JP6865940B1 - 突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の突針型避雷装置を落雷抑制型避雷装置へ変換することにより、落雷抑制型避雷装置の設置作業を簡素化し、かつ、設置費用の軽減を図ることを課題とする。【解決手段】突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置であって、突針型避雷装置が、高所に設置された突針２と、この突針を大地に接地する鬼撚線４を備え、落雷抑制型避雷装置が、導電性材料に形成された第１電極６と、この第１電極に電気絶縁体７を挟んで対向配置され導電性材料に形成された第２電極８とを備え、鬼撚線がその途中において突針側と大地側とに２分割されているとともに、突針側の鬼撚線４ａが第１電極へ電気的に接続され、かつ、大地側の鬼撚線４ｂが第２電極８へ電気的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、突針型避雷装置を落雷抑制型避雷装置へ変換する技術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。

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、突針型避雷針（フランクリンロッド）を設置して、落雷を前記突進型避雷針の一点に誘引して大地に流す方式が大半であった（特許文献１参照）。

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２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第１電極及び第２電極を有し、第２電極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、接地されている第２電極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第１電極は、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。

特開２０１２−８００１８号公報 特許第５８３９３３１号公報

落雷抑制型避雷装置は落雷を抑制するもので、被保護体を落雷から保護する点において前記突針型避雷針より優れていることから、既設の突針型避雷装置を落雷抑制型避雷針に取り替えることが要望されている。

ところで、前記突針型避雷装置を前記落雷抑制型避雷装置に取り替える際には、被保護体の上方に新たな支柱等の支持構造物を設け、この支持構造物の上部に前記落雷抑制型避雷装置を取り付ける必要が生じる。

この結果、前記落雷抑制型避雷装置への取り替え時に、その支持構造物の設置作業が新たに発生し、それに伴って設置費用が嵩むといった問題点が発生し、また、落雷抑制型避雷装置を新規に設置する場合、極力、被保護体より上方に設置する必要があるために設置作業が高所作業となり、作業の安全性への対策を十分に行なう必要が生じる。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、既存の突針型避雷装置を落雷抑制型避雷装置へ変換することにより落雷防止効果を高め、かつ、変換作業を簡素でより安全なものとして、変換のための費用を軽減することを解決すべき課題とする。

本発明の突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置は、突針型避雷装置が、高所に設置された突針と、この突針を大地に接地する鬼撚線を備え、前記落雷抑制型避雷装置が、導電性材料に形成された第１電極と、この第１電極に電気絶縁体を挟んで配置され導電性材料に形成された第２電極とを備え、前記鬼撚線がその途中において突針側と大地側とに２分割されているとともに、突針側の鬼撚線が前記第１電極へ電気的に接続され、かつ、大地側の鬼撚線が前記第２電極へ電気的に接続されていることを特徴としている。

本発明によれば、分割された一方の鬼撚線によって突針が第１電極へ電気的に接続され、かつ、他方の鬼撚線によって第２電極が接地される。

これによって、突針が、落雷抑制型避雷装置の第１電極と電気的に一体化されるとともに、第２電極に対して電気的に絶縁された状態に保持される。

ここで、大地がプラス電荷を帯びると第２電極もプラス電荷を帯び、これに伴い、第１電極および突針がマイナス電荷を帯びることとなる。

すなわち、突針を第１電極として見なすことができ、これによって、既存の突針型避雷装置が落雷抑制型避雷装置を構成することとなり、突針型避雷装置が落雷抑制型避雷装置へ変換される構成となる。

本発明によれば、ストリ−マーの原因になる地面から突針に向かう電流の流れは、途中にキャパシタを入れる事で、この微弱な電流はキャパシタの電極間を抜けることができずに、ストリーマの発生に至らず、落雷を抑制する作用を発揮する。

地面と上空の電界が強くなり、このキャパシタ内のエアギャップを放電し、突針から強いストリーマが上昇すると、上空からのスッテプト・リーダと合流して放電路を形成し、ここに大きな電荷が流れた場合には、強い電流であるのでエアギャップは易々と放電して導通し、通常の避雷針と同じように安全に雷電流を地面に拡散する。しかし、キャパシタ内部での放電により、そのエネルギーの一部は減少し、雷電流をまともに地面に拡散する場合よりも小さな副作用で済むことが期待される。

また、前述した変換を、既存の突針型避雷装置を構成する鬼撚線（接地線）をその途中で切断し、切断されたそれぞれの鬼撚線を、落雷抑制型避雷装置を構成する第１電極と第２電極へ接続するといった極めて簡素な作業で行なうことができる。

また、変換に際して、第１電極および第２電極に鬼撚線を接続するための接続手段を設ける必要があるが、それ以外の構造変更は不要である。

したがって、変換に要する費用を少なく抑えることができ、落雷抑制型避雷装置の普及を促進する効果が期待される。

一方、鬼撚線の切断位置、すなわち、鬼撚線と落雷抑制型避雷装置との接続位置は任意に設定できる。

鬼撚線は、地面から突針型避雷装置が設置された建築物の屋上まで敷設されており、その敷設経路の任意の位置に設定できる。

ここで、鬼撚線と落雷抑制型避雷装置との接続位置を地面近傍とすると、変換のための作業を低い位置で行なうことができ、作業時の安全対策を軽減することができる。

また、鬼撚線と落雷抑制型避雷装置との接続位置を、突針型避雷装置が設置されている建築物の屋上とした場合、高所作業となるものの、屋上が比較的広く、かつ、平らな面であることから、安全性を容易に確保することができる。

また、建物の鉄骨をアース接地に利用可能な鉄骨造建築物等においては、屋上等において、避雷針から鉄骨までの間を接続する接地線の途中に落雷抑制型避雷装置を上記のように介在させて用いることができる。

本発明によれば、突針型避雷装置を落雷抑制型避雷装置へ変換することにより落雷抑制による避雷効果を得ることができるとともに、その変換作業を簡素化し、かつ、変換に伴う構造変更を最小限度に止めて設置費用の高騰を抑制することができる。

本発明の一実施形態に用いられる突針型避雷装置が設けられた建築物を示す概略図である。 本発明の一実施形態が設けられた建築物を示す概略図である。 本発明の一実施形態の要部拡大図である。 本発明の一実施形態の落雷抑制作用を説明するための概略図である。 本発明の他の実施形態を示す要部の拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態が適用された建築物を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態が適用される既存の突針型避雷装置を示すもので、被保護体である建築物１に設置されている。

この突針型避雷装置は、建築物１の屋上に鋼管等の支柱Ｐを用いて設置された突針２と、地面Ｇに埋設された良電導性材料によって形成された埋設電極３と、この埋設電極３と突針２とを電気的に接続する鬼撚線（接地線）４とを備えている。

図２は、図１に示す突針型避雷装置を落雷抑制型避雷装置に変換した状態の構成を示すもので、建築物１の地面Ｇ近傍の側面に、鬼撚線４が引き込まれた配線ボックス５が設けられ、その側部には、導電性材料に形成された第１電極６と、この第１電極６に電気絶縁体７を挟んで対向配置され導電性材料に形成された第２電極８と、この第２電極８に導電状態で固定された支持ロッド９からなるキャパシタ１０が配置されている。

このキャパシタ１０は、地面Ｇに設置された支持構造物１１に支持ロッド９を介して固定されている。

前記鬼撚線４は配線ボックス５と重畳する部位において切断されて、突針２に連結された部位と、埋設電極３に連結された部位に２分割されている。

図３に示すように、突針２に接続された鬼撚線４ａは、配線ボックス５内に引き込まれた後に、配線ボックス５内の結線具１２を経て配線ボックス５外部へ引き出されて、第１電極６へ連結具１３によって導電状態で連結されている。

また、埋設電極３に接続された鬼撚線４ｂは、配線ボックス５内に引き込まれた後に、配線ボックス５内の結線具１４を経て配線ボックス５外部へ引き出されて、支持ロッド９へ連結具１５によって導電状態で連結されている。

本発明によれば、分割された一方の鬼撚線４ａによって突針２が第１電極６へ電気的に接続され、かつ、他方の鬼撚線４ｂによって第２電極８が接地される。

これによって、突針２が、落雷抑制型避雷装置の第１電極６と電気的に一体化されるとともに、第２電極８に対して電気的に絶縁された状態に保持される。

ここで、地面Ｇがプラス電荷を帯びると第２電極８もプラス電荷を帯び、これに伴い、第１電極６および突針２がマイナス電荷を帯びることとなる。

すなわち、突針２を第１電極６として見なすことができ、これによって、既存の突針型避雷装置が落雷抑制型避雷装置を構成することとなり、突針型避雷装置が落雷抑制型避雷装置へ変換される。

このように落雷抑制型避雷装置に変換されると、雷雲に対する上向きストリーマの発生を抑制して落雷を抑制する。

すなわち、落雷抑制型避雷装置に変換された装置が設置されている建築物１の上方に、図４に示すように、雲底にマイナスイオンが分布する雷雲Ｃが接近すると、雷雲Ｃが対峙させられる地面Ｇがプラス電荷を帯びる。

これに伴い、地面Ｇと導電状態で接続されているキャパシタ１０の第２電極８もプラス電荷を帯びると同時に、この第２電極８と電気絶縁状態で対峙させられている第１電極６がマイナス電荷を帯びる。

さらに、第１電極６に電気的に接続されている突針２も同様にマイナス電荷に帯電して、突針２周りすなわち建築物１の上方にマイナスイオン領域を形成する。

このマイナスイオン領域は、近づく雷雲Ｃの底部のマイナス電荷へ対峙させられることにより、上向きストリーマの発生を抑制して落雷を抑制する。
この落雷抑制効果について、さらに考察を重ねた結果、次のような点が考えられる。
ストリ−マーの原因になる地面Ｇから突針２に向かう電流の流れは、途中にキャパシタ１０を入れる事で、この微弱な電流はキャパシタの電極間を抜けることができずに、ストリーマの発生に至らず、落雷を抑制する。

ここで、地面Ｇと上空の電界が強くなり、このキャパシタ内のエアギャップを放電し、突針２から強いストリーマが上昇し、上空からのスッテプト・リーダと合流して放電路を形成し、ここに大きな電荷が流れた場合には、強い電流であるのでエアギャップは易々と放電して導通し、通常の避雷針と同じように安全に雷電流を地面に拡散する。しかし、キャパシタ内部での放電により、そのエネルギーの一部は減少し、雷電流をまともに地面に拡散する場合よりも小さな副作用で済むことが期待される。

一方、前述した変換を、既存の突針型避雷装置を構成する鬼撚線（接地線）４をその途中で切断し、切断されたそれぞれの鬼撚線４ａ・４ｂを、落雷抑制型避雷装置を構成する第１電極６と第２電極８へ接続するといった極めて簡素な作業で行なうことができる。

また、変換に際して、第１電極６および第２電極８に鬼撚線４ａ・４ｂを接続するために連結具１３・１５を設ける必要があるが、それ以外の構造変更は不要である。

したがって、変換に要する費用を少なく抑えることができ、落雷抑制型避雷装置の普及を促進する効果が期待される。

一方、鬼撚線の切断位置、すなわち、鬼撚線と落雷抑制型避雷装置との接続位置は任意に設定できる。

鬼撚線は、地面から突針型避雷装置が設置された建築物の屋上まで敷設されており、その敷設経路の任意の位置に設定できる。また、建築物の屋上において、突針型避雷装置と、建築物の鉄骨骨組みとの間を接続する接地線としての鬼撚線にも同様に適用できる。この場合は、落雷抑制型避雷装置は屋上の設置しやすい低いところに好適に設置される。

ここで、本実施形態のように、鬼撚線４と落雷抑制型避雷装置との接続位置を地面近傍とすると、変換のための作業を低い位置で行なうことができ、作業時の安全対策を軽減することができる。

また、鬼撚線４と落雷抑制型避雷装置との接続位置を、突針型避雷装置が設置されている建築物１の屋上とした場合、高所作業となるものの、屋上が比較的広く、かつ、平らな面であることから、安全性を容易に確保することができる。

なお、前記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、前記実施形態においては、キャパシタ１０を地面Ｇに設置した例を示したが、図５に示すように、突針２が設置されている建築物１の屋上に設置することができる。

この場合、高所作業となるものの、屋上が比較的広く、かつ、平らな面であることから、設置作業の安全性を容易に確保することができる。

また、たとえば、建築物１が建築物の密集した地域である場合、地面Ｇにキャパシタ１０を設置するスペースを確保できない場合等に有効な手段となる。

さらに、突針２の先端は尖った形状となされていることから、突針２の先端部周りに形成されるマイナス電荷領域が狭くなることが想定される。

そこで、突針２の先端部周りに形成されるマイナス電荷領域を拡大するために、図６に示すように、突針２の先端に、球形の外面形状を有する電荷領域拡張部材１６を装着することにより、突針２の先端部の上方へ向かう面を大きくして、突針２の先端部周りに形成されるマイナスイオン電荷領域を拡大することができる。

そして、前記電荷領域拡張部材１６の突針２への装着は、溶接あるいは種々の締結手段等による固着、あるいは、電荷領域拡張部材１６の下部に管状の連結筒１７を一体に取り付け、この連結筒１７を突針２に摩擦嵌合させることによって行なうことができる。

なお、図３に示すように、配線ボックス５を設けた場合、鬼撚線４と埋設電極３とを、必要に応じて直接接続することもできるので、キャパシタ１０の交換時等において制約を受けることがなく、利便性が良くなる。

１ 建築物（被保護体）
２ 突針
３ 埋設電極
４ 鬼撚線（接地線）
４ａ 鬼撚線
４ｂ 鬼撚線
５ 配線ボックス
６ 第１電極
７ 電気絶縁体
８ 第２電極
９ 支持ロッド
１０ キャパシタ
１１ 支持構造物
１２ 結線具
１３ 連結具
１４ 結線具
１５ 連結具
１６ 電荷領域拡張部材
１７ 連結筒
Ｇ 地面

Claims (4)

1. 突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置であって、
   前記突針型避雷装置が、高所に設置された突針と、この突針を大地に接地する鬼撚線を備え、
   前記落雷抑制型避雷装置が、導電性材料に形成された第１電極と、この第１電極に電気絶縁体を挟んで配置され導電性材料に形成された第２電極と、前記突針型避雷装置の突針に被せて装着する連結筒と、この連結筒の上端に設けられた電荷領域拡張部材と、を備え、
   前記鬼撚線がその途中において突針側と大地側とに２分割されているとともに、突針側の鬼撚線が前記第１電極へ電気的に接続され、
   前記大地側の鬼撚線が前記第２電極へ電気的に接続され、
   前記電荷領域拡張部材が前記突針に電気的に接続されている、ことを特徴とする突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置。
2. 前記落雷抑制型避雷装置が前記突針近傍に設置されているとともに、前記鬼撚線の分割部が、前記突針近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置。
3. 前記落雷抑制型避雷装置が、前記大地近傍に設置されているとともに、前記鬼撚線の分割部が、前記大地近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置。
4. 前記連結筒が前記突針に摩擦篏合または固着されている、請求項１〜請求項３の何れかに記載の突針型避雷装置を変換した落雷抑制型避雷装置。

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