詳細に説明する。落雷電流阻止ケーブル26は、
コネクタリードボックス28において、アンテナ10に接続されている。ケーブ
ル26は、又、標準アンテナ放電ユニット30に接続されている。典型的なアン
テナ放電ユニット30としては、CZラボから市販されている仕様書に基づくも
のがある。同軸ケーブル32は、放電ユニット30に接続され、また、図示して
いない電気装置に接続されている。接地線34は、アンテナ放電ユニット30に
接続され、また、接地クランプ36、38に接続されている。接地クランプ38
は、接地棒39に接続されている。更に、アンテナマスト40は、接地線42を
介して、接地クランプ38に接続されている。
用ケーブルの実施例において、ケーブル26は、好ましくは、同軸ケーブルであ
る。しかし、光ファイバーケーブル、又は、ツインリードケーブルであっても良
い。この通信用ケーブルは、少なくとも一つの信号用の導体を含んでいる。本発
明の好ましい通信用ケーブルの実施例においては、ケーブル26は、同軸ケーブ
ルである。図2は、中心導体44を示している。中心導体44は、信号伝達用の
導体であり、アンテナ10のマストに取り付けられた端子ボックス46に接続さ
れている。信号伝達用の導体44は、アンテナ放電ユニット30を介して、同軸
ケーブル32に接続されている。螺旋状のチョーク導体56は、前記信号伝達用
の導体44を囲み、接地導体34に接続しているアンテナ放電ユニット30に接
続されている。ケーブル26については、以下に、詳細に説明する。
ブル26を示している。標準同軸ケーブルシールド52が、絶縁体50を囲んで
いる。絶縁された外皮54がシールド50を取り囲んでいる。チョーク導体56
が、外皮54を螺旋状に巻回している。ケーブルを保護するために、全体覆う絶
縁された外皮が設けられていても良い。チョーク導体56は、溶融せずに、落雷
による高電流を扱うことの出来るものでなければならない。チョーク導体56は
、少なくとも、17ゲージであることが必要であり、10ゲージであることが好
ましい。好ましくは、チョーク導体は、銅からなることが望ましい。また、もし
、チョーク導体が、銅線の束で構成される場合、この束は、少なくとも17ゲー
ジかそれ以上でなければならない。
つに分かれ、一方は、接地線42を流れ、他方は、ケーブル26を介して、接地
棒39に流れる。しかし、ケーブル26は、螺旋状のチョーク導体を形成してい
るために、即ち、導体56が、その高いインピーダンスのために、非常に速く立
ち上がる落雷電流を阻止するから、サージ電流の多くは接地線42を流れ、大地
に達し、ケーブル26を通って大地に達しない。落雷により、ケーブル26を流
れ下る電流は、チョークの作用により、直ちに、キャンセルされる。チョーク導
体56がケーブルの周りでねじられる度に、落雷電流により電界が生じ、それ自
身で相互に作用し、電流を阻止する。
対して直角に生じる。落雷電流は、大電流の放電電流により、非常に大きな磁界
を生じせしめる。図5は、本発明の電流阻止ケーブルの他の実施例を示し、この
実施例は、放電電流の磁界成分を阻止するための螺旋状のシールドを含み、この
ようにして、ファラデーケージとして作用するものである。 図5において、信号伝達用の中心導体44と、絶縁体50と、標準同軸ケーブ
ルシールド52と、同軸外皮54とを備えている。実質的に平らな螺旋状に巻回
したシールド58は、外皮54上に巻かれている。
部がプラスティク絶縁材62で絶縁された導電性を有する上部金属部60で構成
されている。このようにして、シールドは、電気的にショートせずに、螺旋状に
巻回されるのである。シールド58の金属部60は、アルミニウム又は銅からな
ることが好ましい。シールド58は、市販されている。
58上に巻回されている。好ましくは、シールド58と、チョーク導体56は、
信号導体44に対して45度の角度を持って螺旋状に巻回されている。従って、
シールド58とチョーク導体56とは、90度の角度を持って交差している。な
お、シールド58及びチョーク導体56のスパイラル角度は、期待する効果に基
づき、インダクタンスを最大になるように、いろいろな角度に調節することが出
来る。
気的に接触している。しかし、図6の実施例においては、絶縁された外皮64が
、螺旋状のシールド58とチョーク導体56の間に設けられ、更に細い引き出し
線61が、シールド58と外皮64の間に、シールド58に接触して設けられて
いる。図5〜図8に示したケーブルは、電界と磁界とに向けられている。電界は
、上記したように、電気的チョークとして機能する螺旋状のチョーク導体により
向けられる。磁界は、ファラデーケージとして機能する螺旋状のシールド58に
より向けられる。また、螺旋状のシールドは、螺旋状のチョーク56と逆方向に
巻回された平らなチョークとし働き、このようにして、キャンセル効果を高めて
いる。従って、シールド58は、二つの効果を有している。
対して、45度の角度をなし、半時計方向に螺旋状に巻回している。又、チョー
ク導体は、好ましくは、中心導体44に対して、45度の角度をなし、シールド
58と反対方向に、即ち、時計方向に螺旋状に巻回している。チョーク導体とシ
ールドとの巻回方向は、逆である。その結果、磁界と電界とが90度をなすこと
になる。
部品として設けられている。接地線66は、ケーブルの外皮65に固着されてい
て、突き出した外皮65の部分を形成するプラスティク内に埋め込まれている。
接地線66は、ケーブルに沿って設けられている。接地線は、主ケーブルと離れ
て設けられているから、接地棒に簡単に取り付けたり、はずしたりすることが出
来る。
その結果は、従来のものに比べて、実質的に改良されていることを示している。 上記した説明では、基本的には、通信用ケーブルについて説明してきた。図9
は、本発明の電力用の落雷電流阻止用のケーブル69を示している。内部導体7
0と72は、通信用よりも通常大きいゲージの電力用のものである。しばしば、
グラベル導体(図示していない)が電力用導体に近接して設けられる。導体70
と72とは、絶縁された外皮74で覆われている。チョーク導体は、図4に示し
、説明したと同じように、外皮74の周りに螺旋状に巻回される。更に、図5、
6、7に示したようなシールドも、又、電力用ケーブルに用いられる。
しない。この絶縁は、チョーク導体56をシールド58から電気的に絶縁するか
ら、電界と磁界が分離する。これは、二つの巻回、即ち、シールドとチョークを
調節して、最大のインダクタンスになるように調節可能にするものである。図1
0は、絶縁されたチョーク導体の断面を示す図である。56は、チョーク導体で
あり、76は、絶縁外皮である。
要がある場合がある。カーボンのような、混合物が導電性を増すために、絶縁物
に添加され、絶縁物を半導体にする。落雷電流は、通常、最も抵抗の小さい経路
、又は、最もインダクタンスの小さい経路を通り、大地に落ちる。それぞれの直
線導体もインダクタンスを持っている。インダクタンスを最小にするために、互
いに反対に巻回された二つのコイルを実際に用いることが出来る。これらの二つ
のコイルの磁場がキャンセルされ、誘導が「0」になる。図11では、直線の線
材77のインダクタンスを計測するインダクタンスメータを示している。図12
では、79と80が、インダクタを示している。もし、図12Aの81に示すよ
うに、第2のインダクタ80が、インダクタ79と反対に巻回し、二つが、その
両端部において、電気的に接続された場合、図12Bのメータ78に示すように
、インダクタンスは「0」になる。ケーブル56の一端が、シールド58に接続
されているならば、落雷電流阻止用のケーブルの利用方法が拡大する。このよう
にすることで、内部導体を誘導されたエネルギーの磁界からシールドするシール
ドをファラデーケージとして機能させることを可能にする。この説明では、チョ
ーク56と、シールド58とは、ケーブルの一端のみで電気的に接続している。
これは、図14に示したように、シールド58とチョーク56とが、機械的にも
、電気的にも接続するように、シールド58の周りにチョーク56を巻回する事
で実現することが出来る。
であるから、100%完全に覆っている。チョーク56は、ストライプ状にシー
ルド58を巻回するから、機械的にも、電気的にも接続している。 前記した本発明の実施例から、多くの改良・修正を行うことが出来る。本発明
の実施例は単に発明の例示であって、本発明は、これらに限定されない。従って
、添付の請求項は、発明の範囲において、全ての改良・修正を含むものである。
系統図である。
す電気的系統図である。
す電気的系統図である。
を示す図である。
タを示す図である。
図である。
ドの他端に接続した図である。
Claims (24)
- 【請求項1】 少なくとも一つの内部導体、 一つのチョーク導体であって、当該チョーク導体は、当該内部導体の回りを螺
旋状に巻きついており、当該チョーク導体は当該内部導体には直接的には接触し
ておらず、当該チョーク導体は、稲妻が、ケーブル近傍に落ちた場合、当該稲妻
によって発生した電流に対して高インピーダンスを呈するチョーク導体、及び 螺旋状のシールドであって、当該螺旋状のシールドは、内部導体の回りに、当
該内部導体に対して当該チョーク導体が巻きついている方向とは反対方向に、螺
旋状に巻かれており、且つ当該チョーク導体と当該螺旋状のシールドとはそれぞ
れ第1と第2の端部を有するものであり、更に当該チョーク導体の第1の端部は
当該螺旋状のシールドの第1の端部と接続されており且つ当該チョーク導体の第
2の端部は当該螺旋状のシールドの第2の端部と接続されている螺旋状のシール
ドとから構成されている稲妻防止用ケーブルであって、当該ケーブルに於て、稲
妻がケーブル近傍に落ちた事によって発生する電流が、当該チョーク導体及び当
該螺旋状のシールドを介して流れる際に当該チョーク導体と当該螺旋状のシール
ドによって形成される磁界が実質的に相殺され、それによって落雷による損傷の
影響が低減されるものである事を特徴とする稲妻防止用ケーブル。 - 【請求項2】 当該内部導体は、電流に対して導電性の材料で形成されてい
る事を特徴とする請求項第1項記載のケーブル。 - 【請求項3】 当該内部導体は、信号導体である事を特徴とする請求項第1
項記載のケーブル。 - 【請求項4】 当該内部導体は、電力導体である事を特徴とする請求項第2
項記載のケーブル。 - 【請求項5】 当該信号導体は、光を導通させる少なくとも一つの光ファイ
バーである事を特徴とする請求項第3項記載のケーブル。 - 【請求項6】 更に、当該内部導体と当該チョーク導体との間に配置されて
いる電気絶縁層を含んでいる事を特徴とする請求項第2項記載のケーブル。 - 【請求項7】 当該チョーク導体は少なくとも17ゲージの直径を有する事
を特徴とする請求項第1項記載のケーブル。 - 【請求項8】 当該内部導体は信号導体であり、同心状のケーブル状シール
ドは、当該信号導体を取り囲んでおり、それによって、当該ケーブルは同心状ケ
ーブルである事を特徴とする請求項第7項記載のケーブル。 - 【請求項9】 当該チョーク導体は、当該内部導体に対して約45°の角度
で螺旋状に巻き付いている事を特徴とする請求項第1項記載のケーブル。 - 【請求項10】 当該螺旋状のシールドは、平坦な導体の形状であり、当該
平坦な導体の少なくとも一方の側面には、電気絶縁体が貼着せしめられている事
を特徴とする請求項第1項記載のケーブル。 - 【請求項11】 更に当該チョーク導体と当該螺旋状のシールドとの間に設
けられた電気絶縁体を含んでいる事を特徴とする請求項第10項記載のケーブル
。 - 【請求項12】 更に、当該チョーク導体を囲んでいる絶縁層を含んでいる
事を特徴とする請求項第1項記載のケーブル。 - 【請求項13】 当該チョーク導体を取り囲んでいる当該絶縁層は導電性材
料を含んでおり、それによって、当該絶縁層は半導体となっている事を特徴とす
る請求項第12項記載のケーブル。 - 【請求項14】 当該螺旋状のシールドと当該チョーク導体とは相互に約9
0°の角度で交叉している事を特徴とする請求項第12項記載のケーブル。 - 【請求項15】 更に、当該ケーブルを被覆している外部ジャケットを含ん
でいる事を特徴とする請求項第13項記載のケーブル。 - 【請求項16】 更に、接地導体を含んでいる事を特徴とする請求項第1項
記載のケーブル。 - 【請求項17】 更に、接地導体を含んでおり、且つ当該接地導体は、当該
外部ジャケットに接続されている事を特徴とする請求項第15項記載のケーブル
。 - 【請求項18】 当該チョーク導体と当該シールドとの間の螺旋角度は、イ
ンダクタンスを最大とする様に調整する事が可能である事を特徴とする請求項第
13項記載のケーブル。 - 【請求項19】 稲妻防止用ケーブルであって、当該ケーブルは、少なくと
も一つの信号導体を含み、且つ当該信号導体は、情報を含んだ信号に対して導通
性を有するものである稲妻防止用ケーブル、 一つのチョーク導体であって、当該チョーク導体は、当該内部導体の回りを螺
旋状に巻きついており、当該チョーク導体は、稲妻が、ケーブル近傍に落ちた場
合、当該稲妻によって発生した電流に対して高インピーダンスを呈するチョーク
導体、及び 螺旋状のシールドであって、当該螺旋状のシールドは、内部導体の回りに、当
該内部導体に対して当該チョーク導体が巻きついている方向とは反対方向に、螺
旋状に巻かれており、当該螺旋状のシールドは当該信号導体とは直接的には接触
しておらず、且つ当該チョーク導体と当該螺旋状のシールドとはそれぞれ第1と
第2の端部を有するものであり、更に当該チョーク導体の第1の端部は当該螺旋
状のシールドの第1の端部と接続されており且つ当該チョーク導体の第2の端部
は当該螺旋状のシールドの第2の端部と接続されている螺旋状のシールドとから
構成されているアンテナ信号送信及び接地システムであって、当該ケーブルに於
て、稲妻がケーブル近傍に落ちた事によって発生する電流が、当該チョーク導体
及び当該螺旋状のシールドを介して流れる際に当該チョーク導体と当該螺旋状の
シールドによって形成される磁界が実質的に相殺され、それによって落雷による
損傷の影響が低減されるものである事を特徴とするアンテナ信号送信及び接地シ
ステム。 - 【請求項20】 当該信号導体は、電流を導通させる金属材料で形成されて
いる事を特徴とする請求項第19項記載のシステム。 - 【請求項21】 更に、当該チョーク導体を取り囲む絶縁層を含んでいる事
を特徴とする請求項第19項記載のシステム。 - 【請求項22】 当該チョーク導体を取り囲む絶縁層は、導電性材料を含ん
でおり、それによって、当該絶縁層は半導体となっている事を特徴とする請求項
第21項記載のシステム。 - 【請求項23】 当該螺旋状のシールドと当該チョーク導体とは相互に90
°の角度で交叉している事を特徴とする請求項第19項記載のシステム。 - 【請求項24】 稲妻防止用ケーブルであって、当該ケーブルは、少なくと
も一つの信号導体を含み、且つ当該信号導体は、情報を含んだ信号に対して導通
性を有するものである稲妻防止用ケーブル、 一つのチョーク導体であって、当該チョーク導体は、当該内部導体の回りを螺
旋状に巻きついており、当該チョーク導体は、稲妻が、ケーブル近傍に落ちた場
合、当該稲妻によって発生した電流に対して高インピーダンスを呈するチョーク
導体、及び 当該チョーク導体に近接配置されている螺旋状のシールドであって、当該螺旋
状のシールドは、信号導体の回りに、巻き付けられており、当該螺旋状のシール
ドと当該チョーク導体とは反対の方向に巻かれており、更に当該チョーク導体の
それぞれの端部は、当該螺旋状のシールドに於ける近接した端部と接続されてお
り、且つ当該ケーブルを全面的に被覆する外部ジャケットと接地導体とを含み、
当該接地導体は当該全面被覆外部ジャケットと接触している事を特徴とするアン
テナ信号送信及び接地システム。
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