JP4050929B2 - 端末器を有する電気施設の防雷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広い敷地を持つ発変電所、公園、競技場、あるいは多数の棟を持つ大規模工場等において、ビデオカメラ、火災報知器のセンサー等の複数の端末器が設置され、構築物内にこれらの制御器を有する半導体応用システム等の電気施設の防雷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発変電所、公園、競技場、あるいは大規模工場等の電気施設は、高度の情報処理を行うため、半導体応用システムが設置されている。このような電気施設では、半導体システム等の雷サージに弱い電気施設を雷サージから保護する耐雷対策が必要である。この耐雷対策として、従来は次のような方法が知られている。
【０００３】
一般的に、広く採用されている方法は、電気施設を収容した構築物に設置された避雷器、又は、その構築物に落雷があったとき、雷電流の主成分は、避雷針の接地導体や構築物の鉄骨を流通して大地の奥深くに流出するとした考え方によるものである。
【０００４】
この場合、接地抵抗と接地サージインピーダンスを低減することが、最も重要な課題となり、避雷針の接地線と構築物の各接地線を深打接地すると共に、多数の延長接地線を設置している。この耐雷方法では、構築物、構築物への入力電源線、及び構築物に接続される端末器に避雷器を設け、その接地線を通じて、雷電流の分流成分を大地奥深くに流通させ、過電圧を抑制する対策が併用される。
【０００５】
しかし、上記方法では、入力電源線を通して構築物に外部から侵入して来る雷サージによる電気施設の被害を免れ得ない。
【０００６】
そこで、柱上変圧器から構築物内に低圧電力を供給する入力電源線に、耐雷変圧器を介挿して雷サージを遮断する方法がある〔特許第２０５５１７４号（電子機器の耐雷方法）、特許第２７６４００８号（耐雷変圧器による耐雷方法）〕。この耐雷変圧器１は、図５に示すように、入力電源線２から流入する雷サージに対して電気施設３を絶縁化して、雷サージの流入を遮断する。そして、入力電源線２は柱上変圧器４のＢ種接地点と同電位にし、耐雷変圧器１の出力巻線５のシールド板５ａを電気施設３の接地点に接続し、出力電源線６を電気施設３と同電位化して、入力電源線２と分離させる。そして、電気施設３を収容する構築物の鉄骨によるファラデーケージ７を形成させる。
【０００７】
この方法では、雷の帰還雷撃現象により電気施設３の被害を完全に免れることはできない。この帰還雷撃現象は、次のようなものである。雷雲により発生する電荷は、約３ｋｍ上空の負電荷と、約１０ｋｍ上空の正電荷である。そして、この電荷により広い地表に反対極性の電荷が分布誘導されている。雷雲の発達に伴ない数ｋｍにわたる広い地表に誘導された電荷は、その密度が高まり、遂に地表側の例えば避雷針８の尖端と雷雲側とが繋がったとき、構築物を通って雷撃点に集まり、避雷針８から上昇して雷雲側の電荷を中和させ消滅させる。これが雷の主放電となる。このとき、構築物を流れる電流が電気施設３に被害を与える。
【０００８】
これを解決するために、特許第３１４３８８２号（電気施設の防雷方法）は、図６に示すように、構築物９への入力電源線１０から流入する雷のサージ電流は、前記耐雷変圧器１により阻止する一方で、電気施設１１を収容した構築物９の周囲を囲撓するように電線を地中に埋設した防雷環状接地線１２を設けると共に、前記防雷環状接地線１２と接続されて前記構築物頂部の雷撃点近くまで延びるように構築物の外壁又は近傍に沿って絶縁電線１３を配設して構築物の鉄骨に電気的に接続する。この防雷環状接地線１２は、雷雲が持つ電荷と反対極性で広範囲の地中に存在する電荷を、前記構築物９に到達する以前に吸い込んで、絶縁電線１３を通し雷撃点に向けて流通させ、雷の放電路を介して雷雲の電荷と中和消滅させる。これによって、構築物の周囲に広い地表に分布誘導された電荷が構築物９の内部に流れ込むのを防止し、構築物９内の電気施設１１を保護する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
防雷対象である電気施設を設置した構築物から、公園、運動競技場の如く広い敷地に互いに距離を隔てて配置した複数のビデオカメラ等の端末器が延長して設けられているとき、前述した耐雷変圧器と防雷環状接地線を用いた耐雷方法を実施しようとすると、これらを囲撓する防雷環状接地線は、その施工面積も広く経済的にも実施不可能な場合が多い。
【００１０】
また、このように広い範囲を防雷環状接地線により囲撓すると、帰還雷撃による雷の主放電が始まる際に、この範囲内に大量の電荷が存在することになり、その全てを防雷環状接地線で捕捉することは困難である。
【００１１】
そこで、防雷環状接地線を構築物の近くに囲むように設けると、端末器は、その外側に離れて配置されることになる。このため、端末器に流入する雷サージは、端末器の電線（信号線及び電源線）を通り、構築物内に流入する。雷電流の波高値を構成する電荷は、雷撃点から１５０ｍ程度離れた位置の電荷により構成されているので、この端末器から流入する雷サージによって、端末器を損傷を与えると同時に、構築物内の電気施設の半導体システムに被害を与え易くなる。
【００１２】
この場合の雷サージ電流の経路を説明する。図７は、構築物９の避雷針８に雷撃があった場合で、大地からａ端末器１４とｂ端末器１５に流入したサージ電流１６が、構築物内の電気施設１１を通って避雷針８に達し、これにより、ａ端末器１４、ｂ端末器１５及び電気施設１１に被害を与える事例が少なくない。
【００１３】
図８は、構築物９の外部に雷撃のあった場合で、ａ端末器１４から流入した雷電流１６が構築物内の電気施設１１を通過して、外部の雷撃点１７の方向にあるｂ端末器１５に流出する。これによって、ａ端末器１４、ｂ端末器１５及び電気施設１１に被害を与える。
【００１４】
さらに、図９に示すように雷撃の発生する直前には、構築物９の屋上および避雷針８にも電荷が誘導されており、外部の雷撃点１７に落雷したとき、これらの電荷が構築物内の電気施設１１とｂ端末器１５を通って大地に流れ、この雷電流１６により被害が発生することがある。
【００１５】
そこで、本発明は、構築物の外部に配置され、構築物内の電気施設の制御器に接続された端末器を通して流れる雷サージ電流から電気施設を保護できる防雷方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の端末器を有する電気施設の防雷方法は、構築物内の電気施設の制御器から、前記構築物の外部に配置した端末器に電線を延ばして接続し、前記端末器の外函を碍子を介してその設置位置に取付けることによって端末器を大地から絶縁すると共に、前記端末器の設置位置に接地極を設け、この接地極から延ばした絶縁電線を前記構築物の鉄骨に接続したことを特徴とする。
【００１７】
この方法は端末器が大地から絶縁されているので、雷撃があったときに、端末器と、その電線を通して、電気設備に雷サージが流れるのを防止できる。
【００２０】
上記端末器の絶縁した取付け構造は、構築物の周囲を囲むように電線を地中に埋設した防雷環状接地線を設けると共に、この防雷環状接地線と接続されて前記構築物の頂部の雷撃点近くまで延ばした絶縁電線を配設する防雷方法と合せて実施することができる。上述した雷の帰還雷撃現象に対しても電気施設を防雷するためである。
【００２１】
端末器から構築物までの距離が長いときは、端末器の設置位置に接地極を設け、この接地極から延ばした絶縁電線を等電位化線として、この端末器が接続される電気施設を収容した構築物の鉄骨、または、その近くに設けられた防雷環状接地線に接続することが好ましい。距離が長いと、大地に誘導された電荷が端末器付近から構築物まで流れ、大地の抵抗が大きいので大きな電位差が生じ、端末器と構築物の間に、大きな電圧が印加されて端末器とその電線に損傷を与える場合があるからである。接地極と等電位化線により、構築物の接地と同電位化することによって、端末器に高電圧が印加されるのを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電気施設の防雷方法の実施形態を以下に詳述する。
【００２３】
本発明は、図１に示すように、構築物内の電気施設１１の制御器から外部に延びた電線１８に接続される端末器１９の外函を絶縁材である碍子２０を介してその設置位置に取付けることにより、端末器１９を大地から絶縁するものである。
【００２４】
碍子２０により大地から絶縁する端末器１９は、高層階ビルの各階に設置された屋外の端末器も含む。このような端末器は、例えば、構築物の壁等に立体的に配置される場合が多い火災報知器等の端末器である。これらも、雷サージの流れる経路となるので、これ等の端末器についても鉄骨から絶縁化する。
【００２５】
端末器が構築物から遠く離れて屋外に存在するときは、図１に示すように、端末器１９の設置位置に接地極２１を設け、この接地極２１から延ばした絶縁電線２２を等電位化線として、この端末器１９が接続される電気施設１１を収容した構築物９の鉄骨９ａ、または、その近くに設けられた防雷環状接地線１２に接続する。
【００２６】
これは、構築物９と端末器１９との距離が長いと、抵抗の大きい大地を通って流れる雷サージ電流あるいは大地の誘導電荷によって、その間の電位差が大きくなり端末器を大地から絶縁させた碍子２０、或いは通信線、電源線等の絶縁も脅威に晒されることになるのを防止するためである。この等電位化線は、端末器１９と、その通信線及び電源線を、構築物の鉄骨あるいはその外部に設けた防雷環状接地線と等電位化するので、端末器１９の絶縁用碍子２０の過電圧を著しく低下させると共に、遠方から端末器１９の設置位置を経て雷電流が構築物の内部に流れ込むことも阻止できる。
【００２７】
上記端末器１９の絶縁取付構造は、入力電源線１０から、構築物内に流入しようとする雷電流を遮断する耐雷変圧器１及び防雷環状接地線１２と併用することが好ましい。
【００２８】
このように絶縁すると、図７〜図９で説明した雷撃に対して、構築物内の電気施設１１を保護できる。
【００２９】
図２は、図７で説明した従来例に対応するものである。ａ端末器１４とｂ端末器１５の絶縁により、構築物９の避雷針８に雷撃があった場合でも、サージ電流が大地からａ端末器１４とｂ端末器１５に流入するのを防止できる。
【００３０】
図３は図８で説明した従来例に対応するものである。ａ端末器１４とｂ端末器１５の絶縁により、構築物９の外部の雷撃点１７に雷撃があった場合でも、雷サージがａ端末器１４から構築物内の電気施設１１を通過し、外部の雷撃点の方向にあるｂ端末器１５に流出することはない。
【００３１】
図４は図９で説明した従来例に対応するものである。ａ端末器１４とｂ端末器１５の絶縁により、外部の雷撃点１７に落雷したときでも、雷撃の発生する直前に構築物の屋上および避雷針に誘導された電荷が、構築物内の電気施設１１とａ端末器１４とｂ端末器１５を通って大地に流れることはない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の請求項１にかかる発明によれば、広い地域に多数存在するビデオカメラ、火災報知器等のセンサー類による端末器に対して、これの雷被害は勿論、ここから流入あるいは流出する雷電流を無くすことにより、構築物内にある電気施設をも完全に防護できる半導体応用システムを構築することが可能となる。
【００３６】
本発明の請求項２にかかる発明によれば、端末器が構築物から遠く離れて設置されている場合において、等電位化線により、端末器と、その接続線に高圧が印加されるのを防止できる。また、防雷環状接地線により、帰還雷撃現象に対して電気施設を防雷することにより、端末器の絶縁化による防雷の効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態で、構築物と端末器の接続状態を示す図である。
【図２】本発明により端末器から流入する雷サージを遮断できることを説明する図で、図７の従来例に対応する。
【図３】本発明により端末器から流入する雷サージを遮断できることを説明する図で、図８の従来例に対応する。
【図４】本発明により端末器から流入する雷サージを遮断できることを説明する図で、図９の従来例に対応する。
【図５】耐雷変圧器を用いた従来の防雷方法を説明する図である。
【図６】耐雷変圧器に加え、防雷環状接地線を用いた従来の防雷方法を説明する図である。
【図７】電気施設を収容した構築物の避雷針に雷撃が発生したときに、端末器の接地点から電気施設を壊して避雷針を上昇して行く雷電流を示す図である。
【図８】構築物以外の箇所に雷撃が発生したときの各端末器と、構築物内の電気施設を壊す雷電流の流通経路の説明図である。
【図９】雷撃の発生する直前に、地上に誘導される電荷によって、構築物内の電気施設と端末器を通る雷電流の流通経路の説明図である。
【符号の説明】
１ 耐雷変圧器
２，１０ 入力電源線
８ 避雷針
９ 構築物
１１ 電気施設
１２ 防雷環状接地線
１４，１５ 端末器
１７ 雷撃点
１８ 電線
１９ 端末器
２０ 碍子
２１ 接地極
２２ 絶縁電線

Claims (2)

1. 構築物内の電気施設の制御器から、前記構築物の外部に配置した端末器に電線を延ばして接続し、前記端末器の外函を碍子を介してその設置位置に取付けて前記端末器を大地から絶縁すると共に、前記端末器の設置位置に接地極を設け、この接地極から延ばした絶縁電線を前記構築物の鉄骨に接続したことを特徴とする端末器を有する電気施設の防雷方法。
2. 前記構築物の周囲を囲むように電線を地中に埋設した防雷環状接地線を設け、前記防雷環状接地線から前記構築物の頂部の雷撃点近くまで延ばした絶縁電線を前記構築物の鉄骨に接続すると共に、前記接地極と前記構築物の鉄骨または防雷環状接地線とを絶縁電線で接続したことを特徴とする請求項１に記載した端末器を有する電気施設の防雷方法。

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