JP6083100B1 - 落雷抑制型避雷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】落雷保護領域を、被保護体に合わせて形成することの可能な落雷抑制型避雷装置を提供する。【解決手段】間隔をおいて立設された支持体（２）間に架設される第２電極体５と、この第２電極体５を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体６と、この絶縁被覆体６の表面を覆って設けられた第１電極体４とからなり、前記第２電極体５が接地されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、落雷を抑制することで、雷害から建築物や設備機器等の被保護体を保護するための落雷抑制型避雷装置に関するものである。

落雷は大気中で起こる放電現象であり、雷放電には雲内放電、雲間放電、雲―大地間放電等がある。雷放電で大きな被害を出すのは雲―大地間放電（以下落雷）である。落雷は雷雲（雲底）と大地または大地等に建設された構造物との間の電界強度が非常に大きくなり、その電荷が飽和状態となって大気の絶縁を破壊したときに発生する現象である。

落雷の現象を詳細に観察すると、夏季に起こる一般的な落雷（夏季雷）の場合、雷雲が成熟すると雷雲からステップトリーダが大気の放電しやすいところを選びながら大地に近づいてくる。
ステップトリーダが大地とある程度の距離になると大地または建築物（避雷針）、木などからステップトリーダに向かって、微弱電流の上向きストリーマ（お迎え放電）が伸びてくる。
このストリーマとステップトリーダが結合すると、その経路を通って、雷雲と大地間に大電流（帰還電流）が流れる。
これが落雷現象である。

このような落雷現象に対し、従来の雷保護概念では、落雷は防止できないものとの観点から、落雷を突針型避雷針（フランクリンロッド）に受けて大地に流す方式が大半であった。

これに対し、本発明者等は、落雷の発生を極力抑制することによって被保護体を保護すべく、特許文献１に示される落雷抑制型避雷装置を提案した。

この落雷抑制型避雷装置は、絶縁体を挟んで配置される上部電極体及び下部電極体を有し、下部電極体のみを接地して構成したものである。

そして、たとえばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地の表面に分布し、接地されている下部電極体にもプラス電荷が集まる。

すると、絶縁体を介して配置されている上部電極体は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びることとなる。

この作用により、避雷装置とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくして落雷の発生を抑制するようにしている。

特許第５８３９３３１号公報

前述した本発明者等による先の提案によって、避雷装置を中心とした円状の保護領域において落雷を抑制できるようになった。

しかしながら、落雷に対する被保護体は多様化しており、この被保護体の多様化に対応して、最適な保護領域を形成する必要があるとの知見に至った。

本発明は、前述した知見に基づいてなされたもので、間隔をおいて立設された支持体間に架設される第２電極体と、この第２電極体を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体と、この絶縁被覆体の表面を覆って設けられた第１電極体とを備え、前記第２電極体が接地されていることを特徴としている。

このような構成とすることにより、前記第１電極体と前記第２電極体とが、これらの全長に亙って、前記絶縁被覆体により所定の間隔に保持されるとともに、電気的に絶縁状態に保持される。

そして、たとえばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地の表面に分布し、接地された前記第２電極体にも、雲底のマイナス電荷に引き寄せられてプラス電荷が集まるようになる。

すると、前記第２電極体に前記絶縁被覆体を介して配置されている前記第１電極体は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
この作用により、前記第１電極体とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制することができる。
すなわち、雲底のマイナス電荷に引き寄せられて第２電極体にプラス電荷が集まると、その第２電極体の表面にもプラス電荷が分布する。すると第１電極体の内側表面にマイナス電荷が帯電するに伴い、第１電極体の外側表面にはプラス電荷が帯電する。このとき、大気中にはマイナスに帯電した雨粒や微粒子が多く含まれ、第１電極体の外側表面のプラス電荷は少量のプラス電荷なので中和されてしまい、以降はマイナス電荷に帯電される。この第１電極体の外側表面の電荷がプラスからマイナスに変化する現象はごく短い時間で生じ、以降はマイナスになるものと考えられている。
この作用により、前記第１電極体とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制することができる。

一方、前記第１電極体および第２電極体が線状に形成されていることから、前述した落雷の発生を抑制する保護領域が、前記第１電極体の両側で、この第１電極体の長さ方向に延びるように帯状に形成される。

したがって、前記第１電極体および第２電極体の架設形態、たとえば、架設長さや、平面視での架設形状等を調整することにより、これらによって形成される前述した保護領域を自由に形成することができる。

この結果、前記保護領域を、保護すべき被保護体に合わせて設定することができ、この被保護体に最適な保護領域を形成することができる。

また、前記第１電極体、前記第２電極体、および、前記絶縁被覆体が、同心円状に積層された一体的な構成となっていることから、その取り扱いが容易で、高い施工性を確保することができる。

一方、一般的な送電設備は、送電線を多数の鉄塔で支持した送電路を備えており、この送電路においては、落雷を、鉄塔を経て大地に導くために、隣接する前記鉄塔の頂部間に架空地線を架設している。

そこで、前記鉄塔間に、前記架空地線に換えて本発明の落雷抑制型避雷装置を架設することにより、送電路を落雷から保護することができる。

ここで、前記第２電極体を前記鉄塔に接続することによって、本発明の落雷抑制型避雷装置を架設することができるとともに、前記第２電極体の接地を行なうことができる。

あるいは、接地線を別途用意して、この接地線を用いて第２電極体を接地することもできる。

一方、前記第１電極体を、複数の素線をより合わせて筒状に形成することにより、前記絶縁被覆体をその長さ方向に順次被覆することができる。
これによって、連続したケーブル状の落雷抑制型避雷装置を得ることができる。

そして、前述したように第１電極体を撚り線とすることにより、この第１電極体に可撓性を与えることができる。
これによって、落雷抑制型避雷装置をボビン等に巻回しておくことができ、長尺化が可能となるばかりでなく、保管や運搬が容易となる。

前述した可撓性の付与は、前記第１電極体を、複数の素線を筒状に編み込んで形成することによっても可能である。

本発明の落雷抑制型避雷装置によれば、多様な被保護体に対応した落雷保護領域を容易に形成することができる。

本発明の第１の実施形態が適用された送電路の概略正面図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、第１電極体の形成方法を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、架設構造の一例を示す要部の拡大図である。 本発明におけるストリーマ発生抑制作用を説明するための概略図である。

以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において、符号１は本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置（以下、避雷装置と略称する）を示し、電力の送電路に適用したものである。

この避雷装置１は、支持体を構成する前記送電路の鉄塔２間に設けられたもので、これらの鉄塔２の頂部間に連結具３を介して架設されている。

詳述すれば、避雷装置１は、前記連結具３を介して鉄塔２の頂部に連結される第２電極体５と、この第２電極体５を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体６と、この絶縁被覆体６の表面を覆って設けられた第１電極体４とを備え、前記第２電極体５には、一端が大地Ｇに埋め込まれた接地線７の他端が接続されて、この接地線７を介して前記第２電極体５が接地されている。

前記第２電極体５は、図２に示すように、複数の素線を撚り込んで形成した撚り線であり、その表面を所定の厚みを有する前記絶縁被覆体６によって被覆されている。

前記絶縁被覆体６は、たとえば、架橋ポリエチレンやビニル等の合成樹脂が用いられており、押し出し成形等の手段により前記第２電極体５の表面を覆って一体化されている。

前記第１電極体４は、複数の素線４ａを、前記絶縁被覆体６を包み込むように撚り込むことによって、前記絶縁被覆体６表面を覆って一体化されている。

このように一体化された前記第１電極体４、前記第２電極体５、および、絶縁被覆体６は、前記第１および第２電極体４・５が撚り線によって形成されていること、また、前記絶縁被覆体６が架橋ポリエチレンやビニル等の合成樹脂によって形成されていることから、全体的に可撓性を有する構成となされている。

前記連結具３は、たとえば、がいしによって形成され、前記第２電極体５のそれぞれの端部を、前記一対の鉄塔２の頂部に連結することにより、前記第２電極体５を前記両鉄塔２間に電気絶縁状態で架設している。

これは、前記第１電極体４や前記第２電極体５と前記鉄塔２とを電気的に絶縁して、落雷時において前記鉄塔２が放電経路とならないようにし、この鉄塔２を雷撃から保護するためである。

ついで、このように設置された本実施形態の避雷装置１による落雷抑制機能について、図４に示す概略図を用いて説明する。

マイナス電荷が雲底に分布した雷雲Ｃが近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地Ｇの表面に分布し、雲底のマイナス電荷に引き寄せられて、接地されている前記第２電極体５にもプラス電荷が集まるようになる。

一方、前記第２電極体５に前記絶縁被覆体６を介して対峙されている前記第１電極体４は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
この作用により、前記第１電極体４とその周辺における上向きストリーマの発生が起こりにくく、この結果、落雷の発生を抑制する。
図４は、第１電極体４の表面がマイナス電荷を帯びている状態を説明する図である。
この第１電極体４がマイナス電荷を帯びる過程を考察してみると、次のような現象によるものと考える。
雲底のマイナス電荷に引き寄せられて第２電極体５にプラス電荷が集まると、その第２電極体５の表面にもプラス電荷が分布する。すると第１電極体４の内側表面にマイナス電荷が帯電するに伴い、第１電極体４の外側表面にはプラス電荷が帯電する。このとき、大気中にはマイナスに帯電した雨粒や微粒子が多く含まれ、第１電極体４の外側表面のプラス電荷は少量のプラス電荷なので中和されてしまい、以降はマイナス電荷に帯電される。この第１電極体４の外側表面の電荷がプラスからマイナスに変化する現象はごく短い時間で生じ、以降はマイナスになるものと考えられている。
この作用により、前記第１電極体４とその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制することができる。

このように前記第１電極体４によって落雷の発生を抑制する領域、すなわち、落雷保護領域は、平面視で、前記第１電極体４の両側の所定範囲で、この第１電極体４の長さ方向に延びる帯状に形成される。

このように、前記落雷保護領域は、前記第１電極体４の架設形態に基づいて形成される。

したがって、前記第１電極体４の架設形態を、被保護体に対応して設定することにより、この被保護体に最適な落雷保護領域を設定することができる。

たとえば、前記第１電極体４の長さを変えたり、平面視で屈曲させ、あるいは、ジグザグに架設したりすることによって、前記落雷保護領域を自由に設定することができる。

一方、前記第１電極体４や前記第２電極体５の構造を適宜選択してこれらに可撓性を与えることにより、ボビン等への巻き付けを可能にして、長尺状態での保管や運搬等を可能にすることができる。

なお、前記各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

たとえば、前記実施形態においては、避雷装置１を送電路の鉄塔２間に設置した例について示したが、これに代えて、たとえば、ビルの屋上に設けられている腰壁に支持体を立設して、これらの支持体間に設置することも可能である。

また、前記第２電極体５は、接地線７を介して接地した構成としたが、この接地線７を用いず、連結具３を導電性材料によって形成することにより、第２電極体５を、鉄塔２を介して設置することも可能である。

また、合成樹脂の押し出し成型等の手段により第２電極体５の表面を所定の厚みを有する絶縁被覆体６により被覆することで、第１電極体４と第２電極体５との間の空間を絶縁体で充満させる構成としたが、他の構成を採用することもできる。
例えば、合成樹脂等により形成した線状又は帯状の絶縁体を、第２電極５の表面に螺旋状に巻き付けて絶縁被覆体６とする構成としても良い。この場合には、線状又は帯状の絶縁体の巻き付けピッチを調整することで、第１電極体４と第２電極体５との間に絶縁体が充満されていない螺旋状の空間を形成することができる。この螺旋状の空間により、軽量化や柔軟性の向上等を図ることができる。

なお、前記第１電極体４は、複数の素線４ａを、絶縁被覆体６を包み込むように撚り込むことによって、絶縁被覆体６表面を覆って一体化されているが、例えば、この第１電極体４を、導電性塗料や導電性樹脂層などによって形成してもよい。導電性塗料の場合、絶縁被覆体６の表面に塗布することにより形成することができる。導電性樹脂層の場合、絶縁被覆体６の表面に導電性樹脂を押し出し成型することにより形成することができる。

１ （落雷抑制型）避雷装置
２ 鉄塔（支持体）
３ 連結具
４ 第１電極体
５ 第２電極体
６ 絶縁被覆体
７ 接地線
Ｃ 雷雲
Ｇ 大地

Claims (8)

1. 間隔をおいて立設された支持体間に架設される第２電極体と、この第２電極体を被覆する電気絶縁性材料によって形成された絶縁被覆体と、この絶縁被覆体の表面を覆って設けられた第１電極体とを備え、前記第２電極体は接地されており、前記第１電極体は接地されていないことを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
2. 前記支持体間には送電線が配設されており、
   前記第２電極体は、前記送電線に沿ってこの送電線の上部に架設されていることを特徴とする、請求項１に記載の落雷抑制型避雷装置。
3. 前記支持体が導電性材料によって形成されているとともに、この支持体に前記第２電極体が電気的に接続されていることにより、前記第２電極体が前記支持体を介して接地されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の落雷抑制型避雷装置。
4. 前記第２電極体に導電性材料によって形成された接地線が接続されており、この接地線を介して前記第２電極体が接地されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の落雷抑制型避雷装置。
5. 前記第１電極体および前記第２電極体は、電気絶縁性を有する連結具を介して前記支持体に連結されていることを特徴とする請求項４に記載の落雷抑制型避雷装置。
6. 前記第１電極体が、複数の素線からなる撚り線によって筒状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
7. 前記第１電極体が、複数の素線を筒状に編み込んで形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
8. 前記支持体は、ビルの屋上に立設されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項７の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。