JP2003240814A - 耐雷強度測定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の建造物の耐雷強度を定量的に
測定・診断する方法に関する。 【解決手段】 建造物(1)の入雷可能部位(2)に実雷
より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造
物(1)及び当該落雷により影響を受ける建造物(1')の少
なくともいずれか一方雷電位計測必要部位(3A1)(3A2)(3
A1')(3A2')…と零電位補助電極(12)との間の模擬雷印加
時の異常電位上昇を計測することを特徴とするもので、
この模擬雷の印加時に雷電位計測必要部位(3A)や各フロ
アに設置されている機器類(3)…に発生した異常電圧上
昇を測定し、この異常上昇電圧に換算倍率をかけること
で、その建造物(1)自体の耐雷強度や建造物(1)の各セク
ションの耐雷強度、機器類(3)…の耐雷強度を定量的に
診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、雷インパルス発生
装置を利用して落雷時の建造物や当該建造物に収納され
ている各種機器及び/又は当該落雷の影響を受ける建造
物や機器類の耐雷強度を定量的に測定する方法とその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、高いビルやマンション等の高
層建造物は勿論、発電所、開閉所、通信施設、制御施
設、給電施設等の電気事業用施設その他各種建造物には
避雷針を設置して落雷を誘導し周辺に落雷するのを防止
している。前記避雷針には地面に埋設された接地体に接
続する雷導入線が取り付けられており、避雷針に落雷し
た高圧高周波の雷電流を大地に円滑にアースするように
なっている。そして前記マンションやビルなどの建造物
にはアース端子ボックスが設けられており、１０Ωから
１００Ωまでの接地抵抗を有するＡ種からＤ種までの各
種アース端子が取り付けられており、建造物内の変圧器
を始めとする受電設備その他建造物の各階に接続されて
いる機器類が各階毎に接続され、これらのアースをとる
ようにしている。

【０００３】また、最近ではパソコンやファクスを始め
とする多種多様のデジタル電子機器(103)…がこれら建
造物(100)の各階に多数設置されるようになって来てお
り、雷撃対策が十分なされているインテリジェントビル
と呼ばれるような高層ビルや高層マンションは別とし
て、そのような対策の行われていない建造物(100)にお
いては各階においてアースをとっていたとしても落雷で
発生する電子機器(103)…内の電磁誘導によって電子機
器(103)…の誤動作や基板の焼損などが発生し電子機器
(103)…に多大の被害を与える事故が多発している。

【０００４】図１０の山形の破線は、実雷が避雷針に落
雷した時に発生する建造物(100)の電位傾度を示し、山
形の破線の頂点と、建造物(100)内に接続されている各
機器類(103)…から垂直に立ち上げた破線(h)と電位傾向
を示す山形の破線(D)との交点間がその機器(103)それぞ
れの電位で、その差が両者間の電位差となる。建造物(1
00)内に接続されている各機器(103)…同士が建造物(10
0)のアース端子に接続され、個別にアースされている場
合には避雷針(102)の直下に位置している機器(103a)の
電位が最も高くなり、そこから離れるにつれて次第に電
位が下がっていく。即ち、落雷時に建造物(100)内の機
器(103a)…間で電位差が生じ、その間で電流が流れ、機
器(103a)…の誤動作あるいは絶縁破壊が生じ、甚だしい
場合には感電などを生じ人体に影響を与えることもあ
る。このような事は落雷した建造物(100)内だけに止ま
らず、伝送線で接続されている前記建造物(100)外の機
器類の場合でも同様である。

【０００５】このような事故に対して、従来の建造物に
あっては、耐雷強度に関する定量的な評価はなされてお
らず、単なる理論のみで対応しているのが現実であり、
現実の被害を抑制するには不十分であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
従来の建造物そのものの或いはその各セクションの耐雷
強度を定量的に測定・診断する方法とその装置を開発を
第１とし、第２にその建造物内に収納されている機器類
は勿論、伝送線で接続され、当該落雷で影響を受ける可
能性のある機器類の耐雷強度を測定・診断する方法とそ
の装置を開発することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】「請求項１」はビルやマ
ンション或いは通信中継基地或いはその他の建造物(1)
の耐雷強度の測定方法に関し「建造物(1)の入雷可能部
位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、
当該入雷建造物(1)及び当該落雷により影響を受ける建
造物(1')の少なくともいずれか一方雷電位計測必要部位
(3A1)(3A2)(3A1')(3A2')…と零電位補助電極(12)との間
の模擬雷印加時の異常電位上昇を計測する」ことを特徴
とするものである。

【０００８】また、「請求項２」は前記入雷建造物(1)
の接地電位の測定に関し「建造物(1)の入雷可能部位(2)
に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入
雷建造物(1)及び当該落雷により影響を受ける建造物
(1')の少なくともいずれか一方の接地部位のグランド電
圧計測必要部位(3B1')…と零電位補助電極(12)との間の
模擬雷印加時の異常電位上昇を計測する」ことを特徴と
するものである。

【０００９】「請求項３」は前記建造物(1)内及び/又は
外の機器類(3)…の耐雷強度の測定方法に関し「建造物
(1)の入雷可能部位(2)に実雷より印加電流値の小さい模
擬雷を印加し、当該入雷建造物(1)内に設置された機器
(3)…及び前記機器(3)…に伝送線(25)で接続されている
前記建造物(1)外の機器(3')…の少なくともいずれか一
方の、模擬雷印加時の異常電位上昇を計測する」ことを
特徴とするものである。

【００１０】これによれば、予想される実際の雷(勿
論、これに限られないが例えば、想定電流値＝２０〜４
５〜１５０ｋＡ)に比べて電流値が大幅に小さく(例えば
１０〜４０〜３００Ａ)且つ印加時の電位上昇が建造物
(1)内の稼働中の機器類(3)…の運転に支障をきたさない
程度の電圧値で、その電流波形が図５に示すような実際
の雷に近い模擬雷を避雷針のような入雷可能部位(2)に
印加し、この模擬雷の印加時に例えば建造物(1)の一部
で建屋(1イ)の上に立設された鉄塔(1ロ)の塔脚基部、建
造物(1)の各フロアのアース端子のような雷電位計測必
要部位(3A)或いは各フロアに設置されている機器類(3)
…に発生した異常電圧上昇を測定し、この異常上昇電圧
に後述する換算倍率をかけることで、その建造物(1)自
体の耐雷強度そのものは勿論、雷電位計測必要部位(3A)
を適宜選択することで建造物(1)の各セクションの耐雷
強度やその建造物(1)に設置されている機器類(3)…の耐
雷強度を定量的に診断することができる。なお、雷電位
計測必要部位及びグランド電圧測定部位に関し、包括的
に説明する場合は、(3A)(3B)で示し、個別に表すときは
これに枝番を付する。

【００１１】また、前記建造物(1)を中心にしてその周
囲のグランド電圧を測定し、この測定値に前記換算倍率
をかけることで入雷可能部位(2)を中心とした電位傾度
を実測することができ、落雷時の影響範囲を定量的に確
定することができると同時にこれらの診断結果によっ
て、建造物(1)の耐雷強度が不十分である場合や、各セ
クションに耐雷強度の偏りがある場合、その建造物(1)
の避雷針のような入雷可能部位(2)から引き出され、建
造物(1)の側壁に沿って設置される例えば雷導入線(1a)
の新設や或いはその太さや本数を変えたり、建造物(1)
周囲の接地電極(E)を新設或いは改修することによって
建造物(1)の耐雷強度の向上或いはその平均化を行うこ
ともできるし、前記機器類(3)…に対する適切な耐雷処
置を施すことができるようになる。

【００１２】「請求項４」は請求項１を実施(建造物(1)
(1')の耐雷強度の測定)するための耐雷強度測定装置
で、(a)建造物(1)の入雷可能部位(2)に接続され、当該
入雷可能部位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷
を印加するための雷インパルス発生装置(4)と、(h)前記
雷インパルス発生装置(4)と建造物(1)の入雷可能部位
(2)とを接続する模擬雷導入線(5)と、(i)模擬雷印加時
に模擬雷により発生する当該入雷建造物(1)及び当該落
雷により影響を受ける建造物(1')の少なくともいずれか
一方の建造物(1)(1')の異常電位上昇の測定必要部位(2)
に接続された雷電圧計測プローブと(11a1)…、(j)前記
雷電圧計測電圧プローブ(11a1)…に接続された電光変換
器(7)及び零電位補助極(12)と、(k)前記電光変換器(7)
に接続された光ケーブル(8)と、(l)前記光ケーブル(8)
に接続された光電変換器(9)と、(m)前記光電変換器(9)
に接続されたオシロスコープ(10)とで構成されたことを
特徴とする。

【００１３】これによれば建造物(1)の測定必要部位(3A
1)…に接続された雷電圧計測プローブ(11a1)(11a2)…に
より、模擬雷印加時に模擬雷により測定部位(3A1)…に
発生する、零電位補助電極(12)の電位を基準とする異常
電位上昇を実測することができ、この異常上昇電位に後
述する換算倍率を掛けることで、その部分(3A1)…は勿
論、非知用に応じて当該落雷により影響を受ける建造物
(1')の異常上昇電圧を定量的に算出することができ、そ
の結果、それら建造物(1)(1')全体の耐雷強度や各セク
ションの耐雷強度の偏りを知ることができる。そして、
必要な処置を施すことにより建造物(1)(1')全体の耐雷
強度を向上させたり、平均化させることができる。

【００１４】なお、前記で述べた換算倍率とは、実雷の
想定雷撃電流(ｋＡ)／模擬雷の印加電流(Ａ)で表される
もので、この換算倍率を測定上昇電圧(Ｖ)に掛けること
で、実雷の想定雷撃電圧を算出することができる。この
値が測定部位(3A)や各種機器類(3)…の雷インパルス耐
電圧より大きい場合は、耐雷強度不足と判定される。ま
た、建造物(1)の各セクションにおける測定値を比較す
ることで、実側結果に基づいて建造物(1)の各セクショ
ンにおける耐雷強度の偏り判定を定量的に行うことがで
きる。この点は明細書全体を通じていえることである。

【００１５】「請求項５」は請求項２を実施(グランド
電圧(Ｖｇ)の測定)するための耐雷強度測定装置で、(a)
建造物(1)の入雷可能部位(2)に接続され、当該入雷可能
部位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加す
るための雷インパルス発生装置(4)と、(b)前記雷インパ
ルス発生装置(4)と建造物(1)の入雷可能部位(2)とを接
続する模擬雷導入線(5)と、(c)模擬雷印加時に模擬雷に
より発生する当該入雷建造物(1)及び当該落雷により影
響を受ける建造物(1')の少なくともいずれか一方の建造
物(1)(1')の接地部位(3B1)(3B2)…のグランド電圧(Ｖ
ｇ)を計測するグランド電圧計測プローブ(11g1)…と、
(d)前記グランド電圧計測プローブ(11g1)…に接続され
た電光変換器及び零電位補助極と、(e)前記電光変換器
(7)に接続された光ケーブル(8)と、(f)前記光ケーブル
(8)に接続された光電変換器(9)と、(g)前記光電変換器
(9)に接続されたオシロスコープ(10)とで構成されたこ
とを特徴とする。

【００１６】この場合は、入雷建造物(1)を中心に四方
にグランド電圧を測定していくことで、入雷可能部位
(2)を中心として四方に電位傾度を実測することがで
き、落雷時に影響を受ける範囲を定量的に確定すること
ができる。その結果、入雷建造物(1)外の建造物(1')は
勿論、機器(3')…に関してもその落雷影響を受けるかど
うかを実側によって予め知ることができる。

【００１７】「請求項６」は請求項３を実施(機器類の
耐雷電圧の測定)するための耐雷強度測定装置で、(a)建
造物(1)の入雷可能部位(2)に接続され、当該入雷可能部
位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加する
ための雷インパルス発生装置(4)と、(b)前記雷インパル
ス発生装置(4)と建造物(1)の入雷可能部位(2)とを接続
する模擬雷導入線(5)と、(c)当該入雷建造物(2)内に配
置された機器(3)…及び伝送線(25)を介して前記機器(3)
…に接続されている当該入雷建造物外の機器(3')…の少
なくともいずれか一方の機器(3)(3')…の端末(3a)(3b)
…に接続され、機器(3)(3')…の出力をフィルタリング
して、模擬雷印加時の異常電圧上昇分だけを通過させる
フィルター(16)と、(d)前記フィルター(16)とに接続さ
れたオシロスコープ(10)とで構成されたことを特徴とす
る。

【００１８】これによれば、模擬雷印加時の端子(3a)(3
b)…に発生する異常上昇電圧に後述する換算倍率をかけ
ることで、入雷建造物(1)内に配置された各機器(3)は勿
論、入雷建造物(1)外の機器類(3')…にあっても個別の
耐雷強度を実測することができ、耐雷強度が不足する場
合には各機器(3)(3')…ごとの耐雷強度向上対策を施す
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施例に従っ
て詳述する。本発明の対象となる建造物(1)は一般のビ
ルやマンションなどの高層建造物や、パラボラアンテナ
が設置されている通信中継基地等の通信施設その他各種
施設及び落雷時の影響を受けるその近隣施設(1')が含ま
れる。図１はその内の通信中継基地を示すもので、パラ
ボラアンテナ(1ハ)が設置されている鉄塔(1ロ)が建屋(1
イ)の上に立設されている。そして前記鉄塔(1ロ)の塔頂
に避雷針(2)が設置されており、図示しない導線で鉄塔
（１ロ）と避雷針(2)とが接続されている。

【００２０】実施例では避雷針が入雷可能部位(2)とな
るが、避雷針の設置されていないような建造物にあって
は、雷撃を受ける可能性があるような部位が入雷可能部
位(2)となる。以下の実施例では入雷可能部位(2)として
避雷針をその代表例として説明する。なお、前記避雷針
(2)は１つに限定されるものでなく、所定間隔を以て複
数の避雷針(2)が立設される場合もある。また、入雷可
能部位(2)は避雷針に限定されるものでなく、塔頂を入
雷可能部位(2)にすることも勿論可能である。

【００２１】前記鉄塔(1ロ)は建家(1イ)の鉄骨や鉄筋に
接続されており、更にこの鉄骨は地中に埋設された杭に
接続され、アースが取られるようになっている。勿論、
避雷針(2)から雷導入線として１乃至複数本の低サージ
インピーダンス導電線(14)が引き出され、鉄塔(1ロ)及
び建屋(1イ)に沿って配線され、建屋(1イ)の周囲にて地
中に埋設された接地電極(E)に接続するようにしてもよ
い。前記低サージインピーダンス雷導入線(14)は例え
ば、太くて表面積が大であり、高誘電率でコンデンサー
容量を持った銅線或いは銅板のようなものが使用され
る。また、前記低サージインピーダンス雷導入線(14)は
図９のように一般的に避雷針(2)から四方に引き出され
(勿論、四方に限られず、それ以下或いはそれ以上であ
ってもよい。)、建家(1イ)の側壁に沿って配設される。

【００２２】前記建家(1イ)は、平家であってもよいし
二階建て以上のビルであってもよい。建家(1イ)には機
器接続用のアース端子ボックス(13)やフロア接地極(15)
が設けられており、例えばアース端子ボックス(13)には
アース端子Ａ種〜Ｄ種が設けられている。前記アース端
子Ａ種〜Ｄ種の内、アース端子Ｃ種は、１０Ω以下の接
地抵抗を有するもので、建家(1イ)の各フロアに設けら
れた当該フロア接地極(15)に接続され、据付られた機器
類(3)…がそれぞれアース接続されるようになってい
る。

【００２３】前記アース端子Ａ種は１０Ω以下の接地抵
抗を有する端子で、建家(1イ)の変圧器や受電設備のア
ースラインが接続されている。アース端子Ｂ種は建家(1
イ)の変圧器の中性点のアース端子である。アース端子
Ｄ種は１００Ω以下の接地抵抗を有するその他の機器類
のアース端子である。

【００２４】雷インパルス発生装置(4)は模擬雷を発生
させるための装置で、実際の雷の雷撃電流(勿論、これ
に限られないがこの場合は２０ｋＡ〜４５ｋＡ〜１５０
ｋＡを想定)に対して印加電流波高値が１０〜４０〜３
００Ａ程度の低い電流値で、模擬雷を印加した時、運転
中の機器類(3)…に支障を与えない程度のもの発生させ
る。また、印加される模擬雷の電流波形は、実際の雷の
電流波形と似た波形形状(図５参照)で、勿論、これに限
られないが例えば規約波頭長が３μ秒、規約波尾長が１
６μ秒、印加電流波高値３００Ａのものが模擬雷として
発生する。前記雷インパルス発生装置(4)には独自の電
源装置(G)が接続されており、両者(4)(G)とも模擬雷発
生時に建造物(1)を通って大地に流れる雷電流に影響を
受けないように建造物(1)から遠く離れた位置に設けら
れ接地されている。

【００２５】この模擬雷は、マッチング抵抗(M)が設置
された模擬雷導入線(5)を介して建造物(1)の入雷可能部
位(2)に印加される。この場合、模擬雷導入線(5)は、雷
インパルス発生装置(4)から出力された模擬雷が模擬雷
導入線(5)を通って前記入雷可能部位(2)に印加される場
合に、建造物(1)の通電部分に誘導電流が発生しないよ
うな方向、たとえば鉄塔(1ロ)に対して直角方向(勿論、
直角方向に限られず誘導電流が発生しないような方向で
あれば足る。)から入雷可能部位(2)に接続される。

【００２６】前記マッチング抵抗(M)は、模擬雷の入雷
時、避雷針(2)からの反射波を遮断して雷インパルス発
生装置(4)が実雷の波形に類似した波形となるようにマ
ッチングをとるための装置で、マッチング抵抗(M)の次
ぎに模擬雷導入線(5)に流れる模擬雷の雷電流を計測す
るための雷電流計測プローブ(6)が設置される。

【００２７】また、前記入雷可能部位(2)とは、建造物
(1)のどの位置でも落雷するので、特に限定される部位
は存在しないが、一般的には避雷針が設置されておれ
ば、通常は避雷針がその場所にあたる。(図１の場合
は、鉄塔(1ロ)の頂点に避雷針がセットされているが、
避雷針へのセットが困難である場合には、避雷針(2)に
代わる前記入雷可能部位(2)として鉄塔(1a)の先端部分
を選択し、この部分に模擬雷導入線(5)を接続し模擬雷
を印加してもよい。

【００２８】前記模擬雷導入線(5)の入雷可能部位(2)の
近傍部分において、前述のように模擬雷の電流値を検出
する雷電流計測プローブ(6)が設置されており、雷イン
パルス発生装置(4)から出力された模擬雷の電流値(io)
を検出している。この雷電流計測プローブ(6)には、雷
電流計測プローブ(6)にて検出した電流値を光に変換す
るための電光変換器(7)が設置されている。そして、電
光変換器(7)の出力端には前記変換された光を伝送する
光ケーブル(8)が接続されており、その先端に前記伝送
された光を電流値(io)に変換する電光変換器(9)が接続
されている。ここで、光ケーブル(8)が使用された理由
は、光ケーブル(8)は建造物(1)に沿って配設されていた
としても建造物(1)に電磁誘導を起こさせないので、正
しい模擬雷測定結果が得られるからである。

【００２９】更に前記電光変換器(9)とオシロスコープ
(10)とが接続され、前記電光変換器(9)から出力された
電流検出値(io)を取り込んで電流波形を付設のモニター
(図示せず)で再現するようになっている。このオシロス
コープ(10)は、アナログ・デジタルとを別段問わないが
ここではデジタルオシロスコープが使用されている。ま
たこのオシロスコープ(10)は独自の電源装置(G)により
給電されている。そしてこのオシロスコープ(10)と前記
電源装置(G)とは地面から完全に遮断され、模擬雷の影
響を受けないようになっている。(13)は、前記オシロス
コープ(10)に接続され、オシロスコープ(10)の出力を解
析するためのコンピューターで、モニタ(14)および出力
装置(15)が接続されている。

【００３０】図２は、模擬雷を印加した時の建造物(1)
の測定必要部位(3A)、グランド電圧（Ｖg）の測定必要
部位(3B)及び建屋(1イ)内に設置された機器類(3)…の電
圧上昇並びに落雷時の影響を受ける近隣の建造物(1')や
伝送線(25)にて前記機器類(3)…に接続され、落雷時の
影響を受ける機器類(3')等の耐雷強度を測定するための
システムで、図１のシステムに加えて図２のシステムが
設置される。図の煩雑さを避けるために図１と図２を分
けて描いたが、実際は一体として用いられる。雷電圧計
測プローブ(11a0)(11a1)(11a2)…は、前記建造物(1)の
入雷可能部位(2)「ここでは避雷針あるいは鉄塔(1ロ)の
先端部分」や模擬雷印加時に模擬雷により発生する建造
物(1)の異常電位の測定必要部位(3A)(3A')「例えば、塔
脚基部(3A1)や各フロアの接地極(3A2)や落雷の影響を受
ける建造物(1')」に設置される。

【００３１】また、グランド電圧計測プローブ(11b)…
が、建屋(1イ)の周囲に掘られたピット(P)から露出して
いる接地電極(E)に接続されて接地部位のグランド電圧
を計測するようになっている。(通常、接地電極(E)は地
中に埋設されている。)「ピット(P)を凹成することな
く、グランド電圧(Ｖg)を計測するための電極を、入雷
建造物(1)を中心にして４方に放射状に地面に差し込
み、これを使用してグランド電圧(Ｖg)を計測してもよ
い。」そしてこの測定値をプロットする事で、避雷針
(2)を中心とする電位傾度(D)を知ることが出来、落雷の
影響を受ける範囲を定量的に確定する事が出来る。換言
すれば、どの程度の落雷があればどの範囲まで被害が及
ぶかが予測出来るようになる。

【００３２】前記雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a
2)…及びグランド電圧計測プローブ(11b)…はいずれも
測定対象の建造物(1)から遠く離れ、模擬雷が建造物(1)
を通って地面に流れたときに影響を受けない零電位補助
極(12)に接続され、この零電位補助電極(12)の電位が測
定の基準値となる。

【００３３】前記雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a
2)…及びグランド電圧計測プローブ(11b)…はいずれも
電光変換器(7)に接続されており、検出した電圧を光に
変換して出力するようになっている。前記電光変換器
(7)は前述の理由により光ケーブル(8)に接続されてお
り、前記変換された光を伝送する。そして、前記光ケー
ブル(8)に光電変換器(9)が接続されており、前記伝送さ
れてきた光はここで電圧に再変換され出力されるように
なっている。更に、前記光電変換器(9)はオシロスコー
プ(10)に接続されており、再変換された各電圧値はこの
オシロスコープ(10)に入力されるようになっている。

【００３４】また、建屋(1イ)の各階には各種機器類(3)
…(例えば、各種通信機器、耐雷トランスや分電盤など)
が設置されている。これらの通信端子や電源端子(3a)(3
b)(例えば、通信回路や主回路とアースとの間)には機器
類(3)…の出力をフィルタリングして、模擬雷印加時の
異常電圧上昇分(S)だけを通過させるバンドパスフィル
ター(16)が接続されており、このバンドパスフィルター
(16)を介して前記オシロスコープ(10)が前記各種機器類
(3)…端子(3a)(3b)に接続されている。

【００３５】しかして、雷インパルス発生装置(4)を作
動させて、模擬雷を避雷針(2)に印加すると、この模擬
雷の模擬雷撃電流は避雷針(2)、導線(図示せず)、鉄塔
(1ロ)、建家(1イ)の鉄骨、地中埋設杭(1ニ)を通って地
中に流れる。この時、雷電流検出プローブ(6)にて避雷
針(2)に印加された模擬雷電流値(io)が検出される。こ
の検出された模擬雷電流量(io)は電光変換器(7)により
前述のように光に変換され、光ファイバー(8)を通って
光電変換器(9)に至り、ここで再度模擬雷電流値(io)に
変換されてオシロスコープ(10)に入力される。この電流
波形は図５に示す通り、実雷に似た波形を示し、急激に
立ち上がり、その後次第に漸減していく。そして、この
模擬雷電流値(ioＡ)で想定雷電流値(ｋＡ)を除すことに
より、換算倍率が算出されることになる。即ち、 換算倍率＝想定雷電流値(ｋＡ)÷模擬雷電流値(ioＡ)

【００３６】また、避雷針(2)及び各計測部位(3A)に設
置された雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a2)…はこ
の時の異常上昇電位を検出し、避雷針(2)及び各計測位
置(3A0)(3A1)(3A2)…と零電位補助電極(12)との各電位
差(V0)(V1)(V2)…を検出し、前記電光変換器(7)により
この電位差を光に変換して光ファイバー(8)に出力す
る。光ファイバー(8)はこの変換された光を光電変換器
(9)に伝送し、光電変換器(9)にて電位差(V0)(V1)(V2)…
に再変換し、これをオシロスコープ(10)に出力する。オ
シロスコープ(10)はこのデータを取り込み、図６(a)(b)
に示す電圧波形をオシロスコープ(10)のブラウン管に映
像として映し出す。これと同時に、当該データを(13)に
出力し、必要なデータ解析(電位分布測定波形の解析)を
行う。

【００３７】模擬雷による建造物(1)を始めとする電位
分布測定波形の解析は次のようにして行われる。図６
(a)(b)に示すようにオシロスコープ(10)のブラウン管
(図示せず)又はＣＲＴ(14)に映し出された、避雷針(2)
及び各計測部位(3A)や後述する接地部位や機器類(3)…
の端子(3a)(3b)において模擬雷印加時に発生する電圧変
化量(Ｖ_0-P)及び電圧変化量(Ｖ_P-P)の大きさと、更には
前記変化量(Ｖ_P-P)については波高値の１番大きい(＋Ｖ
_0-P)から次の(−Ｖ_0-P)に変化する１周期における１周
期の変化速度も測定する。そして、この電圧変化量に前
記換算倍率をかけることで想定実雷の雷撃時の異常電圧
上昇(想定実雷の倍率換算値)を算出する。 換算倍率×電圧変化量(測定電圧Ｖ)＝想定実雷の異常電
圧上昇(想定実雷の倍率換算値)

【００３８】この関係は前述のように接地部位のグラン
ド電圧(Ｖg)を計測するグランド電圧計測プローブ(11b
1)(11b2)…や各測定対象機器(3)…の端子(3a)(3b)に接
続されたバンドパスフィルター(16)の場合も同様であ
る。模擬雷の入雷によって零電位補助電極(12)の電位に
比べて上昇したグランド電圧(Ｖg)をグランド電圧計測
プローブ(11b)により測定し、前述同様、換算倍率をか
けて接地個所の想定実雷雷撃時の異常電圧上昇(想定実
雷の倍率換算値)を算出する。この結果、前述の電位傾
度を定量的に知ることが出来る。

【００３９】機器類(3)…にあっては、運転状態におい
て前記模擬雷が印加されることになるので、前記電圧変
化量(Ｖ_0-P)、(Ｖ_P-P)は出力に重畳して現れることにな
る。そこで、フィルター(16)により、機器類(3)…の出
力波形をカットし、前記電圧変化(Ｖ_0-P)、(Ｖ_P-P)のみ
を取り出し、オシロスコープ(10)に出力する。そして前
述同様、この電圧変化量(Ｖ_0-P)、(Ｖ_P-P)に換算倍率を
かけて個別の機器類(3)…の想定実雷の雷撃時の異常電
圧上昇(想定実雷の倍率換算値)を算出する。ここで経験
的に例えば、主回路‐接地間に現れる電位上昇(Ｖ_0-P)
が過酷になった場合、通常、当該機器の回路における沿
面、間隙絶縁破壊(隣接する端子(3a)(3b)間での絶縁破
壊)が発生することが知られており、一方、(Ｖ_P-P)の１
周期が非常に早く且つ波高値が大きい場合は、主回路‐
接地間よりも主回路線間における貫通絶縁破壊が発生し
やすいことが知られているので、前記測定結果から当該
機器(3)の耐雷強度が定量的に予測できるようになる。

【００４０】また、機器類(3)…は伝送線(25)によって
前記入雷建造物(1)の外の機器類(3')…に接続されてい
る。「なお、この機器類(3')…は前記入雷建造物(1)に
隣接する建造物(1')…内に収容されている場合もあれ
ば、戸外に露出して設置されている場合もある。」これ
ら、伝送線(25)によって前記入雷建造物(1)の外の機器
類(3')…も当然落雷の影響を受けるものであるから、前
述と同じ方法によってその耐雷強度が実測されることに
なる。

【００４１】以上から、入雷建造物(1)そのものの耐雷
強度不足や、入雷建造物(1)の各計測部位(3A)の耐雷強
度に偏りがある場合には、例えば建造物(1)の周囲の必
要部位に新たに深打電極(図示せず)を設置したり、建造
物(1)の建設面あるいはその周囲全体を取り囲むよう
に、高誘電率を持つ例えば銅のメッシュ体(e)(勿論、メ
ッシュ体に限られず銅の平板でもよい。)を埋設するこ
とで耐雷強度の向上・改善を図ったり、雷導入線(14)を
新たに設置したり、その本数を増やしたり配置を変えた
りして建造物(1)全体の耐雷強度の向上・増強を図る。
また、機器類(3)…にあっては、当該耐雷強度不足機器
(3)そのものの耐雷強度向上を図ったり、機器類(3)…が
設置されている部屋そのものを電磁シールドを施したり
して耐雷強度の向上を図ることになる。

【００４２】(実施例)中継所に設置されている耐雷トラ
ンスの入出力端子、分電盤等の入力側主回路において、
通信鉄塔への直撃雷が発生した場合、主回路と接地(大
地)間との間に発生する電圧及び各異常電位上昇を把握
するため、雷インパルス発生装置を使用して実雷に模擬
し、測定試験を対策工事前及び対策工事後において行
い、対策工事の効果確認を行った。印加電流値は４０Ａ
とした。

【００４３】[Ｎｏ１耐雷トランス入出力端子部]通信鉄
塔への直撃雷によって、最も障害を受けやすい施設が耐
雷トランスである。耐雷トランスの１次側主回路‐接地
間の発生電位は、対策工事前で、Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１−Ｅ
相間は、２２４〜２５２Ｖの範囲で発生しており、想定
雷撃電流値を２０ｋＡとして判断すると、換算倍率は５
００(＝２０ｋＡ÷４０Ａ)となり、これに２２４〜２５
２Ｖを掛けると、実雷雷撃時の異常上昇電位＝約１１
２,０００Ｖ〜１２６,０００Ｖが得られる。対策工事後
の前記模擬雷による発生電位は、１１５〜１２１Ｖで、
約５０％の低減率が得られ、想定雷撃電流値に換算する
と５７,５００〜１７,１００Ｖであった。

【００４４】一方、２次側主回路‐接地間の発生電位
は、対策工事前でＵ１、Ｖ１、Ｗ１‐Ｅ間の(Ｖ_0-p)
で、−３３.２〜−３４.２Ｖの範囲で発生しており、こ
れに換算倍率を掛けた換算値は約−１６,６００〜−１
７,１００Ｖの発生電位であったが、対策工事後の発生
電位は、−２１.８〜−２３.２Ｖの範囲であり、比較す
ると低減率は約３３％で、その換算値は−１０,９００
〜−１１,６００Ｖの発生電位であった。

【００４５】また、１次側‐２次側主回路間の発生電位
は、対策工事前で２４９〜２７３Ｖの範囲で発生してお
り、その換算値は１２４,０００〜１３６,５００Ｖであ
った。これに対して対策工事後の発生電位は、１１９〜
１２０Ｖの範囲で発生しており、比較すると約５４％の
低減率を得ており、換算値は５９,５００〜６０,０００
Ｖの発生電位であった。

【００４６】[判定]耐雷トランスの雷インパルス耐電圧
値は、トランス単体(避雷器取り外し)においてＰ−Ｅ
間、Ｓ−Ｅ間、Ｐ−Ｓ間では３０,０００Ｖである。現
状では、トランス内部に付属避雷器及び増強用避雷器が
設置されているため、雷インパルス耐電圧値は、実際に
は、１.５〜２倍程度絶縁強度が増強されていると考え
られるので、１次側主回路‐Ｅ間及び１次‐２次側主回
路間は、冬季において想定雷撃電流２０ｋＡ換算値で
は、前記３０,０００Ｖを超過するが、裕度を考慮する
と５５,０００〜６０,０００Ｖ付近が当該耐雷トランス
の雷インパルス耐電圧値の限界値と推測され、実雷の雷
撃電流値が２０ｋＡ程度まで、当該耐雷トランスは耐え
ることができると判定された。２次側主回路‐Ｅ間につ
いては裕度が見られる。

【００４７】[Ｎｏ２耐雷トランス入出力端子部]Ｎｏ２
耐雷トランス入出力端子部は、耐雷トランス収納箱内で
Ｎｏ１耐雷トランスと低圧１回線(２２０Ｖ、３相)受電
になっており、測定データとしては、１次側については
同様の数字として取り扱った。測定は２次側主回路‐接
地間の発生電位と、１次側‐２次側主回路間の発生電位
とした。

【００４８】Ｎｏ２耐雷トランスの２次側主回路‐接地
間の発生電位は、対策工事前でＵ２、Ｖ２、Ｗ２‐Ｅ相
間は−３３.６〜−３４.６Ｖの範囲で発生しており、想
定雷撃電流値を２０ｋＶとして換算すると、約−１６,
８００〜−１７,３００Ｖであった。対策工事後の発生
電位は、−２２.２〜−２２.４Ｖの範囲で発生しており
比較すると、約３４％の低減率を得ている。また、１次
側‐２次側主回路の間の発生電位は２５４〜２７２Ｖの
範囲で発生しており、その換算値は１２７,０００〜１
３６,０００Ｖの発生電位であった。そして対策工事後
の発生電位は１１６〜１２５Ｖの範囲の発生電位であ
り、比較すると約５４％の低減率を得ており、その換算
値は５８,０００〜６２,５００Ｖの発生電位であった。

【００４９】[判定]Ｎｏ１耐雷トランスと同様である。

【００５０】[ＥＧ盤１次側入力ケーブル端子部]ＥＧ盤
１次側入力ケーブル端子部は耐圧トランスの２次側出力
ケーブル着点であり、その電位分布を測定した結果、対
策工事前で、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１‐Ｅ相間は−１０.７〜
−１０.９Ｖの範囲で発生しており、換算値で−５,３５
０〜−５,４５０Ｖの発生電位であった。これに対して
対策工事後の発生電位は、−６.５〜−６.９Ｖの範囲で
あり比較すると、約３７％の低減率が得られており、そ
の換算値は−３,２５０〜−３,４５０Ｖの範囲であっ
た。

【００５１】[判定]低圧機器雷インパルス耐電圧値；
４,０００Ｖ以下で、想定雷撃電流値２０ｋＡに対して
対策工事後の超過は見られない。

【００５２】[Ｎｏ２分電盤１次入力ケーブル端子部]Ｎ
ｏ２耐雷トランスの２次側出力ケーブル着点であり、電
位分布を測定した結果、対策工事前でＲｏ、Ｓｏ、Ｔｏ
‐Ｅ相間は−０.７４〜０.８８Ｖの範囲で発生してお
り、換算値で−３７９〜４４０Ｖの発生電位であった。
対策工事後の発生電位は、−０.４９〜−０.５１Ｖの範
囲であり比較すると、約３８％の低減率が得られてお
り、その換算値は−２４５〜−２５５Ｖの範囲であっ
た。

【００５３】[判定]低圧機器雷インパルス耐電圧値；
４,０００Ｖ以下で想定雷撃電流値２０ｋＶに対しては
超過せず裕度が見られる。

【００５４】[塔頂、塔脚、接地点電位上昇]塔頂電位上
昇は、落雷時に塔頂点(又は避雷針)と零電位補助電極と
の間で発生する最大電位上昇であり、模擬雷を使用して
塔頂点(又は避雷針)に模擬雷電流を印加して実測した結
果、対策工事前で４１０Ｖが発生しており、これを実雷
の落雷時の想定雷撃電流値を２０ｋＡ(累積落雷頻度５
０％)に換算すると、２０５,０００Ｖと最大発生電位と
なる。一方、塔脚点電位については、４脚共実測値で２
９８Ｖの発生電位であり、前記塔頂上昇電位４１０Ｖに
対して７３％の割合を占めており、また、接地点電位
Ａ、Ｃピットは共に２９２Ｖで７１％を占めていた。

【００５５】このことは、最大限の７０％は塔脚点、接
地点電位によって発生していると考えられ、残りの３０
％は鉄塔電位上昇によるサージインピーダンスが影響し
ていると考えられた。対策工事後のこれらの数字をみる
と、塔頂電位で実測値２５４Ｖ(低減率３８％)、換算値
１２７,０００Ｖに低減しており、塔脚点においても実
測値１７１〜１７６Ｖ(低減率４１〜４３％)、換算値８
５,５００〜８８,０００Ｖの範囲で低減していた。

【００５６】また、接地点電位についても同様であり、
Ａ脚側実測値１６７Ｖ(低減率４３％)、換算値８３.５
００Ｖであり、Ｃ脚側実測値１６５Ｖ(低減率４４％)に
低減していた。新設した環状接地電極に接続しているＬ
ＺＧＶ接続点ピットのＢ、Ｄ側では、実測値でそれぞれ
１６２Ｖであった。

【００５７】[接地線接続ピット内流入電流]雷インパル
スを塔頂点に印加したときの雷サージ伝搬路は、避雷針
点から避雷導線及び鉄塔部材(主に４脚)に伝搬して、建
家内壁面及び鉄筋から基礎構造体(杭)へと伝わり大地へ
の流入が行われる。この接地電極側へ分流したものを実
測した結果、既設深打接地電極が接続されているＡ脚側
とＣ脚側の流入電流は、対策工事前でＡ脚側実測値４.
２Ａ、Ｃ脚側実測値３.４５Ａと若干ではあるがＡ脚側
の接地電極が低いようであった。

【００５８】そして、対策工事後ではＡ脚側２.１Ａ、
Ｃ脚側２.８Ａと低減してたが、これは新設ＬＺＧＶ引
き下げに伴い、新設環状接地電極側への雷サージの分流
量が増えたためであると考えられる。この増量分はＢ脚
ＬＺＧＶ引き下げ点で実測２.５４Ａ、Ｄ脚側で５.９５
Ａ分流している。他の雷サージ電流は鉄塔４脚から建家
構造体(基礎杭を含む)及び、建屋と環状、帯状接地電極
全体に流れていると考えられる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、建造物の入雷可能部位
に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、入雷建
造物や落雷の影響を受ける建造物の雷電位計測必要部位
と零電位補助電極との間の模擬雷印加時の異常電位上昇
及び建造物内に接続された機器や伝送線で接続された機
器類の異常電位上昇の少なくともいずれか一方を計測す
るので、建家内の機器類を稼働させた状態でこれらに影
響を与えることなく建造物の雷電位計測必要部位や前記
機器類の模擬雷による異常電圧上昇を実測することがで
き、これに予め判っている換算倍率を掛けることで、予
想される実際の落雷による異常上昇電圧を算出し、その
建造物自体の耐雷強度そのものは勿論、その建造物に設
置されている機器類自体の耐雷強度を定量的に診断する
ことができる。

【００６０】また、接地部位の電位も実測するので、落
雷時の影響範囲を知ることも出来、これらの診断結果に
よって、建造物の耐雷強度が不十分である場合や、各セ
クションに耐雷強度の偏りがある場合、その建造物に対
して必要な耐雷向上処置やその平均化、機器の耐雷強度
向上処置を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の雷電流値を計測する場合のシステム図

【図２】本発明の計測部位における雷電圧変化量を計測
する場合のシステム図

【図３】本発明の機器類における雷電圧変化量を計測す
る場合のシステム図

【図４】本発明のピットにおける雷電圧変化量を計測す
る場合のシステム図

【図５】本発明において避雷針に印加される模擬雷の印
加電流波形図

【図６】本発明において検出された模擬雷の異常電圧波
形図

【図７】本発明の診断対象となった建造物の１フロアの
平面略図

【図８】本発明の診断対象となった建造物の縦断面略図

【図９】本発明の診断対象となった他の建造物の概略斜
視図

【図１０】落雷時の電位分布を示す概略正面図

【符号の説明】

(1)建造物 (1イ)建家 (1ロ)鉄塔 (1ハ)パラボラアンテナ (2)入雷可能部位(避雷針) (3)機器 (3A)雷電位計測必要部位 (3B)グランド電圧計測部位 (4)雷インパルス発生装置 (5)模擬雷導入線 (6)雷電流計測プローブ (7)電光変換器 (8)光ケーブル (9)光電変換器 (10)オシロスコープ (11a1)(11a2)雷電圧計測プローブ (11b)グランド電圧計測プローブ (12)零電位補助電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建造物の入雷可能部位に実雷より印加
   電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物及び当
   該落雷により影響を受ける建造物の少なくともいずれか
   一方の、雷電位計測必要部位と零電位補助電極との間の
   模擬雷印加時の異常電位上昇を計測することを特徴とす
   る耐雷強度測定方法。
2. 【請求項２】 建造物の入雷可能部位に実雷より印加
   電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物及び当
   該落雷により影響を受ける建造物の少なくともいずれか
   一方の、接地部位のグランド電圧計測必要部位と零電位
   補助電極との間の模擬雷印加時の異常電位上昇を計測す
   ることを特徴とする耐雷強度測定方法。
3. 【請求項３】 建造物の入雷可能部位に実雷より印加
   電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物内に設
   置された機器及び前記機器に伝送線で接続されている前
   記建造物外の機器の少なくともいずれか一方の、模擬雷
   印加時の異常電位上昇を計測することを特徴とする耐雷
   強度測定方法。
4. 【請求項４】(a)建造物の入雷可能部位に接続され、当
   該入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を
   印加するための雷インパルス発生装置と、 (b)前記雷インパルス発生装置と建造物の入雷可能部位
   とを接続する模擬雷導入線と、 (c)模擬雷印加時に模擬雷により発生する当該入雷建造
   物及び当該落雷により影響を受ける建造物の少なくとも
   いずれか一方の建造物の異常電位上昇の測定必要部位に
   接続された雷電圧計測プローブと、 (d)前記雷電圧計測電圧プローブに接続された電光変換
   器及び零電位補助極と、 (e)前記電光変換器に接続された光ケーブルと、 (f)前記光ケーブルに接続された光電変換器と、 (g)前記光電変換器に接続されたオシロスコープとで、 構成されたことを特徴とする耐雷強度測定装置。
5. 【請求項５】(a)建造物の入雷可能部位に接続され、当
   該入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を
   印加するための雷インパルス発生装置と、 (b)前記雷インパルス発生装置と建造物の入雷可能部位
   とを接続する模擬雷導入線と、 (c)模擬雷印加時に模擬雷により発生する当該入雷建造
   物及び当該落雷により影響を受ける建造物の少なくとも
   いずれか一方の建造物の接地部位のグランド電圧を計測
   するグランド電圧計測プローブと、 (d)前記グランド電圧計測プローブに接続された電光変
   換器及び零電位補助極と、 (e)前記電光変換器に接続された光ケーブルと、 (f)前記光ケーブルに接続された光電変換器と、 (g)前記光電変換器に接続されたオシロスコープとで、
   構成されたことを特徴とする耐雷強度測定装置。
6. 【請求項６】(a)建造物の入雷可能部位に接続され、当
   該入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を
   印加するための雷インパルス発生装置と、 (b)前記雷インパルス発生装置と建造物の入雷可能部位
   とを接続する模擬雷導入線と、 (c)当該入雷建造物内に配置された機器及び伝送線を介
   して前記機器に接続されている当該入雷建造物外の機器
   の少なくともいずれか一方の機器の端末に接続され、機
   器の出力をフィルタリングして、模擬雷印加時の異常電
   圧上昇分だけを通過させるフィルターと、 (d)前記フィルターに接続されたオシロスコープとで、
   構成されたことを特徴とする耐雷強度測定装置。