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| 直撃雷電流の分流分の波形は、波頭が10μsで波尾が350μsの波形(10/350μs)である。 |
| 誘導雷の電流波形8/20μsと比較したものが次図である。 |
| 縦軸が電流、横軸が時間を表している。 |
| この曲線で囲まれる面積は通貨電荷量を示している。通過電荷量(面積比)で比較すれば、直撃雷に対応する雷電流アレスタを50とすれば、誘導雷に対応するサージアレスタは、わずか0.4である。 |
| したがって、建物が直撃雷を受ける場合、言い換えれば避雷針が設置されている場合、サージアレスタのみで対応すれば、おそらく1回の雷撃で破壊され、短絡状態となってしまう。このような状態は充電線と接地設備が短絡された状態となるので、絶対に避けなければならない。 |
| この問題に対する解決方法は、複合過電圧保護装置において説明している。 |
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竹谷是幸 |
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記事提供:(株)雷保護テック・タケタニ 代表取締役 竹谷是幸氏 |
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直撃雷による過電圧は、誘電結合による過電圧とも呼ばれる。 直撃雷に対する保護の考え方は、避雷針を建て、 避雷針が受けた直撃雷電流を引き下げ導体により、接地極へと導き、接地極から大地へと放流してやればよいと考えられている場合が多い。 |
| この措置はいわゆる外部雷保護であって、内部雷保護は外部雷保護とは無関係であるという誤った認識に基づいたものである。 |
| こういう考えによると、直撃等に対する保護は外部雷保護(避雷針-引き下げ導体-避雷針用接地極)によってのみ対処し、誘導雷保護は内部雷保護(誘導雷保護用アレスタ)によって対処すればよいという単純な分業論で理解されるようになってしまう。 |
| しかし、これは完全に間違っている。 |
| 外部雷保護と内部雷保護とは切っても切れない関係にあり、外部雷保護設備を施設することによって、必然的に直撃雷電流の分流分を処理できるアレスタが必要になってくるのである。 |
| それは次の理由による。 |
| 今、接地抵抗Rが10Ωの建物が50kAの直撃雷を受けたとすると、この建物は図示のとおり500kVに電位上昇する。この電位は建物から離れるにつれて低減し、やがては0電位に収斂する。 |
| この建物に引き込まれている低圧配電線は、その電源変圧器の中性点はB種接地と接続されているので、一般的に0電位とみなされる。他方、この配電線により給電される電気機器の露出導電性部分(ケース・カバー)にはD種接地がとられており、これは建物の鉄筋・鉄骨に接続されている。 |
| つまり、上記の雷現象のピークとなる瞬間には、露出導電性部分が500kVの電位を持っていることになり、このことは電気機器の絶縁には500kVの電圧がかかることを意味する。 |
| このような500kVの電圧に耐える低圧の絶縁は存在しない。電気機器は絶縁破壊することになる。 |
| そこでこのような状態においては機器絶縁を保護するために、アレスタによって、機器の露出導電性部分と機器内に引き込まれている充電線間を雷現象の瞬間だけ、短絡することが行われる。 |
| この場合のアレスタは直撃雷電流の分留分を通電しなければならない。この直撃雷電流の分流分はアレスタを経由して充電線に流入し、電線の接地点に向かって流れていく。 |
| 次図は避雷針が直撃雷を受けた場合に雷電流がどのように分流されるかを示している。 |
| このような理由で、外部雷保護と内部雷保護は密接な関係があり、外部雷保護設備が直撃雷を受けた場合は内部雷保護設備が施工されていれば、必ず直撃雷電流の分流分が各電気回路に流入することになる。 |
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竹谷是幸 |
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記事提供:(株)雷保護テック・タケタニ 代表取締役 竹谷是幸氏 |
| 過渡過電圧に対する保護 |
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(2)誘導雷による過電圧 第2図に示すように避雷針に落雷し、引下げ導体に雷電流が流れた場合、雷電流は数μSで、波高値に達し、数100μSで、その波高値の50%に減衰する。 |
| 波高値の値は数10kAから200kAを超過することもある。このような雷電流によって生じる磁界が建物内部の電気回路と鎖交し、急激に変化すれば、非常に高い異常電圧が誘起される。 |
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竹谷是幸 |
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記事提供:(株)雷保護テック・タケタニ 代表取締役 竹谷是幸氏 |
| 過渡過電圧に対する保護 |
| 過渡過電圧に対する保護の対象としては、次の3つがあります。 |
| ・開閉現象による過電圧 遮断性のよい開閉器による誘導回路の開閉により発生する |
| ・誘導雷により過電圧 雷電流による磁束と電気回路が鎖交し、その磁束の変化によって発生する誘導電圧 |
| ・直撃雷による過電圧 直撃雷の分留分が電気回路に侵入することによる過電圧 |
| (1)開閉現象による過電圧 |
| 開閉現象による過電圧は比較的エネルギーが小さいため、誘導雷による過電圧保護対策が講じられていれば、通常は開閉器による過電圧保護はカバーされます。 |
| 誘導負荷遮断による過電圧は、発生頻度が高い。 誘導負荷は一種のエネルギー蓄積装置で、そこに蓄えられているエネルギーは下記の「式1」であらわされる。 |
| この誘導性エネルギー集積回路が電源から切り離されるときは、次の「式1」で表されるエネルギーは解放され、誘導負荷とその回路が持っている静電容量を充電するように作用する。 |
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| そのエネルギーは「式2」で表される。 |
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| 閉じられた系では、エネルギーの総和は一定であるから、「式2」は「式3」に書き換えることができる。 さらに「式3」を変形して、「式4」で充電電圧を求めることができる。 |
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| 第1図の例で計算すると、回路遮断時の電圧波高値は8.5kV、発生異常電圧の周波数はMHzのオーダーとなる。 |
| 図1 |
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| 竹谷是幸 |
| 記事提供:(株)雷保護テック・タケタニ 代表取締役 竹谷是幸 氏 |
欧米のビルや建物の写真を見ると、屋根の上に突き出した避雷針が見えません。
興味をもって、日本のビルの屋上を眺めると、
まさに、避雷針だらけです、
どうして、こんなに違うのでしょうか。
欧米では、日本に比べて落雷が少ないのでしょうか。
もちろん、そんなことはありません。
欧米は回転球体法という手法を用いて受雷システムを設計しています。
そのため、屋根の上に避雷針が見えないのです。
特に、由緒ある建物などでは、景観を守るという点でも優れています。
もちろん、避雷針がまったくないということでもありませんが。
日本は雷保護理論が欧米に比較して30年もおくれており、
フランクリン時代の理論から一歩もでていません。
今後、屋根の避雷針を眺めるたびに、日本の雷保護理論は、遅れていんだなと
実感されるかもしれません。
| エレクトロニクスとITの普及発展のために、そのインフラとしての過電圧保護はますます重要な位置を占めるようになりました。 電子機器に過電圧がかかると、障害が発生しますが、その頻度は、過去の統計によれば、1970年代末までは低かったのですが、1970年代末から1980年代半ばにかけて、急増しました。 | |
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その大きな理由は1970年代末までは、電子回路がデスクリート技術で構成されていたのですが、1970年代末から1980年代半ばにかけて、LSI が導入され、いろいろな機器にLSI が搭載されるようになったのが原因でした。 |
| 電子機器の集積度増加につれて、過電圧耐量が激減したからです。機器が過電圧に弱くなってしまったのです。 | |
| 有接点リレーで論理回路が組まれた機器では、たとえば2000Vの過電圧が機器にかかっても、リレーの定格電圧200Vの10倍に過ぎず、数マイクロ秒の短時間印加では問題 になりませんでした。しかし、ICが使用されている直流5Vの回路では同じ200Vの電圧は、今度は、定格電圧の400倍の過電圧となり、電子回路の絶縁を破壊してしまう ことになったのです。 | |
| 今日の電子機器に過電圧対策が重要であるという大きな理由がここにあります。 | |
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竹谷是幸 |
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記事提供:「(株)雷保護テック・タケタニ 代表取締役 竹谷是幸 氏 |
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「雷なんでもサイト」には、雷についてできるだけ幅広く、いろいろな情報を
紹介したいと考えています。
その結果、実際の雷とは関係ない単に呼び名に「雷」が付いているだけの人物や物まで
紹介することになりました。
雷の「ありとあらゆること」と考えて作り始めたページなので、それもいいとと考えています。
ところが、よくよく考えてみると、雷について、「いろいろな情報」の中で、もっとも重要な情報が
抜けていることに気が付きました。
それは、落雷に対して、どのような対策を講じればよいのかという情報です。
(落雷から身を守ることについては、何ページか書いてあります)
ここでは、建物や設備に対して、適切な対策とは、どのようなものか、紹介してまいります。
重要なことは、適切な対策を講じれば、「雷の直撃を受けても大丈夫」ということです。
メニューの「落雷対策」に書込みますので、自宅、事務所、いろいろな設備を雷から守るために、
ぜひお読みください。具体的なご相談もお聞きいたします。
7月は梅雨で雨降りの日が多く、雷も多発します。
この時期(7月)の日本全国での落雷数は平均的に100万回程度あります。
例年、落雷が原因と考えられるFaxやテレビなどの修理依頼が、
家電メーカに増えるのもこの時期です。
そして落雷による家電の故障は年々増加傾向にあります。
理由はいくつか考えられます。
1.異常気象で、落雷も増加傾向にある。
2.家電が精密になり、繊細になったため、わずかな電圧の変化でも
不具合を起こす。(ひ弱になった)
3.ほとんどのパソコンはインターネットに接続されている。そのため、
屋外と回線で接続されており、雷の進入口になっている。
家電を守るのに一番いいのは、雷が発生しないようにすることです。
あるいは、近くに雷が落ちないようにすることができれば、
確かに家電製品は安全に守られます。
しかし、これは永久にかなわない望みでしょう。
地球規模で、やっとものを考えることができるようになった私たちは、
自然災害のような台風や雷をともなう雨も、地球環境が維持されていくためには、
重要なことで、もし人間が「自然災害を発生させないこと」に成功しても、
それによってもっと大きな問題を引き起こしかねないことに気づき始めました。
使用者ができる対策は、基本的に2つしかありません。
1.使うときだけコンセントや回線を接続し、使用しないときは、線を抜いておく。
もちろん、雷がなったら、コンセントや回線は外す。
2.過電流・過電圧を防ぐ装置を使う。(すなわちNewサンダーガードのような装置を使う)
雷撃電流の波形を表すのに用いられる3つの重要なデータがあります。
1.波高値:
ピーク値とも呼びます。雷撃の最大電流値で、直撃雷では、100kAにもなります。
2.波頭長:
ピーク値までの時間です。第1撃目と後続の雷撃ではピーク値までにかかる時間が異なります。
通常、第1撃ではおよそ10μsecですが、後続の雷撃では、ピークに達するまでに要する時間が
短く、1μsec程度と一気に立ち上がります。
3.波尾長:
ピーク値から電流値が半減するまでの時間です。
雷撃電流の波形の特徴は、急峻な立ち上がりで一気にピークに達し、その後、だらだらと減衰していくような波形です。
この波形から、雷撃の電気エネルギーを算出することができますし、避雷設備、避雷針、避雷器などの
設計にも用いられます。