JPH10189284A - 傾斜型避雷針 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 避雷針の保護範囲を増大するには、避雷針の
高さを高くするか本数を増加する必要がある。従って設
置費用が増大している。本発明の課題は前記従来の問題
点を解消し、電子機器の雷被害を容易に防止できる傾斜
型絶縁式避雷針を得ることにある。 【解決手段】 避雷針の根元から先端までの任意な箇所
で、それから上を避雷針の中心鉛直線に対して、上向き
鋭角とみなせる任意な角度で傾斜させたこと及び避雷針
の支持管に、中心鉛直線に対して、上向き鋭角とみなせ
る任意な角度で湾曲させたエポキシ樹脂などからなるＦ
ＲＰパイプ、またはビニールパイプに、ＦＲＰ製のテー
プを巻き付けて補強したパイプを用い、その上側に突針
棒を固定し、それらの絶縁引下線を管内に収容できる構
造にしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建築構造物一般、と
くに高層ビルディング、気象レーダ、ガスタンク、クレ
ーンなどの構造物を落雷から保護する傾斜型避雷針に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から落雷による被害を予防するため
建造物などに設置される避雷針は、垂直避雷針支持管の
上端の突針状金属棒が引き下げ導線を介して接地電極に
接続された構成である。また、その保護範囲については
多数の研究調査がおこなわれてきたが、現在の我が国の
基準では、高さ２０ｍ以上の建造物には避雷針の設置が
義務づけられており、そして避雷針の保護角度について
は一般建造物は６０°以内、引火物質並びに爆薬等の危
険物収納を目的とする特殊建物では４５°以内に規制さ
れている。また、現在の我が国の基準においても、鉄骨
造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造の被
保護物で、建物の基礎面積が大きく、かつ深く埋設され
ていれば、その接地抵抗値は非常に低く、普通１オーム
以下になることが多いので、建物の基礎を接地極に利用
し、引き下げ線の代わりに鉄骨または鉄筋を利用するこ
とも許されており、一般的のビルディングの避雷設備
は、始ど上記の方法により施工されている。保護範囲に
ついては、実際に避雷針の保護範囲内に直接落雷して被
害を与えていることが往々にしてあり、今日では、上記
保護角度の考え方に強い疑問が持たれている。最新の理
論で考えた場合、この保護角度を適用できると見なされ
る建物の高さは２０ｍ〜３０ｍ以下であり、超高層ビル
では建物の側面に雷撃を受ける可能性が十分ある。また
日本海沿岸の山頂付近にある気象レーダのドームでは避
雷針に落雷せず、レドームに落雷することもしばしば見
受ける。これは、日本海沿岸の冬季雷は、特に保護角の
中にも落雷しやすいと言われる正極性の雲から落雷する
場合が多いこと、保護対象物が大きい球体であるため、
側方からの雷撃に対して死角が生じるなどの２つが主な
原因である。更に、近年は目覚ましい電子機器の発達に
より、建物内部ではＯＡ、ＦＡ化が著しく普及したの
で、ＪＩＳの規定で施工したのにかかわらず電子機器が
雷で故障するという事故が増加している。従来、鉄筋コ
ンクリートまたは鉄骨造りの建物は、建物全体が鉄筋や
鉄骨で覆われており、建物全体が金属の籠になっている
ので、「ファラデーケージ」と同じと考えられるため、
建物に落雷しても建物内部では電位差を生じないと思わ
れてきたが、ファラデーの見いだした「ファラデーケー
ジ」の原理は静電気学的な見地に立っている。つまり、
空中に吊したケージ導体に高電圧を印加して電流が流れ
ない状態で、全ての導体が互いに同電位である場合、そ
のケージが大地に対して高電圧になっても内部は電界を
生じないことである。しかし、これを避雷に応用する場
合、ケージを構成する導体に雷電流が流れるので、過大
な雷電流が流れれば、インピーダンスドロップによって
導体間に電位差を生じ、ケージ内に電界が発生する。も
しも、導体の抵抗が高い場合（導体が細いとか互いに接
続が不完全な場合）には一層電界値は高くなる。もし、
ケージ内の二点間を被保護物が電気的に橋絡している場
合（コンピュータに接続したケーブル線などを指す）、
被保護物体は電位差を受けて故障する。また、建物内部
にはケーブルラックに収めた多数のケーブルが壁に沿っ
て立ち上がっている場合があり、その付近の鉄筋または
鉄骨の柱に雷電流が流れると、電磁誘導で上記のケーブ
ルにサージ電圧を生じる場合がある。以上の理由から、
避雷針に落雷しても、雷電流が避雷針により保護される
建物、即ち構造体に流れないことが肝要である。従って
屋上に建てられる避雷針は、強い風力に耐えるため、構
造体と避雷針は機械的に堅固に連結していることが必要
であるが、雷電流を絶縁できる引き下げ導線により、直
接大地に雷電流を導くための電気的な機能を兼ね備えた
避雷針が要望される。従来は、どちらかと言えば機械的
な面が重視されるあまり、電気的な機能が軽視されてい
たかの感があった。一方では、巨大な建造物の建設も目
立って多くなっているが、前記したようなＪＩＳの基準
に適合させるために、避雷針の高さを極めて高くした
り、設置本数を増加するために、避雷針設置の費用が増
大している。これを改善するためにも避雷針の保護範囲
を増大することが望まれ、従って、避雷針の先端部の形
状を含み種々な試みがなされてきたが、実情では未だに
明確な成果を上げるに至っていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
従来の問題点を解消し、電子機器の雷被害を容易に防止
できる傾斜型絶縁式避雷針を得ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は次のとお
りである。 （１）避雷針の根元から先端までの任意な箇所で、それ
から上を避雷針の中心鉛直線に対して、上向き鋭角とみ
なせる任意な角度で傾斜させたことを特徴とする傾斜型
避雷針。 （２）避雷針の根元から先端までの任意の箇所で、それ
から上を複数本に分岐させ、各々の分岐が避雷針の中心
鉛直線に対して、上向き鋭角とみなせる任意の角度で傾
斜し、かつ各々の先端部が等間隔で放射状になるように
配置したことを特徴とする傾斜型集合避雷針。 （３）避雷針の根元から先端までの任意の箇所で、避雷
針の中心鉛直線に対して、上向き鋭角と見なせる任意の
角度で傾斜させた単独の傾斜型、または各々の先端部が
等間隔で放射状になるように分岐させた複数の傾斜型の
何れかの避雷針で、取付台から上の部分もしくは分岐箇
所から上の部分を電気的に全く分離独立させられるよう
に、上記取付台もしくは避雷針の分岐箇所に絶縁体を取
付けたことを特徴とする傾斜型絶縁式避雷針もしくは傾
斜型絶縁式集合避雷針。 （４）避雷針の支持部分に、黄銅管などの非磁性体の金
属管を用い、更に上部に絶縁性の支持管を継ぎ足して、
その上側に傾斜した単独または複数の突針棒を固定し、
それらの絶縁引下線を管内に収容できる構造にした前記
（１）または（２）若しくは（３）に記載の傾斜型絶縁
式避雷針または傾斜型絶縁式集合避雷針。 （５）避雷針の支持管に、中心鉛直線に対して、上向き
鋭角とみなせる任意な角度で湾曲させたエポキシ樹脂な
どからなるＦＲＰパイプ、またはビニールパイプに、Ｆ
ＲＰ製のテープを巻き付けて補強したパイプを用い、そ
の上側に突針棒を固定し、それらの絶縁引下線を管内に
収容できる構造にした前記（１）若しくは（２）に記載
の傾斜型絶縁避雷針または傾斜型絶縁式集合避雷針。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の建築構造物を落雷から保
護する傾斜型避雷針に関する最も好ましい実施例を、以
下の図に基づいて段階的に説明する。図１は観測対象の
気象レーダで、建物１上の鉄塔２に設置されたレドーム
３を有し、このレドーム３は直径７ｍで、頂上に長さ８
３ｃｍの避雷針４を取り付けてある。また、レドーム３
の周囲には銅帯５を十字状に取り付けてある。しかし、
日本海沿岸の山頂付近にある気象レーダの場合、前記し
たように、避雷針に落雷せずレドームに直接落雷するこ
ともしばしば見受ける。避雷針の規格制定時には明らか
でなかった日本海沿岸に発生する冬季雷の実態が、近年
にいたり解明されつつあるが、正極性の雲から落雷する
場合が多く、正極性の場合は保護角度の中へも落雷する
性質があり、しかも、その対策が遅れている。このた
め、レドームへ直接落雷することを防止するために有効
な避雷針の開発が求められている。図１に示される気象
レーダにおいて、レドーム３に取り付けた銅帯５は、レ
ドーム３に落雷した後に追加して取り付けたものだが、
その後も被害を受けている。従って同様な被害を防止す
るため、実験装置を用いて行った有効な防護手段の追跡
試験を行った。実験装置のサイズは、図２のように実規
模の約１／１２モデルである。レドームのモデルは、直
径６０ｃｍの球型発泡スチロールを用いた。現状の避雷
針４（図２）は、長さ７ｃｍの銅線を垂直に取り付け
た。また新型避雷針４ａ（図３）は、取付本数を３本に
増し、長さ２０ｃｍとした。避雷針の取付角度は、水
平、及び上向き３０°、４５°、６０°とし、サージ印
加用試験棒電極と、被試験避雷針間の放電ギャップ長は
５ｍとした。なお、モデル避雷針は直径２ｍｍの銅線を
用い、前記レドームに取付けた銅帯を模擬するため、直
径２ｍｍの銅線を二重にし、モデルレドームに十字型に
巻き付けた。棒電極と避雷針およびレドームの距離を５
ｍとし、棒電極にサージ電圧を加え避雷針とレドームの
放電確率を求めた。試験回数は各ケース５０回とした。
放電実験の概要を図４に示す。実験により新しい事実が
判明した。それは、避雷針への放電率が雷の極性に左右
されることである。実験結果を表１に示す。

【０００６】

【表１】

【０００７】表１から、避雷針の長さ２０ｃｍ（実規模
２．４ｍ相当）、取付角度４５°が最適といえる。本発
明の新型避雷針を採用すれば、レドーム雷撃が大幅に減
少し、その被害軽減が予測される。また、本発明の新型
避雷針はレドームの雷防護のみに限らず、ガスタンク、
高層ビル、その他大型ビル及びクレーンなどの雷保護に
適用できる。図５は、１５〜２０ｍの長尺な垂直避雷針
を建物の屋上にたてた従来方式の避雷針で、θは保護角
（４５°程度）である。また図６は本発明を採用した新
しい方式の傾斜型絶縁式避雷針の一実施例で、３〜４ｍ
の短い避雷針を建物（１ａ）の両端に設置しただけであ
る。引下線は避雷針の突針部（４ａ）と支持部（５ａ）
との間を絶縁して、突針部（４ａ）に直接接続された絶
縁線は、建物から安全な距離だけ離した箇所に埋設した
接地電極６に接続する。

【０００８】図７は本発明の傾斜型絶縁式集合避雷針の
第一実施例で以下詳細に説明する。１１は基準となる屋
上面で、この屋上面１１には基礎１２が設けてあり、更
に基礎１２上には、支持管（黄銅管）１３の取付台座１
４を植込ボルト等で取付け固定する。またこの取付台座
１４には切削孔１４ａが設けてある。また支持管１３に
は上部に絶縁パイプ１５を設け、しかも絶縁パイプ１５
の上部には、突針棒１６及び引下線取付用の帽頭金具１
７を取付けてある。突針棒１６は上記帽頭金具１７に上
向きに傾斜させて、３本を等間隔の放射状に配して突出
させると共に、この突針棒１６の夫々の先端側は金メッ
キ等を施した尖端部１８を設けてある。更に先端で僅か
に露出する芯線部分１９を有する引下絶縁ケーブル線２
０は、前記帽頭金具１７、絶縁パイプ１５、支持管１３
の夫々を通して引下げられ、この絶縁ケーブル線２０の
上部側の芯線１９は、帽頭金具１７の最上部の接続個所
２１に取付けられて接続され、引下絶縁ケーブルの下端
は、コンクリートブロック付き保護管支持金具２２、２
２ａにより横設され屋上面１１に取付けられている保護
管２３に導かれるようにしてある。

【０００９】図８は、第二の実施例で、１１は基準とな
る屋上面で、この屋上面１１には基礎１２が設けてあ
り、更に、基礎１２上には、複数のラインスポット碍子
２４を取付けた鋼板１２ａを植込ボルト等で取付け固定
して設けてある。また、ラインスポット碍子２４の上に
は支持管（ＳＧＰ）１３の取付台座１４をボルト等で取
付け固定する。支持管１３の上部には突針棒１６取付用
の冒頭金具１７が三方向からの圧止め螺子で固定されて
いる。突針棒１６は、上記冒頭金具１７に上向きに傾斜
させて、３本を等間隔の放射状に配して突出させると共
に、この突針棒１６の夫々の先端側は金メッキ等を施し
た先端部１８を設けてある。更に先端で僅かに露出する
芯線部分１９を有する引下絶縁ケーブル線２０は、前記
の支持管１３の取付台座１４へ接続端子２１ａにより接
続され、引下絶縁ケーブル線の下端は、コンクリートブ
ロック付き保護管支持金具２２、２２ａにより横設され
屋上面１１に取付けられている保護管２３に導かれるよ
うにしてある。

【００１０】図９は、第３の実施例で、１１は基準とな
る屋上面で、この屋上面１１に基礎１２が設けてあり、
更に基礎１２上には絶縁性支持管１５ａの取付台座１４
を植込ボルト等で取付け固定する。またこの取付台座１
４に切削孔１４ａが設けてある。上記絶縁性支持管１５
ａは、その中心鉛直線に対して、上向き鋭角とみなせる
任意な角度で湾曲させたエポキシ樹脂などからなるＦＲ
Ｐパイプ、またはビニールパイプにＦＲＰ製のテープを
巻き付けて補強したパイプを用い、しかも絶縁パイプの
上端に、突針棒１６と突針と引下線取付兼用の金具１７
ａが嵌めこまれ、パイプの外側三方向からねじで取付け
てある。突針棒１６の先端側は金めっき等を施した先端
部１８を設けてある。更に先端で僅かに露出する芯線部
分１９を有する引下絶縁ケーブル線２０は、前記突針と
引下線取付兼用の金具１７ａから絶縁パイプ１５ａ、取
付台座１４の夫々を通して引下げられ、更に先端で僅か
に露出する芯線部分１９は、突針と引下線取付兼用の金
具１７ａに、接続端子２１ａにより接続され、引下絶縁
ケーブル線の下端は、コンクリートブロック付き保護管
支持金具２２、２２ａにより横設され屋上面１１に取付
けられている保護管２３に導かれるようにしてある。

【００１１】図１０に上記の突針と引下線取付兼用の金
具１７ａを絶縁性支持管１５ａに固定して、更に突針部
１６および引下絶縁ケーブル２０を接続する部分の拡大
斜視図を示す。図において１７ｂは突針１６の取付用ね
じ穴である。

【００１２】

【発明の効果】最近は、避雷針の規格制定時（１９５２
年）には、明らかでなかったエネルギーの大きな冬季雷
の実態が解明されつつあり、また、耐雷性の低い電子機
器が急速に普及したことから、避雷針設置方式の見直し
を要望されているが、本発明においては避雷針を傾斜さ
せ、短い避雷針でも冬季雷の保護効果を高くしたもので
ある。かくのごとく避雷針を傾斜させる技術は簡単であ
り、避雷針を短くすれば、その工事費を低減でき、高所
の作業安全を確保できる。また、避雷針の根元を絶縁
し、避雷針への雷撃電流を絶縁導線を用い、建物から離
れた位置に放流することにより、大地電位上昇による建
物内部にある電子機器の雷被害を容易に防止できる優秀
な避雷針を経済的に設置でき、設置後の保守管理も容易
になるなど誠に有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】観測対象の気象レーダ斜視図。

【図２】従来の避雷針を設置した気象レーダの実規模の
約１／１２モデル実験サイズの斜視図。

【図３】新型避雷針３本を有する気象レーダのモデル
図。

【図４】放電実験の気象レーダモデル図。

【図５】従来の避雷針を建物の屋上にたてた正面図。

【図６】本発明に係る傾斜型絶縁式避雷針を建物上にた
てた正面図。

【図７】本発明に係る傾斜型絶縁式集合避雷針の第一の
実施例を示す正面図。

【図８】傾斜型絶縁式集合避雷針の別の実施例を示す正
面図。

【図９】ＦＲＰ支持管を用いた本発明に係る傾斜型絶縁
避雷針の正面図。

【図１０】避雷針と引下線取付兼用金具一部断面斜視
図。

【符号の説明】

１、１ａ 建物 ２、２ａ 鉄塔 ３ レドーム ４、４ａ、 避雷針 ５ 銅帯 ６ 接地電極 １１ 屋上面 １２ 基礎 １２ａ 取付け鋼板 １３ 支持管 １４ 取付台座 １４ａ 切削孔 １５ 絶縁パイプ １５ａ 絶縁性支持管 １６ 突針棒 １７ 帽頭金具 １７ａ 突針と引下線取付兼用の金具 １７ｂ 突針取付ねじ穴 １８ 尖端部 １９ 芯線部分 ２０ 引下絶縁ケーブル線 ２１ 接続箇所 ２１ａ 接続端子 ２２、２２ａ 保護管支持金具 ２３ 保護管 ２４ ラインスポット碍子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 避雷針の根元から先端までの任意な箇所
   で、それから上を避雷針の中心鉛直線に対して、上向き
   鋭角とみなせる任意な角度で傾斜させたことを特徴とす
   る傾斜型避雷針。
2. 【請求項２】 避雷針の根元から先端までの任意の箇所
   で、それから上を複数本に分岐させ、各々の分岐が避雷
   針の中心鉛直線に対して、上向き鋭角とみなせる任意の
   角度で傾斜し、かつ各々の先端部が等間隔で放射状にな
   るように配置したことを特徴とする傾斜型集合避雷針。
3. 【請求項３】 避雷針の根元から先端までの任意の箇所
   で、避雷針の中心鉛直線に対して、上向き鋭角と見なせ
   る任意の角度で傾斜させた単独の傾斜型、または各々の
   先端部が等間隔で放射状になるように分岐させた複数の
   傾斜型の何れかの避雷針で、取付台から上の部分もしく
   は分岐箇所から上の部分を電気的に全く分離独立させら
   れるように、上記取付台もしくは避雷針の分岐箇所に絶
   縁体を取付けたことを特徴とする傾斜型絶縁式避雷針も
   しくは傾斜型絶縁式集合避雷針。
4. 【請求項４】 避雷針の支持部分に、黄銅管などの非磁
   性体の金属管を用い、更に上部に絶縁性の支持管を継ぎ
   足して、その上側に傾斜した単独または複数の突針棒を
   固定し、それらの絶縁引下線を管内に収容できる構造と
   したことを特徴とする請求項１または請求項２若しくは
   請求項３に記載の傾斜型絶縁式避雷針または傾斜型絶縁
   式集合避雷針。
5. 【請求項５】 避雷針の支持管に、中心鉛直線に対し
   て、上向き鋭角とみなせる任意な角度で湾曲させたエポ
   キシ樹脂などからなるＦＲＰパイプ、またはビニールパ
   イプに、ＦＲＰ製のテープを巻き付けて補強したパイプ
   を用い、その上側に突針棒を固定し、それらの絶縁引下
   線を管内に収容できる構造にしたことを特徴とする請求
   項１若しくは請求項２に記載の傾斜型絶縁避雷針または
   傾斜型絶縁式集合避雷針。