JPH11176591A - 電気施設の防雷方法 - Google Patents
電気施設の防雷方法Info
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- JPH11176591A JPH11176591A JP9341585A JP34158597A JPH11176591A JP H11176591 A JPH11176591 A JP H11176591A JP 9341585 A JP9341585 A JP 9341585A JP 34158597 A JP34158597 A JP 34158597A JP H11176591 A JPH11176591 A JP H11176591A
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Abstract
電気設備を雷サージから確実に保護することにある。 【解決手段】 電気設備を収容した工場2の周囲を囲撓
するように電線を地中に埋設した環状接地線5を設ける
と共に、環状接地線5と接続されて工場2の頂部の避雷
針3近くまで延びるように工場2の外壁又は近傍に沿っ
て絶縁電線7を配設し、雷雲が持つ電荷と反対極性で広
範囲の地中に存在する電荷を、工場2に到達する以前に
環状接地線5に吸い込んでその環状接地線5から避雷針
3に向けて絶縁電線7に流通させ、避雷針3から雷の放
電路を介して雷雲の電荷と中和消滅させる。
Description
に関し、詳しくは、高度情報化ビル、ハイテク工場、無
線中継所などの他、発変電所、送配電線や情報通信系に
至る全ての電気施設において、半導体システム等の電気
設備を雷サージから保護する防雷方法に関する。
や無線中継所などの他、発変電所、送配電線や情報通信
系に至る全ての電気施設において、半導体システム等の
電気設備を雷サージから確実に保護する防雷対策が必要
である。ここでいう防雷対策とは、雷サージに弱い半導
体システム等の電気設備に対して雷撃による影響をでき
る限り与えないようにするエネルギー処理対策のことで
ある。
テム等の電気設備を収容したハイテク工場などの各種電
気施設には、複数個に独立した棟を持つものもあり、ハ
イテク工場が集合した団地などでは、どの工場に被害が
出ても波及事故となる虞もある。例えば、屋外に設置さ
れた照明柱などに雷撃があってその損失が軽微であって
も、そこから雷電流の分流成分が工場内に侵入していっ
て重要なシステムを破壊する原因となる。
しては、雷サージによる過電圧を電気設備の絶縁強度よ
りも余裕を持たせた値にまで低減させて絶縁強調を図る
ものがある。最も重要な具体的対策としては、主接地極
の接地サージインピーダンスの低減と一点接地方式があ
る。
ム等の電気設備に接続する入力電源線とその電気設備の
間に、入力巻線と出力巻線の間に1枚の中間静電遮蔽板
のみを有する耐雷変圧器を設け、この耐雷変圧器のハウ
ジング及び中間静電遮蔽板の接地と入力電源線に接続さ
れた避雷器の接地を接続し、更に電気設備の主接地に連
接した構成としたものである。
よる過電圧を電気設備の絶縁強度よりも余裕を持たせた
値にまで低減させて絶縁強調を図る手段は、技術的、経
済的又は構築物の美観その他の諸事情による制約があ
り、100%の防雷効果を得ることが困難であった。
ら低減しようとしても限界があり、雷サージに極めて弱
い半導体システム等の電気設備に対して障害を与えない
レベルまで抑制することは非常に困難であった。また、
一点接地方式では、電気設備側のアンテナ鉄塔に直撃雷
があったとき電気設備の主接地の電位が上昇して避雷器
を逆放電してこれを破壊するばかりでなく、雷電流の大
きな分流成分を入力電源側の配電線に送り込み大きな配
電線事故を起こしていた。
ファラデー・ケージ化を図る手段もある。この場合、避
雷針からの雷電流の流入による接地電位上昇によって構
築物が高電位となるが、構築物の内部は同電位のために
内部空間の電界強度を0として電気設備を保護すること
ができる。
ッシュ状の主接地から1〜数m離隔して深く打ち込み、
この極の電位上昇の影響を主接地に与えないように工夫
した手段もある。これらの防雷対策は、構築物の鉄骨、
梁、メッシュ接地極自体に大きな雷電流が流れることに
なるため、その雷電流の波頭部で構築物の各階の上下は
もちろん、同一の階でも異なった位置で電位差ができて
雷撃による被害をもたらす例が多い。
種の防雷対策は、後述の従来理論により、雷雲から雷撃
点に到来した雷電流が地中奥深くに流れ去るものとした
技術的思想に基づくものである。即ち、雷サージに対す
る従来理論は次の通りである。
らなる線路に信号を与えた時の伝達特性を求めた電信方
程式を適用して信号の替わりに雷撃点から雷電流が大地
に向かって注入されるとした電気回路論に基づくもので
ある。
発生する以前のことを全く考慮せず、図6(a)(b)
に示すように雷雲からの放電により配電線10の一点
(雷撃点)から接地線11を介して大地12に向けて所
定の波形の雷電流が注入され、そのまま地中深くに潜り
込んで拡散していき、例えば雷撃点から1m離れた地点
での電位は1/5程度となり、更に離れた地点では0電
位となる。
14を収容した工場2の鉄骨15から接地極16を打ち
込み、また工場2の外周に位置する鉄骨15に接続され
たメッシュ接地17を施した従来対策において、その工
場2の避雷針3に直撃雷が発生した時の従来理論に基づ
く雷電流の流れ方を説明すると以下の通りである。
(a)に示すように雷撃点である避雷針3からの雷電流
は、工場2の各鉄骨15に分流しながら接地極16にで
きる限り多くの成分が流れ去ろうとして地中深くまで拡
散していき、合成インピーダンスの低減により接地極1
6の電位上昇を低くしようとする。この場合、外部に接
地されている配電線、通信線の避雷器18を通じて外部
に出て行くが、線路のサージインピーダンスによりさほ
ど大きな成分とはならない。メッシュ接地17には、避
雷器18から鉄骨15までの距離の相違等により大きな
電流が流れ、その大電流がシステム14内を通過した時
にはそのシステム14が破壊されることがある。
の大地放電が発生する以前のことを全く考慮せず、いき
なり配電線10の一点(雷撃点)から大地12に向けて
所定の波形の雷電流が注入されたとき、どのような形と
なって大地12に分流していくかを取り扱った電気回路
論である。これに対して、本発明者は、大地放電が発生
する以前に遡って考察して雷サージを物理面、主として
エネルギー論を基本とし、従来理論とは雷電流の流れ方
が大きく相違する新理論を打ち立てた。この本発明理論
は次の通りである。
知である大地から雷電流が上昇していく現象(帰還雷撃
現象)として取り扱ったもので、放電開始以前に広い範
囲の地中に、雷雲から延びる先行放電路による静電誘導
でもって反対極性の電荷が分布していることに着目し
た。
に大地12の表面近傍には数km以上の広い範囲に亘っ
て雷雲13及びその先行放電路の正電荷に対して反対極
性である負電荷が誘導されて予め分布している。この先
行放電路の最終停止位置から大地12との間に主放電路
が形成された時、広範囲の地中に存在する負電荷が比較
的浅いところを通って雷撃点に集まってきて、主放電路
を上昇していって先行放電路の正電荷を中和消滅させて
いき、雷雲13まで達したところで雷撃は終了する(帰
還雷撃現象)。
布された電荷が地中を通って雷撃点に流れ出すのである
が、最寄りに配電線10の接地線11があれば地中を通
るよりも配電線10の方が通り易いので、接地線11か
ら配電線10に入り込んで雷撃点に向かっていく成分が
生じる。その際、配電線10上にはその電荷を雷撃点に
移動させるために必要とする配電線10と直列方向の電
圧が発生する。これらのことから、地中広く面状に分布
されていた電荷は各接地線11を経て配電線10に入る
ものと地中を直接通るものとがあり、配電線10上にあ
る各接地点を吸込点とし、また、雷撃点を吸出点とする
ことができる。
14を収容した工場2の鉄骨15から接地極16を打ち
込み、また工場2の外周に位置する鉄骨15に接続され
たメッシュ接地17を施した従来対策において、その工
場2の避雷針3に直撃雷が発生した時の本発明理論に基
づく雷電流の流れ方を説明すると以下の通りである。
図(b)に示すように配電線から避雷器18を通して鉄
骨15に、全電荷量の1/2程度の電荷による大きな雷
電流が流入してくる。これが避雷器18を逆放電して主
として最寄りの鉄骨15を通して避雷針3に向かって流
れ出していく。また、地中を通ってくる雷電流成分は、
地中の比較的浅いところを通ってくるので最寄りの鉄骨
15を通して避雷針3に向かって上昇していく。このよ
うに各鉄骨15には大きな雷電流が通り、しかも不均衡
な電流であるのでメッシュ接地17にも大きな電流が流
れる。そのため、離れた接地間の電位差も大きく、分電
盤19を閃絡して鉄骨15に分流したり、システム14
を破壊することが多い。
とでは雷電流の流れ方に大きな相違点がある。即ち、従
来理論は、雷電流が雷撃点から地中奥深くに流れ去る現
象として取り扱っているため、その雷撃点から少し離れ
た地点では0電位となる。これに対して、本発明理論で
は、大地から雷電流が上昇していく現象として取り扱っ
ているため、0電位となる地点は雷雲の棚引く方向によ
って異なるが数km以上離れた地点であり、大地電位
(絶対値)は遥か遠いところから徐々に上昇していく。
従来理論では、大地電位(絶対値)を対象とするが、本
発明理論では大地電位ではなく相対電位差を対象するこ
とになる。例えば図9に示すように雷撃点である工場
(図中a点)から離れた位置にある別棟の工場(図中b
点)がある時、雷撃点である工場(図中a点)と別棟の
工場(図中b点)間の相対電位差は図中鎖線a−b' と
なる。
けたときは直撃雷サージ、配電線以外の他の位置に大地
放電があったとき(他地点雷撃)は雷の放電路からの誘
導現象による誘導雷サージのみが発生するものとされて
いた。これに対して、本発明理論によれば、図10に示
すように雷の主放電が開始される以前には広い地域の地
中のみでなく配電線10上にも電荷が誘導されているこ
とになる。
く分布する電荷はすべて雷撃点に集まってくるが、その
近くに雷撃点の方向に延びた配電線10があると、地中
を通るよりも配電線10に入った方が通り易いので、各
接地線11から配電線10に入ってきた電荷は雷撃点の
最寄りの接地線11まで運ばれてきて、ここから大地に
入って雷撃点に集まる。
された具体的な技術的手段としては、電気設備を収容し
た構築物の近隣に位置する独立避雷針等の雷撃点から前
記構築物を除いて周囲に延びるように電線を地中に埋設
した埋設地線を設け、雷雲が持つ電荷と反対極性で広範
囲の地中に存在する電荷を、前記構築物に到達する以前
に前記埋設地線に吸い込んで前記雷撃点に向けて流通さ
せ、前記雷撃点から雷の放電路を介して雷雲の電荷と中
和消滅させることを特徴とする。尚、前述の埋設地線
は、風向き等の要因に基づいて雷雲が発生し易い位置の
直下に延びるように配置することが望ましい。
気設備を収容した構築物の周囲を囲撓するように電線を
地中に埋設した環状接地線を設け、雷雲が持つ電荷と反
対極性で広範囲の地中に存在する電荷を、前記構築物に
到達する以前に前記環状接地線に吸い込んでその外側に
位置する雷撃点に向けて流出させ、前記雷撃点から雷の
放電路を介して雷雲の電荷と中和消滅させることを特徴
とする。
気設備を収容した構築物の周囲を囲撓するように電線を
地中に埋設した環状接地線を設けると共に、前記環状接
地線と接続されて前記構築物頂部の雷撃点近くまで延び
るように構築物の外壁又は近傍に沿って絶縁電線を配設
し、雷雲が持つ電荷と反対極性で広範囲の地中に存在す
る電荷を、前記構築物に到達する以前に環状接地線に吸
い込んでその環状接地線から前記雷撃点に向けて絶縁電
線に流通させ、前記雷撃点から雷の放電路を介して雷雲
の電荷と中和消滅させることを特徴とする。
に接続されて地中下方に向けて延びる接地極を所望の間
隔でもって配設することが望ましい。
記外周鉄骨と離隔したメッシュ接地を設置することが望
ましい。
らなる局部同電位化構造を付設することが望ましい。雷
サージに弱い半導体システムを収容した電気施設では、
そのシステムを最小限の容積で金属体により包み込んだ
局部同電位化を図って、環状接地線及び絶縁電線、鉄
骨、局部同電位化構造による3重のファラデー・ケージ
による対策とすることが可能である。
て敷設されたガス・水道の配管及び電気配線の中継点に
絶縁部材を介在させたり、或いは、構築物の周囲に配設
された環状接地線の内周近傍に絶縁壁板を全周又は部分
的に埋設することも可能である。
の実施形態を以下に詳述する。
うに生産ライン1を構成する電気設備を収容した構築物
2(以下、例えば工場で例示する)の近隣に位置する独
立避雷針(雷撃点)3から工場2を除いて周囲(例えば
放射状)に延びるように電線(例えば裸電線)を地中に
埋設した埋設地線4を設け、雷雲13(図7(a)
(b)参照)が持つ電荷と反対極性で広範囲の地中に存
在する電荷を、工場2に到達する以前に埋設地線4に吸
い込んで避雷針3に向けて流通させ、その避雷針3から
雷の放電路を介して雷雲13の電荷と中和消滅させる。
地線4を配設すれば、前述した本発明理論に基づいて広
範囲の地中に存在していた電荷が集められ、埋設地線4
を通って雷撃点である避雷針3から流出してくれる。こ
れにより、雷電流が工場2に到達することはないので、
生産ライン1を構成する電気設備を確実に保護すること
ができる。
場合、その雷雲と対応して広範囲の地中に反対極性の電
荷が存在することから、その雷雲の存在位置と対応させ
て配設することが望ましい。従って、風向きや付近の地
形等の諸要因に基づいて雷雲が発生し易い位置の直下に
延びるように配置すればよい。
して、図2に示すように電気設備を収容した工場2の周
囲を囲撓するように電線(例えば裸電線)を地中に埋設
した環状接地線5(図示では二重の環状接地線5a,5
b)を設ける。これにより、雷雲が持つ電荷と反対極性
で広範囲の地中に存在する電荷(図7(a)(b)参
照)を、工場2に到達する以前に環状接地線5に吸い込
んで例えばその外側に位置する雷撃点(避雷針や送電鉄
塔など)に向けて流出させ、雷撃点から雷の放電路を介
して雷雲の電荷と中和消滅させることができ、前述の電
荷が工場2に到達することはない。
して、図3に示すように環状接地線5と接続されて工場
2の頂部に立設された避雷針3の近くまで延びるように
工場2の外壁又は近傍に沿って絶縁電線7を配設する。
尚、環状接地線5には、その環状接地線5と接続されて
地中下方に延びる接地極6(図では複数の棒状接地極を
示すが、板状の接地極でも可能である)を所定の間隔で
もって配設することが好ましい。この接地極6は、前述
した図1の実施形態の埋設地線4や図2の実施形態の環
状接地線5に設けることも可能である。
る雷雲と反対極性の電荷(図7(a)(b)参照)は、
工場2に到達する以前に接地極6から環状接地線5に吸
い込まれてその環状接地線5から絶縁電線7を通って避
雷針3に向けて流れ、その避雷針3から雷の放電路を介
して雷雲の電荷と中和消滅させることができる。これに
より、前述の電荷が工場2に到達することはないので、
雷サージに弱い半導体システム等の電気設備を破壊する
虞もない。
らなる局部同電位化構造を付設することが望ましい。こ
の局部同電位化構造とは、例えば、システム等の電気設
備に接続する入力電源線路中に入力巻線と出力巻線との
間に中間静電遮蔽板を有し、さらにこの中間静電遮蔽板
と入力巻線の間に入力巻線を包みようにかつ入力巻線と
中間静電遮蔽板の各々に絶縁した静電遮蔽板を有する耐
雷変圧器8(図3及び図4参照)を設け、その出力巻線
側の静電遮蔽板の接地を入力巻線側の静電遮蔽板、中間
静電遮蔽板及び電気設備の接地と連接させた構成を具備
するもの(特開平8−31668号公報参照)がある。
えば、システム等の電気設備に接続する入力電源線と電
気設備の間に入力巻線と出力巻線の各々に互いに絶縁さ
れ独立した静電遮蔽板を有する耐雷変圧器8(図3及び
図4参照)を設け、その出力巻線側の静電遮蔽板を電気
設備の主接地に接続する一方、入力巻線側の静電遮蔽板
を入力電源線のいずれかの一線(ゼロ電位線)に接続し
た構成を具備するもの(特公平7−89712号公報参
照)がある。
−89712号公報に開示されたいずれの局部同電位化
構造も、耐雷変圧器8の出力巻線から電気設備までの回
路をその電位に合わせた局部同電位化に形成でき、耐雷
変圧器8によって外部に出ていく入力電源線とは完全な
絶縁化が図れ、また、静電遮蔽板の作用で雷サージの移
行に伴う障害も防止できる。
(a)(b)参照)のように工場2の外周に位置する鉄
骨15に接続されたメッシュ接地17と異なり、工場2
の外周に位置する鉄骨15の内側、例えば数十cm以上
離隔した位置にメッシュ接地17を設置することが望ま
しい。
向けて敷設されたガス・水道の配管及び電気配線の中継
点に絶縁部材、例えば、ガス・水道の場合には絶縁カッ
プリング、電気配線の場合には絶縁トランス9(図4参
照)をそれぞれ介在させれば、前述のガス・水道の配管
や電気配線からの電荷が工場内に流入することを防止で
きる点で好適である。また、工場2の周囲に配設された
環状接地線5の内周近傍に例えば塩化ビニル製の絶縁壁
板を全周又は部分的に埋設すれば、環状接地線5の内方
への電荷の侵入をより一層抑制することができる点で好
適である。
受けた場合と異なり、他工場が直撃雷を受けた場合、図
5に示すように全ての電荷は直撃雷のあった他工場2a
に集まってくるので、他工場2aの近隣に位置する当工
場2bに環状接地線5等が施されていると、当工場2b
を通過する成分があるときでも、環状接地線5に沿って
雷電流(大地電流)が流れて雷撃点最寄りの箇所から流
出してくれるので、当工場2bの内部を雷電流が通過す
ることを抑制することができる。
れる以前に、当工場2bの避雷針3bに誘導されていた
電荷があり、他工場2aでの雷撃の際にこの電荷は、主
として環状接地線5を経て他工場2aに流れ出してその
他工場2aの避雷針3a(雷撃点)に向かう。尚、図中
の10は他工場2aと当工場2bを囲むように架設され
た配電線である(図11参照)。
も、空調設備の室外機、外灯、ITVカメラ、スピー
カ、広告塔など種々の電気設備が存在する。これら電気
設備の防雷対策としても本発明方法を適用することがで
き、ビルの屋上に環状接地線を配設すると共にその環状
接地線に接続されて屋上の避雷針まで延びるように絶縁
電線を配設することが可能であり、耐雷変圧器からなる
局部同電位化構造を採用することも可能である。
高度情報化ビル、ハイテク工場や無線中継所などの他、
発変電所、送配電線や情報通信系に至る全ての電気施設
において、雷雲が持つ電荷と反対極性で広範囲の地中に
存在する電荷を構築物に到達する以前に吸い込む埋設地
線又は環状接地線を設け、これら埋設地線又は環状接地
線により反対極性の電荷を雷の放電路を介して雷雲の電
荷と中和消滅させるようにしたから、電気施設内を通過
する雷電流をできる限り抑制することができるので、そ
の電気施設内に収容された半導体システム等の電気設備
を雷サージから確実に保護し、優れた防雷効果を発揮す
る。
説明するためのもので、埋設地線を配設した場合を示す
概略平面図
で、環状接地線を配設した場合を示す概略平面図
で、環状接地線と絶縁電線を配設した場合を示す概略斜
視図
で、局部同電位化構造を付設した場合を示す概略斜視図
図
方向を従来理論で説明するための模式図
方向を本発明理論で説明するための模式図
示す概略斜視図(b)は本発明理論による直撃雷電流の
流れ方を示す概略斜視図
模式図
流れる方向を示す模式図
成分を説明するための平面図
Claims (9)
- 【請求項1】 電気設備を収容した構築物の近隣に位置
する独立避雷針等の雷撃点から前記構築物を除いて周囲
に延びるように電線を地中に埋設した埋設地線を設け、
雷雲が持つ電荷と反対極性で広範囲の地中に存在する電
荷を、前記構築物に到達する以前に前記埋設地線に吸い
込んで前記雷撃点に向けて流通させ、前記雷撃点から雷
の放電路を介して雷雲の電荷と中和消滅させることを特
徴とする電気施設の防雷方法。 - 【請求項2】 前記埋設地線は、風向き等の要因に基づ
いて雷雲が発生し易い位置の直下に延びるように配置し
たことを特徴とする請求項1記載の電気施設の防雷方
法。 - 【請求項3】 電気設備を収容した構築物の周囲を囲撓
するように電線を地中に埋設した環状接地線を設け、雷
雲が持つ電荷と反対極性で広範囲の地中に存在する電荷
を、前記構築物に到達する以前に前記環状接地線に吸い
込んでその外側に位置する雷撃点に向けて流出させ、前
記雷撃点から雷の放電路を介して雷雲の電荷と中和消滅
させることを特徴とする電気施設の防雷方法。 - 【請求項4】 電気設備を収容した構築物の周囲を囲撓
するように電線を地中に埋設した環状接地線を設けると
共に、前記環状接地線と接続されて前記構築物頂部の雷
撃点近くまで延びるように構築物の外壁又は近傍に沿っ
て絶縁電線を配設し、雷雲が持つ電荷と反対極性で広範
囲の地中に存在する電荷を、前記構築物に到達する以前
に環状接地線に吸い込んでその環状接地線から前記雷撃
点に向けて絶縁電線に流通させ、前記雷撃点から雷の放
電路を介して雷雲の電荷と中和消滅させることを特徴と
する電気施設の防雷方法。 - 【請求項5】 前記環状接地線に接続されて地中下方に
向けて延びる接地極を所望の間隔でもって配設したこと
を特徴とする請求項1〜4記載の電気設備の防雷方法。 - 【請求項6】 前記構築物の外周鉄骨の内側に、前記外
周鉄骨と離隔したメッシュ接地を設置したことを特徴と
する請求項3〜5記載の電気設備の防雷方法。 - 【請求項7】 前記構築物の内部に耐雷変圧器からなる
局部同電位化構造を付設したことを特徴とする請求項3
〜6記載の電気施設の防雷方法。 - 【請求項8】 前記構築物の外部から内部へ向けて敷設
されたガス・水道の配管及び電気配線の中継点に絶縁部
材を介在させたことを特徴とする請求項3〜7記載の電
気施設の防雷方法。 - 【請求項9】 前記構築物の周囲に配設された環状接地
線の内周近傍に絶縁壁板を全周又は部分的に埋設したこ
とを特徴とする請求項3〜8記載の電気施設の防雷方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP09341585A JP3143882B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 電気施設の防雷方法 |
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JP3143882B2 JP3143882B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=18347222
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JP09341585A Expired - Lifetime JP3143882B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 電気施設の防雷方法 |
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1997
- 1997-12-11 JP JP09341585A patent/JP3143882B2/ja not_active Expired - Lifetime
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