JPH0315317B2 - - Google Patents
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- JPH0315317B2 JPH0315317B2 JP57100991A JP10099182A JPH0315317B2 JP H0315317 B2 JPH0315317 B2 JP H0315317B2 JP 57100991 A JP57100991 A JP 57100991A JP 10099182 A JP10099182 A JP 10099182A JP H0315317 B2 JPH0315317 B2 JP H0315317B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、雷導接地装置に関し、特に、金属
シース付ケーブルを用いた雷導接地装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a lightning conduction grounding device, and more particularly to a lightning conduction grounding device using a cable with a metal sheath.
鉄塔や建物等を落雷から保護するための従来の
雷導接地装置は、避雷針を銅線からなる接地線に
て接地している構成のものであつた。しかし、こ
の接地線は、雷サージに対しては大きなサージイ
ンピーダンスを有しているため、落雷時の鉄塔や
接地線の電位上昇が大きく、その結果、周辺の通
信用や照明用等の弱電線へ印加される電圧が過大
になり、弱電機器の絶縁破壊をもたらし、雷被害
を大きくしていた。 Conventional lightning conduction grounding devices for protecting steel towers, buildings, etc. from lightning strikes have a structure in which a lightning rod is grounded by a grounding wire made of copper wire. However, this grounding wire has a large surge impedance against lightning surges, so the potential rise in the tower and grounding wire during lightning strikes is large, and as a result, weak electric wires for communication and lighting in the surrounding area The voltage applied to the equipment became excessive, causing insulation breakdown in weak electrical equipment and increasing lightning damage.
この発明は、そのような従来の雷導接地装置の
欠点を除去するためになされたものであり、接地
線のサージインピーダンスの低減を図ることによ
り、落雷時の接地線や鉄塔の電位上昇を抑制し、
以て雷被害を防止することを目的とする。 This invention was made to eliminate the drawbacks of such conventional lightning conduction grounding devices, and by reducing the surge impedance of the grounding wire, it suppresses the rise in potential of the grounding wire and steel tower during lightning strikes. death,
The purpose is to prevent lightning damage.
この発明にかかる雷導接地装置は、避雷針、ケ
ーブル、放電ギヤツプ、第１の接地電極および第
２の接地電極を備える。ケーブルは、芯線、金属
シース、および芯線と金属シース間に設けられた
誘電率の大きい誘電体を備えている。放電ギヤツ
プは、所定の電圧が印加されたときに放電を起こ
す１対の電極からなる。第１の接地電極は接地さ
れている。第２の接地電極は、第１の接地電極か
ら所定間隔以上離れた地点で接地されている。芯
線の一方の端部は避雷針に接続されており、その
芯線のその一方の端部またはその近傍は放電ギヤ
ツプの一方の電極に接続されている。芯線の他方
の端部は第１の接地電極に接続されている。金属
シースの一方の端部は放電ギヤツプの他方の電極
に接続されており、金属シースの他方の端部は第
２の接地電極に接続されている。 A lightning conduction grounding device according to the present invention includes a lightning rod, a cable, a discharge gap, a first ground electrode, and a second ground electrode. The cable includes a core wire, a metal sheath, and a dielectric with a high dielectric constant provided between the core wire and the metal sheath. A discharge gap consists of a pair of electrodes that generate a discharge when a predetermined voltage is applied. The first ground electrode is grounded. The second ground electrode is grounded at a point separated by a predetermined distance or more from the first ground electrode. One end of the core wire is connected to a lightning rod, and one end of the core wire or its vicinity is connected to one electrode of a discharge gap. The other end of the core wire is connected to a first ground electrode. One end of the metal sheath is connected to the other electrode of the discharge gap, and the other end of the metal sheath is connected to a second ground electrode.
以下、この発明の実施例を図面に基づき説明す
る。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第１図は、この発明の一実施例を示す概略図で
ある。大地１１上に鉄塔９が建てられていて、当
該鉄塔９の先端部には、絶縁スペーサ８を介して
避雷針１が取付けられている。避雷針１には架橋
ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル（以下、
CVケーブルという。）２の芯線３の一方の端部が
接続されている。CVケーブル２は金属シース４
を有しており、当該金属シース４と前記芯線３と
の間には誘電率の大きい誘電体（図示せず）が充
填されている。さらに、CVケーブル２の先端部
付近において、芯線３と金属シース４には放電ギ
ヤツプ１０が接続されている。CVケーブル２の
芯線３の他方の端部は、大地１１中に埋設された
メツシユ状接地電極５に接続されている。また、
CVケーブル２の金属シース４の一方の端部は、
絶縁線７を介して大地１１中に埋設された針付接
地電極６に接続されている。メツシユ状接地電極
５と針付接地電極６とは、互いに離れて埋設され
ており、10ｍ程度以上離す方が好ましい。メツシ
ユ状接地電極５は、たとえば銅からなる接地線を
網目状に組合せたものである。針付接地電極６
は、たとえばステンレススチールからなるパイプ
の表面にステンレススチールからなる円錐状の針
を多数設けたものである。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. A steel tower 9 is built on the ground 11, and a lightning rod 1 is attached to the tip of the steel tower 9 via an insulating spacer 8. Lightning rod 1 is equipped with a cross-linked polyethylene insulated vinyl sheathed cable (hereinafter referred to as
It's called a CV cable. ) 2, one end of the core wire 3 is connected. CV cable 2 has metal sheath 4
A dielectric material (not shown) having a high dielectric constant is filled between the metal sheath 4 and the core wire 3. Further, near the tip of the CV cable 2, a discharge gap 10 is connected to the core wire 3 and the metal sheath 4. The other end of the core wire 3 of the CV cable 2 is connected to a mesh-shaped ground electrode 5 buried in the ground 11. Also,
One end of the metal sheath 4 of the CV cable 2 is
It is connected via an insulated wire 7 to a ground electrode 6 with a needle buried in the ground 11. The mesh-shaped ground electrode 5 and the ground electrode 6 with needles are buried apart from each other, preferably about 10 m or more apart. The mesh-shaped ground electrode 5 is a mesh-like combination of ground wires made of, for example, copper. Ground electrode with needle 6
For example, a pipe made of stainless steel is provided with a large number of conical needles made of stainless steel on the surface of the pipe.
一般に、接地線のサージインピーダンスＺは、
接地線の自己インダクタンスをＬ、接地線と大地
間の静電容量をＣとすれば、次式で表わすことが
できる。 Generally, the surge impedance Z of the grounding wire is
If the self-inductance of the grounding wire is L and the capacitance between the grounding wire and the earth is C, it can be expressed by the following equation.
Ｚ＝√ ……(1)
この式において、従来の雷導接地装置における
接地線の静電容量Ｃは小さいので、サージインピ
ーダンスＺは大きな値のものとなる。一方、この
発明にかかる雷導接地装置におけるCVケーブル
２の芯線３の静電容量Ｃは、芯線３が金属シース
４に囲まれていること、さらには芯線３と金属シ
ース４の間には誘電率の大きい誘電体が充填され
ていることにより、大きな値であり、したがつ
て、サージインピーダンスＺは小さな値となる。
したがつて、避雷針１に落雷した場合、雷サージ
は低サージインピーダンスの芯線３を介して接地
されるため、避雷針１や芯線３の電位上昇は小さ
い。それゆえ、避雷針１や芯線３から鉄塔９へ逆
フラツシオーバすることが防止される等により、
雷被害が防止される。 Z=√...(1) In this equation, since the capacitance C of the grounding wire in the conventional lightning conduction grounding device is small, the surge impedance Z has a large value. On the other hand, the capacitance C of the core wire 3 of the CV cable 2 in the lightning conduction grounding device according to the present invention is determined by the fact that the core wire 3 is surrounded by a metal sheath 4 and that there is a dielectric between the core wire 3 and the metal sheath 4. The surge impedance Z has a large value because it is filled with a dielectric material having a high coefficient, and therefore the surge impedance Z has a small value.
Therefore, when the lightning rod 1 is struck by lightning, the lightning surge is grounded via the core wire 3 with low surge impedance, so the potential increase in the lightning rod 1 and the core wire 3 is small. Therefore, reverse flashover from the lightning rod 1 and core wire 3 to the steel tower 9 is prevented, etc.
Lightning damage is prevented.
また、CVケーブル２の芯線３と金属シース４
とは、それぞれメツシユ状接地電極５および針付
接地電極６により異地点に接地されているため、
避雷針１に雷雲が近付いたとき、CVケーブル２
内の誘電体の分極が容易になり、これにより芯線
３と金属シース４の間の静電容量が有効に作用
し、サージインピーダンスを低減させるのにさら
に効果がある。 In addition, the core wire 3 of the CV cable 2 and the metal sheath 4
are grounded at different points by the mesh-shaped ground electrode 5 and the needle ground electrode 6, respectively.
When a thundercloud approaches lightning rod 1, CV cable 2
The polarization of the dielectric material inside becomes easier, and thereby the capacitance between the core wire 3 and the metal sheath 4 acts effectively, which is further effective in reducing surge impedance.
さらに、避雷針１への落雷時、この発明にかか
る雷導接地装置においては、負反射波により、
CVケーブル２の塔頂におけるケーブル芯線塔の
電圧も低減される。これを図面に基づき説明す
る。第２図は、この発明にかかる雷導接地装置の
等価回路を示す。避雷針１は、芯線３およびメツ
シユ状接地電極５を介して接地されている。鉄塔
９はメツシユ状接地電極５を介して接地されてい
る。金属シース４は、絶縁線７および針付接地電
極６を介して接地されている。避雷針１と金属シ
ース４との間には放電ギヤツプ１０が接続されて
いる。図において、Ｚはサージインピーダンス
を、ｖはサージの伝播速度を、ＬはCVケーブル
２の長さまたは鉄塔９の高さを示す。一例とし
て、Z3＝35（Ω）、V3＝150（ｍ／μs）、Z4＝250
（Ω）、V4＝300（ｍ／μs）、Z5＝20（Ω）、V5＝120
（ｍ／μs）、Z6＝15（Ω）、V6＝120（ｍ／μs）、Z7
＝
30（Ω）、V7＝200（ｍ／μs）、Z9＝80（Ω）、V9＝
210（ｍ／μs）、Ｌ＝40（ｍ）である。 Furthermore, when lightning strikes the lightning rod 1, in the lightning conduction grounding device according to the present invention, due to the negative reflected wave,
The voltage of the cable core tower at the top of the CV cable 2 is also reduced. This will be explained based on the drawings. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the lightning conduction grounding device according to the present invention. The lightning rod 1 is grounded via a core wire 3 and a mesh-shaped ground electrode 5. The steel tower 9 is grounded via a mesh-shaped ground electrode 5. The metal sheath 4 is grounded via an insulated wire 7 and a ground electrode 6 with a needle. A discharge gap 10 is connected between the lightning rod 1 and the metal sheath 4. In the figure, Z indicates surge impedance, v indicates surge propagation velocity, and L indicates the length of the CV cable 2 or the height of the steel tower 9. As an example, Z 3 = 35 (Ω), V 3 = 150 (m/μs), Z 4 = 250
(Ω), V 4 = 300 (m/μs), Z 5 = 20 (Ω), V 5 = 120
(m/μs), Z 6 = 15 (Ω), V 6 = 120 (m/μs), Z 7
=
30 (Ω), V 7 = 200 (m/μs), Z 9 = 80 (Ω), V 9 =
210 (m/μs), L=40 (m).
まず、雷電流が小さくて（たとえば10KA）、
放電ギヤツプ１０が放電せず、しかも、避雷針１
から鉄塔９へも放電しない場合を第３Ａ図を参照
しながら説明する。第３Ａ図は、CVケーブル２
の塔頂における芯線３の電圧を示す。避雷針１に
落雷した場合、芯線３の最大電圧Vmは、次式で
表わすことができる。 First, the lightning current is small (for example 10KA),
The discharge gap 10 does not discharge, and the lightning rod 1
A case in which no discharge is made from to the steel tower 9 will be explained with reference to FIG. 3A. Figure 3A shows CV cable 2
shows the voltage of the core wire 3 at the top of the tower. When the lightning rod 1 is struck by lightning, the maximum voltage Vm of the core wire 3 can be expressed by the following equation.
Vm＝Z3×（雷電流） ……(2)
(2)式にZ3＝35（Ω）、雷電流＝10（KA）を代入
すると、Vm＝350（KV）となる。そして、雷サ
ージは、芯線３中を150ｍ／μsの速さで進み、サ
ージインピーダンスの異なるメツシユ状接地電極
５に達したとき反射される。この場合の反射率Ｒ
は、次式で表わすことができる。 Vm = Z 3 × (lightning current) ... (2) Substituting Z 3 = 35 (Ω) and lightning current = 10 (KA) into equation (2), Vm = 350 (KV). The lightning surge travels through the core wire 3 at a speed of 150 m/μs, and is reflected when it reaches the mesh-shaped ground electrode 5 having a different surge impedance. Reflectance R in this case
can be expressed by the following equation.
Ｒ＝（Z5−Z3）／（Z3＋Z5） ……(3)
(3)式に上記Z3、Z5の値を代入すると、Ｒ＝−3/
１１となり、負反射となり、負反射サージの大きさ
は、Vmの3/11である。負反射サージが避雷針１
へ帰つてくるまでの時間Ｔは、次式で表わること
ができる。 R = (Z 5 - Z 3 ) / (Z 3 + Z 5 ) ... (3) When the above values of Z 3 and Z 5 are substituted into equation (3), R = -3/
11, resulting in negative reflection, and the magnitude of the negative reflection surge is 3/11 of Vm. Negative reflection surge is lightning rod 1
The time T required to return to can be expressed by the following equation.
Ｔ＝2L／V3 ……(4)
(4)式に、上記V3、Ｌの値を代入すると、Ｔ＝
0.53（μs）となる。図において、ａ点は１回目の、
ｂ点は２回目の負反射サージが避雷針１に帰つて
きた場合を示す。 T=2L/V 3 ...(4) Substituting the above values of V 3 and L into equation (4), T=
It becomes 0.53 (μs). In the figure, point a is the first
Point b shows the case where the second negative reflection surge returns to lightning rod 1.
次に、雷電圧が高く、放電ギヤツプ１０が放電
した場合を第３Ｂ図および第３Ｃ図を参照しなが
ら説明する。第３Ｂ図は、CVケーブル２の塔頂
における芯線３の電圧を示す。第３Ｃ図は、CV
ケーブル２の塔頂における金属シース４の電圧を
示す。まず第３Ｃ図を参照して、放電ギヤツプ１
０の放電電圧を40KVとした場合、放電ギヤツプ
１０の放電時金属シース４には40KVの雷サージ
が印加される。この雷サージは、金属シース４中
を300ｍ／ｓの速さで進み、サージインピーダン
スの異なる絶縁線７に達したとき反射される。こ
の場合の反射率Ｒ、反射に要する時間Ｔは、前記
(3)、(4)式と同様に表わされる。そして、第３Ｂ図
を参照して、この場合の芯線３の電圧は、ｃ点で
示したように低下する。 Next, a case where the lightning voltage is high and the discharge gap 10 is discharged will be described with reference to FIGS. 3B and 3C. FIG. 3B shows the voltage of the core wire 3 at the top of the CV cable 2. Figure 3C shows the CV
The voltage across the metal sheath 4 at the top of the cable 2 is shown. First, referring to Fig. 3C, discharge gap 1
When the zero discharge voltage is 40KV, a lightning surge of 40KV is applied to the metal sheath 4 during discharge of the discharge gap 10. This lightning surge travels through the metal sheath 4 at a speed of 300 m/s and is reflected when it reaches an insulated wire 7 having a different surge impedance. In this case, the reflectance R and the time T required for reflection are as described above.
It is expressed similarly to equations (3) and (4). Then, referring to FIG. 3B, the voltage of the core wire 3 in this case decreases as shown at point c.
さらに、雷電圧が高く、放電ギヤツプ１０のみ
ならず、避雷針１と鉄塔９との間が放電した場合
を第３Ｂ図および第３Ｄ図を参照しながら説明す
る。第３Ｄ図は、鉄塔９の塔頂における電圧を示
す。まず、第３Ｄ図を参照して、避雷針１と鉄塔
９との間の放電電圧を150KVとすると、そこで
の放電時には鉄塔９には150KVの雷サージが印
加される。この雷サージは鉄塔９中を210ｍ／μs
の速さで進み、サージインピーダンスの異なるメ
ツシユ状接地電極５に達したとき反射される。こ
の場合の反射率Ｒ、反射に要する時間Ｔは、前記
(3)、(4)式と同様に表わされる。そして、第３Ｂ図
を参照して、この場合の芯線３の電圧は、ｄ点で
示したように低下する。 Furthermore, a case where the lightning voltage is high and discharge occurs not only in the discharge gap 10 but also between the lightning rod 1 and the steel tower 9 will be described with reference to FIGS. 3B and 3D. FIG. 3D shows the voltage at the top of the steel tower 9. First, referring to FIG. 3D, assuming that the discharge voltage between the lightning rod 1 and the steel tower 9 is 150 KV, a lightning surge of 150 KV is applied to the steel tower 9 during discharge there. This lightning surge travels through tower 9 at 210m/μs.
The light travels at a speed of 1, and is reflected when it reaches the mesh-shaped ground electrode 5, which has a different surge impedance. In this case, the reflectance R and the time T required for reflection are as described above.
It is expressed similarly to equations (3) and (4). Then, referring to FIG. 3B, the voltage of the core wire 3 in this case decreases as shown at point d.
以上のように、この発明によれば、金属シース
付ケーブルによるキヤパシタンス効果を用いるこ
とにより、接地線のサージインピーダンスを低減
することができる。また、前記ケーブルの芯線と
金属シースを異地点で接地することにより、前記
誘電体の分極を容易にし、サージインピーダンス
を低減させるのにさらに効果がある。さらに、雷
サージの負反射を利用することにより、サージ電
圧を低下させることができる。加えて、接地点を
異地点としているので、接地点の電位上昇の集中
をも避けることができる。以上の効果が総合され
ることにより、この発明によれば、周辺機器への
雷被害を防止することができる。 As described above, according to the present invention, the surge impedance of the grounding wire can be reduced by using the capacitance effect of the metal sheathed cable. Further, by grounding the core wire and the metal sheath of the cable at different points, polarization of the dielectric material is facilitated, which is further effective in reducing surge impedance. Furthermore, by utilizing the negative reflection of lightning surges, the surge voltage can be reduced. In addition, since the ground point is a different point, it is possible to avoid concentration of potential increases at the ground point. By combining the above effects, according to the present invention, lightning damage to peripheral equipment can be prevented.
第１図は、この発明の一実施例を示す概略図で
ある。第２図は、この発明にかかる雷導接地装置
の等価回路を示す。第３Ａ図、第３Ｂ図は、CV
ケーブルの塔頂における芯線の電圧を示す。第３
Ｃ図は、CVケーブルの塔頂における金属シース
の電圧を示す。第３Ｄ図は、鉄塔の塔頂における
電圧を示す。
図において、１は避雷針、２はCVケーブル、
３は芯線、４は金属シース、５はメツシユ状接地
電極、６は針付接地電極、７は絶縁線である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the lightning conduction grounding device according to the present invention. Figures 3A and 3B are CV
It shows the voltage of the core wire at the top of the cable. Third
Diagram C shows the voltage across the metal sheath at the top of the CV cable. Figure 3D shows the voltage at the top of the tower. In the figure, 1 is a lightning rod, 2 is a CV cable,
3 is a core wire, 4 is a metal sheath, 5 is a mesh-shaped ground electrode, 6 is a ground electrode with needles, and 7 is an insulated wire.
Claims (1)
けられた誘電率の大きい誘電体を備えるケーブル
と、 所定の電圧が印加されたときに放電を起こす１
対の電極からなる放電ギヤツプと、 接地された第１の接地電極と、 前記第１の接地電極から所定間隔以上離れた地
点で接地された第２の接地電極とを備えていて、 前記芯線の一方の端部が前記避雷針に接続され
かつ前記芯線の前記一方の端部またはその近傍が
前記放電ギヤツプの一方の電極に接続されてお
り、前記芯線の他方の端部が前記第１の接地電極
に接続されており、前記金属シースの一方の端部
が前記放電ギヤツプの他方の電極に接続されてお
り、前記金属シースの他方の端部が前記第２の接
地電極に接続されている、雷導接地装置。 ２ 前記ケーブルが架橋ポリエチレン絶縁ビニル
シースケーブルである、特許請求の範囲第１項記
載の雷導接地装置。 ３ 前記第２の接地電極が針付接地電極からな
る、特許請求の範囲第１項または第２項記載の雷
導接地装置。 ４ 前記避雷針が絶縁スペーサを介して構造物に
支持されている、特許請求の範囲第１項〜第３項
のいずれかに記載の雷導接地装置。[Scope of Claims] 1. A cable comprising a lightning rod, a core wire, a metal sheath, and a dielectric material with a high permittivity provided between the core wire and the metal sheath, and a cable that generates a discharge when a predetermined voltage is applied.
A discharge gap consisting of a pair of electrodes, a first grounding electrode that is grounded, and a second grounding electrode that is grounded at a point separated by a predetermined distance or more from the first grounding electrode, and One end of the core wire is connected to the lightning rod, the one end of the core wire or its vicinity is connected to one electrode of the discharge gap, and the other end of the core wire is connected to the first ground electrode. , one end of the metal sheath is connected to the other electrode of the discharge gap, and the other end of the metal sheath is connected to the second ground electrode. Conductive grounding device. 2. The lightning conduction grounding device according to claim 1, wherein the cable is a crosslinked polyethylene insulated vinyl sheathed cable. 3. The lightning conduction grounding device according to claim 1 or 2, wherein the second ground electrode is a ground electrode with a needle. 4. The lightning conduction grounding device according to any one of claims 1 to 3, wherein the lightning rod is supported by a structure via an insulating spacer.
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- 1982-06-10 JP JP57100991A patent/JPS58216396A/en active Granted
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