JP2018010737A - 落雷抑制型避雷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】落雷保護領域を、被保護体に合わせて形成することの可能な落雷抑制型避雷装置を提供する。【解決手段】建築物Ｂの上部に設置されて、この建築物への落雷を抑制するようにした落雷抑制型避雷装置１であって、前記建築物の上面に沿って配設される第２電極体３と、この第２電極体を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体４と、この絶縁被覆体の表面を覆って設けられた第１電極体２とからなる避雷装置構成体Ｚを備え、前記第２電極体が接地されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、落雷を抑制することで、雷害から建築物や設備機器等の被保護体を保護するための落雷抑制型避雷装置に関するものである。

落雷は大気中で起こる放電現象であり、雷放電には雲内放電、雲間放電、雲―大地間放電等がある。雷放電で大きな被害を出すのは雲―大地間放電（以下落雷）である。落雷は雷雲（雲底）と大地または大地等に建設された構造物との間の電界強度が非常に大きくなり、その電荷が飽和状態となって大気の絶縁を破壊したときに発生する現象である。

落雷の現象を詳細に観察すると、夏季に起こる一般的な落雷（夏季雷）の場合、雷雲が成熟すると雷雲からステップトリーダが大気の放電しやすいところを選びながら大地に近づいてくる。
ステップトリーダが大地とある程度の距離になると大地または建築物（避雷針）、木などからステップトリーダに向かって、微弱電流の上向きストリーマ（お迎え放電）が伸びてくる。
このストリーマとステップトリーダが結合すると、その経路を通って、雷雲と大地間に大電流（帰還電流）が流れる。
これが落雷現象である。

このような落雷現象に対し、従来の雷保護概念では、落雷は防止できないものとの観点から、落雷を突針型避雷針（フランクリンロッド）に受けて大地に流す方式が大半であった。

これに対し、本発明者等は、落雷の発生を極力抑制することによって被保護体を保護すべく、特許文献１に示される落雷抑制型避雷装置を提案した。

この落雷抑制型避雷装置は、絶縁体を挟んで配置される上部電極体及び下部電極体を有し、下部電極体のみを接地して構成したものである。

そして、たとえばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地の表面に分布し、接地されている下部電極体にもプラス電荷が集まる。

すると、絶縁体を介して配置されている上部電極体は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びることとなる。

この作用により、避雷装置とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくして落雷の発生を抑制するようにしている。

特許第５８３９３３１号公報

前述した本発明者等による先の提案によって、避雷装置を中心とした円状の保護領域において落雷を抑制できるようになった。

しかしながら、落雷に対する被保護体は多様化しており、この被保護体の多様化に対応して、最適な保護領域を形成する必要があるとの知見に至った。

本発明は、前述した知見に基づいてなされたもので、建築物の上部に設置されて、この建築物への落雷を抑制するようにした建築物用落雷抑制型避雷装置であって、前記建築物の上面に沿って配設される第２電極体と、この第２電極体を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体と、この絶縁被覆体の表面を覆って設けられた第１電極体と、を有する避雷装置構成体を備え、前記第２電極体が接地されていることを特徴としている。

このような構成とすることにより、前記第１電極体と前記第２電極体とが、これらの全長に亙って、前記絶縁被覆体により所定の間隔に保持されるとともに、電気的に絶縁状態に保持される。

そして、たとえばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地の表面に分布し、この大地に接地された前記第２電極体にも、雲底のマイナス電荷に引き寄せられてプラス電荷が集まるようになる。

すると、前記第２電極体に前記絶縁被覆体を介して配置されている前記第１電極体は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
この作用により、前記第１電極体とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制することができる。

ここで、前記避雷装置構成体を建築物の上部に設置することにより、この建築物回りに、前述した落雷の発生を抑制する領域、すなわち、保護領域を形成して、建築物への落雷を抑制することができる。

また、前記避雷装置構成体を、建築物の形状に合わせて設置することにより、前述した保護領域を自由に形成することができる。

この結果、前記保護領域を、保護すべき被保護体に合わせて設定することができ、この被保護体に最適な保護領域を形成することができる。

また、前記避雷装置構成体が、前記第１電極体、前記第２電極体、および、前記絶縁被覆体を同心円状に積層した一体構造となっていることから、その取り扱いが容易で、高い施工性を確保することができる。

そして、前記絶縁被覆体を、前記第１電極の両端部と前記第２電極の両端部間に設けて、これらの両絶縁被覆体間で、前記第１電極体と前記第２電極体との間に空気層からなる電気絶縁層を形成して、前記第１電極体と前記第２電極体とを電気絶縁状態に保持することもできる。

前記避雷装置構成体を前記建築物の上部に設置するにあたり、前記建築物の上部周縁部に沿って形成された壁の上部に、この壁の長さ方向に間隔をおいて支持体を設けておき、これらの支持体に、前記第２電極体の両端部を支持させる構成とすることができる。

このような構成とすることにより、前記建築物に既設の壁を用いて前記避雷装置構成体の設置を行なうことができる。

そして、前記支持体に前記避雷装置構成体を支持させる際に、前記支持体に導電性材料からなる連結体を設けておき、この連結体に前記第２電極体の端部を電気的に導通状態で接続する構成とすることができる。

また、前記連結体を、前記支持体を貫通させて設けておき、この連結体の一端に、前記避雷装置構成体の一つを、その第２電極体を介して接続し、かつ、前記連結体の他端に、他の前記避雷装置構成体を、その第２電極体を介して接続することにより、前記避雷装置構成体の複数を直列に配置することもできる。

このような構成とすることにより、前記建築物の上部の形状に合わせた設置を容易に行なうことができる。

一方、前記支持体を電気絶縁性材料によって形成することも可能であり、導電性材料によって形成することも可能である。

前者の場合には、前記支持体が電気絶縁体として機能することから、前記避雷装置構成体の両端部における前記第１電極体と前記第２電極体との電気絶縁が確保される。

後者の場合には、前記第１電極体と前記第２電極体とが前記支持体を介して導通させられることが想定されるため、前記絶縁被覆体を、前記第１電極体の端部から外方へ延設して、前記第１電極体と前記支持体との間に介在させるか、あるいは、両者の間隔を所定距離離間させる必要がある。

また、後者の場合には、前記支持体が前記第２電極体と電気的に導通状態となされることにより、前記支持体を接地することにより、前記第２電極体の接地を行なうことができる。
したがって、前記第２電極体の支持部においてその接地を行なうことができるので、接地のための構成が簡素化される。

さらに、前記支持体を、前記壁の内外面および上面を跨ぐように逆Ｕ字状に形成された止着部を備えた構成とし、この止着部の、前記壁の内側の面に沿って位置させられる部位を、前記壁の外側に位置させられる部位よりも長く形成した構成とすることもできる。

このような構成とすることにより、前記止着部を、前記建築物の壁に、その上部からかぶせるように装着することにより、前記支持体を前記壁に容易に装着することができる。

また、前記止着部の壁の内側に位置させられる部位を長く形成したことにより、前記止着部が壁の外側へ向かって傾動した際に、この壁から前記止着部が浮いてしまうことがなく、これによって、前記支持体ひいては装置が建築物の外側へ落下してしまうことを防止することができる。

本発明の落雷抑制型避雷装置によれば、多様な被保護体に対応した、特に、建築物に対応した落雷保護領域を容易に形成することができる。

本発明の第１の実施形態が適用された建築物の外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、要部の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、設置手順を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、設置手順を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、設置手順を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、設置手順を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、設置手順を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、設置手順を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、接地線の接続状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、建築物のコーナー部を示す平面図である。 本発明におけるストリーマ発生抑制作用を説明するための概略図である。 本発明の第２の実施形態を示し、分解した状態の縦断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図１０を参照して説明する。
図１において、符号１は本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置（以下、避雷装置と略称する）を示し、建築物Ｂの屋上の腰壁Ｄに設置されている。

前記腰壁Ｄは、前記建築物Ｂの屋上の周縁部を取り囲むように全周に亘って立設されており、この腰壁Ｄの上部に、本実施形態の避雷装置１が設置されている。

前記避雷装置１は、本実施形態においては、図２に示すように、導電性材料によって棒状に形成された第２電極体３と、この第２電極体３を全長に亘って被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体４と、この絶縁被覆体４の表面を覆って設けられ、導電性材料によって管状に形成された第１電極体２とからなる避雷装置構成体Ｚを備えている。

このように、本実施形態においては、前記避雷装置構成体Ｚが、前記第２電極体３を中心にして、前記絶縁被覆体４および前記第１電極体２が同心円状に一体的に積層された構成となっている。

前記構成の避雷装置構成体Ｚは、その両端部を、図２に示す支持体５によって支持されて、前記腰壁Ｄの上部に設置される。

この支持体５は、その殆どが電気絶縁性材料によって形成されており、前記腰壁Ｄに、この腰壁Ｄの上端を跨いで、その内面、外面、および、上面に接触させられる逆Ｕ字状の止着部５ａと、この止着部５ａ上にねじ止めされる連結部５ｂと、この連結部５ｂを覆って設けられるカバー５ｃとによって構成されている。

前記連結部５ｂには、略水平方向に沿うねじ穴６が形成され、このねじ穴６に、導電性材料からなる連結体７が貫通状態で螺着されるようになっている。

そして、前記支持体５は、前記止着部５ａに前記連結部５ｂをねじ止めし、この連結部５ｂに前記カバー５ｃを被せ、さらに、前記連結部５ｂに前記連結体７を螺着することによって組み上げられ、前記止着部５ａを前記腰壁Ｄの上部に、図７に示すように、その上方から嵌め込むことによって取り付けられる。

このようにして前記支持体５が前記腰壁Ｄに装着された状態において、前記連結部５ｂに螺着されている前記連結体７は、前記腰壁Ｄに沿うように水平に保持され、かつ、その両端部が、前記連結部５ｂから突出するようにして保持される。

一方、前記避雷装置構成体Ｚの第２電極体３の両端部には、その長さ方向に沿う係合孔３ａが形成されており、この係合孔３ａを、前記連結体７の端部に嵌合させることにより、図６に示すように、前記支持体５と一体化されるようになっている。

したがって、前記避雷装置構成体Ｚの両端に前記支持体５を装着することにより、前記避雷装置構成体Ｚが、その両端部において前記腰壁Ｄに固定される。

また、前記連結体７が、前述したように、前記支持体５を貫通して設けられており、この連結体７の一端に、前記避雷装置構成体Ｚの一つを、その第２電極体３を介して接続し、かつ、前記連結体７の他端に、他の前記避雷装置構成体Ｚを、その第２電極体３を介して接続することにより、図６に示すように、前記避雷装置構成体Ｚの複数を直列状に接続する。

接続する前記避雷装置構成体Ｚの数は、前記腰壁Ｄの長さに応じて適宜調整される。

この状態において、隣り合う前記避雷装置構成体Ｚの前記第２電極体３どうしは、前記連結体７によって電気的に導通状態に保持されるが、前記第１電極体２どうしは電気的には絶縁状態となる。

そこで、本実施形態においては、前記支持体５を跨いで配設され、隣り合う前記第１電極体２のそれぞれに被嵌される導電カバー８が設けられて、図８に示すように、この導電カバー８を介して前記隣り合う前記第１電極体２の電気的な導通が確保されるようになっている。

前記第２電極体３は前述したように接地されるのであるが、その設置方法として、本実施形態においては、つぎのような構成が取られている。

すなわち、最も端に設置される前記避雷装置構成体Ｚの端部を支持する前記支持体５の連結体７は、その一端が露出させられている。
この露出端に、図９に示すように、クランプ９等を用いて接地線１０を接続している。

一方、前記避雷装置構成体Ｚは、直線状に設置される以外に、前記腰壁Ｄの角部においては、ほぼ直角となるように設置される。

このような角部において、隣り合う前記避雷装置構成体Ｚを導通状態に連結するには、図１０に示すような構成とする。

前記腰壁Ｄの角部を挟んだ両側に、前記支持体５の連結部５ｂを取り付け、これらの連結部５ｂ間に、湾曲させられた連結体７を装着するとともに、この連結体７を同じく湾曲させられたカバー５ｃによって覆い、さらに、このカバー５ｃと同様に湾曲させられた前記導電カバー８を被嵌させる。

これによって、直角に配置された隣り合う避雷装置構成体Ｚの第１電極体２どうしを電気的に接続し、かつ、第２電極体３どうしも電気的に接続することができる。

さらに、前記支持体５の止着部５ａは、図３に示すように、前記腰壁Ｄの内側に位置させられる部位が長く形成されている。
これは、前記支持体５の重心バランスを、前記建築物Ｂの内側へ傾くようにするためと、前記支持体５が外側へ向かって傾動した際に、前記腰壁Ｄの内面側における前記止着部５ａと前記腰壁Ｄとの係合状態を確保するための処置である。

この支持体５の止着部５ａは、腰壁Ｄに対して、図示しないボルトやビス、接着剤等の固定手段により取り付けられる。

前記第１電極体２や前記第２電極体３、前記連結体７、および、前記導電カバー８は、ステンレス等の導電性金属によって形成され、また、前記絶縁被覆体４や前記支持体５は、たとえば、架橋ポリエチレンやビニル等の被導電性の合成樹脂によって形成される。

第１電極体２は、好ましくは肉厚４ｍｍ以上、管径５０〜１００ｍｍのステンレス製の鋼管により形成される。
第２電極体３は、直径１０〜２０ｍｍ程度の鋼棒でも良い。しかし、第２電極体３の軽量化や曲げ強度の点に配慮した場合、肉厚４ｍｍ以上、管径１５〜３０ｍｍのステンレス製の鋼管により形成するのが好ましい。
支持体５間における、第１電極体２及び第２電極体３の長さについては、それらの自重撓みや曲げ強度によっても左右されるが、搬送や作業性の点から、４ｍ前後とするのが好ましい。

ついで、このように設置された本実施形態の避雷装置１による落雷抑制機能について、図１１に示す概略図を用いて説明する。

マイナス電荷が雲底に分布した雷雲Ｃが近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地Ｇの表面に分布し、雲底のマイナス電荷に引き寄せられて、接地されている前記第２電極体３にもプラス電荷が集まるようになる。

一方、前記第２電極体３に前記絶縁被覆体４を介して対峙されている前記第１電極体２は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
この作用により、前記第１電極体２とその周辺における上向きストリーマの発生が起こりにくく、この結果、落雷の発生を抑制する。
図１１は、第１電極体２の表面がマイナス電荷を帯びている状態を説明する図である。
第１電極体２がマイナス電荷を帯びる過程を考察してみると、次のような現象によるものと考える。
雲底のマイナス電荷に引き寄せられて第２電極体３にプラス電荷が集まると、その第２電極体３の表面にもプラス電荷が分布する。すると第１電極体２の内側表面にマイナス電荷が帯電するに伴い、第１電極体２の外側表面にはプラス電荷が帯電する。このとき、大気中にはマイナスに帯電した雨粒や微粒子が多く含まれ、第１電極体２の外側表面のプラス電荷は少量のプラス電荷なので中和されてしまい、以降はマイナス電荷に帯電される。この第１電極体２の外側表面の電荷がプラスからマイナスに変化する現象はごく短い時間で生じ、以降はマイナスになるものと考えられている。
この作用により、前記第１電極体２とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制することができる。

このように前記第１電極体２によって落雷の発生を抑制する領域、すなわち、落雷保護領域は、平面視で、前記第１電極体２の両側の所定範囲で、この第１電極体２の長さ方向に延びる帯状に形成される。

このように、前記落雷保護領域は、前記第１電極体２の架設形態、換言すれば、前記避雷装置構成体Ｚの設置形態に基づいて形成される。

したがって、前記避雷装置構成体Ｚの設置形態を、被保護体に対応して設定することにより、この被保護体に最適な落雷保護領域を設定することができる。

なお、前記各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

たとえば、前記実施形態においては、前記支持体５を電気絶縁性材料によって形成した例について示したが、これに代えて、前記支持体５を導電性材料によって形成することもできる。

この場合、前記支持体５と前記第２電極体３とが電気的に接続されることとなることから、この第２電極体３と前記第１電極体２との電気絶縁を確保するために、この第１電極体２と前記支持体５との間の電気絶縁を確保する必要がある。

その対処方法として、たとえば、図１２に示すように、前記絶縁被覆体４を前記第１電極２の端部を覆う位置まで延長して設け、この絶縁被覆体４を、前記第１電極体２と前記支持体５との間に介在させる。

そして、前記支持体５をステンレス等の導電性材料によって形成した場合、この支持体５に、図１２に示すように、前記接地線１０を接続することにより、前記第２電極体３の接地を行なうことができる。

また、図１２に示すように、前記絶縁被覆体４を、前記第１電極２の両端部と前記第２電極３の両端部間に設けて、これらの両絶縁被覆体４間で、前記第１電極体２と前記第２電極体３との間に、空気層からなる電気絶縁層Ｅを形成するようにしてもよい。

このような構成とすることにより、前記避雷装置構成体Ｚの軽量化を図ることができる。

なお、支持体５間の避雷装置構成体Ｚを、例えば４ｍ以上に長く形成する場合、前記絶縁被覆体４としては、第２電極体３の長さ方向に間隔をおいて設ける構造としてもよい。このようにすることで、第２電極体３の自重による撓みを小さくすることができる。

また、絶縁被覆体４として、例えば、合成樹脂等により形成した線状又は帯状の絶縁体を、第２電極３の表面に螺旋状に巻き付けて絶縁被覆体４とする構成としても良い。この場合には、線状又は帯状の絶縁体の巻き付けピッチを調整することで、第１電極体２と第２電極体３との間に絶縁体が充満されていない螺旋状の空間（電気絶縁層）を形成することができる。この螺旋状の空間によっても軽量化を図ることができる。
また、高層ビルにおいては、屋上付近への落雷を防ぐだけでは不十分で、ビルの側面を直撃する「側撃雷」の対策が必要である。本実施形態では、支持体５を腰壁の上に設置して、屋上への落雷を防ぐ構成としているが、これと共に、例えば高さ６０ｍ以上のビルでは支持体５を水平に張り出し、地上から６０ｍ以上の高さにおいて、高さ方向の最低２０ｍ以上の間隔でビルの周囲をこの避雷装置構成体Ｚで取り囲むことにより、ビルへの側撃雷を防ぐ構成とすることができる。

１ （落雷抑制型）避雷装置
２ 第１電極体
３ 第２電極体
３ａ 係合孔
４ 絶縁被覆体
５ 支持体
５ａ 止着部
５ｂ 連結部
５ｃ カバー
６ ねじ穴
７ 連結体
８ 導電カバー
９ クランプ
１０ 接地線
Ｂ 建築物
Ｃ 雷雲
Ｄ 腰壁
Ｅ 電気絶縁層
Ｇ 大地
Ｚ 避雷装置構成体

Claims (9)

1. 建築物の上部に設置されて、この建築物への落雷を抑制するようにした落雷抑制型避雷装置であって、前記建築物の上面に沿って配設される第２電極体と、この第２電極体を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体と、この絶縁被覆体の表面を覆って設けられた第１電極体と、を有する避雷装置構成体を備え、前記第２電極体が接地されていることを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
2. 前記絶縁被覆体が、前記第１電極体の両端部と前記第２電極体の両端部間に設けられて、これらの両絶縁被覆体間で、前記第１電極体と前記第２電極体との間に空気層からなる電気絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の落雷抑制型避雷装置。
3. 前記建築物の上部周縁部に沿って形成された壁の上部に、この壁の長さ方向に間隔をおいて支持体が設けられ、これらの支持体に、前記第２電極体の両端部が支持されることにより、前記避雷装置構成体が前記壁に沿って配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の落雷抑制型避雷装置。
4. 前記支持体に、導電性材料からなる連結体が設けられ、この連結体に前記第２電極体の端部が電気的に導通状態で接続されていることにより、前記避雷装置構成体が、前記支持体に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の落雷抑制型避雷装置。
5. 前記連結体が前記支持体を貫通して設けられているとともに、この連結体の一端に、前記避雷装置構成体の一つが、その第２電極体を介して接続され、かつ、前記連結体の他端に、他の前記避雷装置構成体が、その第２電極体を介して接続されることにより、前記避雷装置構成体の複数が直列状に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の落雷抑制型避雷装置。
6. 前記支持体が電気絶縁性材料によって形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
7. 前記支持体が導電性材料によって形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
8. 前記支持体に接地線が接続されていることを特徴とする請求項７に記載の落雷抑制型避雷装置。
9. 前記支持体が、前記壁の内外面および上面を跨ぐように逆Ｕ字状に形成された止着部を備え、この止着部の、前記壁の内側の面に沿って位置させられる部位が、前記壁の外側に位置させられる部位よりも長く形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項８の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。