JP5168680B1 - シールド接地線 - Google Patents
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Abstract
【課題】避雷針や避雷器から大地までの接地線は、単線形状のため自己インダクタンスがあるので、そこに数百キロヘルツ台の高い周波数の雷サージ電流が流れると接地線に異常な高電圧が誘起し、防雷機能が発揮出来ない。
【解決手段】
ージインピーダンスを小さくするには、式中のＣを大きくすることが必要で、そのため本発明は、接地線の心線導体の上に、その外径より太い金属管を被せ、心線導体の外径と金属管の内径間に生じさせた円筒状の空間に、大きな比誘電率の誘電体を充填密封し、大きな静電容量を形成することにより、既存の接地線のサージインピーダンスの１％未満まで低下させる事が可能となった。
【選択図】図３
【解決手段】
【選択図】図３
Description
本発明は、避雷装置から大地までのシールド接地線に関する。
高層建造物や配電線には、落雷の被害を防止するため、避雷針や避雷器等の設置が義務化され、その接地抵抗は１０Ω以下とされ遵守されてきたが、落雷の障害は依然続発しており、あらゆるものに半導体の電子部品が使用している現状においては、被害が顕著で深刻化している。
従来から、接地線についての認識は、避雷針や避雷器等のアース端子に大地接地極から延長した接地線が接続されれば、そこは大地と同電位の零電位として扱われ、その考え方が定着していたが、接地線には下記に示す様な
接地線電圧＝大地接地抵抗値×雷電流値
の雷電圧がかかるので、その雷電圧による障害を少なくするため極力接地抵抗値を下げるよう運用されてきた。
しかし、これは雷を単なる直流電気と誤った認識からであり、接地線は単線形状であるため自己リアクタンスを持っているので、数十から数千キロヘルツの高周波の雷電流が流れると、数十万ボルトの高電圧を誘起することになり、雷事故の原因だったことに間違いはない。
最近、電力中央研究所編「配電線の雷害対策」においては、雷のフラッシュオーバ減少策が述べられているが、その中では、径間長を短縮したり、接地抵抗値を下げても、接地線を含めたコンクリート柱のサージインピーダンスが３００オームと高いため、雷のフラッシュオーバを減少させることが困難だったと発表されている。
また、かって落雷によって、国会議事堂や東京都庁舎の建物頂部の損傷、世界遺産京都醍醐寺の全焼なども、接地線の高インピーダンスが関係したものと考えられる。
このように、接地線に雷電流が流れると、大きなサージ電圧が発生し、停電や設備損壊事故に発展していたものと考えられていることから、接地線の低インピーダンス化が急務の状況にある。
従来から、接地線についての認識は、避雷針や避雷器等のアース端子に大地接地極から延長した接地線が接続されれば、そこは大地と同電位の零電位として扱われ、その考え方が定着していたが、接地線には下記に示す様な
接地線電圧＝大地接地抵抗値×雷電流値
の雷電圧がかかるので、その雷電圧による障害を少なくするため極力接地抵抗値を下げるよう運用されてきた。
しかし、これは雷を単なる直流電気と誤った認識からであり、接地線は単線形状であるため自己リアクタンスを持っているので、数十から数千キロヘルツの高周波の雷電流が流れると、数十万ボルトの高電圧を誘起することになり、雷事故の原因だったことに間違いはない。
最近、電力中央研究所編「配電線の雷害対策」においては、雷のフラッシュオーバ減少策が述べられているが、その中では、径間長を短縮したり、接地抵抗値を下げても、接地線を含めたコンクリート柱のサージインピーダンスが３００オームと高いため、雷のフラッシュオーバを減少させることが困難だったと発表されている。
また、かって落雷によって、国会議事堂や東京都庁舎の建物頂部の損傷、世界遺産京都醍醐寺の全焼なども、接地線の高インピーダンスが関係したものと考えられる。
このように、接地線に雷電流が流れると、大きなサージ電圧が発生し、停電や設備損壊事故に発展していたものと考えられていることから、接地線の低インピーダンス化が急務の状況にある。
特許文献１においては、本発明と同じ目的の接地線であるが、これは心線導体の外周に絶縁体層と金属層を交互に多層に被覆した多層シールド接地線で、その両端における心線導体と金属層の接続方法によりサージインピーダンスを低下させようとする多層シールド接地線であるが、シールドが多層のため製造が繁雑で、作業工程上の問題点も考えられる。
特許文献２および特許文献３においては、避雷針に落雷すると、雷撃電流値に比例して接地点の大地電位が上昇し、高電圧となった大地側から、逆に通電中の電線等に放電地絡し周辺機器に障害を与えることがあるので、この障害を防止するため、避雷針から地中埋設部分までの避雷導体電線の上に、半導体層、絶縁体層、半導体層および金属遮蔽層を順に形成した避雷導体を絶縁化した電線である。これにより落雷電流を確実に地中に放出、地上への環流を防止することを目的としたものであるが、製造の複雑とコストに難点がある。
接地線には、数千〜数万アンペアで、数十〜数千キロヘルツを持った雷サージ電流が流れるので、数十万ボルトの高電圧が誘起する。
大電流が流れても、流れる時間は瞬時であり、電線の太さは現状のもので問題ないが、周波数が数十〜数千キロヘルツであり、これが誘起電圧を高めているので、その高い周波数に対処する必要がある。
大電流が流れても、流れる時間は瞬時であり、電線の太さは現状のもので問題ないが、周波数が数十〜数千キロヘルツであり、これが誘起電圧を高めているので、その高い周波数に対処する必要がある。
接地線の様な単線形状のサージインピーダンスは、下記の公式によって求められるが、式に示されているように、そのサージインピーダンスを小さくするには、式中の√の中のＬは不変不動であるが、Ｃ即ち静電容量は可変性があり、これを大きく変化させればサージインピーダンスが減少、落雷してもサージ電圧が小さくなり、結果的に被害が発生し難くなるので、早期に本発明の構想を実現する必要がある。
Ｚ：サージインピーダンス
Ｌ：接地導体心線のインダクタンス
Ｃ：接地導体心線のキャパシタンス
Ｌ：接地導体心線のインダクタンス
Ｃ：接地導体心線のキャパシタンス
上記問題を鋭意検討した結果、本発明に到達するに至った。
本発明によれば上記問題点は落雷電流を流す接地線において、心線導体に、その外径より大きい内径の金属管を被せ、心線導体の外径と金属管の内径間に生じさせた円筒状の空間に、固体状の誘電体を充填密封せしめたシールド接地線であって、前記誘電体が、円筒状の空間に設けた複数の絶縁性の区分節によって前記シールド接地線の長さ方向に区分されていることによって解決される。
本発明によれば上記問題点は落雷電流を流す接地線において、心線導体に、その外径より大きい内径の金属管を被せ、心線導体の外径と金属管の内径間に生じさせた円筒状の空間に、固体状の誘電体を充填密封せしめたシールド接地線であって、前記誘電体が、円筒状の空間に設けた複数の絶縁性の区分節によって前記シールド接地線の長さ方向に区分されていることによって解決される。
前記シールド接地線の誘電体としては、さらに本発明は前記誘電体が、チタン酸バリウムであることを包含する。
本発明は、上記第１の構成を採用する事により、接地線の接続が容易に出来、製造工程が簡便にできる利点がある。
また、本発明は、区分節が誘電体を区分する事により、誘電体の流失を防止し、また作業性が向上する利点もある。
さらに、本発明は、誘電体としてチタン酸バリウムを採用する事により、サージインピーダンスを大幅に低下させることが出来る利点がある。
また、本発明は、区分節が誘電体を区分する事により、誘電体の流失を防止し、また作業性が向上する利点もある。
さらに、本発明は、誘電体としてチタン酸バリウムを採用する事により、サージインピーダンスを大幅に低下させることが出来る利点がある。
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、高圧配電線１から各避雷器２に分岐し、各避雷器２の接地端子には接地線５が接続され、その接地線５は途中から３本が１本に纏められ、また変圧器４の接地端子にも接続した後、コンクリート柱３に沿って下がり、大地の接地極６に接続する。
図２は、シールド接地線の一例を示す縦断面図およびその横断面図である。これらの図において、心線導体７の外径と金属管８の内径間に生じた円筒状の空間に、誘電体９を充填密封している。
上記誘電体としては、液体状および固体状の誘電体が用いられ、粉体状のものが好ましく、チタン酸バリウムがより好ましく用いられる。
上記誘電体としては、液体状および固体状の誘電体が用いられ、粉体状のものが好ましく、チタン酸バリウムがより好ましく用いられる。
図３は、シールド接地線の他の例を示す縦断面図およびその横断面図である。これらの図において、心線導体７の外径と金属管８の内径間に生じた円筒状の空間に、誘電体９を充填密封しているが、電線の長さ方向の途中において複数の区分節１０を設け、誘電体９を区分節１０毎に区分して、誘電体の流失・流動を防止している。その区分節１０は絶縁性の物質で構成し、心線導体７と金属管８に固定する。
接地線には、数千〜数万アンペアで、数十〜数千キロヘルツを持った雷サージ電流が流れるので、数十万ボルトの高電圧が誘起する。
大電流が流れても、流れる時間は瞬時であり、電線の太さは現状のもので問題ないが、周波数が数十〜数千キロヘルツであり、これが誘起電圧を高めているので、その高い周波数に対処する必要がある。
大電流が流れても、流れる時間は瞬時であり、電線の太さは現状のもので問題ないが、周波数が数十〜数千キロヘルツであり、これが誘起電圧を高めているので、その高い周波数に対処する必要がある。
本発明では、接地線の様な単線形状のサージインピーダンスの公式に基づき、接地線に大きな静電容量を付加し、サージインピーダンスを小さくする方法を示した。
本発明のシールド接地線において、誘電体としてチタン酸バリウムを用いた実施例を、在来の配電線基準接地線と同サイズとして展開し、その効果を比較した。
シールド接地線の検討に際しての主要材料は下記のとおりである。
心線導体太さ ２．６ｍｍ
銅管の内径 ４．６ｍｍ
銅管の肉厚 ０．５ｍｍ
円筒状の空間幅 １．０ｍｍ
誘電体名・比誘電率 チタン酸バリウム ２９２０
上記条件の計算結果
心線導体のインダクタンス １．６４×１０−７Ｈ／ｍ
心線導体と銅管間の静電容量 ２．８４×１０−７Ｆ／ｍ
サージインピーダンス ０．７６ Ω
在来の接地線サージインピーダンス １６４ Ω
シールド接地線の検討に際しての主要材料は下記のとおりである。
心線導体太さ ２．６ｍｍ
銅管の内径 ４．６ｍｍ
銅管の肉厚 ０．５ｍｍ
円筒状の空間幅 １．０ｍｍ
誘電体名・比誘電率 チタン酸バリウム ２９２０
上記条件の計算結果
心線導体のインダクタンス １．６４×１０−７Ｈ／ｍ
心線導体と銅管間の静電容量 ２．８４×１０−７Ｆ／ｍ
サージインピーダンス ０．７６ Ω
在来の接地線サージインピーダンス １６４ Ω
本発明のシールド接地線と、在来の接地線のサージインピーダンスが、上記に示した状態の時において、そこに雷電流が避雷器放電耐量の２５００アンペア流れた場合、接地線に誘起する電圧を比較すると次の通りとなり、本発明のシールド接地線の採用による雷事故の大幅な減少が期待される。
本発明のシールド接地線： ２５００Ａ×０．７６Ω＝１９００Ｖ
在来の接地線： ２５００Ａ×１６４Ω＝４１００００Ｖ
本発明のシールド接地線： ２５００Ａ×０．７６Ω＝１９００Ｖ
在来の接地線： ２５００Ａ×１６４Ω＝４１００００Ｖ
本発明のシールド接地線の用途は、国内外を問わず、雷のサージ電流が流れるすべての箇所に適用可能であり、その主要な箇所は次の通りである。
１．高層のオフィスビルやマンション等の避雷用接地線
電気機器の保護、停電の回避、階層間の電位差パルスによる機器の誤動作 防止
２．高圧配電線の接地線および避雷器の接地線
停電事故の防止、戸別架空引込線への雷サージ伝搬による家電機器への波 及被害防止
３．電車送電線の接地線および避雷器の接地線
停電事故による交通停滞の回避
４．特別高圧送電線の鉄塔インピーダンス低減線
鉄塔への落雷による逆閃絡の地絡事故防止
５ 無線中継基地の鉄塔インピーダンス低減線
電源喪失の回避
６ 船舶マストの接地線
１．高層のオフィスビルやマンション等の避雷用接地線
電気機器の保護、停電の回避、階層間の電位差パルスによる機器の誤動作 防止
２．高圧配電線の接地線および避雷器の接地線
停電事故の防止、戸別架空引込線への雷サージ伝搬による家電機器への波 及被害防止
３．電車送電線の接地線および避雷器の接地線
停電事故による交通停滞の回避
４．特別高圧送電線の鉄塔インピーダンス低減線
鉄塔への落雷による逆閃絡の地絡事故防止
５ 無線中継基地の鉄塔インピーダンス低減線
電源喪失の回避
６ 船舶マストの接地線
１ 高圧配電線
２ 避雷器
３ コンクリート柱
４ 変圧器
５ シールド接地線
６ 大地電極
７ シールド接地線の心線導体
８ シールド接地線の金属管
９ シールド接地線の誘電体
１０ シールド接地線の充填密封の区分節
１１ シールド接地線の外装保護皮膜
２ 避雷器
３ コンクリート柱
４ 変圧器
５ シールド接地線
６ 大地電極
７ シールド接地線の心線導体
８ シールド接地線の金属管
９ シールド接地線の誘電体
１０ シールド接地線の充填密封の区分節
１１ シールド接地線の外装保護皮膜
Claims (2)
- 落雷電流を流す接地線において、心線導体に、その外径より大きい内径の金属管を被せ、心線導体の外径と金属管の内径間に生じさせた円筒状の空間に、固体状の誘電体を充填密封せしめたシールド接地線であって、前記誘電体が円筒状の空間に設けた複数の絶縁性の区分節によって前記シールド接地線の長さ方向に区分されていることを特徴とするシールド接地線。
- 前記誘電体が、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項１記載のシールド接地線。
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| JP6226283B1 (ja) * | 2016-07-15 | 2017-11-08 | 正弘 五十嵐 | 接地電極のサージインピーダンス低減法 |
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| JPS58216396A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | 関西電力株式会社 | 雷導接地装置 |
| JPS6252900A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-03-07 | 関西電力株式会社 | 低インピ−ダンス接地避雷針 |
| JP2008059870A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | Nippon Steel Corp | 避雷装置、避雷機能を有する構造柱及び雷サージ電圧の低減方法 |
| JP2008166104A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Nippon Steel Corp | 接地電極、接地電極群及び雷サージ電圧の低減方法 |
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