JP6128539B1 - 落雷抑制型避雷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】避雷装置回りに形成されるプラス電荷の領域を極力小さくして、上向きストリーマの発生を効果的に抑制する。【解決手段】接地された第２電極体２と、この第２電極体２を、所定の隙間Ｇをおいて包み込むようにして設けられた第１電極体３と、前記隙間Ｇに設けられ、前記第２電極体２と第１電極体３とを電気絶縁状態に保持する電気絶縁層Ｓからなり、前記第２電極体２が略球状に形成され、前記第１電極体３が、前記第２電極体２の外面形状と相似形をなす球殻状に形成され、前記第２電極体２が前記第１電極体３によってほぼ全面に亙って覆われてな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、先の提案においては、避雷装置の下部構成体である下部電極体に、プラス電荷の領域が形成されることから、落雷のエネルギーによっては、前記下部電極体への落雷が想定されることから、前述したプラス電荷の領域を極力狭く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、接地された第２電極体と、この第２電極体を、所定の隙間をおいて包み込むようにして設けられた第１電極体と、前記隙間に設けられ、前記第２電極体と第１電極体とを電気絶縁状態に保持する電気絶縁層とを備え、前記第２電極体が略球状に形成され、前記第１電極体が球殻状に形成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、接地された略球状の第２電極体を包み込む形態で覆うようにして、球殻状の前記第１電極体が電気絶縁状態で配置される。

そして、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、この大地に接地された前記第２電極体にも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層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。

ここで、前記第１電極体は、前記第２電極体を包み込むように配置されていることから、避雷装置の回りの殆どがマイナス電荷で覆われることとなる。

したがって、避雷装置におけるプラス電荷の領域が極めて小さく抑えられ、雷雲接近時における上向きストリーマの発生を効果的に抑制することができる。この結果、落雷抑制効果を高めることができる。

本発明の避雷装置では、避雷装置の回りの殆どがマイナス電荷で覆われる機能を高めるために、前記第１電極体を、前記第２電極体の外面形状と相似形をなす球殻状に形成し、前記第２電極体を、前記第１電極体によってほぼ全面に亙って覆われている構成とすることもできる。

本発明の避雷装置は、前記第１電極体の下部にその内外部を連通する貫通孔を形成しておき、この貫通孔内に、前記第２電極体に電気的に接続された支持ロッドを、前記第１電極体に対し電気絶縁状態で挿通しておくことにより、この支持ロッドにより、前記第１電極体、前記第２電極体、および、電気絶縁層を支持して設置を可能にするとともに、前記第２電極を接地して避雷機能を確保することができる。

前記電気絶縁層は、前記隙間に配置され、前記第２電極体と前記第１電極体とを所定間隔に保持する電気絶縁性材料によって形成されたスペーサーと、前記隙間に形成される空間によって構成することができる。

また、前記電気絶縁層は、電気絶縁性材料によって形成されたスペーサーを前記第２電極体と前記第１電極体との間に形成される隙間の全域に亙って設けることによって形成することもできる。

そして、前記第２電極体および前記第１電極体は、鉛直断面においてほぼ真球形状や楕円形状とすることができる。

特に、後者のように楕円形状とすることにより、強風時における空気抵抗を軽減することができる。

一方、前記第１電極体を、２分割されて形成された一対の第１電極構成体によって構成し、これら一対の第１電極構成体を、前記電気絶縁層を挟み込むようにして突き合わせて前記第２電極体を包み込むとともに、この突き合わされた部位において電気導通状態で接続して一体化することにより、前記第２電極体と一体化することができる。

そして、前記一対の第１電極構成体は、前記突き合わせた部位を溶接することにより、あるいは、前記突き合わせた部位において螺着することにより一体化することができる。

本発明の落雷抑制型避雷装置によれば、避雷装置回りに形成されるプラス電荷の領域を極力小さくして、上向きストリーマの発生を効果的に抑制し、これによって、落雷抑制効果を高めることができる。

本発明の第１の実施形態を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態を示す縦断面図である。 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。 本発明の第２の実施形態を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す要部の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図３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）を示す。

本実施形態の避雷装置１は、接地された第２電極体２と、この第２電極体２を、所定の隙間Ｇをおいて包み込むようにして設けられた第１電極体３と、隙間Ｇに設けられ、第２電極体２と第１電極体３とを電気絶縁状態に保持する電気絶縁層Ｓからなり、第２電極体２が略球状に形成され、第１電極体３が、第２電極体２の外面形状と相似形をなす球殻状に形成され、第２電極体２が第１電極体３によってほぼ全面に亙って覆われた構成となっている。

第２電極体２は真球形状で、かつ、図２に示すように、所定厚みを有する中空状に形成されている。

また、第２電極体２の下部には、ナット４が一体に取り付けられており、このナット４に後述する支持ロッド５の先端が螺合させられている。
この支持ロッド５にはロックナット６が螺着されており、このロックナット６が固定ナット４に圧着されることにより、支持ロッド５と第２電極体２との固定がなされている。

第１電極体３は、上下に２分割されて形成された一対の第１電極構成体３ａ・３ｂによって構成されている。
これら一対の第１電極構成体３ａ・３ｂは、電気絶縁層Ｓを挟み込むようにして突き合わされることにより第２電極体２を包み込み、この突き合わされた部位において溶接（溶接部Ｗ）により一体化されている。

下方の第１電極構成体３ａの下部中央には、その内外部を連通する貫通孔７が形成され、この貫通孔７内に、第２電極体２に電気的に接続された支持ロッド５が挿通されており、この支持ロッド５を介して第２電極体２が接地されるようになっている。

電気絶縁層Ｓは、隙間Ｇに配置され、第２電極体２と第１電極体３とを所定の間隔に保持する電気絶縁性材料によって形成されたスペーサー８と、第２電極体２と第１電極体３間に空間を形成する隙間Ｇによって構成されている。

スペーサー８は、本実施形態においては、第２電極体２の下部に配置される下部スペーサー８ａと、第２電極体２の上部に配置される上部スペーサー８ｂとによって構成されている。

下部スペーサー８ａは、下方の第１電極構成体３ａの貫通孔７に嵌合させられるとともに、第１電極構成体３の下部内面に面接触させられる形状となされている。
下部スペーサー８ａと下方の第１電極構成体３ａは、接着剤等によって一体化されている。

そして、下部スペーサー８ａの中心部に支持ロッド５が貫通させられており、この支持ロッド５は、下部スペーサー８ａによって下方の第１電極構成体３ａに対し、所定間隔を保持した状態でかつ電気絶縁状態で連結されている。

上部スペーサー８ｂは、下面が第２電極体２の外面に沿うように、また、上面が第１電極体３の内面に沿うように球面に形成されており、下面には、第２電極体２の上部に形成されている係止孔９に嵌合させられる位置決め突起１０が突設されている。

上部スペーサー８ｂも、第２電極体２および第１電極体３に接着剤等によって固着されるようになっている。

本実施形態の避雷装置１は、以下の手順で組み立てられる。
まず、下方の第１電極構成体３ａの内面底部に、この底部に設けられている貫通孔７を塞ぐようにして下部スペーサー８ａを固着する。

ついで、この下部スペーサー８ａに、第２電極体２が固定された支持ロッド５を挿入したのちに、第２電極体２の上部に上部スペーサー８ｂを、その位置決め突起１０を第２電極体２の係止孔９へ嵌合させつつ固定する。

そして、上部スペーサー８ｂを覆うようにして、上方の第１電極構成体３ｂを被せて、その下部を、下方の第１電極構成体３ａに突き合わせる。

これより、上下の第１電極構成体３ａ・３ｂの突き合わせ部を溶接によって接続して組み立てを完了する。

このように組み上げられた本実施形態の避雷装置１は、第１電極体３が、下部スペーサー８ａと上部スペーサー８ｂによって。第２電極体２に対して所定間隔をおき、かつ、電気絶縁状態で連結される。
また、第１電極体３、第２電極体２、および、絶縁層Ｓが支持ロッド５によって支持される。

そして、前述したように組み上げられた状態において、第１電極体３は、第２電極体２のほぼ全周を覆うように位置させられる。
また、第２電極体２は、支持ロッド５を介して電気的に第１電極体３の外部に引き出されている。

このように構成された本実施形態の避雷装置１は、支持ロッド５を用いて、落雷から保護すべき被保護体に、あるいは、その近傍に設置され、支持ロッド５が、図１および図３に示すように地面Ｅに接地される。

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説明する。

図３に示すように、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Ｅの表面に分布し、この大地Ｅに支持ロッド５を介して接地されている第２電極体２にも、図２に示すように、プラス電荷が集まる。

一方、第２電極体２に電気絶縁層Ｓを介して対峙されている第１電極体３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、第１電極体３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。

そして、第１電極体３が、第２電極体２のほぼ全周を覆うように設けられていることにより、本実施形態の避雷装置１の上端部の殆どがマイナス電荷を帯びる。

これによって、上向きストリーマを生じさせるプラス電荷の領域を大幅に減少させることができ、落雷抑制効果を大幅に向上させることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態を示すもので、下部スペーサー８ａと上部スペーサー８ｂを、第２電極体２と第１電極体３との間に形成される隙間Ｇの全域に亙って設けることにより電気絶縁層Ｓを構成したものである。

このような構成とすることによって、第１電極体３、第２電極体２、および、支持ロッド５を剛接続することができる。
また、第１電極体３の内側の空間を無くすことにより、その内部圧力の変化を極力小さくして、本発明の避雷装置１の健全性を向上させることができる。

また、図５は本発明の第３の実施形態を示すもので、第１電極構成体３ａ・３ｂの連結をねじ１１によって行なうようにしたものである。

このような構成とすることによって、第１電極体３の組み立て操作を簡便なものとすることができる。

さらに、図６は本発明の第４の実施形態を示すもので、第１電極体３および第２電極体２の形状を、鉛直断面において楕円形としたものである。

このような構成とすることにより、水平方向の風に対する流体抵抗を軽減することができる。
これによって、避雷装置１の風に対する強度を高めることができる。

さらにまた、図７は本発明の第５の実施形態を示すものである。
本実施形態においては、第１の電極体３を連続した球殻状に形成するとともに、その下部に、支持ロッド５を挿通するための貫通孔７を形成するスカート部３ｃを連設してある。

また、スカート部３ｃには、支持ロッド５が挿通されるとともに、この支持ロッド５を、スカート部３ｃの内面と所定間隔をおいて保持する第１のスペーサー１２が装着されている。

この第１のスペーサー１２は、電気絶縁性材料によって形成されており、支持ロッド５とスカート部３ｃとを電気的に絶縁するようになっている。

また、第１のスペーサー１２は、スカート部３ｃの内部に、第１電極体３の外側から嵌合させられるようになっており、接着、あるいは、ねじ込みによって前記スカート部３ｃに固定されるようになっている。

そして、第１のスペーサー１２の下端部には、スカート部３ｃの下端面に当接させられる鍔１３が一体に形成され、この鍔１３とスカート部１２との当接により、両者間の位置決めがなされるようになっている。

一方、第２電極体２は、球体若しくは球殻体に形成されており、その外径が、第１電極体３に形成されているスカート部３ｃの内径よりも小さく形成されており、このスカート部３ｃから第１電極体３の内部に挿入可能となされている。

第２電極体２は、支持ロッド５の先端に固定されるが、この支持ロッド５の先端部から基端部へ向かう所定領域には雌ねじ５ａが形成されている。

そして、支持ロッド５には、雌ねじ５ａを介してロックナット１４が螺着されているとともに、このロックナット１４よりも先端側に第１のスペーサー１２が嵌合され、さらに、この第１のスペーサー１２よりも先端側に、筒状の第２のスペーサー１５が嵌合されている。

このように、支持ロッド５にロックナット１４、第１のスペーサー１２、および、第２のスペーサー１５が装着された状態において、支持ロッド５の先端部が、第２のスペーサー１５から突出させられて、この突出させられた先端部に第２電極体２がねじ結合又は溶接等の固定手段により固着されるようになっている。

また、ロックナット１４を第２電極体２へ向けてねじ込むことにより、ロックナット１４と第２電極体２との間に、第１のスペーサー１２、および、第２のスペーサー１５を挟持固定するようになっている。

このような固定により、第１のスペーサー１２と第２電極体２の距離が設定されるが、この間隔は、第１のスペーサー１２の厚みと第２のスペーサー１５の長さによって決まる。

そして、第２電極体２は、第１電極体３内に、スカート部３ｃの貫通孔７を経て挿入され、スカート部３ｃの下端に第１のスペーサー１２の鍔１３が当接させられることにより、第１の電極体３内において位置決めされる。

ここで、第１のスペーサー１２の厚みと第２のスペーサー１５の長さを設定することにより、第２電極体２を第１電極体３の中心に位置させることができる。

これによって、第２電極体２と第１電極体３との間のほぼ全周に亙って均一な隙間Ｇを形成することができる。
すなわち、第２電極体２回りに、空気による均一な電気絶縁層Ｓを形成することができる。

そして、第１のスペーサー１２と支持ロッド５は、雌ねじ５ａを利用して螺着するようにしてもよく、また、第２のスペーサー１５を電気絶縁性材料によって形成して、第１のスペーサー１２と一体化することも可能である。

このような構成とすることによって、第１電極体３を単一部材で構成することができ、部品点数を減少させて構成を簡素化するとともに、製作性を向上させることができる。

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。

１ （落雷抑制型）避雷装置
２ 第２電極体
３ 第１電極体
３ａ 第１電極構成体
３ｂ 第１電極構成体
３ｃ スカート部
４ ナット
５ 支持ロッド
５ａ 雌ねじ
６ ロックナット
７ 貫通孔
８ スペーサー
８ａ 下部スペーサー
８ｂ 上部スペーサー
９ 係止孔
１０ 位置決め突起
１１ ねじ
１２ 第１のスペーサー
１３ 鍔
１４ ロックナット
１５ 第２のスペーサー
Ｃ 雷雲
Ｅ 大地
Ｇ 隙間（電気絶縁層）
Ｓ 電気絶縁層
Ｗ 溶接部

Claims (10)

1. 接地された第２電極体と、この第２電極体を、所定の隙間をおいて包み込むようにして設けられた第１電極体と、前記隙間に設けられ、前記第２電極体と第１電極体とを電気絶縁状態に保持する電気絶縁層とを備え、前記第２電極体が略球状に形成され、前記第１電極体が球殻状に形成されていることを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
2. 前記第１電極体が、前記第２電極体の外面形状と相似形をなす球殻状に形成され、前記第２電極体が、前記第１電極体によってほぼ全面に亙って覆わ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. 前記第１電極体の下部にその内外部を連通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に、前記第２電極体に電気的に接続された支持ロッドが、前記第１電極体に対し電気絶縁状態で挿通され、この支持ロッドを介して前記第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２に記載の落雷抑制型避雷装置。
4. 前記電気絶縁層が、前記隙間に配置され、前記第２電極体と前記第１電極体とを所定間隔に保持する電気絶縁性材料によって形成されたスペーサーと、前記隙間に形成される空間によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
5. 前記電気絶縁層が、前記第２電極体と前記第１電極体との間に形成される隙間の全域に亙って設けられ、電気絶縁性材料によって形成されたスペーサーによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
6. 前記第２電極体および前記第１電極体が、ほぼ真球形状であ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２電極体および前記第１電極体が、鉛直断面において楕円形状であ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. 前記第１電極体が２分割されて形成された一対の第１電極構成体によって構成されているとともに、これら一対の第１電極構成体が、前記電気絶縁層を挟み込むようにして突き合わされることにより前記第２電極体を包み込み、この突き合わされた部位において電気導通状態で接続されて一体化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。
9. 前記一対の第１電極構成体が、前記突き合わせた部位において溶接によって一体化されていることを特徴とする請求項８に記載の落雷抑制型避雷装置。
10. 前記一対の第１電極構成体が、前記突き合わせた部位において螺着されることにより一体化されていることを特徴とする請求項８に記載の落雷抑制型避雷装置。