JP6245672B1 - 落雷抑制型避雷装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】落雷から保護する被保護体の構造や形状に合わせた保護領域を形成し、被保護体全体を、落雷から効果的に保護することの可能な落雷抑制型避雷装置を提供する。【解決手段】地面Ｇに設置された被保護体Ｂを覆って設けられる導電性材料によって形成された帯電体２と、この帯電体２を前記地面Ｇおよび前記被保護体Ｂに対して電気絶縁状態に保持する電気絶縁層３と、前記地面Ｇに設置され、前記地面との間の静電容量により電荷を蓄えるキャパシタ４と、前記帯電体２と前記第２電極体４ｂとを電気的に接続する導電体５とによって構成されている。【選択図】図１
Description
本発明は、落雷を抑制することで、雷害から建築物や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。
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。
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。
このような落雷現象に対し、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、落雷を突針型避雷針（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。
これに対し、本発明者等は、落雷の発生を極力抑制することによって被保護体を保護すべく、特許文献１に示される落雷抑制型避雷装置を提案した。
この落雷抑制型避雷装置は、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し、下部電極体のみを接地して構成したものである。
そして、たと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、接地されている下部電極体にもプラス電荷が集まる。
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ととなる。
この作用により、避雷装置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て落雷の発生を抑制するようにしている。
前述した本発明者等による先の提案によって、避雷装置を中心とした円状の保護領域において落雷を抑制できるようになった。
しかしながら、落雷から保護する被保護体の構造や形状等は一定ではなく、前述した保護領域内に収まらない被保護体もある。
本発明は、前述した先の提案において残されている問題点を解決せんとしてなされたもので、落雷から保護する被保護体の構造や形状に合わせた保護領域を形成し、被保護体全体を、落雷から効果的に保護することの可能な落雷抑制型避雷装置を提供することを課題としている。
本発明の第１の発明に係わる落雷抑制型避雷装置は、前述した知見に基づいてなされたもので、地面に設置された被保護体を覆って設けられる導電性材料によって形成された帯電体と、この帯電体を前記地面および前記被保護体に対して電気絶縁状態に保持する電気絶縁層と、前記地面に設置され、この地面に電気的に接続された第１電極体と、この第１電極体に対して電気絶縁層を介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体とからなるキャパシタと、前記帯電体と前記第２電極体とを電気的に接続する導電体とによって構成されていることを特徴としている。
このような構成とすることにより、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、前記キャパシタの、大地に接地された前記第１電極体にもプラス電荷が集まる。
すると、前記第１電極体に前記電気絶縁層を介して対峙されている前記第２電極体が、キャパシタの作用によりマイナス電荷を帯びる。
また、前記第２電極体に前記導電体によって電気的に接続されている前記帯電体もマイナス電荷を帯びる。
また、前記第２電極体に前記導電体によって電気的に接続されている前記帯電体もマイナス電荷を帯びる。
ここで、前記帯電体が、前記被保護体を覆って設けられているとともに、この被保護体に対し前記電気絶縁層を介して電気的に絶縁されていることにより、前記被保護体全体がマイナス電荷で包み込まれる。
したがって、前記被保護体周りからの上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、前記被保護体への落雷が抑制される。
したがって、前記被保護体周りからの上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、前記被保護体への落雷が抑制される。
そして、前記帯電体は、前記被保護体に合わせて設置することが可能であり、これによって、前記被保護体の大きさや形状若しくは構造に左右されることなく、この被保護体への落雷を効果的に抑制することができる。
前記キャパシタは複数設けることが可能であり、このような構成とすることにより、たとえば、前記被保護体が大きく、落雷を抑制するために大きな電荷量のマイナス電荷が必要である場合に容易に対応することができる。
また、前記複数のキャパシタを、静電容量の大きい第１のキャパシタと、静電容量の小さい第２のキャパシタとによって構成することができる。
このような構成とすることにより、想定を超えるようなエネルギーの雷が発生し、この雷が前記帯電体に落雷した場合、その雷撃を前記静電容量の小さい第２のキャパシタの両電極体間を経て大地へ流すことができる。
これによって、雷撃が前記被保護体へ作用することを防止し、その損傷を防止することができる。
そして、記複数のキャパシタは、前記帯電体に直列若しくは並列に接続される。
本発明の第２の発明に係わる落雷抑制型避雷装置は、たとえば、中波ラジオの送信用アンテナのように、地面と電気的に絶縁され、かつ、５０ｍないし１００ｍの高さで設置される被保護体に用いられるものである。
このような被保護体の避雷を行なうために、地面に、この地面に電気的に接続された第１電極体と、この第１電極体に対して電気絶縁層を介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体とからなるキャパシタを設置し、このキャパシタの前記第２電極を前述した被保護体に導電体によって電気的に接続した構成としている。
このような構成とすることにより、地面と絶縁状態にある被保護体に対して、前記キャパシタの静電容量を適宜設定することにより、前記被保護体の大きさに応じた、避雷に必要とされる量のマイナス電荷を、前記被保護体に与えることができる。
本発明の落雷抑制型避雷装置によれば、被保護体の形状や構造等に起因して、必要とする保護領域が大きくなった場合にあっても、その保護領域を十分に確保して、被保護体からの上向きストリーマの発生を効果的に抑制し、これによって、落雷抑制効果を高めることができる。
以下、第１発明の第１の実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
図１において、符号１は本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置（以下、避雷装置と略称する）を示す。
図１において、符号１は本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置（以下、避雷装置と略称する）を示す。
本実施形態の避雷装置１は、地面Ｇに設置された被保護体Ｂを覆って設けられる導電性材料によって形成された帯電体２と、この帯電体２を前記地面Ｇおよび前記被保護体Ｂに対して電気絶縁状態に保持する電気絶縁層３と、図２に詳述するように、前記地面Ｇに設置され、この地面Ｇに電気的に接続された第１電極体４ａと、この第１電極体４ａに対して電気絶縁層Ｃを介して対峙され、前記第１電極体４ａとの間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体４ｂとからなるキャパシタ４と、前記帯電体２と前記第２電極体４ｂとを電気的に接続する導電体５とによって構成されている。
本実施形態においては、前記被保護体Ｂとして建築物を示しており、前記帯電体２は、この被保護体Ｂの上面および側面の全面を覆うように設けられている。
前記帯電体２は、本実施形態ではメッシュ状に形成されており、そのメッシュ幅が保護レベルに応じて設定され、たとえば、前記保護レベルが４段階に設定され、保護レベルの低い方から、メッシュ幅の最大値が、５ｍ、１０ｍ、１５ｍ、２０ｍに設定されている。
また、前記帯電体２は、前記被保護体Ｂ周りに全面に亘って所定間隔を形成するようにその形状が設定されている。
また、前記帯電体２は、前記被保護体Ｂ周りに全面に亘って所定間隔を形成するようにその形状が設定されている。
そして、前記電気絶縁層３は、前記帯電体２と前記被保護体Ｂとの間に形成される空気層３ａと、前記地面Ｇに、前記被保護体Ｂを取り巻くようにして敷設され、電気絶縁性材料によって形成された支持基礎３ｂとによって構成されており、この支持基礎３ｂによって、前記帯電体２が前記地面Ｇに対して電気絶縁状態で支持されている。
前記キャパシタ４は、本実施形態においては、図２に示すように、中空の真球形状に形成された前記第２電極体４ｂと、この第２電極体４ｂ内に、この第２電極体４ｂの内面との間に全面に亘って所定間隔をおくように配置された球形形状の前記第１電極体４ａとを備えている。
前記第１電極体４ａの下部には、ナット６が一体に取り付けられており、このナット６に後述する支持ロッド７の先端が螺合させられている。
この支持ロッド７にはロックナット８が螺着されており、このロックナット８が前記ナット６に圧着されることにより、前記支持ロッド７と前記第１電極体４ａとの固定がなされている。
この支持ロッド７にはロックナット８が螺着されており、このロックナット８が前記ナット６に圧着されることにより、前記支持ロッド７と前記第１電極体４ａとの固定がなされている。
前記第２電極体４ｂは、上下に２分割されて、前記第１電極体４ａを包みこむようにして突き合わされて一体化されてている。
前記第２電極構成体４ｂの下部中央には、その内外部を連通する貫通孔Ａが形成され、この貫通孔Ａ内に、前記第１電極体４ａに電気的に接続された前記支持ロッド７が挿通されており、この支持ロッド７を介して前記第１電極体４ａが接地されるようになっている。
これらの第１電極体４ａと第２電極体４ｂとを電気的に絶縁するための前記電気絶縁層Ｃは、電気絶縁性材料によって形成されているとともに、前記第１電極体４ａと前記第２電極体４ｂとの隙間、および、前記第２電極体４ｂと前記支持ロッド７との隙間を埋めるように設けられている。
また、前記第２電極体４ｂの上部には、前記導電体５の一端部を電気的に導通状態で止着するための止着部材９が一体に設けられている。
本実施形態においては、前記支持基礎３ｂを、前記被保護体Ｂを取り囲むようにして敷設し、この支持基礎３ｂ上に前記帯電体２を建て込み、また、前記支持基礎３ｂから離間した位置に、前記キャパシタ４を、その支持ロッド７を用いて前記地面Ｇに設置し、さらに、前記キャパシタ４の第２電極体４ｂと前記帯電体２とを前記導電体５によって電気的に接続することによって避雷装置１を構築する。
このように構築された本実施形態の避雷装置１による落雷抑制機能について説明する。
図３に示すように、マイナス電荷が雲底に分布した雷雲Ｄが近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が地面Ｇの表面に分布し、この地面Ｇに前記支持ロッド７を介して接地されている前記第１電極体４ａにも、図２に示すように、プラス電荷が集まる。
一方、前記第１電極体４ａに前記電気絶縁層Ｃを介して対峙されている前記第２電極体４ｂはコンデンサの作用で、図２および図３に示すように、マイナス電荷を帯びる。
さらに、前記第２電極体４ｂに前記導電体５を介して電気的に接続されている前記帯電体２も全体的にマイナス電荷を帯びる。
したがって、前記帯電体２によって前記被保護体Ｂの全面に亘って落雷に対する保護領域が形成され、この保護領域のマイナス電荷によって、前記被保護体Ｂとその周辺における上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、落雷の発生が抑制される。
ここで、前記キャパシタ４の容量、すなわちこのキャパシタ４によって蓄えられるマイナス電荷の電荷量は限られており、前記帯電体２に、前述した避雷作用を生じさせるために必要なマイナス電荷を帯びさせるには不十分である場合がある。
このような事態が危惧される場合には、前記帯電体２に接続する前記キャパシタ４を増やすことによって対処可能である。
図４は、第１発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、前記被保護体Ｂの外部に電気絶縁性材料に形成された支持体１０を設け、この支持体１０を介して、前記帯電体２を前記被保護体Ｂに建て込むようにしている。
本実施形態は、前記被保護体Ｂの外部に電気絶縁性材料に形成された支持体１０を設け、この支持体１０を介して、前記帯電体２を前記被保護体Ｂに建て込むようにしている。
そして、前記支持体１０は、前記被保護体Ｂと前記帯電体２との間隔を規制するとともに、前記帯電体２を前記地面Ｇから所定距離持ち上げた状態に保持して、この帯電体２と地面Ｇとを電気的に絶縁している。
したがって、前記支持体１０が、前記帯電体２と前記被保護体Ｂおよび前記地面Ｇとを電気的に絶縁する前記電気絶縁層３を構成している。
したがって、前記支持体１０が、前記帯電体２と前記被保護体Ｂおよび前記地面Ｇとを電気的に絶縁する前記電気絶縁層３を構成している。
このような構成とすることにより、前記被保護体Ｂを構築する際に、その構築工程に前記電気絶縁層３の設置工程を組み込むことができる。
これによって避雷装置１の設置作業を簡便なものとすることができる。
これによって避雷装置１の設置作業を簡便なものとすることができる。
また、前記帯電体２を前記地面Ｇから浮かして設置することにより、前記地面Ｇの空きスペースを広げることができる。
図５は、第１発明の第３の実施形態を示す。
本実施形態では、前述した各実施形態において示した前記キャパシタ４を第１のキャパシタとし、このキャパシタ４よりも静電容量の大きなキャパシタ１１を第２のキャパシタとして追加した構成としている。
本実施形態では、前述した各実施形態において示した前記キャパシタ４を第１のキャパシタとし、このキャパシタ４よりも静電容量の大きなキャパシタ１１を第２のキャパシタとして追加した構成としている。
前記キャパシタ１１は、本実施形態においては、所定間隔をおいて対峙され広い面積を有する２枚の平板状の電極体を用い、その一枚を前記地面Ｇに電気的に導通させた状態で設置して第１電極体１２とし、他の一枚を、前記第１電極体１２に、碍子等の電気絶縁性のスペーサー１３を介して連結して第２電極１４とすることによって構成されている。
そして、第１のキャパシタとしての前記キャパシタ４と第２のキャパシタとしてのキャパシタ１１は、図５に示すように、前記第２のキャパシタとしてのキャパシタ１１を第１のキャパシタとしての前記キャパシタ４を介して前記帯電体２に接続する直列接続と、あるいは、第１のキャパシタとしての前記キャパシタ４と第２のキャパシタとしてのキャパシタ１１を個別に前記帯電体２に接続する並列接続とすることができる。
このような構成とすることにより、前記第２のキャパシタとしてのキャパシタ１１の容量を、前記第１電極体１２と前記第２電極体１４の形状変更によって容易に変更することができる。
これによって、前記帯電体２の大きさや落雷からの保護レベルに合わせた容量のマイナス電荷を発生させることができる。
また、仮に、想定以上のエネルギーの雷撃が発生して前記帯電体２に落雷した場合にあっては、容量の小さい前記キャパシタ４が短絡することにより、前記雷のエネルギーを大地に流して、前記被保護体Ｂの損傷を防止することができる。
図６は、第２発明の一実施形態を示す。
なお、以下の説明中、前述した第１発明において示した構成部材と共通する部分については、同一名称および同一符号を用いて説明を簡略化する。
なお、以下の説明中、前述した第１発明において示した構成部材と共通する部分については、同一名称および同一符号を用いて説明を簡略化する。
図６において符号２０は、本実施形態に係わる避雷装置を示し、地面に電気絶縁状態で設置された被保護体２１への落雷を抑制するための落雷抑制型避雷装置２０である。
前記被保護体２１は、たとえば、中波ラジオの送信アンテナであって、前記地面Ｇに構築された支持構造物２２に、電気絶縁体２３を介して支持された長尺なポールである。
そして、前記被保護体２１は前記電気絶縁体２３によって前記地面Ｇに対して電気的に絶縁された状態となされ、その途中に前記導電体５の一端部が電気的に導通状態で固定されるコネクター２４が設けられている。
そして、前記コネクター２４に一端部が固定された前記導電体５の他端部は、別途前記地面Ｇに設置されている２種類のキャパシタ４・１１のそれぞれの第２電極体４ｂ・１４に電気的に接続されている。
このように構成された本実施形態の避雷装置２０においては、雷雲Ｄが近づき前記地面Ｇがプラス電荷を帯びると、前記両キャパシタ４・１１の前記第２電極体４ｂ・１４、および、これらの第２電極体４ｂ・１１に電気的に接続されている前記被保護体２１にマイナス電荷が溜まる。
したがって、前記被保護体２１がその全長に亙ってマイナス電荷によって覆われ、これによって、前記被保護体２１への落雷が抑制されるとともに、前述した第１発明と同様の作用効果を得ることができる。
なお、前記各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
たとえば、前記帯電体２の構成は任意に変更可能であり、前記キャパシタ４・１１の構成も適宜変更可能である。
また、容量の異なる前記キャパシタ４・１１の単独での複数使用、組み合わせ使用、あるいは、使用個数等も適宜選択可能である。
１ （落雷抑制型）避雷装置
２ 帯電体
３ 電気絶縁層
３ａ 空気層
３ｂ 支持基礎
４ （第１の）キャパシタ
４ａ 第１電極体
４ｂ 第２電極体
５ 導電体
６ ナット
７ 支持ロッド
８ ロックナット
９ 止着部材
１０ 支持体
１１ （第２の）キャパシタ
１２ 第１電極体
１３ スペーサー
１４ 第２電極体
２０ 避雷装置
２１ 被保護体
２２ 支持構造物
２３ 電気絶縁体
２４ コネクター
Ａ 貫通孔
Ｂ 被保護体
Ｃ 電気絶縁層
Ｄ 雷雲
Ｇ 地面
２ 帯電体
３ 電気絶縁層
３ａ 空気層
３ｂ 支持基礎
４ （第１の）キャパシタ
４ａ 第１電極体
４ｂ 第２電極体
５ 導電体
６ ナット
７ 支持ロッド
８ ロックナット
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１１ （第２の）キャパシタ
１２ 第１電極体
１３ スペーサー
１４ 第２電極体
２０ 避雷装置
２１ 被保護体
２２ 支持構造物
２３ 電気絶縁体
２４ コネクター
Ａ 貫通孔
Ｂ 被保護体
Ｃ 電気絶縁層
Ｄ 雷雲
Ｇ 地面
Claims (5)
- 地面に設置された被保護体を覆って設けられる導電性材料によって形成された帯電体と、この帯電体を前記地面および前記被保護体に対して電気絶縁状態に保持する電気絶縁層と、前記地面に設置され、この地面に電気的に接続された第１電極体と、この第１電極体に対して電気絶縁層を介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体とからなるキャパシタと、前記帯電体と前記第２電極体とを電気的に接続する導電体とによって構成されていることを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
- 前記キャパシタが複数設けら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。
- 前記複数のキャパシタが、静電容量の小さい第１のキャパシタと、静電容量の大きい第２のキャパシタとによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の落雷抑制型避雷装置。
- 地面に電気絶縁状態で設置された被保護体への落雷を抑制するための落雷抑制型避雷装置であって、前記地面に設置され、この地面に電気的に接続された第１電極体と、この第１電極体に対して電気絶縁層を介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体とからなるキャパシタと、前記被保護体と前記第２電極体とを電気的に接続する導電体とによって構成され、前記キャパシタが複数設けられていることを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
- 前記複数のキャパシタが、静電容量の小さい第１のキャパシタと、静電容量の大きい第２のキャパシタとによって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の落雷抑制型避雷装置。
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|---|---|---|---|
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| EP18739255.0A EP3570644A4 (en) | 2017-01-11 | 2018-01-11 | LIGHTNING STRIKING LIGHTNING PROTECTION DEVICE |
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