JP2004311083A - 昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔 - Google Patents

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隆二 小野寺
Yukio Yokoyama
幸夫 横山
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Abstract

【課題】雷雲の接近に伴い、自動的に鉄塔の高さを複数段に設定できる昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔の技術を提供する。
【解決手段】雷雲感知装置Dは大地2やその他の部位又は避雷物体8の近傍に配置され、雷雲9が発生かつ成熟し上記避雷物体9に近接し又は落雷危険状態にある場合、これを検知し、この検出信号を避雷鉄塔Eを昇降する昇降機構駆動手段11に伝送する。前記雷雲感知装置Dは、例えば電界強度検出型雷雲感知装置が適用される。昇降機構駆動手段11は避雷鉄塔Eに具備しており、上記雷雲感知装置Dから検出信号を導入して昇降手段15により複数段に伸長かつ上昇完了させる。雷雲9は避雷針3に向って放電を行い、家屋や風力発電用風車等でなる避雷物体8への落雷を防止する。該避雷鉄塔Eの最大伸長時には避雷物体8としての大型風車を考慮し約100(m)程度の高さにする。そして、雷雲9が避雷物体8から離散すれば、これを該雷雲感知装置Dが検知し、この検出信号を上記昇降機構駆動手段11に導入し、該避雷鉄塔Eを縮小かつ降下完了の状態に復元させる。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷雲の接近に伴い、自動的に鉄塔の高さを複数段に設定できる昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術に於ける避雷鉄塔の第1の例としては、図4(a)に示す構造であった。該第1の例は、いわゆる自立型避雷鉄塔Aと称されるものである。鉄塔本体1はその基部を大地2の面上に立設している。該鉄塔本体1の塔頂部は避雷針3が固定されている。そして、雷雲が接近した場合、この避雷針3の動作で近隣に存在する家屋等の避雷物体を落雷から保護する。
当該自立型避雷鉄塔Aは、鉄塔の高さが高くなるに従い自重及び風速に耐える構造とし因みに、上記自立型避雷鉄塔Aの場合、塔頂部に例えば最大風速60m/secの荷重がかかることを想定して設計する必要があり、鉄塔本体1の廻りを太くかつ大型化し、特に基礎部分が強固かつ大きくなり、建柱施工に際し、大掛りなクレーンやその他の施工機械を必要とし、施工工事費用が嵩むうえに施工工期が長くなるという問題点があった。
また、建設後の避雷器具のメンテナンスが困難であるという問題があった。
【0003】
また、従来の技術に於ける避雷鉄塔の第2の例としては図4(b)に示す構造であった。該第2の例は、いわゆるステイ方式避雷鉄塔Bと称されるものである。この鉄塔本体4は前記第1の例に比較し、鉄塔本体4の廻りを細くすることができるので、基礎部分をそれ程に強固にする必要がないが、該鉄塔本体4を複数段、例えば3段に分けて、左右に支線5a、6a、7a及び5b、6b、7bを張設する必要がある。而して施工工事が余分に加わるうえに、支線5aないし7bが大地2と接続する地点から鉄塔本体4の基部中心点までの距離、すなわちアンカー位置C、Cを確保することが必要であった。
このアンカー位置Cは鉄塔本体4が高くなるに従い、また強風を伴う地域に於いては長く設定することが肝要であり、例えば、実施例に於いては高さ100mのステイ方式避雷鉄塔Bの場合は、アンカー位置Cは基部中心点から約60m程度を確保する必要があった。それ故に、広大な遊休土地のスペースを必要とし、施工経済上又は立地条件の面で望ましいものではなかった。
また、建設後の避雷器具のメンテナンスが前記自立型避雷鉄塔Aと同様に困難であるという問題があった。
図中、3は第1の例と同様に塔頂部に固定した避雷針である。
【0004】
また、従来の技術に於いては、第3の例として特開2002−271965公開特許公報に開示された高圧鉄塔がある。この高圧鉄塔は、送電線を架設しており、避雷専用の鉄塔ではなく、その塔頂部に落雷防止用アームを設けた技術である。当該第3の例は基本的には前記第1の例と略同一構造を有する自立型避雷鉄塔Aの範疇に属し、同じような特質を備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、風車や家屋等各種の避雷物体に雷雲が接近したとき又は雷雲が当該避雷物体から離散したときにいわゆるテレスコピック機構を備え鉄塔の高さを複数段に設定しかつ景観を損なうことなく雷雲感知装置付き避雷鉄塔の技術を提供することである。
【0006】
また、本発明は避雷物体、例えば風車や家屋等の高さに応じて避雷鉄塔の避雷可能高さを合理的に設定しかつ複数段に昇降させる雷雲感知装置付き避雷鉄塔の技術を提供することである。
【0007】
また、雷雲発生時の風速最大値、例えば、35m/sec程度に於いて塔体長を高くすなわち、塔体を伸長させ、また、雷雲非発生時に於いて当該所定風速値を越えたとき該塔体長を短く、つまり塔体を縮小させた構造を有する避雷鉄塔を構成することにより、本発明は風の影響を最小限に抑え、塔体断面を小さく並びに大地に設置する基礎部分を小規模化し、比較的狭い土地スペースで施工可能として施工工事費用及び工期の短縮化を実現した雷雲感知装置付き避雷鉄塔の技術を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した課題を実現することを目的としたものであって、次の構成、手段から成立する。
【0009】
請求項1記載の発明によれば、複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔と、該避雷鉄塔を複数段に昇降させる昇降手段と、該昇降手段を駆動する電動機を含む昇降機構駆動手段と、該昇降機構駆動手段に雷雲の接近に基づく検出信号を導入する雷雲感知装置とでなることを特徴とする昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔である。
【0010】
請求項2記載の発明によれば、複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔と、該避雷鉄塔を避雷物体の高さに応じて複数段に昇降させる昇降手段と、該昇降手段を駆動する電動機を含む昇降機構駆動手段と、該昇降機構駆動手段に雷雲の接近に基づく検出信号を導入する雷雲感知装置とでなることを特徴とする昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔である。
【0011】
請求項3記載の発明によれば、前記避雷物体は、風力発電用風車であることを特徴とする請求項2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔である。
【0012】
請求項4記載の発明によれば、前記複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔は、最外管状塔体が大地に接続する支線を張設したことを特徴とする請求項1又は2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔である。
【0013】
請求項5記載の発明によれば、前記雷雲感知装置は、気象レーダー型雷雲感知装置、電磁波受信型感知装置又は雷昇強度検出型雷雲感知装置であることを特徴とする請求項1又は2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔である。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明に係る昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔の実施の形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
【0015】
図1は本発明に係る昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔の実施の形態を示すものであって、雷雲が避雷物体に接近したときの該避雷鉄塔の動作状況を示す概要説明図である。(a)は雷雲感知装置が雷雲の接近を検出していないときの避雷鉄塔を示す図、(b)は該雷雲感知装置が雷雲を感知し、避雷鉄塔が上昇する直前を示す図、(c)は該避雷鉄塔が複数段すなわち3段に上昇完了を示す図である。
【0016】
Dは雷雲感知装置であって、大地2やその他の部位又は避雷物体8の近傍に配置され、雷雲9が発生かつ成熟し上記避雷物体9に近接し又は落雷危険状態にある場合、これを検知し、この検出信号を避雷鉄塔Eを昇降するための後述する昇降機構駆動手段11に伝送する。
【0017】
前記雷雲感知装置Dは後述する実施例に限定されず、例えば気象レーダー型雷雲感知装置、電磁波受信型感知装置、電界強度検出型雷雲感知装置等各種の雷雲検知装置が適用される。
而して、昇降機構駆動手段は避雷鉄塔Eに具備しており、上記雷雲感知装置Dから検出信号を導入して図1(c)に示すように該避雷鉄塔Eを塔内に収容した昇降手段により複数段に伸長かつ上昇完了させる。これにより雷雲9は避雷針3に向って放電を行い、家屋や風力発電用風車等でなる避雷物体8への落雷を防止する。
尚、該避雷鉄塔Eの最大伸長時には避雷物体8としての大型風車を考慮し約100(m)程度の高さにすることが望ましい。そして、雷雲9が避雷物体8から離散すれば、これを該雷雲感知装置Dが検知し、この検出信号を上記昇降機構駆動手段11に導入し、該避雷鉄塔Eを図1(a)に示す縮小かつ降下完了の状態に復元させる。
【0018】
【実施例】
次に上述した本発明に係る避雷鉄塔Eに配置した雷雲感知装置Dについて具体的な実施例を説明する。
【0019】
図2は雷雲感知装置Dの好適な実施例として電界強度検出型雷雲感知装置を示してあり、これについて説明する。
【0020】
10は電界強度検出型雷雲感知装置であって、アンテナセンサとしての半球状電極板10aと、該半球状電極板10aから放射状に突設したコロナ針電極10b及び本体支持部10cとから構成されている。該半球状電極板10aは低周波増幅器回路10d及び電界値急変検出回路10eを介して避雷鉄塔Eの昇降機構駆動手段11に接続している。
また、上記コロナ針電極10bは直流増幅回路10f及び電界強度測定回路10gを介して避雷鉄塔Eの昇降機構駆動手段11に接続している。
尚、上記本体支持部10c、上記低周波増幅回路10d及び直流増幅回路10fはそれぞれ大地にアースされている。
【0021】
次に雷雲感知装置Dとしての上記電界強度検出型雷雲感知装置10の動作を概説すれば、雷雲の接近と雷放電開始を地上電界強度及びその変化により検出するもので、局地的な雷の早期検出に適している。雷雲がない場合、地表の電界強度は例えば、100V/m程度であるが、雷雲が接近するとその直下の地表面には電荷、雷雲外周下の地表面上には電荷が誘起される。初期には雷雲上層部の電荷の影響を受けて地表に帯電し、電位は上方程高くなり、電界は鉛直下向きである。電界強度が段階的に変化るす点では、雲中放電が発生し、電荷の急速な移動が起こっている。そして雷雲の接近と雲中放電、対地放電は地表電界強度及びその急変化を検出する事によって求めることができる。
【0022】
以上から雷雲9の発生が発生し、避雷物体8に接近し又は雷雲9が成熟すれば、上記低周波増幅回路10dが該半球状電極板10aに帯電した電気量の一定時間内の変化を検出し、これを電界値急変検出回路10eに導入し、該電界値急変検出回路10eは電界値急変化、つまり、放電数を積算する。そして、所定値に達すれば、前記避雷鉄塔Eの昇降機構駆動手段11に出力し、図1(c)に示すように該避雷鉄塔Eの第1段階から第3段階までの伸長動作つまり、上昇を行うこととなる。
【0023】
また、一方に於いて、更に、雷雲9が避雷物体8に接近し、かつ発達すれば上記直流増幅回路10fがコロナ針電極10bから流過するコロナ電流を増幅し、これを電界強度測定回路10gに導入する。該電界強度測定回路10gは電界強度を計測し、所定値に達すれば、上記同様に、昇降機構駆動手段11に出力し、図1(c)に示すように該避雷鉄塔Eの第1段階から第3段階までの伸長動作つまり上昇を行なう。
尚、本発明は上述した2つの回路手段、すなわち、半球状電極板10aからの指示信号回路とコロナ針電極10bからの指示信号回路を形成したが、これは避雷物体8の避雷条件や避雷のための電界強度センサ機能レベルに適応させるため、及び避雷設計変更を考慮したことによる構成であり、一つの回路手段、すなわち、本発明に係る電界強度検出型雷雲感知装置10は、半球状電極板10aか、コロナ針電極10bかのいずれか一方の電界強度検出構成でよい。
【0024】
次に、上述した本発明に係る避雷鉄塔Eについて具体的実施例を説明する。
【0025】
図3は例えば、2段階に伸長動作する塔体を備えた避雷鉄塔Eの好適な実施例を示してあり、(a)は該避雷鉄塔Eの垂直断面図であって、中管塔体及び内管塔体が外管塔体に収納した状態を示している。(b)は(a)の矢視F−F線方向からみた平面図である。
【0026】
当該避雷鉄塔Eは塔体12と、該塔体12内に収容しかつ該避雷鉄塔Eを複数段階に昇降させる巻上げチェーンや巻上げ鎖車等でなる昇降手段15と、減速機付電動機及び駆動回路でなる昇降機構駆動手段11とを有している。
【0027】
上記塔体12は外管塔体12aと、該外管塔体12a内に挿入された中管塔体12bと、該中管塔体12b内に挿入配置された内管塔体12cで構成される。尚、本発明に於いて、3段階以上に当該避雷鉄塔Eを伸長する場合は、上記塔体12の管体を増設すると、その目的を達成することができる。
【0028】
13は減速機13aを連結した例えば回転力が1〜4(kw)程度の交流電動機(モータ)であって、駆動回路を有して昇降機構駆動手段11を構成している。そして上記中管塔体12bの底部に固定されている。該電動機13の減速機の減速機13aは第1巻上げチェーン14aを介して該中管塔体12bの上部に回転自在に軸着した第1巻上げ鎖車14bに接続している。また、該中管塔体12b内に挿入された内管塔体12cの底部すなわち下端12dと外管塔体12aの上部すなわち、上端12eは第2巻上げ鎖車14cを介して所定長さの第2巻上げチェーン14dを接続している。そして、上記第1及び第2巻上げチェーン14a、14dと、上記第1及び第2巻上げ鎖車14b、14cとで昇降手段15を構成し、上記昇降機構駆動手段11の動作で中、内管塔体12b、12cを上昇又は下降させる。
【0029】
次に、上述した本発明に係る昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔の実施例の基づきその動作等を説明する。
【0030】
前記電界強度検出型雷雲感知装置10が半球状電極板10aを動作させるとすれば、雷雲9の発生が発生し、避雷物体8に接近し又は雷雲9が成熟すれば、上記低周波増幅回路10dが該半球状電極板10aに帯電した電気量の一定時間内の変化を検出し、これを電界値急変検出回路10eに導入し、該電界値急変検出回路10eは電界値急変化、つまり、放電数を積算する。そして、所定値に達すれば、前記避雷鉄塔Eの昇降機構駆動手段11に出力する。
また上記電界強度検出型雷雲感知装置10がコロナ針電極10bを動作させるとすれば、雷雲9が避雷物体8に接近し、かつ発達すれば上記直流増幅回路10fがコロナ針電極10bから流過するコロナ電流を増幅し、これを電界強度測定回路10gに導入する。該電界強度測定回路10gは電界強度を計測し、所定値に達すれば、上記同様に、昇降機構駆動手段11に出力する。
【0031】
而して、塔体12の昇降重量が例えば6000kgのときに於いて昇降機構駆動手段11の駆動回路(図示せず)が動作し、例えば交流3.7(kw)の出力を有する電動機13が回転すると共に減速機13aも回動させる。該減速機13aは第1巻上げチェーン14aを第1巻上げ鎖車14bを転動させながら巻付けて中管塔体12bを例えば2(m/分)の昇降速度で上昇させ(第1段階上昇)、併せて、第2巻上げチェーン14dで第2巻上げ鎖車14cを転動させて上記内管塔体12cも上昇する(第2段階上昇)。
このように当該避雷鉄塔Eは第1段階から第2段階まで連続的に上昇させることができる。この場合、例えば上記中管塔体12b及び内管塔体12cが外管塔体12a内に収容されたときの塔長すなわち、外管塔体12aは、約50(m)に設定したとき、第1段階で中管塔体12b及び内管塔体12cをそれぞれ10(m)伸長させる。第2段階で更に該中管塔体12b及び内管塔体12cをそれぞれ25(m)伸長させる。上昇完了時に於ける設置点からの塔長の最大値は上昇前の塔長50mに上昇分50mを加えて約2倍程度の約100(m)まで伸長させることができる。
そして、避雷針3により、発電用風車等の避雷物体8は落雷から防止される。
雷雲9が離散すれば上記半球状電極板10a又は上記コロナ針電極10bが電界強度や帯電した電気量の減少を検出してこの信号を上記昇降機構駆動手段11に伝送し、上記昇降手段15でもって中管塔体12b及び内管塔体12cを下降し、外管塔体12aに復元かつ収容する。
【0032】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔と、該避雷鉄塔を複数段に昇降させる昇降手段と、該昇降手段を駆動する電動機を含む昇降機構駆動手段と、該昇降機構駆動手段に雷雲の接近に基づく検出信号を導入する雷雲感知装置とでなることを特徴とする昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔を提供する。
このような構成としたので、風車や家屋等各種の避雷物体に雷雲が接近したとき又は雷雲が当該避雷物体から離散したときにいわゆるテレスコピック機構を備え、鉄塔の高さを複数段に設定しかつ景観を損なうことなく雷雲感知装置付き避雷鉄塔の技術を提供する効果がある。
また、従来の避雷鉄塔に比し、建柱時に鉄塔の高さを1/2から1/3に出来るので、建柱のための大きな重機等を必要としない効果がある。
更に、避雷鉄塔を縮小した状態で作業ができ、避雷針や鉄塔等の補修又はメンテナンスが容易である等の効果がある。
【0033】
請求項2記載の発明によれば、複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔と、該避雷鉄塔を避雷物体の高さに応じて複数段に昇降させる昇降手段と、該昇降手段を駆動する電動機を含む昇降機構駆動手段と、該昇降機構駆動手段に雷雲の接近に基づく検出信号を導入する雷雲感知装置とでなることを特徴とする昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔を提供する。
このような構成としたので、風の影響を最小限に抑え、必要な時(落雷の危険がある場合)だけ必要な高さになるようにテレスコピック機構を有することにより、塔体断面並びに基礎も大きくならず、限られた敷地と予算で設置を可能とする避雷鉄塔を提供する効果がある。
【0034】
請求項3記載の発明によれば、前記避雷物体は、風力発電用風車であることを特徴とする請求項2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔を提供する。このような構成としたので、避雷針を装置することが困難な避雷物体にも適用可能となる効果がある。
【0035】
請求項4記載の発明によれば、前記複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔は、最外管状塔体が大地に接続する支線を張設したことを特徴とする請求項1又は2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔を提供する。
このような構成としたので、敷地に余裕がある場合は塔体の下部(テレスコープしない部分)のみ支線を用いてステイ方式にすることにより、更に塔体断面を小さくし、かつ基礎の大きさも最小限に抑える事が可能となる効果がある。
【0036】
請求項5記載の発明によれば、前記雷雲感知装置は、気象レーダー型雷雲感知装置、電磁波受信型感知装置又は電界強度検出型雷雲感知装置であることを特徴とする請求項1又は2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔を提供する。
このような構成としたので、各種の雷雲感知装置を適用することができ、その利用範囲が拡大する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔の実施の形態を示すものであって、雷雲が避雷物体に接近したときの該避雷鉄塔の動作状況を示す概要説明図である。(a)は雷雲感知装置が雷雲の接近を検出していないときの避雷鉄塔を示す図、(b)は該雷雲感知装置が雷雲を感知し、避雷鉄塔が上昇する直前を示す図、(c)は該避雷鉄塔が複数段すなわち3段に上昇完了を示す図である。
【図2】本発明に係る雷雲感知装置の好適な実施例を示す構成概要図である。
【図3】本発明に係る昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔の好適な実施例を示す図であって、(a)は垂直断面図、(b)は(a)の矢視F−F線方向からみた拡大平面図である。
【図4】従来の技術に於ける避雷鉄塔の例を示す図面であって、(a)は第1の例を示す側面図、(b)は第2の例を示す側面図である。
【符号の説明】
1 鉄塔本体
2 大地
3 避雷針
4 鉄塔本体
5a、6a、7a 支線
5b、6b、7b 支線
8 避雷物体
9 雷雲
10 電界強度検出型雷雲感知装置
10a 電界強度検出型雷雲感知装置の半球状電極板
10b 電界強度検出型雷雲感知装置のコロナ針電極
10c 電界強度検出型雷雲感知装置の本体支持部
10d 低周波増幅回路
10e 電界値急変検出回路
10f 直流増幅回路
10g 電界強度測定回路
11 昇降機構駆動手段
12 塔体
12a 外管塔体
12b 中管塔体
12c 内管塔体
12d 内管塔体の下端
12e 外管塔体の上端
13 電動機(モータ)
13a 減速機
14a 第1巻上げチェーン
14b 第1巻上げ鎖車
14c 第2巻上げ鎖車
14d 第2巻上げチェーン
A 自立型避雷鉄塔
B ステイ方式避雷鉄塔
C アンカー位置
D 雷雲感知装置
E 避雷鉄塔

Claims (5)

  1. 複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔と、該避雷鉄塔を複数段に昇降させる昇降手段と、該昇降手段を駆動する電動機を含む昇降機構駆動手段と、該昇降機構駆動手段に雷雲の接近に基づく検出信号を導入する雷雲感知装置とでなることを特徴とする昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔。
  2. 複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔と、該避雷鉄塔を避雷物体の高さに応じて複数段に昇降させる昇降手段と、該昇降手段を駆動する電動機を含む昇降機構駆動手段と、該昇降機構駆動手段に雷雲の接近に基づく検出信号を導入する雷雲感知装置とでなることを特徴とする昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔。
  3. 前記避雷物体は、風力発電用風車であることを特徴とする請求項2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔。
  4. 前記複数段に昇降する内外管状塔体を有した避雷鉄塔は、最外管状塔体が大地に接続する支線を張設したことを特徴とする請求項1又は2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔。
  5. 前記雷雲感知装置は、気象レーダー型雷雲感知装置、電磁波受信型感知装置又は電界強度検出型雷雲感知装置であることを特徴とする請求項1又は2記載の昇降機構を備えた雷雲感知装置付き避雷鉄塔。
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