JPH0216560B2 - - Google Patents

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JPH0216560B2
JPH0216560B2 JP15405682A JP15405682A JPH0216560B2 JP H0216560 B2 JPH0216560 B2 JP H0216560B2 JP 15405682 A JP15405682 A JP 15405682A JP 15405682 A JP15405682 A JP 15405682A JP H0216560 B2 JPH0216560 B2 JP H0216560B2
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JP
Japan
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lightning
needle end
lightning rod
discharge
rod according
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JP15405682A
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Japanese (ja)
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JPS5956399A (en
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Furansoa Shumitsuto
Misheru Reeman
Jeraaru Binda
Misheru Soteroo
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FURANSEEZU ERITA SOC
Original Assignee
FURANSEEZU ERITA SOC
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Publication of JPH0216560B2 publication Critical patent/JPH0216560B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は落雷保護装置、特にイオン化避雷針に
関する。この種装置の原理は避雷針針端の上部に
イオン化空気柱を形成することから成る。イオン
源が外気の導電度を増加することによつて大気の
破壊電圧を低下させること、即ち放電が発生し初
める電圧閾値を減少することは主として研究室内
での測定によつて実際に確かめられている。この
様にして放電の発生が容易にされ、落雷によつて
放出されたエネルギーは避雷針の引込導線によつ
て大地に誘導される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to lightning protection devices, in particular to ionizing lightning rods. The principle of this type of device consists in forming a column of ionized air above the end of the lightning rod. It has been demonstrated primarily through laboratory measurements that ion sources reduce the breakdown voltage of the atmosphere by increasing the conductivity of the outside air, i.e., reducing the voltage threshold at which discharge begins. There is. In this way, the generation of an electrical discharge is facilitated, and the energy released by the lightning strike is guided to the ground by the lead-in conductor of the lightning rod.

イオン化避雷針の保護領域の広さおよびその保
護の有効性は従つて「フランクリン避雷針」とも
称される単純な避雷針のそれよりも優れている。
The large area of protection of ionizing lightning rods and the effectiveness of their protection are therefore superior to that of simple lightning rods, also referred to as "Franklin lightning rods".

然し乍ら、この解決法は不都合がないわけでは
ないと云うのは、現在迄の所、イオン源は針端周
囲に設置された放射能を有するペレツトで構成さ
れ、このペレツトが生じるアルフア線が必要とさ
れるイオン化を行うからである。然し放射能源の
使用はこれを作るに当つてもその貯蔵ないし取付
に当つても特別な注意が必要である。
However, this solution is not without its disadvantages, as to date the ion source consists of a radioactive pellet placed around the tip of the needle, and an alpha beam from which the pellet is produced is required. This is because it performs ionization. However, the use of radioactive sources requires special care in their construction, storage, and installation.

放射能源にもとづく不都合を除去した上でイオ
ン化避雷針の長所を残すために、特に、クレマン
(CLEMENT)の名によるフランス特許第907037
号明細書によつて、避雷針の針端に、一端を針端
に他端を大地に接続した高圧発生器によつて、周
囲の大気内に電荷を放出する様に給電することが
提案されているが、この電荷は雷雲の有する電荷
と再結合することによつて雷雲を放電させるか、
導電性の大気とするために外気のイオン化を少く
共充分に変化するのに充分な量を作るものとす
る。火花間隙装置が雷撃を分流するために発生器
と並列に設置されている。
In order to preserve the advantages of ionizing lightning rods while eliminating the disadvantages due to radioactive sources, in particular French patent no. 907037 in the name of CLEMENT
It is proposed to supply electricity to the needle end of a lightning rod by means of a high voltage generator connected at one end to the needle end and at the other end to earth in such a way as to release a charge into the surrounding atmosphere. However, this charge either discharges the thundercloud by recombining with the charge held by the thundercloud, or
A sufficient amount shall be created to sufficiently change the ionization of the outside air to create a conductive atmosphere. A spark gap device is installed in parallel with the generator to shunt the lightning strike.

上述の装置は、然し相当に大量のイオン量を発
生するために必要な約40KW程度の相当大きな電
力によつて動かされる。この電力および必要な超
高電圧(400KV)は目的を達するために今迄当
面したことのない多数の絶縁および安全性の問題
をもたらすこととなろう。
The device described above, however, is powered by a fairly large amount of electrical power, on the order of about 40 KW, which is required to generate a fairly large amount of ions. This power and the extremely high voltage (400KV) required will introduce a number of insulation and safety issues that have not been previously encountered in order to achieve the objective.

これとは反対に、本発明は避雷針の針端の周囲
の空気をイオン化するのにいわゆる「コロナ作
用」と称される作用を使用するもので、この作用
は電界の局部的な非常に強い変形の存在によつて
生じる。例えば非常に尖鋭な導体素子の近くの大
気中の電界がこれである。正または負のイオンを
導体素子によつてこれを高電圧にして放出させる
と、これらのイオンは外界の電界によつて加速さ
れてそれ自体がガス分子の2次的なイオン化を生
じる。イオン数の増加は針端上にある発光コロナ
の形として観察できる。この様にしてできたイオ
ンは避雷針の針端を取囲む空間内に、次いで拡散
されて外部電界によつて加速されて前述したイオ
ン化空気コロナを形成する。
In contrast, the present invention uses a so-called "corona effect" to ionize the air around the end of a lightning rod, which is a very strong local deformation of the electric field. arises from the existence of This is the case, for example, in the electric field in the atmosphere near a very sharp conductive element. When positive or negative ions are ejected by means of a conductive element at a high voltage, these ions are accelerated by the external electric field and themselves cause secondary ionization of gas molecules. The increase in the number of ions can be observed in the form of a luminescent corona on the tip of the needle. The ions thus produced are then diffused into the space surrounding the needle end of the lightning rod and accelerated by the external electric field to form the ionized air corona described above.

この増倍現象は、小電力消費(数10ないし数
100mWの程度)で、絶縁および保護技術が従来
技術の下で利用容易な電圧(数10KV)の下で充
分にできる針端頂部に生じるコロナ放電によるフ
ランクリン針端の自然作用の増幅を可能とする。
This multiplication phenomenon is caused by low power consumption (several tens to several tens of
(of the order of 100 mW), insulation and protection techniques enable the amplification of the natural action of the Franklin needle tip by corona discharges occurring at the tip of the needle, which is sufficient under voltages (several tens of KV) that are readily available under the prior art. .

コロナ放電の出現の条件となる電界の局部的変
歪のあることおよびこれが非常に局在しているこ
とが絶対に不可欠である。そのために、本発明
は、針端頂部を頂点とする同軸の仮想包絡円錐面
に内接し且つ軸心へ向けて凹んだ回転凹面からな
る外周面を有する尖頭針端の採用を提案するもの
で、与えられた針端の底部直径および高さに対し
て良好な機械的強度を保持したままで外囲円錘の
頂角に比較して針端の頂角を相当に減少すること
ができる。好ましくは、この針端の頂角は10度の
程度である。比較例によると、底部直径/高さの
比が0.45であるこの種の針端は頂角25度を有す
る。
It is absolutely essential that there is a local distortion of the electric field, which is a condition for the appearance of a corona discharge, and that this is very localized. To this end, the present invention proposes the adoption of a pointed needle end that has an outer circumferential surface consisting of a rotating concave surface inscribed in a coaxial virtual enveloping conical surface with the needle end apex as its apex and concave toward the axis. , the apex angle of the needle end can be reduced considerably compared to the apex angle of the surrounding cone while retaining good mechanical strength for a given needle end base diameter and height. Preferably, the apex angle of this needle end is on the order of 10 degrees. According to a comparative example, this type of needle tip with a base diameter/height ratio of 0.45 has an apex angle of 25 degrees.

針端は大地に接続されていず(単純フランクリ
ン針端とはことなり)、高圧電源に接続されてい
るので、針端に到着した落雷を大地に側流するた
めの装置を設けることが必要で、好ましい方法と
してはこの装置は、その一方の電極が針端自体の
下部で構成され、他方の電極が避雷針の引込線導
体によつて接地されている避雷器をそなえてい
る。落雷の場合、避雷器は導体となり針端を大地
に電気的に接続する。
Since the needle end is not connected to the ground (unlike a simple Franklin needle end), but is connected to a high-voltage power source, it is necessary to install a device to divert lightning that reaches the needle end to the ground. Preferably, the device comprises a lightning arrester, one electrode of which is constituted by the lower part of the needle end itself, and the other electrode of which is grounded by the drop conductor of the lightning rod. In the event of a lightning strike, the arrester becomes a conductor, electrically connecting the needle end to the ground.

好ましくは、避雷器の放電ギヤツプの上部電極
を構成している針端底部は、凸部が下方に向き下
部電極と相対している丸い形状を有する。後者即
ち下部電極は例えば針端底部の直径に近い直径を
有する導電性環状部で構成し得、これは避雷針の
引込線導体に接続され、その上面は平担で針端の
丸形の底部に向いてこれとは離隔配列されてい
る。この針端の丸味は電極間の端部効果を回避
し、寄生コロナ放電発生の可能性のある突出隅部
を除去する、というのは上述の様な針端下部での
放電はイオンが拡散せず、また大地電位にある環
状部が近くにあるため直ちに中和されるので有効
でないからである。更に、これらの寄生放電は避
雷器の放電開始電圧を針端を帯電させている高電
圧より低い値にまで低下し得、発生器のエネルギ
ーが従つて針端頂部でのコロナ放電を起させる代
りに避雷器内で消耗される。
Preferably, the bottom portion of the needle end constituting the upper electrode of the discharge gap of the lightning arrester has a round shape with the convex portion facing downward and facing the lower electrode. The latter or lower electrode may, for example, consist of a conductive ring having a diameter close to that of the base of the needle end, which is connected to the lead-in conductor of the lightning rod, the upper surface of which is flat and faces the rounded base of the needle end. It is arranged separately from this. This rounding of the needle end avoids edge effects between the electrodes and eliminates protruding corners where parasitic corona discharges can occur, since the discharge at the bottom of the needle end as described above prevents ions from diffusing. First, since the annular portion, which is at ground potential, is nearby, it is immediately neutralized and is therefore not effective. Furthermore, these parasitic discharges can reduce the firing voltage of the arrester to a value lower than the high voltage charging the needle tip, and the energy of the generator is therefore reduced instead of causing a corona discharge at the tip of the needle. It is consumed inside the lightning arrester.

避雷器の有効性を改善するために、少くとも一
方の電極を誘導体で隔てられた複数個の導電チヤ
ンネルに分割することが有用である。これは特に
上述の環状部の全厚さにわたる複数本の長手方向
の溝を穿つことによつて実現することができる。
To improve the effectiveness of lightning arresters, it is useful to divide at least one electrode into a plurality of conductive channels separated by a dielectric. This can be achieved in particular by drilling a plurality of longitudinal grooves through the entire thickness of the annular part mentioned above.

実際には、落雷に当つて非常に強い電流がこれ
らの2電極をへだてる間隙内で避雷器に流れる。
この電流はこの間隙の非常に局部化した点、通常
1点に生じる。そのため避雷器の両端子間に放電
時2電極間に存在する抵抗(小さくはあるがゼロ
ではない)のため電圧が発生することとなる(こ
の抵抗を以下「放電抵抗」と称することとする)。
In fact, in the event of a lightning strike, a very strong current flows through the arrester within the gap separating these two electrodes.
This current occurs at a very localized point, usually one point, in this gap. Therefore, a voltage is generated between both terminals of the lightning arrester due to the resistance (small but not zero) that exists between the two electrodes during discharge (this resistance is hereinafter referred to as "discharge resistance").

この落雷電圧は、例外的なエネルギーの落雷の
場合に限らず長期間の使用による繰返し落雷のの
ちには高電圧発生器を破損するおそれがある。
This lightning voltage may damage the high voltage generator not only in the case of exceptional energy lightning strikes, but also after repeated lightning strikes over a long period of time.

若し、一点での放電の代りに落雷衝撃を同時n
放電に分割可能ならば、放電抵抗はこの数nに分
割されることとなり、落雷電圧も同一割合で分割
されることとなる。この様にして高電圧発生器の
保護は相当に改良される。
If, instead of electric discharge at one point, lightning strikes occur simultaneously,
If it can be divided into discharges, the discharge resistance will be divided into this number n, and the lightning voltage will also be divided at the same ratio. In this way the protection of the high voltage generator is considerably improved.

分割によつて並列に接続されたn個の放電ギヤ
ツプを持つこととなる。これらの放電ギヤツプが
落雷時同時に動作し得るためには、これらの間の
各導電チヤンネルのインダクテイブデカツプラを
設けることが必要であり、事実、デカツプラがな
いと放電々流は一つの電路に流れて設けたn個で
はなくただ一つの放電ギヤツプのみが従つて有効
に作用することとなろう。
The division results in n discharge gaps connected in parallel. In order for these discharge gaps to be able to operate simultaneously during a lightning strike, it is necessary to provide an inductive coupler for each conductive channel between them; in fact, without the gap, the discharge currents would flow into one electrical path. Only one discharge gap, rather than n in series, will therefore be effective.

必要とするインダクタンス値は割れ目、従つて
溝に2個の隣接放電ギヤツプの電極間に充分に長
い電路を作り得る様な長さを与えることによつて
得られる。
The required inductance value is obtained by providing the gap, and therefore the groove, with a length such that a sufficiently long electrical path can be created between the electrodes of two adjacent discharge gaps.

本発明のその他の特徴および長所は添付図面を
参照して行つた以下の詳細な説明の精読から明ら
かとなろう。
Other features and advantages of the invention will become apparent from a reading of the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

第1図の曲線は、第1A図に略示した本発明に
よる装置によつて作られたイオンの量を示す。電
圧発生器10が一端を大地20に、他端をケーブ
ル40を介して避雷針の導電部材30に接続され
ている。発生器はこれらの端子間に電位差Vp
作り、電流Ipを流す。電圧Vpが低いときには回路
が開放されているので電流Ipはゼロである。電圧
Vpが高くなると、コロナ放電にもとずく針端近
くのイオン発生によつて電流Ipが生じる。電荷電
流である所の発生器内を流れる電流の大きさは、
従つて針端頂部に生じたイオン電流を示す。第1
図においては横坐標はキロボルトで表示した電圧
Vp、縦坐標はマイクロアンペアで表示した電流
の大きさIpである。曲線60は大地に対して正電
位を有する針端に対するもの、曲線61は大地に
対して負電位を有する場合のそれである。10KV
以下の電圧に対しては誘電体ロスを除けば電流は
ゼロである。約10KVからコロナ現象が発生し、
イオンの発生のために電流が流れることとなる。
この現象は電圧Vpが上昇するのに伴つて大きく
なる。針端の電位の正負にかかわらずその結果は
殆んど同一である。然し、雷雲は大多数の場合負
の静電荷の担体で誘導によつて大地を正に帯電す
る。そのため、針端は電圧発生器の正極に接続
し、負電極を大地に接続するのが有利である。こ
の様にして針端は大地に対して正電位となり「フ
ランクリン針端」作用が強化される。
The curve of FIG. 1 shows the amount of ions produced by the apparatus according to the invention, which is schematically illustrated in FIG. 1A. A voltage generator 10 is connected at one end to the ground 20 and at the other end via a cable 40 to a conductive member 30 of a lightning rod. The generator creates a potential difference V p between these terminals and causes a current I p to flow. When the voltage V p is low, the circuit is open and the current I p is zero. Voltage
As V p increases, a current I p is generated due to ion generation near the needle tip based on corona discharge. The magnitude of the current flowing in the generator, which is a charge current, is
Therefore, it shows the ionic current generated at the top of the needle end. 1st
In the figure, the horizontal mark is the voltage expressed in kilovolts.
V p , the ordinate is the current magnitude I p expressed in microamperes. Curve 60 is for a needle end having a positive potential with respect to ground, and curve 61 is for a needle end having a negative potential with respect to ground. 10KV
For voltages below, the current is zero except for dielectric loss. Corona phenomenon occurs from about 10KV,
A current flows due to the generation of ions.
This phenomenon increases as the voltage V p increases. The results are almost the same regardless of whether the potential at the needle end is positive or negative. However, thunderclouds are in most cases carriers of negative electrostatic charges, which positively charge the ground by induction. Therefore, it is advantageous to connect the needle end to the positive pole of the voltage generator and the negative electrode to earth. In this way, the needle end becomes at a positive potential with respect to the ground, and the "Franklin needle end" effect is enhanced.

また、コロナ放電の増倍作用によつて消費電力
が非常に減少されることがわかる。25KVの電圧
Vpに対して電流Ipは1ないし2μAの程度で、電力
は25ないし50mWとなる。
It can also be seen that the power consumption is greatly reduced due to the corona discharge multiplication effect. 25KV voltage
The current I p is on the order of 1 to 2 μA with respect to V p and the power is 25 to 50 mW.

第2図は尖頭針端100を示すが、その端部1
01にコロナ放電が生じる。領域102に生じた
イオン102は針端を取囲む空気中に拡散し得
る。その下部104は大地410に避雷針を支え
る導電性軸部111を介して接続された環状部1
10の近くに位置している。針端下部104、環
状部110およびその間に位置する空気間隙が避
雷器を構成している。間隙120の幅は針端に落
ちた電光が間隙120内の放電の出現によつて大
地に導びかれるが、火花間隙は高圧発生器によつ
て針端が帯電されている動作電圧値に対しては絶
縁状態に止まる様な値とする(放電開始電圧は例
えば外部湿度の平均状態で、25KVの動作電圧値
に対して30KVである)。
FIG. 2 shows a pointed needle end 100, the end 1
Corona discharge occurs at 01. Ions 102 generated in region 102 may diffuse into the air surrounding the needle tip. The lower part 104 is an annular part 1 connected to the ground 410 via a conductive shaft part 111 that supports a lightning rod.
Located near 10. The lower needle end 104, the annular portion 110 and the air gap located therebetween constitute a lightning arrester. The width of the gap 120 is such that the lightning falling on the needle end is guided to the ground by the appearance of an electrical discharge in the gap 120, but the spark gap is determined by the operating voltage value at which the needle end is charged by the high voltage generator. (The discharge starting voltage is, for example, 30 KV for an operating voltage of 25 KV at average external humidity.)

400で略示する高圧発生器は導線105によ
つて針端100に接続されている。好ましくはこ
の導線105は同軸ケーブルの心線を構成し、そ
の大地410に接続されたシールド111は避雷
針の少く共針端部近くの軸部を形成している。2
導体は絶縁物130で分離されている。
A high pressure generator, indicated schematically at 400, is connected to needle end 100 by conductor 105. Preferably, the conducting wire 105 constitutes the core of a coaxial cable, and the shield 111 connected to the ground 410 forms the shaft portion of the lightning rod near the end of the rod. 2
The conductors are separated by an insulator 130.

針端は若干くぼんだ形状の側面106を有す
る、換言すればこの回転面はその凸部が回転軸の
方に向いた曲線状子午線によつて作られたもので
ある。この表面の頂角αは針端を囲む円錘107
の頂角βよりも従つて小さい。この針端形状は底
部直径D/針端高さHの比を大きくし(優秀な機
械的強度)小頂角をもたらす(コロナ作用の強
化)の2点間の良好な調和を可能としている。
The needle end has a slightly concave side surface 106, in other words, this surface of rotation is created by a curved meridian whose convexity is directed towards the axis of rotation. The apex angle α of this surface is the cone 107 surrounding the needle end.
is therefore smaller than the apex angle β. This needle end shape allows a good compromise between the two points: a large base diameter D/needle end height H ratio (excellent mechanical strength) and a small apex angle (enhanced corona effect).

針端下部は全々角張つた所がなく従つて寄生コ
ロナ放電の発生のおそれのない曲線108を有す
る。
The lower part of the needle end has a curve 108 with no sharp edges and therefore no risk of parasitic corona discharge.

表面108は避雷器の放電ギヤツプの上部電極
を構成しており、環上部の上面112に近接位置
し、この環状部はそこで下部電極を形成してい
る。この表面112は好ましくは平面である。こ
の様な火花間隙の形状のため電極間の端部効果が
全々なく、正確な放電開始電圧の決定が可能とな
る。
Surface 108 constitutes the upper electrode of the discharge gap of the lightning arrester and is located adjacent to the upper surface 112 of the annulus, where the annulus forms the lower electrode. This surface 112 is preferably planar. Due to this shape of the spark gap, there is no edge effect between the electrodes, and it is possible to accurately determine the firing voltage.

環状部110はこれをその厚さ全体にわたつて
分割している例えば4本の割目113(第2図な
いし第4図に見られる)をそなえている。これら
の割目は同数の導電性チヤンネル114を作り、
これらの間を絶縁している。
The annular part 110 has, for example, four cuts 113 (seen in FIGS. 2 to 4) dividing it over its entire thickness. These splits create an equal number of conductive channels 114,
There is insulation between them.

これらの導電チヤンネルの長さを増加するため
に、割目は導電性軸部111上で長くすることが
でき、この割目は勿論これらの軸部の全厚さにわ
たつて穿たれる。
In order to increase the length of these conductive channels, the cuts can be made longer on the conductive shafts 111, which cuts are of course drilled through the entire thickness of these shafts.

割目はそのままにしておいても、例えば絶縁部
130のそれと同一の材料の絶縁層(図示せず)
を充填してもよい。この場合、導電チヤンネルを
隔てる誘電体はも早や空気ではなく、固体誘電体
である。更に、避雷針軸部内への水の浸入を阻止
して風化度を改善する。
Even if the cracks are left as they are, for example, an insulating layer (not shown) made of the same material as that of the insulating part 130
May be filled with In this case, the dielectric separating the conductive channels is no longer air, but a solid dielectric. Furthermore, the degree of weathering is improved by preventing water from entering the lightning rod shaft.

更に、この風化度は排水孔115によつて改善
されるが、これは避雷器放電ギヤツプの両電極を
へだてる間隙120内に液体のたまるのを防止
し、環状部内部への浸入による腐蝕の他に、この
部分への水の存在が避雷器の動作特性、時にその
放電開始電圧を変化させることを防止している。
Furthermore, this degree of weathering is improved by drainage holes 115, which prevent liquid from accumulating in the gap 120 separating the electrodes of the arrester discharge gap and prevent corrosion from penetrating inside the annulus. Additionally, the presence of water in this area prevents changes in the operating characteristics of the arrester and sometimes its firing voltage.

針端、環状部および軸部は良導電性、耐大気腐
蝕性および良好な機械的特性のある材料製であ
り、この材料は例えば真鍮または不錆鋼がよい。
好ましくは選定した材料は、主として避雷器放電
ギヤツプの電極間の電気化学的腐蝕現象を回避す
るために各部品に対し同一とする。
The needle end, annulus and shank are made of a material with good electrical conductivity, resistance to atmospheric corrosion and good mechanical properties, such as brass or rust-free steel.
Preferably, the selected materials are the same for each part, primarily to avoid electrochemical corrosion phenomena between the electrodes of the arrester discharge gap.

勿論、一体物として作られた割目付環状部は複
数個の部品を組合わせた組合せ物でその下部で電
気的に接続したもので置換してもよく、割目充填
層はこの場合スペーサの役目をする。
Of course, the slotted annular part made as one piece may be replaced by a combination of multiple parts that are electrically connected at the bottom, and the slot filling layer serves as a spacer in this case. do.

第5図は本発明による装置の給電回路を示す。
外気内電界捕捉器401が直流−交流変換器40
3を制御回路402を介して動作させる。この変
換器は太陽電池405で充電されている緩衝蓄電
池404で構成された直流電源で給電されてい
る。変換器403の出力側で交流電圧は、同時に
電圧を3倍にする回路406で整流される。整流
済の電流は最後に避雷針の導電部材407に給電
されるが、避雷針に落雷し得る雷が給電回路を損
傷しない様にするために保護回路408が整流器
と導電部材との間に挿入されている。
FIG. 5 shows the power supply circuit of the device according to the invention.
The outside air electric field trap 401 is a DC-AC converter 40
3 is operated via the control circuit 402. This converter is powered by a DC power source composed of a buffer storage battery 404 charged by a solar cell 405. At the output of the converter 403 the alternating voltage is rectified in a circuit 406 which simultaneously triples the voltage. The rectified current is finally supplied to the conductive member 407 of the lightning rod, but a protection circuit 408 is inserted between the rectifier and the conductive member to prevent lightning that may strike the lightning rod from damaging the power supply circuit. There is.

高電圧発生装置と組合わされた外部電界捕捉器
の使用は、大落雷確率に対応する所定の値に外部
電界が到達した時のみに装置が動作する。即ち避
雷針の導体素子に電位を給電することを可能とし
ている。この値以下では変換器は給電されず、従
つて蓄電池は無駄な放電をしない。
The use of an external electric field trap in combination with a high voltage generator causes the device to operate only when the external electric field reaches a predetermined value corresponding to the probability of a large lightning strike. In other words, it is possible to supply electric potential to the conductive elements of the lightning rod. Below this value, the converter is not powered and therefore the storage battery is not discharged unnecessarily.

第6a図は落雷発生時の単一火花間隙避雷針の
動作を説明する等価回路である。
FIG. 6a is an equivalent circuit illustrating the operation of a single-spark gap lightning rod when a lightning strike occurs.

落雷は火花間隙の端子、即ち点407と大地4
10との間に接続された非常に強い(10000アン
ペア以上)電流源500として等価し得る。避雷
器放電ギヤツプは固有抵抗Reと個有インダクタ
ンスLeを有する。
Lightning strikes the terminals of the spark gap, i.e. point 407 and ground 4.
10 may be equivalent to a very strong (more than 10,000 amps) current source 500 connected between the A lightning arrester discharge gap has a specific resistance Re and a specific inductance Le.

放電が発生すると、放電々流が大きい程高い電
位差が避雷器放電ギヤツプ端子間に発生する。こ
の電位差は、例外的な強度の放電の場合、禁止的
になり得て直流電圧発生器を破損する可能性があ
るし、或いは繰返し電撃作用のため少く共これを
破損する可能性もある。
When a discharge occurs, the larger the discharge current, the higher the potential difference generated between the arrester discharge gap terminals. This potential difference, in the case of discharges of exceptional intensity, can become prohibitive and can damage the DC voltage generator, or at least damage it due to repeated shock effects.

この発生器をすべての状況下で保護するため
に、本発明は前述の要領の、相互間が接続インダ
クタンスで離隔された個々のn個の放電ギヤツプ
に避雷器放電ギヤツプを分割することを提案する
ものであり、各放電ギヤツプは単一ギヤツプの場
合と同一の個有抵抗Reを有し(この抵抗は2電
極間に存在する間隙で事実上定まる)、各放電ギ
ヤツプのインダクタンスLeは導電チヤンネルの
長さ(従つて蝕刻された分離用割目の長さにほゞ
等しい)によつて定まり、前述した通り、これら
のインダクタンス値は、個々の放電ギヤツプのす
べてにおいて同時放電開始が見られる様に各導電
チヤンネルの効果的な分割を可能とする様な値で
なければならない。
In order to protect this generator under all circumstances, the invention proposes to divide the arrester discharge gap into n individual discharge gaps separated from each other by a connecting inductance in the manner described above. , each discharge gap has the same individual resistance Re as in the case of a single gap (this resistance is effectively determined by the gap existing between the two electrodes), and the inductance Le of each discharge gap is equal to the length of the conducting channel. (and thus approximately equal to the length of the etched separation gap), and as mentioned above, these inductance values are adjusted so that simultaneous discharge initiation is observed in all of the individual discharge gaps. The value must be such that it allows effective splitting of the conductive channels.

この様にして、放電々流は複数個の放電ギヤツ
プに分配することができ、その全体抵抗をn分の
1とし、従つて直流電圧発生機の端子のあらわれ
る電位差をn分の1とする。
In this way, the discharge current can be distributed to a plurality of discharge gaps, the overall resistance of which is reduced by a factor of n, and thus the potential difference appearing at the terminals of the DC voltage generator by a factor of n.

好ましくは、保護用第2回路が避雷器と高圧発
生器との間に挿入されるが、これは避雷針の引辺
同軸ケーブル111の前に取付けた直列抵抗43
0と発生器に並列に接続された放電管420から
成つている。
Preferably, a second protective circuit is inserted between the lightning arrester and the high voltage generator, which consists of a series resistor 43 installed in front of the lightning rod pull-side coaxial cable 111.
0 and a discharge tube 420 connected in parallel to the generator.

この保護回路は補助的な役割を持つており、避
雷器端子間電圧が非常に大きくなつた場合、放電
管は導電状態となり従つて電圧発生器を保護し、
放電管自体は放電々流限定用の直列抵抗430で
同様に保護される。
This protection circuit has an auxiliary role: if the voltage across the arrester terminals becomes very large, the discharge tube becomes conductive and thus protects the voltage generator.
The discharge tube itself is similarly protected by a series resistor 430 for limiting the discharge current.

言うまでもなく、本発明は上述の実施例に限定
されるものではなくその主旨に合致するすべての
変形例に及ぶものであり、上述の例示は好ましい
実施例であつて限定的なものではない。
Needless to say, the present invention is not limited to the embodiments described above, but extends to all modifications consistent with the spirit thereof, and the above-mentioned examples are preferred embodiments and are not limiting.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は第1A図の実験的な装置で作つた針端
の電位の関数として測定したイオン発生量を示す
曲線であり、第2図は針端および避雷器の断面図
で左半は割目の1つを通る半平面で、右半は割目
を通らない半平面でそれぞれ切断したものであ
り、第3図は環状部および軸部の斜視図で線−
は第2図の断面に対応するものであり、第4図
は第3図に対応する立面図であり、第5図は針端
に電位を与えるための装置をブロツク図示したも
のであり、第6a図および第6b図はそれぞれ放
電ギヤツプの分割のある、またはない、保護回路
の等価電気回路である。第1A図は本発明の装置
の説明図。100……針端、104……針端下
部、104,112,120……避雷器、106
……針端側面、107……仮想包絡円錐、110
……下部電極、導電性環状部、111……軸部、
113……割目、114……導電チヤンネル、1
15……排水孔、10,400……高圧発生器、
20,410……大地、420……放電管、43
0……直列抵抗。
Figure 1 is a curve showing the amount of ion generation measured as a function of the potential at the needle end made with the experimental apparatus shown in Figure 1A, and Figure 2 is a cross-sectional view of the needle end and lightning arrester, with the left half showing the split. The right half is a half plane that passes through one of the cracks, and the right half is a half plane that does not pass through the crack.
corresponds to the cross section of FIG. 2, FIG. 4 is an elevational view corresponding to FIG. 3, and FIG. 5 is a block diagram of a device for applying an electric potential to the needle end. Figures 6a and 6b are equivalent electrical circuits of the protection circuit with and without discharge gap division, respectively. FIG. 1A is an explanatory diagram of the apparatus of the present invention. 100... Needle end, 104... Lower needle end, 104, 112, 120... Lightning arrester, 106
... Needle end side surface, 107 ... Virtual enveloping cone, 110
... lower electrode, conductive annular part, 111 ... shaft part,
113...Crack, 114...Conductive channel, 1
15... Drain hole, 10,400... High pressure generator,
20,410...Earth, 420...Discharge tube, 43
0...Series resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 雷放電その他の過電圧にさらされたときに上
下電極からなる放電ギヤツプを有する避雷器を介
して大地へ電気的に接続可能になされた避雷針端
100と、前記針端を高電位にするイオン化装置
とを備えた避雷針において、 前記針端の外周面106が、前記針端の頂部を
頂点とする同軸の仮想包絡円錐面107に内接し
且つ軸心へ向けて凹んだ回転凹面からなり、 前記針端の底面104が、下方へ膨らんだ曲面
形状108を有すると共に前記避雷器の放電ギヤ
ツプの上部電極を形成していることを特徴とする
コロナ作用でイオン化する避雷針。 2 前記針端頂部の頂角αが約10度であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の避雷
針。 3 前記針端の電位が大地に対して正電位にされ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
たは第2項に記載の避雷針。 4 前記避雷器が、誘電体で隔てられた複数の導
電チヤンネル114に分けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第1〜3項のいずれかに記
載の避雷針。 5 前記避雷器の下部電極が前記針端の底部に間
隙を介して対面する大地電位に置かれた導電性環
状部110を有し、前記環状部がその厚さ全体に
亙つて少なくとの二つの縦スリツト113を有
し、これらスリツトで前記環状部の導電チヤンネ
ルを分ける誘電体を形成していることを特徴とす
る特許請求の範囲第4項に記載の避雷針。 6 前記環状部が避雷針縦軸部111に結合さ
れ、前記スリツトが前記縦軸部に沿つて下方へ延
在されていることを特徴とする特許請求の範囲第
5項に記載の避雷針。 7 前記スリツト内に高誘電体強度の材料からな
るストリツプ片が配置されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第5項に記載の避雷針。 8 前記環状部が排水孔115を有することを特
徴とする特許請求の範囲第5〜7項のいずれかに
記載の避雷針。 9 前記針端と前記イオン化装置の高電圧発生器
400との間に追加の保護回路が挿入され、前記
保護回路が、前記針端を前記高電圧発生器に接続
する線路に直列な抵抗430と、前記高電圧発生
器の両端子に並列接続された放電管420とを備
えていることを特徴とする特許請求の範囲第1〜
8項のいずれかに記載の避雷針。
[Scope of Claims] 1. A lightning rod end 100 that can be electrically connected to the ground through a lightning arrester having a discharge gap consisting of upper and lower electrodes when exposed to lightning discharge or other overvoltage; In a lightning rod equipped with an ionization device that generates an electric potential, the outer circumferential surface 106 of the needle end is a rotating concave surface inscribed in a coaxial virtual envelope conical surface 107 having the apex of the needle end and concave toward the axis. A lightning rod that is ionized by corona action, characterized in that the bottom surface 104 of the needle end has a downwardly bulging curved surface 108 and forms an upper electrode of a discharge gap of the lightning arrester. 2. The lightning rod according to claim 1, wherein the apex angle α of the apex of the needle end is about 10 degrees. 3. The lightning rod according to claim 1 or 2, wherein the potential of the needle end is set to a positive potential with respect to the ground. 4. The lightning rod according to any one of claims 1 to 3, wherein the lightning arrester is divided into a plurality of conductive channels 114 separated by a dielectric material. 5. The lower electrode of the lightning arrester has a conductive annular portion 110 placed at ground potential facing the bottom of the needle end with a gap, and the annular portion has at least two The lightning rod according to claim 4, characterized in that it has vertical slits (113), and these slits form a dielectric material that separates the conductive channels of the annular portion. 6. The lightning rod according to claim 5, wherein the annular portion is coupled to the vertical shaft portion 111 of the lightning rod, and the slit extends downward along the vertical shaft portion. 7. The lightning rod according to claim 5, wherein a strip made of a material with high dielectric strength is disposed within the slit. 8. The lightning rod according to any one of claims 5 to 7, wherein the annular portion has a drainage hole 115. 9. An additional protection circuit is inserted between the needle end and the high voltage generator 400 of the ionization device, the protection circuit including a resistor 430 in series with the line connecting the needle end to the high voltage generator. , and a discharge tube 420 connected in parallel to both terminals of the high voltage generator.
A lightning rod as described in any of Item 8.
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