JP2004278118A - 建物における雷障害の低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】敷地が狭い場合でも、落雷を少なくすることができる雷障害の低減装置を提供する。
【解決手段】建物２を囲むように設けられ、その敷地３内に環状に埋め込まれている周囲接地極４と、それらの周囲接地極同士を接続する導線５と、その建物２の近辺に配置された複数本の電柱１４の上端に沿って架設されている架空地線１５と、その架空地線１５と接続され、電柱近辺の地面に埋め込まれている接地極２３と、前記周囲接地極４または導線５と架空地線１５または電柱の接地極２３とを接続する接続線１６とを備えている低減装置１０。建物２には避雷針１８が設けられ、その避雷針１８と導線５とが接続されている。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建物における雷障害の低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第３１４３８８２号公報
【特許文献２】特開平９−４１７２３号公報
【特許文献３】特開平７−１９２７８４号公報
【特許文献４】特公平７−８９７１２号公報
【特許文献５】特許第２７６４００８号公報
【０００３】
特許文献１には、無線中継所や情報化対応ビルディング、ハイテク機器を備えた工場など、半導体システムなどの電気設備を備えた建物を雷サージから保護するため、図１３に示すような、建物１００を囲む環状接地線１０１を設け、その環状接地線に避雷針１０２を接続する防雷方法が開示されている。前記環状接地線１０１には、所望の間隔で地中に埋めた接地極１０３を接続しており、建物内の電気設備の接地１０４を環状接地線１０１内に設けている。なお符号１０５は外部から建物内に入る電源線であり、耐雷変圧器１０６を経由して電気設備１０７に電源供給している。
【０００４】
この防雷方法によれば、避雷針１０２に落雷したとき、建物１００内を通過する雷電流をできる限り抑制することができるので、建物内部の電気設備１０７を雷サージから保護することができる。なお、特許文献２および特許文献３にも、ほぼ同様の建物への雷のサージ電流の侵入を防止する装置ないし構造が開示されている。
【０００５】
他方、特許文献４には、図１４に示すような、入力側巻線１１０と出力側巻線１１１の間に３層のシールド板１１２、１１３、１１４を設けた耐雷変圧器１１５を設け、各シールド板を異なるサージインピーダンスを介して接地する耐雷方法が開示されている。出力側巻線１１１のシールド板１１４は、保護すべき負荷機器１１６に接続されるケーブル１１７のシース１１８と共に接地している。
【０００６】
さらに特許文献５には、図１５に示すような、特許文献４とほぼ同様の耐雷変圧器１２０を設け、出力側巻線のシールド板（静電遮蔽板）１１４を負荷機器１１６の主接地１２１に接続し、入力側巻線のシールド板１１２を入力電源線１２２、１２３のうちのゼロ電位線１２３に接続する耐雷方法が開示されている。なお符号１２４は柱上変圧器であり、符号１２５は架空地線、符号１２６はその架空地線の接地線である。前記ゼロ電位線１２３は柱上変圧器のケースと共にその接地線１２５に接続されている。
【０００７】
この耐雷方法では、入力側巻線のシールド板１１２の接地工事が不要である利点があり、しかも建物１００の避雷針１０２に落雷したときでも、主接地１２１側に流れ、入力電源線１２２、１２３のゼロ電位線１２３に伝わってくる電流も、架空地線の接地（第Ｂ種接地）１２６と架空地線１２５に分流されるので、高圧電線側への影響が少ないとされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記いずれの防雷方法あるいは耐雷方法・装置も、一旦、雷が落ちてからの機器の保護を目的とするものであり、雷が落ちにくくすることについては、あまり考慮されていない。本発明はこのような状況に鑑み、落雷をできるだけ少なくすることができる雷障害の低減装置を提供することを第１の技術課題とするものである。さらに本発明は、落雷をできるだけ避けることができ、しかも落雷があった場合の建物内の電気機器の障害をできるだけ少なくすることができる雷障害の低減装置を提供することを第２の課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の建物における雷障害の低減装置（請求項１）は、建物を囲むように、建物の敷地内に接地されている複数の周囲接地極と、それらの周囲接地極同士を導通する導線と、その建物から離れた位置に設けられる遠隔接地極と、前記周囲接地極ないし導線と前記遠隔接地極とを接続する接続線とを備えていることを特徴としている。このような雷障害の低減装置においては、前記周囲接地極が、建物を矩形状に囲んでおり、前記遠隔接地極が、周囲接地極のコーナー部から放射状に離れた複数個所に設けられているものが好ましい（請求項２）。
【００１０】
さらに前記遠隔接地極が、建物から離れて配置された複数本の電柱の近辺に接地され、電柱の上端に沿って架設される架空地線と接続されているものが好ましい（請求項３）。前記いずれの場合も、建物に避雷針が設けられており、その避雷針と前記周囲接地極とが接続されているものが好ましい（請求項４）。また、遠隔接地極を前述の電柱の近くの地面に設けられる接地極とする場合は、電柱に架設されている架設電線が建物内に引き込まれ、建物内の電気設備に接続されているものが一層好ましい（請求項５）。
【００１１】
【作用および発明の効果】
本発明の低減装置（請求項１）では、周囲接地極が敷地の電位と同電位である。そして接地極同士が導線で導通しているので、接地極が並んで立っている範囲もほぼ同電位である。さらにそれらの接地極と接続線で接続されている遠隔接地極の地面も同電位である。したがって電気が流れていない限り、建物を囲む敷地から遠隔接地極が及ぶ範囲の全体が広い範囲で同電位となり、広い範囲で電気的に平坦な領域が実現できる。それにより落雷し易い電気的に突出する部位がなく、いわばエンロトピーが大きくなる。そのため落雷自体を防止することができる。また、雷雲が建物に近づいていくとき、建物に接近するよりも早くその建物と同電位の遠隔接地極に接近する。そのため、仮に落雷する場合でも、建物より早く遠隔接地極に落雷する。したがって建物への落雷を避けることができる。
【００１２】
前記周囲接地極が建物を矩形状に囲んでおり、前記遠隔接地極が周囲接地極のコーナー部から放射状に離れた複数個所に設けられている場合（請求項２）は、建物からかなり離れた位置に遠隔接地極を設けることができる。さらに周囲接地極同士を接続する導線も、接地極と同様の避雷作用を奏するので、建物を矩形状に囲んでいるほうが安全である。
【００１３】
前記遠隔接地極が建物から離れて配置された複数本の電柱の近辺に接地され、電柱の上端に沿って架設される架空地線と接続されている場合（請求項３）は、建物の周囲の周囲接地極が電柱の近辺の接地極と同電位であり、しかもその電柱の頭部同士を連接する架空地線とも同電位である。したがって建物を囲む敷地および電柱が立っている帯状の広い範囲で同電位となり、広い範囲で電気的に平坦な領域が実現できる。それにより、落雷し易い電気的に突出する部位がなく、建物への落雷を避けることができる。なお、電柱の側についても、隣接する多くの土地所有者の周囲地線と接続することにより、電柱への落雷の危険性を低減することができる利点がある。
【００１４】
さらに建物に避雷針を設け、その避雷針と周囲接地線とを接続する場合（請求項４）は、立体的な範囲で同電位の領域が実現する。そのため、一層落雷の危険性を低減することができ、しかも仮に落雷があっても、建物を通らずに避雷針から地面へ、あるいは地面から避雷針へ電流が流れるので、建物内の電気機器が保護される。
【００１５】
前記電柱に架設されている架設電線が建物内に引き込まれ、建物内の電気設備に接続されている場合（請求項５）は、前記落雷の危険性を低減する利点に加えて、落雷があったときの被害を少なくする利点がある。すなわち落雷があると、建物の周囲の周囲接地極および導線を通じて建物内に誘導起電力が生じ、電流が流れようとするが、同時に同じレベルだけ、架空地線に基づいて電源線に誘導起電力が生ずる。したがって電源線と建物内の電気設備との間には、起電力同士が相殺され、落雷による相対的な電位差がなく、誘導起電力に基づく障害（落雷による誘導サージ）が低減される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の雷障害の低減装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の低減装置の一実施形態を示す平面図、図２はその低減装置の立面図、図３および図４はそれぞれ本発明の低減装置の他の実施形態を示す平面図、図５は図４の低減装置の立面図、図６はその低減装置の作用を模式的に示すグラフ、図７は本発明の低減装置のさらに他の実施形態を示す立面図、図８ａ〜ｃはその低減装置の作用を模式的に示すグラフ、図９および図１０は架空地線への落雷時における従来の低減装置と本発明の低減装置の作用を対比して示す概略斜視図、図１１および図１２は建物の避雷針への落雷時における従来の低減装置と本発明の低減装置の作用を対比して示す概略斜視図である。
【００１７】
図１の低減装置１は、建物２を囲むように敷地３内に所望の間隔で埋設された複数個の周囲接地極４と、それらの周囲接地極４同士を接続している導線（周囲接地線）５と、矩形状のコーナ部の周囲接地極４ａから放射状に長く延びる接続線６を介して接続される複数の遠隔接地極７とを備えている。なお遠隔接地極は、矩形のコーナー部だけでなく、たとえば符号７ａで示すように、矩形の一辺（図１では左辺）の途中と接続線６ａで導通するようにしてもよい。
【００１８】
図２に示すように、前記周囲接地極４、４ａは、敷地３の地中に深く埋め込まれた金属製、とくに銅製の棒などで構成することができ、それらの上端に前記導線５が接続されている。また、導線５や遠隔接地極７、７ａ、接続線６、６ａも地中に埋め込まれる。しかし導線５や接続線６、６ａは地面の上を通してもよく、空中に懸架してもよい。導線５は被覆せずに直接地中に接地してもよく、被覆電線を用いて接地極のみによって接地してもよい。さらに導線５を、地中に埋めた配線用の配管（非金属配管）に通すようにしてもよい。
【００１９】
図１では隣接する周囲接地極４、４ａ同士を導線５で接続し、導線５は建物２を囲むように矩形状に配線しているが、周囲接地極４、４ａが建物の回りを囲むように配置されていれば、導線５自体は環状や矩形状にする必要はない。さらに導線５は建物２を囲むように配線する必要もなく、図３のように建物２の内部あるいは下方を通って放射状に配線されていてもよい。ただし導線５には落雷時、雷電流が流れ、サージ電圧が発生する。よって導線５の敷設場所は、保護対象機器が地面と接触しているところより、離間距離をとることが必要である。これを満足する限り、導線５は、建物を囲むように設けられる周囲接地極４同士を互いに導通させるものであればどのようなものでもよい。
【００２０】
前記遠隔接地極７、７ａは、建物２の敷地３内に限らず、可能であれば隣接する他人の土地あるいは公道に埋め込むこともできる。図４に示す低減装置１０では、建物２の近辺に配置された複数本の電柱１４を利用して遠隔接地極を構成している。すなわちこの低減装置１０は、図１の場合と同様の、建物２の周囲に配置される周囲接地極４と、それらの周囲接地極４同士を接続する導線５と、近接する電柱１４の架空地線１５と周囲接地極４とを接続する接続線１６とから構成される。
【００２１】
また、図４および図５に示すように、この実施形態では、さらに建物２の頂部に避雷針１８が立てられており、その避雷針１８から建物２の天面および壁面に沿って延びている第１の導線１９が、地面に埋め込まれた避雷針用の接地極２０に直接接続されている。さらに避雷針１８から延びている第２の導線２１は、建物２の壁面を経由して前述の導線５または周囲接地極４に接続されている。
【００２２】
前記電柱１４の架空地線１５は、電柱１４が本来目的とする架線（図示省略）、たとえば高圧電線、電話線などの架設電線を落雷から保護するものであり、それぞれの電柱１４の上端から電柱に沿って下方に延びる導線２２によって、電柱１４の根元近辺に埋め込まれた棒状の接地極（遠隔接地極）２３に接続されている。そしてもっとも建物２あるいは敷地に近い電柱１４ａの接地極２３ａと、前記周囲地極４または導線５とが前述の接続線１６で接続されている。その接続線１６は、空中に架設されていてもよいが、通常は地中に埋め込まれている。
【００２３】
上記のように構成される低減装置１０では、周囲接地極４によって建物１１の周囲の敷地３の電位が同じになる。さらにその敷地の大地電位と電柱１４周りの大地電位との電位差が少なくなる。とくに電柱１４は遠くまで列設されているので、図１の場合の接続線６ａを極めて遠くまで延ばす場合と同等の効果がある。たとえば、図６に示すように、電柱が埋め込まれている周囲の元の大地電位がＶ１であり、建物の周囲の元の大地電位がＶ２であった場合に、図４および図５に示す建物２の周囲に周囲接地極４を設け、接続線１６で架空地線１５に接続することにより、全体の電位がＶａに平均化される。それによって建物周囲の大地と大気（雷雲）との間で放電が起こりにくくなり、落雷の可能性が大きく低減する。すなわち雷雲から見れば、いわば建物２を含めた大地の全体が電気的に平坦になっており、一個所に突出している部位が見えない。それにより落雷が防止される。
【００２４】
さらにこの実施形態では、避雷針１８と建物周囲の大地との電位差が少ないため、雷雲から見れば、避雷針１８によって建物２が隠された状態になる。それによっても建物への落雷が防止される。
【００２５】
図７は電柱１４に架設されている架設電線２４が建物２内に引き込まれている場合を示している。すなわち先述のように電柱１４には架設地線１５で保護される電力線や電話線などの架設電線が配線されているが、通常はそのような架設電線２４は近くの電柱１４ａから分岐した分岐線２５によって建物２内に引き込まれる。そしてその分岐線２５は建物２内のコンピュータ設備や電話などの通信機器に接続されている。前述の低減装置１０はこのような場合に、落雷の危険性を低減するのに加えて、電柱１４に落雷があったときの被害を少なくする利点がある。
【００２６】
すなわち図７の左端に示すように、電柱１４に落雷があると、落雷による誘導サージが発生し、その誘導サージ波Ｉ_ＤＴが架空電線２４を伝わって建物２内の電気設備などの電位を上昇させる（上昇量Ｖ_ＤＴ：図８ａ参照）。他方、架空地線１５にも同様の誘導サージが発生し、誘導サージ波Ｉ_Ｇが架空地線１５、接続線１６および周囲接地極４を伝わって建物周囲の大地電位を上昇させる（上昇量Ｖ_Ｇ：図８ｂ参照）。したがって電気設備の各機器に実際に加わる電位上昇Ｖは、両者の差、すなわちＶ＝Ｖ_ＤＴ−Ｖ_Ｇとなる（図８ｃ参照）。なお、架空電線２４を伝わる誘導サージ波Ｉ_ＶＤと架空地線１５を伝わる誘導サージ波Ｖ_Ｇとは、大きさや周期がずれているが、それでも周囲接地極４と接続線１６がない場合よりも大幅に低減する。それによって電気設備が誘導サージによる電位上昇から保護される。とくにコンピュータなどのＩＣ機器は、誘導サージにより破壊される可能性が高いため、このような低減装置は有効である。
【００２７】
図１０は、図７の状態を大地側から電流が流れる観点から示しており、ここでは図９の接続線および遠隔接地極がない場合と対比して説明する。図９の接続線がない場合は、架空地線１５に落雷があると、周辺の大地２７から落雷した架空地線１５の近辺の電柱１４の接地極２３に向かって矢印Ｉのように電流が流れ、架空地線１５から雷雲２８に向かって放電する。また、架空地線１５についても、矢印Ｉのように雷電流が流れる。そのとき、建物２の周囲の大地２７の電位Ｖ_Ｇ１と架空地線１５および接地極２３の電位Ｖ_Ｇ２との間で電位差があり、また、同電位Ｖ_Ｇ１の範囲が限定されるので、周囲接地極４、４ａを環状に接続する導線５があるにもかかわらず、導線５で囲まれる大地２７にも電流が流れる。他方、建物２内の受電設備２９は電柱の架設電線（電力・通信線）２４と接続されているので、その架設電線２４を伝わって雷電流が流れ、電気機器接地３０から雷電流が進入する。それにより電気機器を経由して受電設備２９に向かって雷電流が流れ、電気機器および受電設備２９が障害を受ける。
【００２８】
他方、図１０のように、建物の周囲の導線５とその近辺の電柱１４の接地極２３とが接続線６ａで接続され、しかも周囲接地極４ａから遠隔接地極７まで接続線６で接続されている場合は、電柱１４の近辺の電離Ｖ_Ｇ２と建物の周囲の電位Ｖ_Ｇ１と差がなくなり、しかも建物の周囲の同電位Ｖ_Ｇ１の範囲が広くなる。したがって架空地線１５に落雷したとき環状の導線５内には雷電流が流れない。そして架空地線１５に落雷したとしても、電気機器接地３０の電位上昇が少しであるため、電気機器への影響が少ない。また、遠隔接地極７に接続している接続線６に落雷しても、前述と同様に電気機器接地３０の電位上昇が少しであるため、電気機器への影響が少ない。
【００２９】
図１１は接続線および遠隔接地極がない場合において、建物２の避雷針１８に落雷した場合を電流の観点から示している。この場合も建物２の周囲の大地２７の電位Ｖ_Ｇ１と架空地線１５および接地極２３の電位Ｖ_Ｇ２との間で電位差があり、また、同電位Ｖ_Ｇ１の範囲が限定される。そのため、雷雲２８と建物２の周囲の電位Ｖ_Ｇ１との間に落雷発生条件ができると、建物２の避雷針１８に落雷が集中することになる。
【００３０】
他方、図１２のように、建物２の周囲の導線５とその近辺の電柱１４の接地極２３とが接続線６ａで接続され、しかも周囲接地極４ａから遠隔接地極７まで接続線６で接続されている場合は、電柱１４の近辺の電離Ｖ_Ｇ２と建物の周囲の電位Ｖ_Ｇ１と差がなくなり、しかも建物の周囲の同電位Ｖ_Ｇ１の範囲が広くなる。そのため、建物２の避雷針１８に落雷する確率が下がる。また、雷雲２８と建物の周囲の電位Ｖ_Ｇ１との間に落雷発生条件ができても、周囲接地極４、４ａ、遠隔接地極７、７ａ、電柱の接地極２３など、接地極のポイントがき多いため、建物２の避雷針１８に落雷する確率が少ない。
【００３１】
図１、図４の実施形態では、導線５は全体が連続した四角形の環状を呈しているが、一個所が切れていてもよい。また、台形、円形など、建物２を囲む平面形状であれば、他の平面形状であってもよい。さらにこの実施形態では周囲接地極４および導線５が１周だけであるが、二重に配線するようにしてもよい。さらに図４、図５の場合は、１本の接続線１６で周囲接地極４と電柱１４の接地極２３ａとを接続しているが、複数本の電柱の接地極あるいは架空地線と別個の接続線によって接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低減装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】その低減装置の立面図である。
【図３】本発明の低減装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の低減装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図５】図４の低減装置の立面図である。
【図６】その低減装置の作用を模式的に示すグラフである。
【図７】本発明の低減装置のさらに他の実施形態を示す立面図である。
【図８】図８ａ〜ｃはその低減装置の作用を模式的に示すグラフである。
【図９】架空地線針への落雷時における従来の低減装置の作用を示す概略斜視図である。
【図１０】架空地線針への落雷時における本発明の低減装置の作用を示す概略斜視図である。
【図１１】建物への落雷時における従来の低減装置の作用を示す概略斜視図である。
【図１２】建物への落雷時における本発明の低減装置の作用を示す概略斜視図である。
【図１３】従来の防雷方法の一例を示す斜視図である。
【図１４】従来の耐雷方法に用いられる耐雷変圧器の一例を示す電気回路図である。
【図１５】その耐雷変圧器を用いた耐雷方法の一例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 低減装置
２ 建物
３ 敷地
４、４ａ 周囲接地極
５、５ａ 導線
６、６ａ 接続線
７、７ａ 遠隔接地極
１０ 低減装置
１４ 電柱
１４ａ もっとも近い電柱
１５ 架空地線
１８ 避雷針
１９ 第１の導線
２０ 接地極
２１ 第２の導線
２２ 導線
２３ 接地極
２３ａ もっとも近い電柱の接地極
２４ 架設電線
２５ 分岐線
Ｉ_ＤＴ 誘導サージ波
Ｖ_ＤＴ 電位上昇
Ｉ_Ｇ 誘導サージ波
Ｖ_Ｇ 電位上昇
Ｖ 実際の電位上昇
２７ 大地
２８ 雷雲
２９ 受電設備
３０ 電気機器接地
Ｖ_Ｇ１ 建物周囲の大地電位
Ｖ_Ｇ２ 架空地線の電位

Claims (5)

1. 建物を囲むように接地されている複数の周囲接地極と、それらの周囲接地極同士を導通する導線と、その建物から離れた位置に設けられる遠隔接地極と、前記周囲接地極ないし導線と前記遠隔接地極とを接続する接続線とを備えている、建物における雷障害の低減装置。
2. 前記周囲接地極が、建物を矩形状に囲んでおり、前記遠隔接地極が、周囲接地極のコーナー部から放射状に離れた複数個所に設けられている請求項１記載の雷障害の低減装置。
3. 前記遠隔接地極が、建物から離れて配置された複数本の電柱の近辺に接地され、電柱の上端に沿って架設される架空地線と接続されている請求項１記載の雷障害の低減装置。
4. 前記建物に避雷針が設けられており、その避雷針と前記周囲接地極とが接続されている請求項１または３記載の低減装置。
5. 前記電柱に架設されている架設電線が建物内に引き込まれ、建物内の電気設備に接続されている請求項３記載の低減装置。

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