JP2010507883A - 湿気/乾気フィールドで反応するエアー・ターミナル付雷用保護装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
・雷用ロッドは、雷のリーダーの低下期間中で、上方向のリーダー開始要求が変化しないままでいるときに、雷の悪天候に付随する周囲地面下でのコロナ放電の量を制限する。
・雷用ロッドは、ロッド内のコロナ開始電圧が、公害、昆虫、害虫、または水滴からの汚染に対して、実質的に影響されないようにする。
この雷用保護装置は、接地されたフランクリン・ロッドと、該フランクリン・ロッドに取り付けられ、所定の周囲サイズを有する所定の全体形状を規定する導電デバイスとを備える。上記導電デバイスは、連続する上方向のリーダー開始空間電位が周囲地面の最大電界の空間電位より以下となる地面から上にある所定の位置のために、乾燥状態および湿潤状態の両状態において、上記保護装置のコロナ開始空間電位が上記連続する上方向のリーダー開始空間電位と一致するような形状とサイズとを有する。
さらに、上記導電デバイスは、上記連続する上方向のリーダー開始空間電位が上記周囲地面の最大電界の空間電位を越える地面から上にある他の所定の位置のために、上記保護装置のコロナ開始空間電位が、上記周囲地面の最大電界の空間電位より上であって、かつ上記連続する上方向のリーダー開始空間電位より下にあって、上記保護装置のコロナ開始空間電位が、汚染について表面突起部で実質的に無反応であるような形状とサイズとを有する。
1.エアー・ターミナルは、どの位置にあろうとも、ステップトリーダーの下降に先行して、周囲地面の電界の実際的な値によって生じる空間電位に晒されることで、コロナを発生することはない。また、以下でも示すように、上記要求は、地面からの実効ある高さhを満たすことができ、または一定の制限高さhoを超えない、大規模な接地された構造物からの実効ある高さhを満たすことができる。上記要求は、正の上方向のリーダー開始が、遅く変化する周囲電界から影響されることなく、エアー・ターミナルの自己防衛の傾向を防ぐことを保証することになるであろう。
2.上記で設定された制限を越える、実効あるエアー・ターミナルの高さのために、エアー・ターミナル電極のコロナ開始電圧は、地面または接地された構造物の上にあるエアー・ターミナル位置での空間電位のせいで、リーダー開始電圧と一致することが要求されるであろう。一方で、この要求は、雷用保護装置を雷撃から自己防衛させ、引き付ける距離を制限するような、コロナの空間電荷の生成がないことを保証するであろう。
3.雷用保護装置は、雨による水滴、および大きな円滑な電極上のコロナ開始電界を著しく低減させる傾向にある汚染物による別の突起部に実質的に無反応になるであろう。この要求は、重要である。何故なら、雷には、雨が通常付随しており、また、小さな導電の突起部は、現実の電界条件のもとでは避けることができないからである。
1.平らな地面の上にあるエアー・ターミナルにとって、実効ある高さhは、エアー・ターミナルの物理的高さになるであろう。
2.平らな地面の上にある細長い構造物の上のエアー・ターミナルにとって、実効ある高さhは、エアー・ターミナルおよび細長い構造物の物理的高さの合計になるであろう。
3.天井の寸法が、エアー・ターミナルの長さ以上に大きな、巨大な構造物にとって、実効ある高さは、上記(1)のようなエアー・ターミナルの物理的長さになるであろう。
4.上記記載に含まれないトポロジーにとって、実効ある高さは、周囲地面の最大電界での空間電位およびリーダー開始の空間電位を計算するために、電界の計算によって決定される。この計算方法は、「高層建築物に対する雷発生のモデリング、パートI:理論」(Farouk A.M.Rizk 著、IEEE 論文、給電関連、9巻、1号, 1994年1月、162頁-171頁)および、また「空気絶縁体でのスイッチング・インパルスの強度:リーダー開始の判定基準」(Farouk A.M.Rizk 著、IEEE 論文、給電関連、4巻、4号、1989年10月、2187頁-2195頁)に記載されている。
エアー・ターミナルの実効的な高さhを考え、エアー・ターミナルの高さまたは長さに沿った最大の周囲電界での平均値は、Egmに相当すると考える。これに対応して、遅い周囲地面の電界によって生成される最大空間電位は、下式で得られる。
Ugm=Egm・h …(1)
平らな地面から適度の高さのエアー・ターミナルでの典型的なEgmの値は、「不安定な天候における大気電気」(地球物理学・学会誌、英国気象庁、ロンドン、84号、1949年、1頁-51頁)において、G.Simpsonによって説明されているように20kV/mになるであろう。更に、「スイッチング・インパルス・リーダーの開始と長い空気ギャップの破壊のためのモデル」(Farouk A.M.Rizk 著、IEEE 論文、給電関連、4巻、1号、1989年1月、596頁-606頁)」、また「空気絶縁体のスイッチング・インパルスの強度:リーダー開始の判定基準」(Farouk A.M.Rizk 著、IEEE 論文、給電関連、4巻、4号、1989年10月、2187頁-2195頁)に詳細に記載されているように、地面から実効ある高さhでのエアー・ターミナルにとって、正の連続するリーダー開始空間電位は、以下のように表すことができる。
UIc=1556/(1+3.89/h) (kV,m) …(2)
上記に関連して、実効ある高さの制限を決定するために、上記(1)式および(2)式を引用すると、
Egm・ho=1556/(1+3.89/ho) …(3)
以上より、下記が得られる。
ho=1556/Egm−3.89 (m,kV/m) …(4)
Eci=2300[1+0.224/(2r)0.37] (kV/m、m) …(5)
ここで、rは、導電デバイスのトロイドの小半径である。表面の粗さによるEciの僅かな減少は、上記Egmの選択において間接的に考慮できることに注目するべきである。
・カバーされていない管状のトロイドの球形は、全面球面の表面よりもはるかに少ない降水を収集する。
・雨滴は、電界が低減された連続のトロイド間でのトロイドの管状の低位の表面に収集される傾向にある。
・同一直径の円滑な球形の管状に比較した、より小さな管状の半径により、水滴または汚染物によるかく乱は、益々重要ではなくなる。
Claims (5)
- 接地されたフランクリン・ロッドと、該フランクリン・ロッドに電気的に結合する、所定の周囲サイズを有する所定の全体形状を規定する導電デバイスと、を備える雷用保護装置であって、
前記導電デバイスは、連続する上方向のリーダー開始空間電位が周囲地面の最大電界の空間電位より以下である地面から上にある所定位置のために、乾燥状態および湿潤状態の両方において、前記保護装置のコロナ開始空間電位が前記連続する上方向のリーダー開始空間電位と一致するような形状とサイズとを有し、さらに、前記連続する上方向のリーダー開始空間電位が前記周囲地面の最大電界の空間電位を越える地面から上にある他の所定位置のために、前記保護装置のコロナ開始空間電位が、前記周囲地面の最大電界の空間電位より上にあって、かつ前記連続する上方向のリーダー開始空間電位より下にあって、前記保護装置のコロナ開始空間電位が、汚染について表面突起部で実質的に無反応である形状とサイズとを有する雷用保護装置。 - 前記導電デバイスは、前記フランクリン・ロッドに沿って配置された複数の金属性のトロイドを含み、各々のトロイドは、前記フランクリン・ロッドに結合している請求項1に記載の雷用保護装置。
- 前記トロイドの各々は、所定の大直径および所定の小直径を有し、トロイド全体の形状を球形の形状として規定するように配置される請求項2に記載の雷用保護装置。
- 前記トロイドの各々は、所定の大直径および所定の小直径を有し、トロイド全体の形状を楕円の形状として規定するように配置される請求項2に記載の雷用保護装置。
- 前記フランクリン・ロッドは、実質的に垂直方向に延びており、前記トロイドの各々は、前記フランクリン・ロッドの周りで実質的に水平方向に延びている請求項2に記載の雷用保護装置。
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