JP3443619B2 - 電気施設の防雷システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線中継所や高度
情報化ビル、ハイテク工場、送配電線や情報通信系に到
る全ての電気施設の防雷方法で、詳しくは、高圧配電系
統の柱上変圧器からの入力電源線に耐雷変圧器を介挿し
て構築物内の電気設備に電力を供給する電気施設におけ
る前記耐雷変圧器の過電圧負担を改善した電気施設の防
雷システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】無線中継所や高度情報化ビル、ハイテク
工場、送配電線や情報通信系に到る広範囲の電気施設に
おいては、半導体システム等の電気設備を雷サージから
保護する耐雷対策が必要である。この耐雷対策は、雷サ
ージに弱い半導体システム等の電気設備に対して雷撃に
よる影響をできる限り与えないようにするエネルギー処
理対策で、高圧配電系統のＢ種接地線を有する柱上変圧
器で低圧にした電力を入力電源線で構築物内の電気設備
に供給する電気施設の場合、入力電源線に耐雷変圧器と
この耐雷変圧器入力電源用対地避雷器を設けることが行
われている。

【０００３】上記耐雷変圧器による防雷対策を施した電
気施設を図３に示すと、高圧配電系統の配電線１に連接
された柱上変圧器３と、構築物１２内の電気設備１１の
間に配線された入力電源線５に受電箱６と耐雷変圧器９
が直列に介挿される。柱上変圧器３の入力側に配設され
た高圧避雷器２は柱上変圧器３の出力側のＢ種接地線４
に接続またはＢ種接地線４の近傍（約１ｍ）の大地にア
ースされる。また、受電箱６の出力側に連接された受電
箱避雷器８は受電箱６の接地線に接続されて大地にアー
スされる。柱上変圧器３と受電箱６の双方は構築物１２
の外部に設置され、構築物１２の内部に電気設備１１が
設置され、構築物１２の内部または外部近くに耐雷変圧
器９が設置される。構築物１２の頂部に設置された雷撃
点（避雷針、構築物の上層階の鉄骨類等）、例えば避雷
針１３は接地極１６で大地にアースされる。

【０００４】半導体システム等の電気設備１１と入力電
源線５との間に介挿される耐雷変圧器９は、入力巻線と
出力巻線の各々に互いに絶縁され独立した静電遮蔽板を
有し、これの出力巻線側の静電遮蔽板が電気設備１１の
接地極１５に接続される。この耐雷変圧器９によって電
気設備１１と外部に出て行く入力電源線５が完全に絶縁
化され、また、静電遮蔽板の作用で雷サージの移行に伴
う障害も防止できて、半導体システム等の電気設備１１
が雷撃から保護される。

【０００５】また、雷の大地放電の際に高圧配電線１か
ら柱上変圧器３と入力電源線５に過大な雷電流が流入す
ると、これを阻止すべき耐雷変圧器９の入力巻線側に過
電圧が発生することから、この過電圧を低減するため耐
雷変圧器９の入力側に対地避雷器１０を設け、その接地
端子を構築物１２内部、或いは、構築物１２外部の接地
極１５等に接続して、耐雷変圧器９に流入する過大な雷
電流を地中に逃がして耐雷変圧器９を保護するようにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、雷撃現象は
雷雲の発達と共に広い地表の電荷密度も高まり、雷雲側
と地中側とがステップド・リーダーで繋がったとき、広
い地域に存在していた地表の電荷が広い範囲に架設され
ている高圧配電線１に流入して大きな雷電流となり、こ
れが柱上変圧器３から入力電源線５に流入すると共に、
高圧避雷器２からＢ種接地線４を通して大地を流れ、そ
の多くが構築物１２に向けて流れて避雷針１３に集まり
上昇して雷雲側の電荷を中和する。この雷撃現象の際に
柱上変圧器３のＢ種接地線４に接続された接地点１７か
ら、この接地点１７と離隔する構築物１２との間の地中
を通って雷電流が図３の破線矢印で示すように構築物１
２へと流れるが、固有抵抗の高い地中を雷電流が流れる
ために接地点１７と構築物１２の間の電位差が大きくな
る。そのため、耐雷変圧器９には接地点１７と構築物１
２の間の雷電流による電位差に比例した大きな過電圧負
担が掛かって耐雷変圧器９に大きな過電圧耐量の高価機
器が必要となり、また、耐雷変圧器９の対地避雷器１０
には大きな放電耐量負担が掛かる不具合があった。

【０００７】また、入力電源線５から流入しようとする
雷電流を耐雷変圧器９で阻止するようにしているが、こ
のときに受電箱６の電気機器が雷電流で壊れた場合に受
電箱６の外箱に高電圧が生じて雷電流が接地線７から大
地に突入し、構築物１２内の電気設備１１に障害を与え
ると共に、接地線７から固有抵抗の大きな大地を流れる
雷電流が上記電位差を増大させて耐雷変圧器９の過電圧
負担を増加させる不具合があった。

【０００８】本発明の目的は、構築物内の電気設備の入
力電源線に介挿される耐雷変圧器の過電圧耐量を低減さ
せる電気施設の防雷システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、構築物外部の柱上変圧器からの低圧電力を構
築物内部の電気設備に供給する入力電源線に耐雷変圧器
を介挿した電気施設において、前記柱上変圧器に設置さ
れたＢ種接地線と前記構築物に設置された雷撃点とを、
構築物と構築物周辺に絶縁状態で配設された防雷接地線
で連接したことを特徴とする。

【００１０】ここで、防雷接地線は絶縁電線或いは裸電
線で、裸電線の場合は構築物の鉄骨や大地等に対して絶
縁状態で配設される。Ｂ種接地線の接地点と構築物の雷
撃点を防雷接地線で接続することで、雷撃時のＢ種接地
線の接地点と構築物の間の雷電流による電位差が最小と
なって、構築物の入力電源線に介挿される耐雷変圧器の
過電圧耐量が低減され、耐雷変圧器の対地避雷器の放電
耐量負担が低減されて、この対地避雷器を削除すること
も可能となる。

【００１１】また、本発明は上記目的を達成するため、
構築物外部の柱上変圧器からの低圧電力を構築物内部の
電気設備に供給する入力電源線に耐雷変圧器を介挿した
電気施設において、前記構築物と構築物周辺に絶縁状態
で配設された防雷接地線の片端部を構築物に設置された
雷撃点に接続し、この防雷接地線の他端部を前記柱上変
圧器に設置されたＢ種接地線に向けて配設すると共に、
この他端部の先端をＢ種接地線から離隔した地点の防雷
接地極に接続したことを特徴とする。

【００１２】この発明の場合、防雷接地線はＢ種接地線
の接地点と構築物の雷撃点を直接に連接しないが、Ｂ種
接地線の接地点とこの接地点に向かう防雷接地線の先端
の距離を十分に小さく設定することで、雷撃時のＢ種接
地線の接地点と構築物の間の雷電流による電位差を十分
に小さくして構築物の入力電源線に介挿される耐雷変圧
器の過電圧耐量を低減させ、耐雷変圧器の対地避雷器の
放電耐量負担を低減させる。

【００１３】また、本発明は、耐雷変圧器の入力側の入
力電源線に受電箱を介挿した電気施設においては、受電
箱の外箱を大地に対して絶縁化したことを特徴とする。
この発明は、入力電源線に介挿された受電箱が雷電流で
壊れる場合を想定したもので、受電箱の外箱を大地に対
して絶縁化しておくと、受電箱から雷電流は流れず、こ
れを壊すことなく入力電源線に介挿された耐雷変圧器に
加わる過電圧を低減することができるのみでなく、構築
物内の電気設備をもより十分に保護することができる。

【００１４】更に、本発明は、上記防雷接地線を別体の
絶縁部材で被覆したことを特徴とする。つまり、防雷接
地線が裸電線の場合は絶縁部材で構築物や大地と絶縁化
し、防雷接地線が絶縁電線の場合はその絶縁強度を絶縁
部材で補強することで、耐雷変圧器の過電圧耐量の低減
を確実なものにする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１及び図２を参照して詳述する。なお、図１及び図２は
電気施設の平面図であり、図３（電気施設の側面図）と
同一又は相当部分には同一符号を付して説明の重複を避
ける。

【００１６】図１の実施形態に示される電気施設は、柱
上変圧器３のＢ種接地線４を大地にアースする接地点１
７と、構築物１２の頂部に設置された雷撃点（避雷針、
上層階の鉄骨類等）、例えば避雷針１３とを防雷接地線
２０で直接に連接したことを特徴とする。防雷接地線２
０は絶縁電線或いは裸電線であり、いずれも構築物１２
の鉄骨等と絶縁状態で構築物１２の側壁、垂直鉄骨等に
沿って配設され、構築物１２と接地点１７の間の大地に
対しても絶縁状態で配設される。また、防雷接地線２０
の構築物１２と接地点１７の間は、図示のように略直線
状にして最短長さで配置される。

【００１７】図１の実施形態の電気施設においては、入
力電源線５に介挿された受電箱６の外箱を大地に対して
絶縁状態にしておくことも特徴としている。つまり、図
３の受電箱６がその外箱を接地線７で大地にアースして
いるが、外箱から接地線７を外すと共に、外箱を絶縁性
機材により覆うか、または、絶縁性機材による外箱に取
り替え、さらに受電箱避雷器８を撤去することにより、
外箱を大地に対して絶縁状態に保持して、雷電流が大地
に流れないようにする。

【００１８】上記のようにＢ種接地線４の接地点１７と
構築物１２の避雷針１３とを絶縁化された防雷接地線２
０で連接すると、雷撃時にＢ種接地線４から接地点１７
を通って大地に流入する雷電流が固有抵抗の極小さい防
雷接地線２０に大部分の雷電流が流れて避雷針１３に流
出するため、雷電流による接地点１７と構築物１２の間
の電位差が極小さいものとなって、構築物１２側に設置
された耐雷変圧器９の過電圧耐量が大幅に低減され、耐
雷変圧器９に小型で経済的な機器が適用できるようにな
る。この図１の実施形態においては、耐雷変圧器９の対
地避雷器１０（図３参照）の放電耐量負担も大きく低減
されて、対地避雷器１０自体を削除することが可能とな
り、削除することで電気施設の小型化、設備費削減が可
能となる。また、接地点１７からの雷電流が防雷接地線
２０を流れて、構築物１２の鉄骨を流通しないことか
ら、構築物１２内が雷電流の流れない鉄骨によるファラ
デーケージ化されて、電気設備１１が雷撃から安全に保
護される。

【００１９】上記防雷接地線２０が連接される接地点１
７はいわゆる電力会社が施工ならびに保守管理するＢ種
接地線４の接地極で、この接地極に構築物１２側の需要
家が防雷接地線を連接するのは容易でない場合がある。
このような場合は、図２の実施形態に示すようにするこ
とにより、図１の場合よりは少し劣るが、耐雷変圧器に
加わる過電圧を大きく低減させることができる。

【００２０】図２の実施形態の電気施設は、構築物１２
からＢ種接地線４の接地点１７へと延びる上記防雷接地
線２０の長さを短くして、その先端を接地点１７から離
隔させた地点に設置された防雷接地極２１に接続したこ
とを特徴としている。この場合の防雷接地極２１の設置
個所は、構築物１２側の各種接地極１５等から十分に離
隔した、かつ、可能な限り接地点１７に近いところに決
められる。このようにすると、図２の破線矢印で示すよ
うに接地点１７から防雷接地極２１までの雷電流の流路
長さＬａが、本発明以前の図２鎖線矢印で示す雷電流の
流路長さＬｂより大幅に短縮されて、この短縮された流
路長さＬａを雷電流が流れることによる電位差が極僅か
となり、耐雷変圧器９の過電圧耐量を大きく低減させる
ことができる。また、図２の実施形態の場合、耐雷変圧
器９の対地避雷器１０の放電耐量負担が大幅に低減され
て、耐雷変圧器９と共に対地避雷器１０に経済的な機器
が適用できるようになる。

【００２１】図２のように防雷接地線２０をＢ種接地線
４の接地点１７から離れた箇所の防雷接地極２１に連接
して、接地点１７には直接に連接しないようにすること
で、構築物１２側の需要家による防雷接地線２０の施工
が容易となる。

【００２２】また、図２の実施形態の電気施設は、防雷
接地線２０を別体の絶縁部材３０で被覆して大地や構築
物１２との絶縁性をより確実にしている。例えば防雷接
地線２０が裸電線の場合、この裸電線を円管状の絶縁部
材３０に挿通して、絶縁部材３０の両端から突出させた
両端部を防雷接地極２１と構築物１２の避雷針１３に接
続することで、裸電線を構築物１２と大地に対して絶縁
状態にして配設する。また、防雷接地線２０が絶縁電線
の場合は、この絶縁電線を円管状の絶縁部材３０に挿通
して構築物１２と大地との絶縁強度の補強を行う。この
ようにすることで防雷接地線２０による上記作用効果が
より確実に発揮される。

【００２３】なお、絶縁部材３０は、防雷接地線２０の
全長を被覆する長さのものが望ましいが、図２に示すよ
うに防雷接地線２０の特に確実な絶縁補強を要する部分
だけを被覆する長さのものでもよい。この後者長さの場
合、構築物１２の鉄骨や電気設備１１の諸接地極１５等
から少なくとも１ｍ以上の長さで接地点１７に接近させ
た位置から防雷接地線２０を絶縁部材３０に挿通するよ
うにすればよい。このような絶縁部材３０の形状は円管
状に限らず、また、構築物１２と接地点１７の間の大地
に配設される地上の部分は露出した形状であることを妨
げない。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、Ｂ種接地線の接地点と
構築物の間に配設した防雷接地線にＢ種接地線の接地点
から大地に流入した雷電流が積極的に流れるため、雷撃
時のＢ種接地線の接地点と構築物の間の雷電流による電
位差が極僅かとなって、構築物の入力電源線に介挿され
た耐雷変圧器の過電圧耐量が大幅に低減され、耐雷変圧
器の対地避雷器の放電耐量も低減されて、耐雷変圧器と
その対地避雷器に低コストな機器が適用できる経済効果
が得られる。特に、防雷接地線でＢ種接地線の接地点と
構築物の雷撃点を直接に連接すると、耐雷変圧器の過電
圧耐量のより確実な低減と共に、対地避雷器を削除する
こともできるより顕著な経済効果が得られる。

【００２５】また、これらの経済効果は入力電源線に耐
雷変圧器と共に介挿した受電箱の外箱を大地に対して絶
縁したり、防雷接地線を絶縁部材で被覆して絶縁強度を
増大させることで、より確実に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である電気施設の全体の概
要を示す平面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態である電気施設の全体
の概要を示す平面図である。

【図３】従来の電気施設の全体の概要を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 高圧配電線 ２ 高圧避雷器 ３ 柱上変圧器 ４ Ｂ種接地線 １７ 接地点 ５ 入力電源線 ６ 受電箱 ７ 接地線 ８ 受電箱避雷器 ９ 耐雷変圧器 １０ 対地避雷器 １１ 電気設備 １２ 構築物 １３ 雷撃点、避雷針 １５，１６ 接地極 ２０ 防雷接地線 ２１ 防雷接地極 ３０ 絶縁部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 剛史 兵庫県尼崎市名神町３丁目７番18号 音 羽電機工業株式会社 本社事業所内 (56)参考文献 特開 平11−176591（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−216396（ＪＰ，Ａ) 特開2002−271964（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31668（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 7/04 H02G 7/00 H02G 13/00 H05F 3/00 - 3/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構築物外部の柱上変圧器からの低圧電力
   を構築物内部の電気設備に供給する入力電源線に耐雷変
   圧器を介挿した電気施設において、前記柱上変圧器に設
   置されたＢ種接地線と前記構築物に設置された雷撃点と
   を、構築物と構築物周辺に絶縁状態で配設された防雷接
   地線で連接したことを特徴とする電気施設の防雷システ
   ム。
2. 【請求項２】 構築物外部の柱上変圧器からの低圧電力
   を構築物内部の電気設備に供給する入力電源線に耐雷変
   圧器を介挿した電気施設において、前記構築物と構築物
   周辺に絶縁状態で配設された防雷接地線の片端部を構築
   物に設置された雷撃点に接続し、この防雷接地線の他端
   部を前記柱上変圧器に設置されたＢ種接地線に向けて配
   設すると共に、この他端部の先端をＢ種接地線から離隔
   した地点の防雷接地極に接続したことを特徴とする電気
   施設の防雷システム。
3. 【請求項３】 前記耐雷変圧器の入力側の入力電源線に
   受電箱を介挿した電気施設において、前記受電箱の外箱
   を大地に対して絶縁化したことを特徴とする請求項１又
   は２記載の電気施設の防雷システム。
4. 【請求項４】 前記防雷接地線を別体の絶縁部材で被覆
   したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   電気施設の防雷システム。