JP4495583B2 - 電力用接地電極およびその製作方法 - Google Patents

Description

本発明は，接地電極に係り，詳細には電気的に接続された同一極上の２点で効果的に放電を発生させ，電力，通信系統を保護する電力用接地電極（functional grounding electrode）およびその製作方法に関する。

現在の高度情報化社会において，電力および通信設備はますます発展している。しかし，さまざまな異常条件および異常電圧からこれらの設備を保護する装置の発展は遅れているのが現状である。

電力および通信設備の故障による被害は，不特定多数に広範囲に渡って波及され，社会全般の混乱を招くため，事故発生時正確な原因究明と適切な対策を講じる必要がある。このような自然現象による事故は，予測困難な上にその規模が大きいので，正確な故障原因分析とその対策も必要になる。

電力系統線路事故時の故障電流や落雷による雷撃電流は，電圧がとても高く，短時間にピーク値に達するいわゆるパルス特性があるため，線路とつながる設備に多大な被害を与え得る。したがって，このような電圧，電流の瞬間的な立ち上がりを逆に利用し，その大きさおよび立ち上がりから上記の電圧を検知し，その度に対応できる短時間除去能力をもつ保護設備が必要となる。

上記のような保護設備は，電力および通信設備における接地が電気的に連係されている関連設備を保護し，人体に対する感電および火災の発生を予防する重要な役割を担っている。

しかし，今までの接地に対する概念は，幾つかの接地原理，接地時，接地電極および電極に添加する接地抵抗低減材による施工方法の改善，また接地設計時および接地施工後の大地電位上昇の解析などが主流であり，接地電極自体を改善・発展させる努力はあまりなされていなかった。

また，研究者によっては電力系統で発生するさまざまな異常現象を利用し，接地電極自体を改善する努力がなされて来たが，異常電圧や過度現象のような予測困難な諸問題を改善した接地電極であるにもかかわらず，新たな欠点が見つかるなどの問題があった。

たとえば，既存の一般接地電極は接地抵抗を減らすため，深打法やボーリング（boring）工法で地中に埋設し，目標設置抵抗を得られるため接地電極を並列に追加施工する方法が主に使用されている。しかし，このような方法は大地に対する固有抵抗が低い所では効果が得られる反面，土砂や岩盤などの高抵抗性土壌では満足できる効果は得られない。

また，上記のような方法では，非常に短い時間幅で非常に高い電圧をもたらす雷撃や開閉異常電圧のような電圧が接地電極に流入した場合，接地電極の周りに瞬間的な大地電位の上昇を招き，同時に隣接している他の接地電極にも瞬間的な異常電圧を誘起させる問題がある。このような瞬間的な大地電位上昇は，接地極が埋設された周辺の設備被害は無論のこと，人命被害にも至る。

また，メッシュ（mesh）のような接地電極は，建物の底鉄筋を電気的に結束することで異常電圧流入時に建物内部の各設備に誘起される電圧を殆ど等電位化させ，電位差を除去する概念である。しかし，施工面積が広く，対象たる建築物の設計時から反映しないとならないので，追加接地が困難になるなどの難点がある。

上記の二つの方法は特定原理がなく，大地に対する固有抵抗および施工方法によって決定される構造的パラメータにより性能が左右されてきた。

それに対して，サージ（surge）の電圧がとても高く，放電によってこの高い電圧をターンオフできるという点に注目し，海外では針状設置棒が開発された。この接地棒は図１に示したように従来の一般接地棒に針をつけることで，地中で放電を誘発できる構成となっている。この針状接地棒は，高抵抗性の土壌においてサージのような高電圧印加時に地中で放電し，瞬間的な大地電位上昇を効果的に抑制できる。しかし，低抵抗性土壌においては確実な動作が保障されず，地中放電の頻度が多くなると放電熱および瞬間的な圧力によって土壌成分の劣化を進行し，正常状態での接地抵抗が却って増加する。また，施工方法が不便な短点も指摘され，この針状接地棒は，韓国内においても電力会社の送電線路，通信会社の通信線路のような一部のみに制限的に利用され，一般的にはあまり使用されていない。

このような問題を解決するため，例えば，特許文献１のようにアーク誘導型針付接地棒が開発された。

上記アーク誘導型針付接地棒は図２および図３に示したように，接地棒（９）の上段に形成されているリード端子（１１）が電気的に接続されると，落雷発生時故障電流がリード端子（１１）を通し，最初に地中に流入され，リード端子（１１）を通して流入される故障電流は，接地棒（９）に装着される針ホルダー（５〜８）に，円周方向に位置移動可能に装着された針（１−４）を経由して，接地棒（９）の下段に接続されたアーク誘導型コイル（１３）を通して放電管（１０）に伝わるように構成される。

しかし，このような従来のアーク誘導型針接地棒は，放電を誘導できるように接地棒と放電管の間に接続されているアーク誘導型コイル（１３）がアーク誘導型接地棒回路のインピーダンスを増加させ，アーク誘導型針付接地棒内部路の水分流入および落雷時の大電流に対するアーク誘導用コイルの耐久性など，主にアークを誘導するためのアーク誘導用コイルがさまざまな副作用を誘発する。従って，電力系統への適用が難しいという問題がある。

韓国特許０３３９９２４号公報（２００２．０５．２７登録）

本発明の目的は，上記のような問題点を解決するために案出されたもので，電気的に接続された同一極上の２点，即ち，サージの短時間急峻特性を利用して同一極性を有する２電極間において効果的に放電を発生させることで，電力系統に侵入する異常パルス状サージに対処し，正常状態で運転される電力系統の３相負荷の不均衡による中性点残留電圧が増加した接地電極の表面を通して放流させ効果的に処理することは勿論，直接接地方式の設置環境における電力系統の故障発生時にも保護リレーの確実な動作を保障することができ，電力および通信系統の信頼性を向上させることである。

上記目的を達成するため本発明は，円筒形の放流管と，上記放流管の中の軸上に設置され，上記放流管の下段部と電気的に接続される芯棒を設置する接地電極製作方法において：上記芯棒は，放電を分散発生させるため上記芯棒の外周に，複数の放電電極をらせん状に形成し，サージ印加時に進行波であるサージの速度遅延と反射波および表皮効果（skin effect）が生じるように，上記芯棒の下段部を上段部より細く形成し，これを誘電体で包み，上記複数の放電電極は，３極放電電極（ｔｒｉｇａｔｏｒｏｎで通用される。）を通して放電が容易に発生するように，上記放電電極の対応位置にホールを配置することを特徴とする。

本発明の他の観点では，略円筒形状にステンレスで形成され，３極放電電極で放電が容易に行われるようにらせん状の複数の３極放電電極用ホールが設けられた放流管と；上段部にはリード端子が一体に，かつ下段部は上端および中央部より細く，ステンレスで形成され，上記放流管の長手方向内部に挿入される芯棒と；絶縁材で形成され，上記芯棒の上部を固定する絶縁体と；ステンレスで形成され，上記絶縁体を固定し，上記放流管の上部に固定される芯棒ホルダーと；くさび形状にステンレスで形成され，上記芯棒の下部を固定し，上記放流管の下部に固定される接地電極先端とを備え，上記芯棒には，タングステンまたはニクロム材質で，上段部が尖っており上段部と比較して下段が広い針状で形成され，上記３極放電電極用ホールの各々に対応した位置に，上記芯棒の中央部でらせん状に付着される複数の放電電極と；上記芯棒の下段外周に付着される誘電体とが設けられている電力用接地電極が提供される。

本発明のさらに他の観点によれば，略円筒形状にステンレスで形成され，両端部の内周に放流管を嵌合するための放流管用ボルトねじ山が形成され，３極放電電極で放電が容易に行われるようにらせん状の複数の３極放電電極用ホールが設けられた放流管と；上段部にはリード端子が一体にかつ下段部は上端および中央部より細く，ステンレスで形成され，下段部の先端外周には深棒用ボルトねじ山が形成され，上記放流管の内部に長さ方向に挿入される芯棒と；下面が開放された円筒形状に絶縁材で形成され，上面に芯棒固定用固定ホールが設けられ上記芯棒の上段部が上記芯棒固定用固定ホールを通して内部に挿入固定させる絶縁体と；ステンレスで形成され，内部には上記絶縁体と対応した大きさの絶縁体固定用貫通ホールが，下段部外周には芯棒ホルダー用ボルトねじ山が設けられ，上記絶縁体を上記絶縁体固定用貫通ホールに挿入した状態で，上記放流管用ボルトねじ山と上記芯棒ホルダー用ボルトねじ山を結合して固定させる芯棒ホルダーと；ステンレスで形成され，上段部は上記放流管と同じ径を有し，下段部はくさび状に形成され，上段面の中央部では垂直方向に上記芯棒用ボルトねじ山と結合可能となるようにこれと対応する大きさの芯棒挿入用ボルトねじ山が形成され，上段部外周に上記放流管の下段に形成された放流管用ボルトねじ山と結合可能となるように接地電極先端用ボルトねじ山が形成され，上記放流管に固定設置される接地電極先端とを備え，上記芯棒には，タングステンまたはニクロム材質で，上段部が尖っており上段部と比較して下段が広い針状で形成され，上記各々の３極放電電極用ホールに対応される位置に，上記芯棒の中央部でらせん状に付着される複数の放電電極と；上記芯棒の下段外周に付着される誘電体とが設けられていることを特徴とする，電力用接地電極が提供される。

また，上記絶縁体は，側面中央部両端に固定用ボルトが備えられ，上記芯棒ホルダーは，上記固定用ボルトホールと対応される位置である側面中央部両端に並列追加接地電極を連結させる並列追加設置極用ボルトホールが形成され，上記並列追加接地電極用ボルトホールの底面中央で上記絶縁体の上記固定用ボルトホールと結合可能となるよう，同一形状の固定用ボルトホールを備えるとしても良い。

また，上記接地電極先端は，上記放流管内部に流入された水分を地中に排水し，放電発生時，生じた圧力を外部に放出するよう，上記芯棒挿入用ボルトねじ山と上記接地電極先端用ボルトねじ山の間に垂直方向に１または２以上の排水および放圧ホールが形成され，底面中央には上段部方向に直列追加設置電極を挿入して固定できる固定ねじ山が形成されているとしても良い。

以上で説明したように，本発明による電力用接地電極およびこの製作方法によると，同一極性上で効果的に放電を発生させることで，電力系統に立ち上がり時間の非常に短い異常電圧が侵入した時の電圧，電流が処理され，かつ，電力系統が正常な状態における３相負荷の不均衡による中性点残留電圧も処理できる。このため，保護リレーを確実に動作することができ，大きなエネルギーを持つ雷撃のような異常電圧も効果的に処理できるため，電力および通信設備のあるすべての施設に利用することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態による電力用接地電極の構成を，図４〜図６を参照に説明する。

図４は本実施形態の電力用接地電極の構成を示した断面図で，図５は本実施形態による電力用接地電極の構成を示した分解斜視図であり，図６は本実施形態による電力用接地電極に並列追加接地電極と直列追加接地電極が付着されている様子を示す平面図である。

本実施形態の電力用接地電極（１００）は，放流管（１１０），芯棒（１２０），放電電極（１３０），誘電体（１４０），絶縁体（１５０），芯棒ホルダー（１６０）および接地電極先端（１７０）からなる。

まず，放流管（１１０）は，内部放電が起きる重要部位であり，内部放電時に瞬間的に増加する温度と圧力上昇に耐えられるよう耐熱，耐圧に優れており，機械的強度が強く，比較的低価格で構成可能なステンレスで形成される。また，放流管（１１０）の上下が開放され，両端部内周に放流管用ボルトねじ山（１１１）が形成される。放流管（１１０）には各々の放電電極（１３０）と対応する位置に３極放電電極を形成し，容易に放電が起きるよう３極放電電極用ホール（１１３）が備えられる。

芯棒（１２０）は，ステンレスで形成され，上段部にリード端子（１２１）が一体に延長形成され，下段部の径が上段部や中央部と比べ細く形成され，下段部の端部外周には芯棒用ボルトねじ山（１２３）が形成され，放流管（１１０）の内部に挿入される。ここで芯棒（１２０）の下段部を上段部より小さく形成する理由は，電圧と周波数が高くなるほど，電流は導体の表面から移動しやすくなるという表皮効果により，サージ電流の移動渋滞が生じると，下段部まで到達するサージ電荷が瞬間的に上段に蓄積され，より放電しやすい条件が整う。従って，芯棒（１２０）のリード端子（１２１）には，外部の印加導線と電気的にまた機械的に接続させる印加導線用ジョイントナット（１２５）を備えることが望ましい。

また，放電電極（１３０）は，耐熱性を向上させるため，融点（melting point）が高いタングステンまたはニクロム材質でなり，上段部が尖って下段が広い針状のものを芯棒（１２０）の中央にらせん状に付着させて形成する。ここで放電電極（１３０）は，針対平板（放流管の側面）電極での不均一電界形成が，他の形態の電極より激しいことを用い，サージ電流が進行波である特性を利用し，一箇所に内部発生熱が集中することによる放電電極（１３０）および放流管（１１０）の損傷を防止するように，らせん状に分散配列し，熱の分散を図った。

また，誘電体（１４０）は，芯棒（１２０）の下段が挿入される。誘電体（１４０）の材質としては，エポキシ（epoxy）樹脂，ベークライト（Bakelite），ポリスチレン（polystyrene），架橋ポリエチレン（XLPE），ポリエチレン（polyethylene），ポリカーボネート（polycarbonate），ポリグラス（polyglass）などが用いられる。誘電体（１４０）を用いる理由は，芯棒（１２０）を通して流入されるサージは光速で移動するが，このサージの伝導速度を，誘電体（１４０）を使うことで誘電率の平方根相当に減速させることができるからである。これによって，一定の地点で放電電極（１３０）に印加されている電位と，大地と接触されている放流管（１１０）の間により大きい電位差を誘起する。また，この誘電体（１４０）は，サージが異種媒質通過時にサージ進行とは反対方向に発生する反射波を生成し，瞬間的に放電電極（１３０）に印加される電圧を上昇させて放流管（１１０）との電位差を増加させる役割をなす。

一方，絶縁体（１５０）は，絶縁材で形成され，上段部には芯棒（１２０）を固定するための芯棒固定用固定ホール（１５１）が中央部が空いている円筒形に形成され，リード端子（１２１）を，上記芯棒固定用固定ホール（１５１）を通して内部挿入することで，リード端子（１２１）と放流管（１１０）との距離を確保する。絶縁体（１５０）には，固定ボルト（１０５）によって芯棒ホルダー（１６０）に固定可能となるよう側面下段部両端に固定用ボルトホール（１５３）が形成される。

芯棒ホルダー（１６０）は，ステンレスであり，内部に絶縁体（１５０）と対応する大きさの絶縁体固定用貫通ホール（１６１）が形成され，下段外周に芯棒ホルダー用ボルトねじ山（１６３）も形成され，絶縁体（１５０）を絶縁体固定用貫通ホール（１６１）に挿入した状態で，放流管用ボルトねじ山（１１１）と芯棒ホルダー用ボルトねじ山（１６３）を結合させ，固定する。また，芯棒ホルダー（１６０）には側面両端に並列追加接地電極用ボルトホール（１６５）が形成され，並列追加接地電極用ボルトホール（１６５）の底面には固定ボルト（１０５）が締められるよう絶縁体（１５０）の固定用ボルトホール（１５３）との対応位置に固定用ボルトホール（１５３）と同一形状の固定用ホール（１５３）が備えられる。

ここで，芯棒ホルダー（１６０）は，電力用接地電極（１００）だけで目標接地抵抗が得られない場合，図６に示したように，側面中央両端の並列追加接地電極用ボルトホール（１６５）に並列追加接地電極（１０１）を連結する。この場合にも，絶縁体（１５０）を絶縁材で形成する。その理由は，サージ侵入時放電電極（１３０）まで異常電圧が到達する前に，事前に放流されることを防止するためであり，芯棒（１２０）のリード端子（１２１）を通してて流入されるサージは短時間内にピーク値まで上がる。これによって放電電極（１３０）に至る前に芯棒（１２０）のリード端子（１２１）および放流管（１１０）の間に沿面放電が発生することとなり，土壌を化学的に劣化，電力用接地電極（１００）の正常動作障害を生じさせる結果となる。従って，放電を放流管（１１０）内部にのみ発生させるため，適切な沿面距離を確保する必要があり，このためリード端子（１２１）と放流管（１１０）の間に絶縁体を挿入するのである。

接地電極先端（１７０）はステンレスで形成され，上段部は，放流管と同じ厚さを持ち，下段はくさび型となっており，上段面中央部で垂直下方向に芯棒用ボルトねじ山（１２３）と結合可能となるよう芯棒挿入用ボルトねじ山（１７１）が形成される。また接地電極先端（１７０）は，上段部外周に放流管（１１０）の下段に形成されている放流管用ボルトねじ山（１１１）と結合可能となるよう，接地電極先端用ボルトねじ山（１７３）が形成され，放流管（１１０）に固定される。

接地電極先端（１７０）は，放流管（１１０）内部に侵入した水分を地中に排水し，また，放電発生時生じる圧力を外部に放出するため，芯棒挿入用ボルトねじ山（１７１）と接地電極先端用ボルトねじ山（１７３）との間に，垂直下方に向かって，１または２以上の排水および放圧ホール（１７５）が形成される。また，接地電極先端（１７０）は電力用接地電極（１００）だけで目標接地抵抗が得られにくい場合，図６に示したように直列追加接地電極（１０３）の連結が可能となるよう底面中央で上向きに直列追加接地電極（１０３）を圧入固定できる固定ねじ山（１７７）が形成されている。また，直列追加接地電極（１０３）が必要でない場合には，固定ねじ山（１７７）に合う芯状の丈夫なものを挿入することで深打が容易になるようにする。

以下，本実施形態による電力用接地電極の動作を，図４〜図８ｄ（特に，図７ａ〜図８ｄ）を参照して説明する。

図７ａは接地電極の動作を誘発するサージの基本波形を示す波形図であり，図７ｂは図７ａの波形の立ち上がり部（increase wave）の拡大図であり，図７ｃは接地電極におけるサージ侵入時大地電位上昇概念図であり，図８ａは電力用接地電極に印加した電流波形を示した波形図であり，図８ｂと図８ｃは電力用接地電極にサージが流入された点（リード端子）で測定した電圧波形を示した波形図であり，図８ｄはサージが流入されて放電が発生した時，放電電極の直下で測定した電流波形を示した波形図である。

まず，電気系統が正常運転状態のとき，系統の中性点に残留している電圧は迅速に除去されるべきであり，これは電力用接地電極（１００）の接地抵抗と密接な関係がある。つまり，中性点残留電圧の円滑な除去のため，接地抵抗は低いことが望ましく，電力用接地電極（１００）を地中に埋設する場合，下記数式１に従って接地抵抗が減少する。

…（数式１）
Rは接地抵抗，ρは大地固有抵抗，ｌは接地電極の長さ，ｒは接地電極の半径である。

また，韓国のように中性点直接接地方式をとっている環境では，電気系統に異常が発生した場合，線路上の設備保護のため，系統と連係して動作する保護リレー（protective relay）を迅速に動作させる。この保護リレーの動作性能は故障電流の大きさによっても決定されるので，この場合には上記数学式（数式１）によって決定される接地抵抗が低ければ低いほど保護性能が向上することとなる。本実施形態による電力用接地電極は，放流管（１１０）と接地電極先端（１７０）との接続により大地との接触面積が数倍以上増加するので，中性点残留電圧の迅速処理および保護リレーの確実な動作を保障する。

一方，雷サージ（lightning surge）や開閉サージ（switching surge）のような異常電圧が流入した場合にも，系統からの迅速な除去が要求される。この時電力用接地電極（１００）に流入されるサージは，電力用接地電極内部での進行特性を把握して利用することでターンオフすることが可能となる。

つまり，サージと比べて相対的に低い周波数である６０Hzの状態でこれより大きさが小さい高周波成分だけが考慮された正常状態下では，接地抵抗値だけで中性点残留電圧処理能力が決定されるが，サージのような異常電圧侵入時には放電を誘発する電圧の大きさをどれ位低くするかによって，サージのターンオフ能力が決定される。即ち，その大きさがとても大きく，短い時間間隔においてとても高いピーク値に達するという特徴から，これらの値が分かれば放電によって発生できる電位差を作れる同一極性の二つの点間距離を逆算できる。

これに対する理解を助けるため，サージに対する電力用接地電極の動作原理を，図７ａ〜図７ｃを参照に説明すると，系統に接続された電力用接地電極（１００）に図７ａの波形のようなサージが侵入すると，印加導線に沿ってリード端子（１２１）に至り，大地電位が上昇し始める。この大地電位上昇は図７ｃのように電力用接地電極（１００）（図７ｃのＡ）が埋設された部位で最大となり，電力用接地電極（１００）からの距離に指数関数的に反比例して減少する。仮に，電力用接地電極がサージに対し内部放電を発生させない状態では，電力用接地電極とＳほど離隔された他の接地電極（図７ｃのＢ）においてΔＶほどの電位が上昇する。

しかし，電力用接地電極内部で放電が発生すると，電力用接地電極が埋設された地点の電位が急減し，それにより他の接地電極に印加する電位が減少する。

電力用接地電極にサージが侵入すると，リード端子（１２１）を通過して芯棒（１２０）の放電電極（１３０）とこれに対応される３極放電電極用ホール（１１３）に流れ，この周辺では，サージの急激度により不均衡電解が形成され，空気の絶縁破壊電圧とされている３０ｋＶ／ｃｍを超えると内部放電が発生する。

図７ａ，図７ｂに示したように，サージの立ち上がり（Ｔｆ）と立下り（Ｔｔ）の時間はとても短く，韓国および日本の場合，１．２×５０μｓの値を用いる。つまり，韓国および日本の雷撃電圧の場合，１億〜１０億Ｖまで上昇するのに要する時間は１．２μｓ程度である。

誘電体が被覆されていない裸線において，サージは光速である３×１０^８ｍ／ｓで移動するため，ピーク値までの１．２μｓの間，サージ電圧が移動する距離はおよそ３６０ｍになる。つまり，サージ電圧は３６０ｍの裸線の間，電位差を生じることになる。

このとき裸線の各地点間には，異なる電位分布となり，サージ進行中に異なる２つの点間には電位差が発生する。この電位差が，一般に空気中絶縁破壊強度といわれるｍｍ当たり３ｋV_ｄｃを超える場合に放電が発生する。

この放電開始電圧を決定するパラメータとしては空気中の湿度，温度および使用電極の種類などさまざまな要因が考慮される。一般に地中内では水分および各種イオン物質などの存在により放電が比較的発生しやすい条件が満たされているので，理論的な条件より低い電圧で放電することになる。よって，実際に問題となるのは，波高値が１億V中，１ｍｍ間隔において，３ｋVの電圧をかけるための二つの地点間距離である。計算ではこの距離は１．０８ｃｍに過ぎないが，実際この程度の距離で実験的に放電を発生させることは困難である。

従って，電力用接地電極のインピーダンスは殆ど変化させないで，急激に上がるサージに対していつでも放電させられる他の処理が必要となる。このため本実施形態の電力用接地電極（１００）では芯棒（１２０）の上段より下段を薄く作り，下段の厚さを補う誘電体（１４０）をつけたのである。

このような処理は，異種媒質を通過するサージの反射波発生および電圧と周波数によって決定される表皮効果（skin effect）を高めるものであり，芯棒（１２０）を経由して，誘電体（１４０）によりサージ進行速度が下記の数式２のように誘電体の持つ誘電率の平方根に反比例して遅延され，放電電極（１３０）と放流管（１１０）との間の電位差を増加させる。このように異種媒質を通過する際に発生する反射波と芯棒（１２０）下段部の径において，数式３のような高周波性サージの表皮効果が電位の同伴上昇作用を起こし，放電電極（１３０）と放流管（１１０）との電位差をますます増加させる。

上記の値が電力用接地電極（１００）の内部絶縁媒質の絶縁破壊強度を超える瞬間に内部放電が発生する。この電力用接地電極（１００）の内部放電はらせん形に付着されている各々の放電電極（１３０）に沿って連続発生し，サージエネルギーを光，熱および音エネルギーに変換させ，このエネルギーに相当する大地電位の上昇が抑制される。

…（数式２）

…（数式３）
ここで，ｌは電流の浸透深さ，ωは２πｆで，ｆは周波数（Hz），ρは材料の導電率，μは材料の透磁率である。

上記のような動作原理によって，サージ流入時の大地電位上昇は抑制され，その抑制度は電力用接地電極（１００）に侵入するサージ電圧が急激に上がれば上がるほど，優れた効果が得られる。この効果は，図７ｃで示したように，接地電極埋設地点においての人命および設備保護という観点と結びつく。

以下，本実施形態による電力用接地電極を用いた実験結果を図８ａ〜図８ｄで示す。実験方法は，電力用接地電極（１００）のリード端子（１２１）に衝撃電流発生装置（図示しない）を接続し，放流管（１１０）を接地させた。ここで衝撃電流発生装置は，印加される電流および電圧の波形を測定できる計測器内蔵型である。また，衝撃電流発生装置で衝撃電流を印加して，電力用接地電極（１００）内部で放電が発生した場合，放電電極（１３０）で消耗されるサージ電流を測定するため，ＣＴ（計器用変流器）を放電電極の下につけ，ＣＴ出力を別途オシロスコープに接続した。最初の実験は，内部放電発生時との比較実験のため，内部放電が発生しない場合に対して実験を行い，このため実験前に電力用接地電極（１００）内部の放電電極（１３０）を除去した状態で，衝撃電流を印加した結果を図８ａ，図８ｂで示す。

図８ａは，電力用接地電極に印加した電流波形を示したもので，図のｘ軸とｙ軸は一目盛り各々５μｓ，１０ｋＡであり，持続時間８×２０μｓ，最大値約２５ｋＡの電流が印加されている。

図８ｂは，電力用接地電極にサージが流入された地点（リード端子）で測定した電圧波形を示した波形図で，ｘ軸とｙ軸の一目盛りは各々２０μｓ，２ｋＡであり，持続時間１．２×５０μｓ，最大値約６ｋＶの電圧が測定された。

一方，電力用接地電極（１００）内放電発生時，大地電位上昇抑制効果を見るため，放電電極（１３０）を設置し，その後，同一条件の衝撃電流を印加し，電力用接地電極（１００）の内部で放電が発生するようにした結果は図８ｃおよび図８ｄに示される。

このとき，リード端子（１２１）で測定された衝撃電流の波形は，電力用接地電極（１００）から放電電極（１３０）を除去した時と同一の波形と大きさを持つ図８ａのような波形が測定されたため，図は省略する。図８ｃのｘ軸，ｙ軸は一目盛りが各々２０μｓ，２ｋＶを示しており，持続時間１．２×４０μｓ，３．８ｋＶ程度の電圧が測定されたため，内部で放電が発生しない場合に比べて電位上昇が約１/３程度抑制されることが観察できた。

また，電力用接地電極（１００）で放電発生による印加衝撃電流の減少度を観察するため，ＣＴを放電電極（１３０）の下に設置し，この出力を別途計測器で測定した時の電流波形を図８ｄに示した。ｘ軸とｙ軸は一目盛り各々５μｓ，７ｋＶを示す。図８ｄで示したように，電力用接地電極（１００）で内部放電が発生した放電電極（１３０）のすぐ下では約５ｋＡ程度の電流が測定された。これは電力用接地電極（１００）に印加された電流が２５ｋＡであることを考慮すると約２０％以下に激減されたことになり，印加衝撃電流の約８０％が電力用接地電極（１００）の内部放電によって熱，光，音エネルギーに変換されたことを意味する。

本実験で得られた結果は，韓国内で発生する落雷電流の平均値である２５ｋＡで実験結果であり，落雷電圧は約１億Ｖ以上であるため，本実験では考慮しなかった。仮に，電圧の大きさが１億Ｖ以上であると仮定すると１．２μｓ内に上昇する電圧がより立ち上がり時間が短いと予想されるため，本実施形態による電力用接地電極（１００）はより確実に動作が保障される。

従って，本実験によると，正常運転時電力系統の中性点に残留する電圧を大地を通して効果的に除去し，異常時の故障電流遮断のための保護リレーの動作性能を保証すること，および，電力系統に各種異常電圧が侵入した時，サージ電圧・電流を電力用接地電極内部の放電によって効果的にターンオフさせ，接地電極周りの大地電位上昇を抑制し，電圧を低下させることで人命および電力設備を保護できるのである。

また，施工方法においても，地中埋設が比較的容易な深打法，およびボーリング法を利用したものや，接地抵抗を低減させるため，直列，並列接地電極の追加施工は勿論，比較的狭い空間でも施工可能である。

また，電極構造に３極放電電極を導入することで，電力用接地電極に流入されたサージをより低い電圧で効果的に処理できるようにし，また，異常電圧が進行波である特性を利用して接地電極内部電極をらせん状に配列し，放圧ホールを備えることで接地電極内部エネルギーを適切に分散，放圧させ接地電極が内部圧力膨張によって損傷されることを防止し，排水ホールを設けることで電力用接地電極内部に流入された水分を効果的に除去することが可能となる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，接地電極に係り，詳細には電気的に接続された同一極上の２点で効果的に放電を発生させ，電力，通信系統を保護する電力用接地電極およびその製作方法に適用可能である。

従来の針状設置棒の構成を示す斜視図。 従来のアーク誘導型針付接地棒の断面図。 従来のアーク誘導型針付接地棒の分解斜視図。 本実施形態による電力用機能性設置電極の構成を示す断面図。 本実施形態による電力用機能性設置電極の構成を示す分解斜視図。 本実施形態による電力用接地電極に並列追加接地電極と，直列追加接地電極が付着されている様子を示す平面図。 接地電極の動作を誘発するサージの基本波形を示す波形図。 図７ａの立ち上がり波形（increase wave）の拡大図 接地電極にサージ侵入時の大地電位上昇（ground potential rise）概念図。 電力用接地電極に印加した電流波形を示した波形図。 電力用機能性設置電極にサージが流入した時点（リード端子）から測定した電圧波形を示した波形図。 電力用機能性設置電極にサージが流入した時点（リード端子）から測定した電圧波形を示した波形図。 放電時の放電電極直下で測定した電流波形を示した波形図。

符号の説明

１１０ 放流管
１１３ ３極放電電極用ホール
１２０ 芯棒
１３０ 放電電極
１４０ 誘電体（dielectric）
１５０ 絶縁体
１６０ 芯棒ホルダー
１７０ 接地電極先端

Claims (5)

1. 円筒形の放流管と，前記放流管の中の軸上に設置され，前記放流管の下段部と電気的に接続される芯棒を設置する接地電極製作方法において：
   前記芯棒は，放電を分散発生させるため前記芯棒の外周に，複数の放電電極をらせん状に形成し，
   サージ印加時に進行波であるサージの速度遅延と反射波および表皮効果が生じるように，前記芯棒の下段部を上段部より細く形成し，これを誘電体で包み，
   前記複数の放電電極は，３極放電電極を通して放電が容易に発生するように，前記放電電極の対応位置にホールを配置することを特徴とする，電力用接地電極の製作方法。
2. 略円筒形状にステンレスで形成され，３極放電電極で放電が容易に行われるようにらせん状の複数の３極放電電極用ホールが設けられた放流管と；
   上段部にはリード端子が一体に，かつ下段部は上端および中央部より細く，ステンレスで形成され，前記放流管の長手方向内部に挿入される芯棒と；
   絶縁材で形成され，前記芯棒の上部を固定する絶縁体と；
   ステンレスで形成され，前記絶縁体を固定し，前記放流管の上部に固定される芯棒ホルダーと；
   くさび形状にステンレスで形成され，前記芯棒の下部を固定し，前記放流管の下部に固定される接地電極先端と；
   を備え，
   前記芯棒には，
   タングステンまたはニクロム材質で，上段部が尖っており上段部と比較して下段が広い針状で形成され，前記３極放電電極用ホールの各々に対応した位置に，前記芯棒の中央部でらせん状に付着される複数の放電電極と；
   前記芯棒の下段外周に付着される誘電体と；
   が設けられていることを特徴とする，電力用接地電極。
3. 略円筒形状にステンレスで形成され，両端部の内周に放流管を嵌合するための放流管用ボルトねじ山が形成され，３極放電電極で放電が容易に行われるようにらせん状の複数の３極放電電極用ホールが設けられた放流管と；
   上段部にはリード端子が一体にかつ下段部は上端および中央部より細く，ステンレスで形成され，下段部の先端外周には深棒用ボルトねじ山が形成され，前記放流管の内部に長さ方向に挿入される芯棒と；
   下面が開放された円筒形状に絶縁材で形成され，上面に芯棒固定用固定ホールが設けられ前記芯棒の上段部が前記芯棒固定用固定ホールを通して内部に挿入固定させる絶縁体と；
   ステンレスで形成され，内部には前記絶縁体と対応した大きさの絶縁体固定用貫通ホールが，下段部外周には芯棒ホルダー用ボルトねじ山が設けられ，前記絶縁体を前記絶縁体固定用貫通ホールに挿入した状態で，前記放流管用ボルトねじ山と前記芯棒ホルダー用ボルトねじ山を結合して固定させる芯棒ホルダーと；
   ステンレスで形成され，上段部は前記放流管と同じ径を有し，下段部はくさび状に形成され，上段面の中央部では垂直方向に前記芯棒用ボルトねじ山と結合可能となるようにこれと対応する大きさの芯棒挿入用ボルトねじ山が形成され，上段部外周に前記放流管の下段に形成された放流管用ボルトねじ山と結合可能となるように接地電極先端用ボルトねじ山が形成され，前記放流管に固定設置される接地電極先端と；
   を備え，
   前記芯棒には，
   タングステンまたはニクロム材質で，上段部が尖っており上段部と比較して下段が広い針状で形成され，前記各々の３極放電電極用ホールに対応される位置に，前記芯棒の中央部でらせん状に付着される複数の放電電極と；
   前記芯棒の下段外周に付着される誘電体と；
   が設けられていることを特徴とする，電力用接地電極。
4. 前記絶縁体は，側面中央部両端に固定用ボルトが備えられ，前記芯棒ホルダーは，前記固定用ボルトホールと対応される位置である側面中央部両端に並列追加接地電極を連結させる並列追加設置極用ボルトホールが形成され，前記並列追加接地電極用ボルトホールの底面中央で前記絶縁体の前記固定用ボルトホールと結合可能となるよう，同一形状の固定用ボルトホールを備えることを特徴とする，請求項３に記載の電力用接地電極。
5. 前記接地電極先端は，
   前記放流管内部に流入された水分を地中に排水し，放電発生時，生じた圧力を外部に放出するよう，前記芯棒挿入用ボルトねじ山と前記接地電極先端用ボルトねじ山の間に垂直方向に１または２以上の排水および放圧ホールが形成され，
   底面中央には上段部方向に直列追加設置電極を挿入して固定できる固定ねじ山が形成されていることを特徴とする，請求項３に記載の電力用接地電極。
   
   
   
   

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