JP4112871B2

JP4112871B2 - 耐雷強度診断方法

Info

Publication number: JP4112871B2
Application number: JP2002036945A
Authority: JP
Inventors: 正彦磯川; 良治宮本
Original assignee: Kanden Engineering Corp
Current assignee: Kanden Engineering Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003240814A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷インパルス発生装置を利用して落雷時の建造物や当該建造物に収納されている各種機器及び/又は当該落雷の影響を受ける建造物や機器類の耐雷強度を定量的に診断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、高いビルやマンション等の高層建造物は勿論、発電所、開閉所、通信施設、制御施設、給電施設等の電気事業用施設その他各種建造物には避雷針を設置して落雷を誘導し周辺に落雷するのを防止している。前記避雷針には地面に埋設された接地体に接続する雷導入線が取り付けられており、避雷針に落雷した高圧高周波の雷電流を大地に円滑にアースするようになっている。そして前記マンションやビルなどの建造物にはアース端子ボックスが設けられており、１０Ωから１００Ωまでの接地抵抗を有するＡ種からＤ種までの各種アース端子が取り付けられており、建造物内の変圧器を始めとする受電設備その他建造物の各階に接続されている機器類が各階毎に接続され、これらのアースをとるようにしている。
【０００３】
また、最近ではパソコンやファクスを始めとする多種多様のデジタル電子機器(103)…がこれら建造物(100)の各階に多数設置されるようになって来ており、雷撃対策が十分なされているインテリジェントビルと呼ばれるような高層ビルや高層マンションは別として、そのような対策の行われていない建造物(100)においては各階においてアースをとっていたとしても落雷で発生する電子機器(103)…内の電磁誘導によって電子機器(103)…の誤動作や基板の焼損などが発生し電子機器(103)…に多大の被害を与える事故が多発している。
【０００４】
図１０の山形の破線は、実雷が避雷針に落雷した時に発生する建造物(100)の電位傾度を示し、山形の破線の頂点と、建造物(100)内に接続されている各機器類(103)…から垂直に立ち上げた破線(h)と電位傾向を示す山形の破線(D)との交点間がその機器(103)それぞれの電位で、その差が両者間の電位差となる。建造物(100)内に接続されている各機器(103)…同士が建造物(100)のアース端子に接続され、個別にアースされている場合には避雷針(102)の直下に位置している機器(103a)の電位が最も高くなり、そこから離れるにつれて次第に電位が下がっていく。即ち、落雷時に建造物(100)内の機器(103a)…間で電位差が生じ、その間で電流が流れ、機器(103a)…の誤動作あるいは絶縁破壊が生じ、甚だしい場合には感電などを生じ人体に影響を与えることもある。このような事は落雷した建造物(100)内だけに止まらず、伝送線で接続されている前記建造物(100)外の機器類の場合でも同様である。
【０００５】
このような事故に対して、従来の建造物にあっては、耐雷強度に関する定量的な評価はなされておらず、単なる理論のみで対応しているのが現実であり、現実の被害を抑制するには不十分であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題は、従来の建造物そのものの或いはその各セクションの耐雷強度を定量的に測定・診断する方法とその装置を開発を第１とし、第２にその建造物内に収納されている機器類は勿論、伝送線で接続され、当該落雷で影響を受ける可能性のある機器類の耐雷強度を測定・診断する方法とその装置を開発することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」はビルやマンション或いは通信中継基地或いはその他の建造物(1)の耐雷強度の診断方法に関し「建造物(1)の入雷可能部位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物(1)及び当該落雷により影響を受ける建造物(1')の少なくともいずれか一方の、雷電位計測必要部位(3A1)(3A2)(3A1')(3A2')…と零電位補助電極(12)との間の模擬雷印加時の電圧変化量 (Vo-p) 又は (Vp-p)を計測し、前記電圧変化量 (Vo-p) 又は (Vp-p) に換算倍率を積算することにより当該雷電位計測必要部位 (3A1)(3A2)(3A1')(3A2') …における想定実雷雷撃時の異常電圧上昇を算出する（ただし、換算倍率＝想定雷電流値 (kA) ÷模擬雷電流値 (i0A)）」ことを特徴とするものである。
【０００８】
また、「請求項２」は前記入雷建造物(1)の接地部位の耐雷強度の診断方法に関し「建造物(1)の入雷可能部位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物(1)及び当該落雷により影響を受ける建造物(1')の少なくともいずれか一方の、接地部位のグランド電圧計測必要部位(3B1')…と零電位補助電極(12)との間の模擬雷印加時の電圧変化量 (Vo-p) 又は (Vp-p)を計測し、前記電圧変化量 (Vo-p) 又は (Vp-p) に換算倍率を積算することによりグランド電圧計測必要部位における想定実雷雷撃時の異常電圧上昇を算出する（ただし、換算倍率＝想定雷電流値 (kA) ÷模擬雷電流値 (i0A)」ことを特徴とするものである。
【０００９】
「請求項３」は前記建造物(1)内及び／又は外の機器類(3)…及び／又は (3') …の耐雷強度の診断方法に関し「建造物(1)の入雷可能部位(2)に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物(1)内に設置された機器(3)…及び前記機器(3)…に伝送線(25)で接続されている前記建造物(1)外の機器(3')…の少なくともいずれか一方の、模擬雷印加時の電圧変化量 (Vo-p) 又は (Vp-p)を計測し、前記電圧変化量 (Vo-p) 又は (Vp-p) に換算倍率を積算することにより機器 (3) …または機器 (3') …における想定実雷雷撃時の異常電圧上昇を算出する（ただし、換算倍率＝想定雷電流値 (kA) ÷模擬雷電流値 (i0A)」ことを特徴とするものである。
【００１０】
これによれば、予想される実際の雷(勿論、これに限られないが例えば、想定電流値＝２０〜４５〜１５０ｋＡ)に比べて電流値が大幅に小さく(例えば１０〜４０〜３００Ａ)且つ印加時の電位上昇が建造物(1)内の稼働中の機器類(3)…の運転に支障をきたさない程度の電圧値で、その電流波形が図５に示すような実際の雷に近い模擬雷を避雷針のような入雷可能部位(2)に印加し、この模擬雷の印加時に例えば建造物(1)の一部で建屋(1イ)の上に立設された鉄塔(1ロ)の塔脚基部、建造物(1)の各フロアのアース端子のような雷電位計測必要部位(3A)或いは各フロアに設置されている機器類(3)…に発生した異常電圧上昇を測定し、この異常上昇電圧に後述する換算倍率をかけることで、その建造物(1)自体の耐雷強度そのものは勿論、雷電位計測必要部位(3A)を適宜選択することで建造物(1)の各セクションの耐雷強度やその建造物(1)に設置されている機器類(3)…の耐雷強度を定量的に診断することができる。なお、雷電位計測必要部位及びグランド電圧測定部位に関し、包括的に説明する場合は、(3A)(3B)で示し、個別に表すときはこれに枝番を付する。
【００１１】
また、前記建造物(1)を中心にしてその周囲のグランド電圧を測定し、この測定値に前記換算倍率をかけることで入雷可能部位(2)を中心とした電位傾度を実測することができ、落雷時の影響範囲を定量的に確定することができると同時にこれらの診断結果によって、建造物(1)の耐雷強度が不十分である場合や、各セクションに耐雷強度の偏りがある場合、その建造物(1)の避雷針のような入雷可能部位(2)から引き出され、建造物(1)の側壁に沿って設置される例えば雷導入線(1a)の新設や或いはその太さや本数を変えたり、建造物(1)周囲の接地電極(E)を新設或いは改修することによって建造物(1)の耐雷強度の向上或いはその平均化を行うこともできるし、前記機器類(3)…に対する適切な耐雷処置を施すことができるようになる。
【００１４】
なお、前記で述べた換算倍率とは、実雷の想定雷撃電流(ｋＡ)／模擬雷の印加電流(Ａ)で表されるもので、この換算倍率を測定上昇電圧(Ｖ)に掛けることで、実雷の想定雷撃電圧を算出することができる。この値が測定部位(3A)や各種機器類(3)…の雷インパルス耐電圧より大きい場合は、耐雷強度不足と判定される。また、建造物(1)の各セクションにおける測定値を比較することで、実側結果に基づいて建造物(1)の各セクションにおける耐雷強度の偏り判定を定量的に行うことができる。この点は明細書全体を通じていえることである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。本発明の対象となる建造物(1)は一般のビルやマンションなどの高層建造物や、パラボラアンテナが設置されている通信中継基地等の通信施設その他各種施設及び落雷時の影響を受けるその近隣施設(1')が含まれる。図１はその内の通信中継基地を示すもので、パラボラアンテナ(1ハ)が設置されている鉄塔(1ロ)が建屋(1イ)の上に立設されている。そして前記鉄塔(1ロ)の塔頂に避雷針(2)が設置されており、図示しない導線で鉄塔（１ロ）と避雷針(2)とが接続されている。
【００２０】
実施例では避雷針が入雷可能部位(2)となるが、避雷針の設置されていないような建造物にあっては、雷撃を受ける可能性があるような部位が入雷可能部位(2)となる。以下の実施例では入雷可能部位(2)として避雷針をその代表例として説明する。なお、前記避雷針(2)は１つに限定されるものでなく、所定間隔を以て複数の避雷針(2)が立設される場合もある。また、入雷可能部位(2)は避雷針に限定されるものでなく、塔頂を入雷可能部位(2)にすることも勿論可能である。
【００２１】
前記鉄塔(1ロ)は建家(1イ)の鉄骨や鉄筋に接続されており、更にこの鉄骨は地中に埋設された杭に接続され、アースが取られるようになっている。勿論、避雷針(2)から雷導入線として１乃至複数本の低サージインピーダンス導電線(14)が引き出され、鉄塔(1ロ)及び建屋(1イ)に沿って配線され、建屋(1イ)の周囲にて地中に埋設された接地電極(E)に接続するようにしてもよい。前記低サージインピーダンス雷導入線(14)は例えば、太くて表面積が大であり、高誘電率でコンデンサー容量を持った銅線或いは銅板のようなものが使用される。また、前記低サージインピーダンス雷導入線(14)は図９のように一般的に避雷針(2)から四方に引き出され(勿論、四方に限られず、それ以下或いはそれ以上であってもよい。)、建家(1イ)の側壁に沿って配設される。
【００２２】
前記建家(1イ)は、平家であってもよいし二階建て以上のビルであってもよい。建家(1イ)には機器接続用のアース端子ボックス(13)やフロア接地極(15)が設けられており、例えばアース端子ボックス(13)にはアース端子Ａ種〜Ｄ種が設けられている。前記アース端子Ａ種〜Ｄ種の内、アース端子Ｃ種は、１０Ω以下の接地抵抗を有するもので、建家(1イ)の各フロアに設けられた当該フロア接地極(15)に接続され、据付られた機器類(3)…がそれぞれアース接続されるようになっている。
【００２３】
前記アース端子Ａ種は１０Ω以下の接地抵抗を有する端子で、建家(1イ)の変圧器や受電設備のアースラインが接続されている。アース端子Ｂ種は建家(1イ)の変圧器の中性点のアース端子である。アース端子Ｄ種は１００Ω以下の接地抵抗を有するその他の機器類のアース端子である。
【００２４】
雷インパルス発生装置(4)は模擬雷を発生させるための装置で、実際の雷の雷撃電流(勿論、これに限られないがこの場合は２０ｋＡ〜４５ｋＡ〜１５０ｋＡを想定)に対して印加電流波高値が１０〜４０〜３００Ａ程度の低い電流値で、模擬雷を印加した時、運転中の機器類(3)…に支障を与えない程度のもの発生させる。また、印加される模擬雷の電流波形は、実際の雷の電流波形と似た波形形状(図５参照)で、勿論、これに限られないが例えば規約波頭長が３μ秒、規約波尾長が１６μ秒、印加電流波高値３００Ａのものが模擬雷として発生する。前記雷インパルス発生装置(4)には独自の電源装置(G)が接続されており、両者(4)(G)とも模擬雷発生時に建造物(1)を通って大地に流れる雷電流に影響を受けないように建造物(1)から遠く離れた位置に設けられ接地されている。
【００２５】
この模擬雷は、マッチング抵抗(M)が設置された模擬雷導入線(5)を介して建造物(1)の入雷可能部位(2)に印加される。この場合、模擬雷導入線(5)は、雷インパルス発生装置(4)から出力された模擬雷が模擬雷導入線(5)を通って前記入雷可能部位(2)に印加される場合に、建造物(1)の通電部分に誘導電流が発生しないような方向、たとえば鉄塔(1ロ)に対して直角方向(勿論、直角方向に限られず誘導電流が発生しないような方向であれば足る。)から入雷可能部位(2)に接続される。
【００２６】
前記マッチング抵抗(M)は、模擬雷の入雷時、避雷針(2)からの反射波を遮断して雷インパルス発生装置(4)が実雷の波形に類似した波形となるようにマッチングをとるための装置で、マッチング抵抗(M)の次ぎに模擬雷導入線(5)に流れる模擬雷の雷電流を計測するための雷電流計測プローブ(6)が設置される。
【００２７】
また、前記入雷可能部位(2)とは、建造物(1)のどの位置でも落雷するので、特に限定される部位は存在しないが、一般的には避雷針が設置されておれば、通常は避雷針がその場所にあたる。(図１の場合は、鉄塔(1ロ)の頂点に避雷針がセットされているが、避雷針へのセットが困難である場合には、避雷針(2)に代わる前記入雷可能部位(2)として鉄塔(1a)の先端部分を選択し、この部分に模擬雷導入線(5)を接続し模擬雷を印加してもよい。
【００２８】
前記模擬雷導入線(5)の入雷可能部位(2)の近傍部分において、前述のように模擬雷の電流値を検出する雷電流計測プローブ(6)が設置されており、雷インパルス発生装置(4)から出力された模擬雷の電流値(io)を検出している。この雷電流計測プローブ(6)には、雷電流計測プローブ(6)にて検出した電流値を光に変換するための電光変換器(7)が設置されている。そして、電光変換器(7)の出力端には前記変換された光を伝送する光ケーブル(8)が接続されており、その先端に前記伝送された光を電流値(io)に変換する電光変換器(9)が接続されている。ここで、光ケーブル(8)が使用された理由は、光ケーブル(8)は建造物(1)に沿って配設されていたとしても建造物(1)に電磁誘導を起こさせないので、正しい模擬雷測定結果が得られるからである。
【００２９】
更に前記電光変換器(9)とオシロスコープ(10)とが接続され、前記電光変換器(9)から出力された電流検出値(io)を取り込んで電流波形を付設のモニター(図示せず)で再現するようになっている。このオシロスコープ(10)は、アナログ・デジタルとを別段問わないがここではデジタルオシロスコープが使用されている。またこのオシロスコープ(10)は独自の電源装置(G)により給電されている。そしてこのオシロスコープ(10)と前記電源装置(G)とは地面から完全に遮断され、模擬雷の影響を受けないようになっている。(13)は、前記オシロスコープ(10)に接続され、オシロスコープ(10)の出力を解析するためのコンピューターで、モニタ(14)および出力装置(15)が接続されている。
【００３０】
図２は、模擬雷を印加した時の建造物(1)の測定必要部位(3A)、グランド電圧（Ｖg）の測定必要部位(3B)及び建屋(1イ)内に設置された機器類(3)…の電圧上昇並びに落雷時の影響を受ける近隣の建造物(1')や伝送線(25)にて前記機器類(3)…に接続され、落雷時の影響を受ける機器類(3')等の耐雷強度を測定するためのシステムで、図１のシステムに加えて図２のシステムが設置される。図の煩雑さを避けるために図１と図２を分けて描いたが、実際は一体として用いられる。雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a2)…は、前記建造物(1)の入雷可能部位(2)「ここでは避雷針あるいは鉄塔(1ロ)の先端部分」や模擬雷印加時に模擬雷により発生する建造物(1)の異常電位の測定必要部位(3A)(3A')「例えば、塔脚基部(3A1)や各フロアの接地極(3A2)や落雷の影響を受ける建造物(1')」に設置される。
【００３１】
また、グランド電圧計測プローブ(11b)…が、建屋(1イ)の周囲に掘られたピット(P)から露出している接地電極(E)に接続されて接地部位のグランド電圧を計測するようになっている。(通常、接地電極(E)は地中に埋設されている。)「ピット(P)を凹成することなく、グランド電圧(Ｖg)を計測するための電極を、入雷建造物(1)を中心にして４方に放射状に地面に差し込み、これを使用してグランド電圧(Ｖg)を計測してもよい。」そしてこの測定値をプロットする事で、避雷針(2)を中心とする電位傾度(D)を知ることが出来、落雷の影響を受ける範囲を定量的に確定する事が出来る。換言すれば、どの程度の落雷があればどの範囲まで被害が及ぶかが予測出来るようになる。
【００３２】
前記雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a2)…及びグランド電圧計測プローブ(11b)…はいずれも測定対象の建造物(1)から遠く離れ、模擬雷が建造物(1)を通って地面に流れたときに影響を受けない零電位補助極(12)に接続され、この零電位補助電極(12)の電位が測定の基準値となる。
【００３３】
前記雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a2)…及びグランド電圧計測プローブ(11b)…はいずれも電光変換器(7)に接続されており、検出した電圧を光に変換して出力するようになっている。前記電光変換器(7)は前述の理由により光ケーブル(8)に接続されており、前記変換された光を伝送する。そして、前記光ケーブル(8)に光電変換器(9)が接続されており、前記伝送されてきた光はここで電圧に再変換され出力されるようになっている。更に、前記光電変換器(9)はオシロスコープ(10)に接続されており、再変換された各電圧値はこのオシロスコープ(10)に入力されるようになっている。
【００３４】
また、建屋(1イ)の各階には各種機器類(3)…(例えば、各種通信機器、耐雷トランスや分電盤など)が設置されている。これらの通信端子や電源端子(3a)(3b)(例えば、通信回路や主回路とアースとの間)には機器類(3)…の出力をフィルタリングして、模擬雷印加時の異常電圧上昇分(S)だけを通過させるバンドパスフィルター(16)が接続されており、このバンドパスフィルター(16)を介して前記オシロスコープ(10)が前記各種機器類(3)…端子(3a)(3b)に接続されている。
【００３５】
しかして、雷インパルス発生装置(4)を作動させて、模擬雷を避雷針(2)に印加すると、この模擬雷の模擬雷撃電流は避雷針(2)、導線(図示せず)、鉄塔(1ロ)、建家(1イ)の鉄骨、地中埋設杭(1ニ)を通って地中に流れる。この時、雷電流検出プローブ(6)にて避雷針(2)に印加された模擬雷電流値(io)が検出される。この検出された模擬雷電流量(io)は電光変換器(7)により前述のように光に変換され、光ファイバー(8)を通って光電変換器(9)に至り、ここで再度模擬雷電流値(io)に変換されてオシロスコープ(10)に入力される。この電流波形は図５に示す通り、実雷に似た波形を示し、急激に立ち上がり、その後次第に漸減していく。そして、この模擬雷電流値(ioＡ)で想定雷電流値(ｋＡ)を除すことにより、換算倍率が算出されることになる。即ち、
換算倍率＝想定雷電流値(ｋＡ)÷模擬雷電流値(ioＡ)
【００３６】
また、避雷針(2)及び各計測部位(3A)に設置された雷電圧計測プローブ(11a0)(11a1)(11a2)…はこの時の異常上昇電位を検出し、避雷針(2)及び各計測位置(3A0)(3A1)(3A2)…と零電位補助電極(12)との各電位差(V0)(V1)(V2)…を検出し、前記電光変換器(7)によりこの電位差を光に変換して光ファイバー(8)に出力する。光ファイバー(8)はこの変換された光を光電変換器(9)に伝送し、光電変換器(9)にて電位差(V0)(V1)(V2)…に再変換し、これをオシロスコープ(10)に出力する。オシロスコープ(10)はこのデータを取り込み、図６(a)(b)に示す電圧波形をオシロスコープ(10)のブラウン管に映像として映し出す。これと同時に、当該データを(13)に出力し、必要なデータ解析(電位分布測定波形の解析)を行う。
【００３７】
模擬雷による建造物(1)を始めとする電位分布測定波形の解析は次のようにして行われる。図６(a)(b)に示すようにオシロスコープ(10)のブラウン管(図示せず)又はＣＲＴ(14)に映し出された、避雷針(2)及び各計測部位(3A)や後述する接地部位や機器類(3)…の端子(3a)(3b)において模擬雷印加時に発生する電圧変化量(Ｖ_0-P)及び電圧変化量(Ｖ_P-P)の大きさと、更には前記変化量(Ｖ_P-P)については波高値の１番大きい(＋Ｖ_0-P)から次の(−Ｖ_0-P)に変化する１周期における１周期の変化速度も測定する。そして、この電圧変化量に前記換算倍率をかけることで想定実雷の雷撃時の異常電圧上昇(想定実雷の倍率換算値)を算出する。
換算倍率×電圧変化量(測定電圧Ｖ)
＝想定実雷の異常電圧上昇(想定実雷の倍率換算値)
【００３８】
この関係は前述のように接地部位のグランド電圧(Ｖg)を計測するグランド電圧計測プローブ(11b1)(11b2)…や各測定対象機器(3)…の端子(3a)(3b)に接続されたバンドパスフィルター(16)の場合も同様である。模擬雷の入雷によって零電位補助電極(12)の電位に比べて上昇したグランド電圧(Ｖg)をグランド電圧計測プローブ(11b)により測定し、前述同様、換算倍率をかけて接地個所の想定実雷雷撃時の異常電圧上昇(想定実雷の倍率換算値)を算出する。この結果、前述の電位傾度を定量的に知ることが出来る。
【００３９】
機器類(3)…にあっては、運転状態において前記模擬雷が印加されることになるので、前記電圧変化量(Ｖ_0-P)、(Ｖ_P-P)は出力に重畳して現れることになる。そこで、フィルター(16)により、機器類(3)…の出力波形をカットし、前記電圧変化(Ｖ_0-P)、(Ｖ_P-P)のみを取り出し、オシロスコープ(10)に出力する。そして前述同様、この電圧変化量(Ｖ_0-P)、(Ｖ_P-P)に換算倍率をかけて個別の機器類(3)…の想定実雷の雷撃時の異常電圧上昇(想定実雷の倍率換算値)を算出する。ここで経験的に例えば、主回路‐接地間に現れる電位上昇(Ｖ_0-P)が過酷になった場合、通常、当該機器の回路における沿面、間隙絶縁破壊(隣接する端子(3a)(3b)間での絶縁破壊)が発生することが知られており、一方、(Ｖ_P-P)の１周期が非常に早く且つ波高値が大きい場合は、主回路‐接地間よりも主回路線間における貫通絶縁破壊が発生しやすいことが知られているので、前記測定結果から当該機器(3)の耐雷強度が定量的に予測できるようになる。
【００４０】
また、機器類(3)…は伝送線(25)によって前記入雷建造物(1)の外の機器類(3')…に接続されている。「なお、この機器類(3')…は前記入雷建造物(1)に隣接する建造物(1')…内に収容されている場合もあれば、戸外に露出して設置されている場合もある。」これら、伝送線(25)によって前記入雷建造物(1)の外の機器類(3')…も当然落雷の影響を受けるものであるから、前述と同じ方法によってその耐雷強度が実測されることになる。
【００４１】
以上から、入雷建造物(1)そのものの耐雷強度不足や、入雷建造物(1)の各計測部位(3A)の耐雷強度に偏りがある場合には、例えば建造物(1)の周囲の必要部位に新たに深打電極(図示せず)を設置したり、建造物(1)の建設面あるいはその周囲全体を取り囲むように、高誘電率を持つ例えば銅のメッシュ体(e)(勿論、メッシュ体に限られず銅の平板でもよい。)を埋設することで耐雷強度の向上・改善を図ったり、雷導入線(14)を新たに設置したり、その本数を増やしたり配置を変えたりして建造物(1)全体の耐雷強度の向上・増強を図る。また、機器類(3)…にあっては、当該耐雷強度不足機器(3)そのものの耐雷強度向上を図ったり、機器類(3)…が設置されている部屋そのものを電磁シールドを施したりして耐雷強度の向上を図ることになる。
【００４２】
(実施例)
中継所に設置されている耐雷トランスの入出力端子、分電盤等の入力側主回路において、通信鉄塔への直撃雷が発生した場合、主回路と接地(大地)間との間に発生する電圧及び各異常電位上昇を把握するため、雷インパルス発生装置を使用して実雷に模擬し、測定試験を対策工事前及び対策工事後において行い、対策工事の効果確認を行った。印加電流値は４０Ａとした。
【００４３】
[Ｎｏ１耐雷トランス入出力端子部]
通信鉄塔への直撃雷によって、最も障害を受けやすい施設が耐雷トランスである。耐雷トランスの１次側主回路‐接地間の発生電位は、対策工事前で、Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１−Ｅ相間は、２２４〜２５２Ｖの範囲で発生しており、想定雷撃電流値を２０ｋＡとして判断すると、換算倍率は５００(＝２０ｋＡ÷４０Ａ)となり、これに２２４〜２５２Ｖを掛けると、実雷雷撃時の異常上昇電位＝約１１２,０００Ｖ〜１２６,０００Ｖが得られる。対策工事後の前記模擬雷による発生電位は、１１５〜１２１Ｖで、約５０％の低減率が得られ、想定雷撃電流値に換算すると５７,５００〜１７,１００Ｖであった。
【００４４】
一方、２次側主回路‐接地間の発生電位は、対策工事前でＵ１、Ｖ１、Ｗ１‐Ｅ間の(Ｖ_0-p)で、−３３.２〜−３４.２Ｖの範囲で発生しており、これに換算倍率を掛けた換算値は約−１６,６００〜−１７,１００Ｖの発生電位であったが、対策工事後の発生電位は、−２１.８〜−２３.２Ｖの範囲であり、比較すると低減率は約３３％で、その換算値は−１０,９００〜−１１,６００Ｖの発生電位であった。
【００４５】
また、１次側‐２次側主回路間の発生電位は、対策工事前で２４９〜２７３Ｖの範囲で発生しており、その換算値は１２４,０００〜１３６,５００Ｖであった。これに対して対策工事後の発生電位は、１１９〜１２０Ｖの範囲で発生しており、比較すると約５４％の低減率を得ており、換算値は５９,５００〜６０,０００Ｖの発生電位であった。
【００４６】
[判定]
耐雷トランスの雷インパルス耐電圧値は、トランス単体(避雷器取り外し)においてＰ−Ｅ間、Ｓ−Ｅ間、Ｐ−Ｓ間では３０,０００Ｖである。現状では、トランス内部に付属避雷器及び増強用避雷器が設置されているため、雷インパルス耐電圧値は、実際には、１.５〜２倍程度絶縁強度が増強されていると考えられるので、１次側主回路‐Ｅ間及び１次‐２次側主回路間は、冬季において想定雷撃電流２０ｋＡ換算値では、前記３０,０００Ｖを超過するが、裕度を考慮すると５５,０００〜６０,０００Ｖ付近が当該耐雷トランスの雷インパルス耐電圧値の限界値と推測され、実雷の雷撃電流値が２０ｋＡ程度まで、当該耐雷トランスは耐えることができると判定された。２次側主回路‐Ｅ間については裕度が見られる。
【００４７】
[Ｎｏ２耐雷トランス入出力端子部]
Ｎｏ２耐雷トランス入出力端子部は、耐雷トランス収納箱内でＮｏ１耐雷トランスと低圧１回線(２２０Ｖ、３相)受電になっており、測定データとしては、１次側については同様の数字として取り扱った。測定は２次側主回路‐接地間の発生電位と、１次側‐２次側主回路間の発生電位とした。
【００４８】
Ｎｏ２耐雷トランスの２次側主回路‐接地間の発生電位は、対策工事前でＵ２、Ｖ２、Ｗ２‐Ｅ相間は−３３.６〜−３４.６Ｖの範囲で発生しており、想定雷撃電流値を２０ｋＶとして換算すると、約−１６,８００〜−１７,３００Ｖであった。対策工事後の発生電位は、−２２.２〜−２２.４Ｖの範囲で発生しており比較すると、約３４％の低減率を得ている。また、１次側‐２次側主回路の間の発生電位は２５４〜２７２Ｖの範囲で発生しており、その換算値は１２７,０００〜１３６,０００Ｖの発生電位であった。そして対策工事後の発生電位は１１６〜１２５Ｖの範囲の発生電位であり、比較すると約５４％の低減率を得ており、その換算値は５８,０００〜６２,５００Ｖの発生電位であった。
【００４９】
[判定]
Ｎｏ１耐雷トランスと同様である。
【００５０】
[ＥＧ盤１次側入力ケーブル端子部]
ＥＧ盤１次側入力ケーブル端子部は耐圧トランスの２次側出力ケーブル着点であり、その電位分布を測定した結果、対策工事前で、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１‐Ｅ相間は−１０.７〜−１０.９Ｖの範囲で発生しており、換算値で−５,３５０〜−５,４５０Ｖの発生電位であった。これに対して対策工事後の発生電位は、−６.５〜−６.９Ｖの範囲であり比較すると、約３７％の低減率が得られており、その換算値は−３,２５０〜−３,４５０Ｖの範囲であった。
【００５１】
[判定]
低圧機器雷インパルス耐電圧値；４,０００Ｖ以下で、想定雷撃電流値２０ｋＡに対して対策工事後の超過は見られない。
【００５２】
[Ｎｏ２分電盤１次入力ケーブル端子部]
Ｎｏ２耐雷トランスの２次側出力ケーブル着点であり、電位分布を測定した結果、対策工事前でＲｏ、Ｓｏ、Ｔｏ‐Ｅ相間は−０.７４〜０.８８Ｖの範囲で発生しており、換算値で−３７９〜４４０Ｖの発生電位であった。対策工事後の発生電位は、−０.４９〜−０.５１Ｖの範囲であり比較すると、約３８％の低減率が得られており、その換算値は−２４５〜−２５５Ｖの範囲であった。
【００５３】
[判定]
低圧機器雷インパルス耐電圧値；４,０００Ｖ以下で想定雷撃電流値２０ｋＶに対しては超過せず裕度が見られる。
【００５４】
[塔頂、塔脚、接地点電位上昇]
塔頂電位上昇は、落雷時に塔頂点(又は避雷針)と零電位補助電極との間で発生する最大電位上昇であり、模擬雷を使用して塔頂点(又は避雷針)に模擬雷電流を印加して実測した結果、対策工事前で４１０Ｖが発生しており、これを実雷の落雷時の想定雷撃電流値を２０ｋＡ(累積落雷頻度５０％)に換算すると、２０５,０００Ｖと最大発生電位となる。一方、塔脚点電位については、４脚共実測値で２９８Ｖの発生電位であり、前記塔頂上昇電位４１０Ｖに対して７３％の割合を占めており、また、接地点電位Ａ、Ｃピットは共に２９２Ｖで７１％を占めていた。
【００５５】
このことは、最大限の７０％は塔脚点、接地点電位によって発生していると考えられ、残りの３０％は鉄塔電位上昇によるサージインピーダンスが影響していると考えられた。対策工事後のこれらの数字をみると、塔頂電位で実測値２５４Ｖ(低減率３８％)、換算値１２７,０００Ｖに低減しており、塔脚点においても実測値１７１〜１７６Ｖ(低減率４１〜４３％)、換算値８５,５００〜８８,０００Ｖの範囲で低減していた。
【００５６】
また、接地点電位についても同様であり、Ａ脚側実測値１６７Ｖ(低減率４３％)、換算値８３.５００Ｖであり、Ｃ脚側実測値１６５Ｖ(低減率４４％)に低減していた。新設した環状接地電極に接続しているＬＺＧＶ接続点ピットのＢ、Ｄ側では、実測値でそれぞれ１６２Ｖであった。
【００５７】
[接地線接続ピット内流入電流]
雷インパルスを塔頂点に印加したときの雷サージ伝搬路は、避雷針点から避雷導線及び鉄塔部材(主に４脚)に伝搬して、建家内壁面及び鉄筋から基礎構造体(杭)へと伝わり大地への流入が行われる。この接地電極側へ分流したものを実測した結果、既設深打接地電極が接続されているＡ脚側とＣ脚側の流入電流は、対策工事前でＡ脚側実測値４.２Ａ、Ｃ脚側実測値３.４５Ａと若干ではあるがＡ脚側の接地電極が低いようであった。
【００５８】
そして、対策工事後ではＡ脚側２.１Ａ、Ｃ脚側２.８Ａと低減してたが、これは新設ＬＺＧＶ引き下げに伴い、新設環状接地電極側への雷サージの分流量が増えたためであると考えられる。この増量分はＢ脚ＬＺＧＶ引き下げ点で実測２.５４Ａ、Ｄ脚側で５.９５Ａ分流している。他の雷サージ電流は鉄塔４脚から建家構造体(基礎杭を含む)及び、建屋と環状、帯状接地電極全体に流れていると考えられる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、建造物の入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、入雷建造物や落雷の影響を受ける建造物の雷電位計測必要部位と零電位補助電極との間の模擬雷印加時の異常電位上昇及び建造物内に接続された機器や伝送線で接続された機器類の異常電位上昇の少なくともいずれか一方を計測するので、建家内の機器類を稼働させた状態でこれらに影響を与えることなく建造物の雷電位計測必要部位や前記機器類の模擬雷による異常電圧上昇を実測することができ、これに予め判っている換算倍率を掛けることで、予想される実際の落雷による異常上昇電圧を算出し、その建造物自体の耐雷強度そのものは勿論、その建造物に設置されている機器類自体の耐雷強度を定量的に診断することができる。
【００６０】
また、接地部位の電位も実測するので、落雷時の影響範囲を知ることも出来、これらの診断結果によって、建造物の耐雷強度が不十分である場合や、各セクションに耐雷強度の偏りがある場合、その建造物に対して必要な耐雷向上処置やその平均化、機器の耐雷強度向上処置を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の雷電流値を計測する場合のシステム図
【図２】本発明の計測部位における雷電圧変化量を計測する場合のシステム図
【図３】本発明の機器類における雷電圧変化量を計測する場合のシステム図
【図４】本発明のピットにおける雷電圧変化量を計測する場合のシステム図
【図５】本発明において避雷針に印加される模擬雷の印加電流波形図
【図６】本発明において検出された模擬雷の異常電圧波形図
【図７】本発明の診断対象となった建造物の１フロアの平面略図
【図８】本発明の診断対象となった建造物の縦断面略図
【図９】本発明の診断対象となった他の建造物の概略斜視図
【図１０】落雷時の電位分布を示す概略正面図
【符号の説明】
(1)建造物
(1イ)建家
(1ロ)鉄塔
(1ハ)パラボラアンテナ
(2)入雷可能部位(避雷針)
(3)機器
(3A)雷電位計測必要部位
(3B)グランド電圧計測部位
(4)雷インパルス発生装置
(5)模擬雷導入線
(6)雷電流計測プローブ
(7)電光変換器
(8)光ケーブル
(9)光電変換器
(10)オシロスコープ
(11a1)(11a2)雷電圧計測プローブ
(11b)グランド電圧計測プローブ
(12)零電位補助電極

Claims

建造物の入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物及び当該落雷により影響を受ける建造物の少なくともいずれか一方の、雷電位計測必要部位と零電位補助電極との間の模擬雷印加時の電圧変化量を計測し、前記電圧変化量に換算倍率を積算することにより当該雷電位計測必要部位における想定実雷雷撃時の異常電圧上昇を算出することを特徴とする耐雷強度診断方法。
ただし、換算倍率＝想定雷電流値÷模擬雷電流値
建造物の入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物及び当該落雷により影響を受ける建造物の少なくともいずれか一方の、接地部位のグランド電圧計測必要部位と零電位補助電極との間の模擬雷印加時の電圧変化量を計測し、前記電圧変化量に換算倍率を積算することにより前記グランド電圧計測必要部位における想定実雷雷撃時の異常電圧上昇を算出することを特徴とする耐雷強度診断方法。
ただし、換算倍率＝想定雷電流値÷模擬雷電流値
建造物の入雷可能部位に実雷より印加電流値の小さい模擬雷を印加し、当該入雷建造物内に設置された機器及び前記機器に伝送線で接続されている前記建造物外の機器の少なくともいずれか一方の、模擬雷印加時の電圧変化量を計測し、前記電圧変化量に換算倍率を積算することにより前記機器における想定実雷雷撃時の異常電圧上昇を算出することを特徴とする耐雷強度診断方法。
ただし、換算倍率＝想定雷電流値÷模擬雷電流値