JP5780554B2 - 落雷抑制型避雷装置 - Google Patents

Description

本発明は、落雷を抑制することで、雷害からクレーンやその設備機器等の被保護体を保護するための落雷抑制型避雷装置に関するものである。

従来の雷保護概念では、落雷は防止できないものとの観点から、落雷を突針形避雷針（フランクリンロッド）に受けて大地に流す方式が大半であった。

近年、雷保護の概念が改正され、角度法から回転球体法に移行する動き（新ＪＩＳ Ａ４２０１ ２００３年版）等もあるが、いずれにしても落雷による障害を完全に取り除くことは困難であった。特に、冬季雷のように雷撃規模（電流値や継続時間）が大きい場合、雷電流そのものや大地の電位上昇による各種の被害を起こしていた。
さらに、近年の機器はＩＣ化のため異常電流に弱く、落雷による問題が大きくなる傾向となっている。

一方、落雷を防止する技術として、電荷放散型防雷システム（ＤＡＳ）が開発されている（特許文献１参照）。しかし、このシステムは大規模な装備となるため価格が高く、特殊な設備にしか用いられていないのが実情である。
近年、落雷を抑制する技術として、消イオン容量型避雷針（ＰＤＣＥ）が現れ効果を見せている（特許文献２、特許文献３参照）。

落雷は大気中で起こる放電現象であり、雷放電には雲内放電、雲間放電、雲―大地間放電等がある。雷放電で大きな被害を出すのは雲―大地間放電（以下落雷）である。落雷は雷雲（雲底）と大地または大地等に建設された構造物との間の電界強度が非常に大きくなり、その電荷が飽和状態となって大気の絶縁を破壊したときに発生する現象である。

落雷の現象を詳細に観察すると、夏季に起こる一般的な落雷（夏季雷）の場合、雷雲が成熟すると雷雲からステップトリーダが大気の放電しやすいところを選びながら大地に近づいてくる。
ステップトリーダが大地とある程度の距離になると大地または建築物（避雷針）、木などからステップトリーダに向かって、微弱電流の上向きストリーマ（お迎え放電）が伸びてくる。
このストリーマとステップトリーダが結合すると、その経路を通って、雷雲と大地間に大電流（帰還電流）が流れる。これが落雷現象である。

特許文献２に記載の消イオン容量型避雷針（ＰＤＣＥ）は落雷抑制タイプの避雷針であり、上向きストリーマの発生を起こりにくくしたものである。そのため、このＰＤＣＥを最高部に取り付けた施設には落雷現象が起き難い。

このＰＤＣＥは、絶縁体を挟んで配置される上部電極体及び下部電極体を有する球状の避雷極部材を備え、下部電極体のみが接地される。したがって、例えばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地の表面に分布し、雲底のプラス電荷に引き寄せられて下部電極体にもプラス電荷が集まるようになる。すると、絶縁体を介して配置されている上部電極体は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。この作用により、ＰＤＣＥとその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制する。

北陸の平地でＰＤＣＥを設置し、５年にわたり雷観測カメラやＬＬＳ（Lightning Location System）を用いて落雷の有無を観測した結果、夏季には、ＰＤＣＥ設置箇所において落雷が観測されなかった。
これらの観測結果から、夏季雷に対して、ＰＤＣＥは帰還電流を防止（落雷を防止）し、落雷による被害を抑制することが判った。

特開平８−２７３７１５号公報 特開２００８−１０２４１号公報 特開２０１０−２０５６８７号公報

ところで、高層ビル等の建築に際しては、クレーンを用いて建築することが多い。この種のクレーンでは、建築物が高層になるほど、クレーン自体のブーム先端位置も高くなるため、落雷が発生しやすいという問題がある。クレーンへの落雷は、クレーン操作者の保護やクレーン搭載電子機器の保護等の観点からも問題がある。

そこで本発明者らは、この点の解決手段として、クレーンのブームに、落雷抑制型避雷装置（ＰＤＣＥ）を装備することを考えた。
しかしながら、クレーンのブームは、その先端位置や角度が作業の状況で常に変化するため、それに応じてＰＤＣＥの姿勢制御が必要となることが判明した。即ち、ＰＤＣＥの避雷極部材は、その構造上、ブームの角度に関わらず避雷極部材自体を常に鉛直に保ち、常に受雷部（上部電極）を天空に対して正対する姿勢とすることが必要となる。

よって、本発明は、クレーンのブームに、鉛直保持機構を介して避雷極部材を装備することで、クレーンへの落雷を抑制して、クレーン操作者の保護やクレーン搭載電子機器の保護等を有効に図ることができる落雷抑制型避雷装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明は、クレーンのブームに装備される落雷抑制型避雷装置であって、上部電極体と下部電極体とを絶縁する絶縁体を有する避雷極部材と、前記ブームの上部に設けられて前記避雷極部材を鉛直に保持する保持機構と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、クレーンのブームに、鉛直保持機構を介して避雷極部材を装備することで、避雷極部材を常に鉛直に保持してクレーンへの落雷を抑制し、クレーン操作者の保護やクレーン搭載電子機器の保護等を有効に図ることができる。

本発明の好ましい形態では、前記保持機構は、前記避雷極部材を支持する支持部材と、その支持部材を水平軸周りに回動可能に軸支する軸部材と、その軸部材をブームに固定する固定部材と、前記支持部材の下部に設けられて前記避雷極部材を鉛直状態に保持する錘と、を備えていることを特徴とする。
このように、保持機構は、避雷極部材の支持部材を水平軸周りに回動可能に軸支する軸部材と、その軸部材をブームに固定する固定部材と、避雷極部材を鉛直状態に保持する錘とを備えているので、クレーンのブームの傾斜が変化しても、避雷極部材は常に鉛直に保持される。

本発明の好ましい形態では、前記ブームに、前記固定部材が固定され、その固定部材に前記軸部材の取付孔が設けられていることを特徴とする。
このように、ブームに固定する固定部材に対して、軸部材の取付孔を設けることで、鉛直保持機構付きの落雷抑制型避雷装置を単位ユニットとして構成することができる。これにより、固定部材をブームの任意の箇所に取り付け可能になるだけでなく、種々のクレーンに対して取り付けて使用することができる。

本発明の好ましい形態では、前記ブームに、前記軸部材の取付孔が設けられていることを特徴とする。
このように、クレーンのブームに軸部材の取付孔を設けた場合、固定部材を一部省略又は全部省略することができる。

本発明の好ましい形態では、前記固定部材に、前記錘を収容可能な収容部が設けられていることを特徴とする。
このように、固定部材に対して、錘を収容可能な収容部を設けた場合、クレーンを使用しないときや、クレーンの解体時などに、錘を収容部内に収容してコンパクトに納めることができる。

本発明の好ましい形態では、前記支持部材及び軸部材が導電性金属で形成され、それら支持部材及び軸部材を介して前記避雷極部材が前記ブームに電気的に接続されていることを特徴とする。
このように、支持部材及び軸部材を導電性金属で形成することで、避雷極部材をブームに電気的に接続することができる。これにより、接地用の導体（アース線）を別途に設ける必要がなくなり、その分、構成の簡略化、保守の簡易化等を図ることができる。

本発明によれば、クレーンのブームに、鉛直保持機構を介して避雷極部材を装備することで、クレーンへの落雷を抑制して、クレーン操作者の保護やクレーン搭載電子機器の保護等を有効に図れる落雷抑制型避雷装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る落雷抑制型避雷装置を固定クレーンに適用した例を示す一部省略側面図である。 本発明の実施形態１に係る落雷抑制型避雷装置の構成を示す正面図である。 本発明の実施形態１に係る落雷抑制型避雷装置の構成を示す側面図である。 本発明の実施形態１に係る落雷抑制型避雷装置の錘の収納状態を示す側面図である。 本発明の実施形態２に係る落雷抑制型避雷装置の構成を示す要部の縦断面図である。 本発明の実施形態３に係る落雷抑制型避雷装置を移動クレーンに適用した例を示す一部省略側面図である。

＜実施形態１＞
以下、本発明の一実施形態１について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明に係る落雷抑制型避雷装置をクライミング式ジブクレーンに適用した実施形態を示す側面図である。

この実施形態に係る落雷抑制型避雷装置Ａは、図１に示すように、クレーンＫのブーム１０の先端に装備されている。この落雷抑制型避雷装置（以下避雷装置と称する）Ａは、図２〜図４に示すように、避雷極部材１と、その避雷極部材１を鉛直に保持する保持機構２とを備えている。避雷極部材１としては、この実施形態では、消イオン容量型のものが採用されている。次いで、これらの詳細について説明する。

避雷極部材１は、上部電極体１１と、下部電極体１２と、それら上部電極体１１および下部電極体１２間に設けられた絶縁体１３とを備え、全体として概略球体状に形成されている。上部電極体１１、下部電極体１２は、球体が上下に半割りされた若干扁平な半球状に形成されている。したがって、それらの表面は大気と接触する曲面部１１ａ、１２ａとして形成されている。上部電極体１１及び下部電極体１２は、例えば図５に示すように、空洞に形成されている。また、上部電極体１１の天面及び下部電極体１２の内底面から互いに向き合う下向き凸部１１ｂおよび上向き凸部１２ｂが形成されている。

絶縁体１３は、図２に示すように厚肉の円筒状やドーナツ状に形成され、上下の電極体１１、１２間の電気的な絶縁状態を保持するように設けられるものである。したがって、上部電極体１１および下部電極体１２間の絶縁材としての機能を発揮できれば良く、形状等は任意である。但し、この実施形態における避雷極部材１は、落雷抑制効果を高めるために、絶縁体の厚さや外径等を大きくして、上下の電極体１１、１２間の絶縁性を強化した構造となっている。上下の電極体１１、１２は、絶縁体１３を介して連結されている。連結にはボルト結合、溶接、接着、嵌め合わせ等の締結手段や結合手段を用いることができる。なお、この避雷極部材１については、特許文献２や特許文献３に記載の避雷極部材等を適宜採用することもできる。

避雷極部材１を鉛直に保持するための保持機構２は、図２に示すように、避雷極部材１を支持する支持部材３と、その支持部材３を水平軸周りに回動可能に軸支する軸部材４と、その軸部材４をブーム１０に固定する固定部材５と、支持部材３の下部に設けられて避雷極部材１を鉛直状態に保持する錘６と、を備えている。

避雷極部材１の上部電極体１１、下部電極体１２、及び前記支持部材３、軸部材４、固定部材５は、ステンレス等の耐久性および導電性のある金属で形成されている。下部電極体１２は、支持部材３、接続用良導体ａ、および図示しない接地用導電体（接地線）を介して大地に電気的に接続される。また、クレーンＫ自体も大地に接地される。これにより、この避雷装置Ａを鉛直に設置した状態において、雷雲等の影響により大地や構造物、クレーンＫ等が正電荷に帯電すると、上部電極体１１の表面は負電荷に帯電し、大地や構造物、クレーンＫ等が負電荷に帯電すると、上部電極体の表面は正電荷に帯電するように設計されている。なお、この帯電機能自体は既存のＰＤＣＥと同様の原理に基づいている。

支持部材３は、円筒状又は角筒状に形成されている。これにより、避雷極部材１の軸線と、支持部材３の軸線と、錘６の軸線とがほぼ同一軸線となるように構成されている。接続用良導体ａは、支持部材３と固定部材５とを電気的に接続するもので、銅線を用いたフレキシブルな編み線で形成されている。接続用良導体ａを編み線で形成することで、支持部材３と固定部材５との相対変位を小さな抵抗で許容することができる。

錘６は支持部材３の下端部に設けられ、避雷極部材１と同程度の重量を有している。したがって、支持部材３の重心位置は、その長さ方向のほぼ中間付近に設定されている。支持部材３には、軸部材４の軸孔３ａが設けられている。この軸孔３ａは、支持部材３の重心位置よりも上部（避雷極部材側）に設けられている。これにより、避雷極部材１は軸部材４を中心に水平軸周りに回動して鉛直状態を保持できるように設計されている。

固定部材５は、軸部材４をブーム１０の所定位置に取り付けるためのもので、ブーム１０に対して溶接やボルト等により固定する基端部５１と、軸部材４の取付孔５２が設けられた先端部５３と、を有している。また、この固定部材５には、ブーム１０と支持部材３とが同軸上にあるときに錘６を収容可能な空間を有する収容部５４が設けられている。

なお、ステンレス等の導電性金属で形成されている支持部材３、軸部材４、及び固定部材５を介して避雷極部材１はブーム１０に電気的に接続されるので、銅線等の良導体ａを用いて、下部電極体１２をブーム１０に電気的に接続することは必ずしも必要ではない。しかし、良導体ａを設けた場合には、軸部材４を迂回して確実な電気的接続を図ることができる。

本実施形態によれば、クレーンＫのブーム１０に、鉛直保持機構２を介して避雷極部材１を装備することで、避雷極部材１を常に鉛直に保持してクレーンＫへの落雷を抑制し、クレーン操作者の保護やクレーン搭載電子機器の保護等を有効に図ることができる。

また、保持機構２は、避雷極部材１の支持部材３を水平軸周りに回動可能に軸支する軸部材４と、その軸部材４をブーム１０に固定する固定部材５と、避雷極部材１を鉛直状態に保持する錘６とを備えているので、クレーンＫのブーム１０の傾斜が変化しても、避雷極部材１は常に鉛直に保持される。

また、このようにブーム１０に固定する固定部材５に対して、軸部材４の取付孔５２を設けることで、鉛直保持機構２付きの落雷抑制型避雷装置Ａを単位ユニットとして構成することができる。これにより、固定部材５をブーム１０の任意の箇所に取り付け可能になるだけでなく、種々のクレーンに対して取り付けて使用することができる。

また、固定部材５に対して、錘６を収容可能な収容部５４を設けているので、クレーンＫを使用しないときや、クレーンＫの解体時などに、錘６を収容部５４内に収容してコンパクトに納めることができる。

また、支持部材３、軸部材４、及び固定部材５を導電性金属で形成することで、避雷極部材１をブーム１０に電気的に接続することができる。これにより、接地用の導体（アース線）を別途に設ける必要がなくなり、その分、構成の簡略化、保守の簡易化等を図ることができる。

なお、上記の実施形態では、固定部材５に対して軸部材４の取付孔５２を設けた例を示したが、クレーンＫのブーム１０に直接、軸部材４の取付孔５２を設けてもよい。その場合には、固定部材５を一部省略又は全部省略することができる。
＜実施形態２＞

図５は、本発明に係る落雷抑制型避雷装置の他の実施形態を示す要部の縦断面図である。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を簡略化する。

この実施形態にかかる落雷抑制型避雷装置Ｂも、避雷極部材１と、その避雷極部材１を鉛直に保持する保持機構２とを備えている。

避雷極部材１は、上部電極体１１と、下部電極体１２と、それら上部電極体１１および下部電極体１２間に設けられた絶縁体１３とを備え、全体として概略球体状に形成されている。上部電極体１１、下部電極体１２は、球体が上下に半割りされた若干扁平な半球状に形成されている。したがって、それらの表面は大気と接触する曲面部１１ａ、１２ａとして形成されている。上部電極体１１及び下部電極体１２は空洞に形成されている。また、上部電極体１１の天面及び下部電極体１２の内底面から互いに向き合う、放電用の下向き凸部１１ｂ、上向き凸部１２ｂが形成されている。

絶縁体１３は、筒状の外側絶縁体１３ａと、その内側に嵌め込まれた内側絶縁体１３ｂとにより構成されている。内側絶縁体１３ｂは厚肉の円筒状に形成され、上下の電極体１１、１２間の電気的な絶縁状態を強化するために設けられている。外側絶縁体１３ａは内側絶縁体よりも長くかつ薄肉に形成されている。上部電極体１１と下部電極体１２とが相対する面（下面と上面）には周方向に一周する環状溝１１ｃ、１２ｃが形成され、この環状溝１１ｃ、１２ｃに外側絶縁体１３の上下端が嵌め込まれて一体化されている。
この絶縁体１３は、外側絶縁体１３ａと内側絶縁体１３ｂとを一体成形により形成してもよい。また、外側絶縁体１３ａのみを用いた構成としてもよい。

絶縁体１３の外側には、同じく絶縁材からなるセパレータ１４を介して絶縁カバー１５が装着されている。この絶縁カバー１５は、内筒部１５ａと、外筒部１５ｂとを備えている。内筒部１５ａと、外筒部１５ｂは上部で一体に形成されている。内筒部１５ａの内径はセパレータ１４の外径とほぼ同じに形成されているが、外筒部１５ｂは、その上端から下端に向かうにしたがい次第に拡径する円錐台状に形成されている。この外筒部１５ｂの下端は下部電極体１２の上面よりも下方に位置するように長く形成されている。

避雷極部材１の上部電極体１１、下部電極体１２、突針部材２および支持部材３は、ステンレス等の耐久性および導電性のある金属で形成されている。下部電極体１２は、支持部材３および図示しない接地用導電体（接地線）を介して大地に電気的に接続されている。これにより、この落雷抑制型避雷装置Ｂを鉛直に設置した状態において、雷雲等の影響により大地や構造物等が正電荷に帯電すると、上部電極体１１の表面は負電荷に帯電し、大地や構造物等が負電荷に帯電すると、上部電極体の表面は正電荷に帯電するように設計されている。下部電極体１２の底部には空気孔１２ｅが設けられている。

支持部材３は、中心に位置する支持棒３１と、その外側に同軸に配置された支持パイプ３２とを備えている。支持棒３１には、下部電極体１２の螺子穴１２ｄにねじ込むおねじ３１ａが形成されている。支持部材３は、このおねじ３１ａにねじ込んだナット３３の締め込みにより固定されている。支持パイプ３２の下部には錘６が設けられ、ここを貫通する支持棒３１のおねじ部分にナット３５がねじ込まれている。したがって、本実施形態では、図５に示すように、避雷極部材１の軸線と、支持部材３の軸線と、錘６の軸線とがほぼ同一軸線となるように構成されている。

錘６は支持部材３の下端部に設けられ、避雷極部材１と同程度の重量を有している。したがって、支持部材３の重心位置は、その長さ方向のほぼ中間付近に設定されている。支持部材３の支持棒３１及び支持パイプ３２には、軸部材４の軸孔３６、３７が設けられている。この軸孔３６、３７は、支持部材３の重心位置よりも上部（避雷極部材側）に設けられている。これにより、避雷極部材１は軸部材４を中心に水平軸周りに回動して鉛直状態を保持できるように設計されている。

なお、この実施形態に係る落雷抑制型避雷装置Ｂにおいても、実施形態１の場合とほぼ同様の効果を奏することができる。

＜実施形態３＞
また、上記実施形態１では、いわゆるタワークレーンのブーム１０に、鉛直保持機構を介して落雷抑制型避雷装置Ａを装備した例を示したが、タワークレーンに限らず、例えば図６に示すように、トラッククレーンなどの移動式クレーンＫ１のブーム２０の先端に設けてもよい。

１ 避雷極部材
１１ 上部電極体
１２ 下部電極体
１３ 絶縁体
１４ 筒状絶縁体
１５ カバー部材
２ 保持機構
３ 支持部材
３ａ 軸孔
４ 軸部材
５ 固定部材
５２ 取付孔
６ 錘
１０ ビーム
Ｋ、Ｋ１ クレーン
Ａ、Ｂ 落雷抑制型避雷装置
ａ 良導体

Claims (2)

1. クレーンのブームに装備される落雷抑制型避雷装置であって、
   上部電極体と下部電極体とを絶縁する絶縁体を有する避雷極部材と、
   前記ブームの上部に設けられて前記避雷極部材を鉛直に保持する保持機構と、を備え、
   前記保持機構は、前記避雷極部材を支持する支持部材と、その支持部材を水平軸周りに回動可能に軸支する軸部材と、その軸部材をブームに固定する固定部材と、前記支持部材の下部に設けられて前記避雷極部材を鉛直状態に保持する錘とを備え、
   前記固定部材には、前記軸部材の取付孔と、前記錘を収容可能な収容部とが設けられていることを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
2. 前記支持部材及び軸部材が導電性金属で形成され、それら支持部材及び軸部材を介して前記避雷極部材が前記ブームに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の落雷抑制型避雷装置。

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