通信設備の周辺地域住民への落雷対策

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1 避雷針を用いた落雷対策の限界 何故 PDCE 避雷針による落とさない対策なのか? 2013 年 12 月 10 日落雷抑制システムズ松本敏男 2013/12/10 Copyright LSS

2 0. はじめに第 1 章通常避雷針の限界第 2 章 PDCE 避雷針の原理第 3 章 PDCE 避雷針の使用例 2013/12/10 Copyright LSS

3 0. 何故 落雷するのか? 落雷にまつわる誤解 1) 高い場所へ落雷する 結果としては高い所が多いが 高さが要素ではない 雷は 6000m 以上の上空から 地表の構造物の高低を判定できるか? 答えできない 何を求めて降りてくるのか? 高さではなく 帯電している強度 2) 落雷は一方的に落ちてくる 地表の帯電強度も一様ではなく 帯電した部分から放電し易い 放電し難い条件はある 落雷は 雷雲と地表との相関関係で発生する 地表からのお迎え放電を出し難くする事が 落雷を誘導しないために重要 2013/12/10 Copyright LSS

4 第 1 章 通常避雷針の限界 2013/12/10 Copyright LSS

5 1-1. 通常避雷針の限界捕捉率が 100% でない 通常避雷針を付けても落雷を 100% 捕捉できない 捕捉率を高めるための色々な工夫 1) 突起部を増やした避雷針 受雷針 2) 保護対象のカバー率を広げた避雷針 パラキャッチ 3) お迎え放電を放出し易くした ESE 避雷針 ESE : Early Streamer Emission これらは 落雷の捕捉を高める点では 有効 2013/12/10 Copyright LSS

6 1-2. 捕捉率を高めるための色々な試み 受雷針 ESE 避雷針 パラキャッチ避雷針 突起部を増やして捕捉率を高めたもの 被保護物 パラボラ の真上まで水平避雷針を伸ばして カバー率を向上させたもの 球形の部分に地面の電荷を貯えることで お迎え放電を放出し易くしたもの しかし 落雷を誘導すれば解決と言う単純な話しではない 2013/12/10 Copyright LSS

7 1-3. 雷電流の影響落雷を捕捉した後の問題雷電流 市街化が進み 無人であった場所にも住宅建設が進む 落雷による周辺住宅での地電位上昇による苦情 基地局建設後に落雷が増加した 落雷 雷被害が増加した ( 損害を補償しろ!) 住宅火災が心配だ 安心できる生活に戻りたい 雷が落ちない様にして欲しい 電磁誘導 内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要 民家 局舎 基地局を撤去して欲しい 地電位上昇 2013/12/10 Copyright LSS

8 1-4. アースしてあれば大丈夫? 雷電流は影響大 落雷 大地抵抗率 300Ω m 落雷地点からの距離 (m) 電位上昇 (kv) 流入部接地抵抗雷撃電流 50kA L=130m 100Ω 50kA 18kV 10m m m 80 50m 48 70m m m 130m m m m /12/10 Copyright LSS

9 1-5. 落とす対策ではどうにもならない落雷を捕捉した後の問題 市街化が進み 無人であった場所にも住宅建設が進む 落雷による周辺住宅での地電位上昇による苦情 基地局建設後に落雷が増加した 落雷 雷被害が増加した ( 損害を補償しろ!) 住宅火災が心配だ 安心できる生活に戻りたい 雷が落ちない様にして欲しい 電磁誘導 内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要 民家 局舎 基地局を撤去して欲しい 地電位上昇 2013/12/10 Copyright LSS

10 1-6. 雷電流の解決策落雷させてから絶縁ケーブルと深埋接地で処理 避雷針へ全ての落雷を誘導できれば問題はない しかし 落雷 必ずしも全ての落雷を捕捉できない 落雷は気まぐれ 高耐圧碍子 ボーリングのコストが高い 高絶縁耐雷ケーブル 民家 局舎 中電位 高電位 高絶縁深層埋設接地 2013/12/10 Copyright LSS

11 第 2 章 PDCE 避雷針の原理 2013/12/10 Copyright LSS

12 2-1. 避雷針の歴史と問題点 130 年 130 年 避雷針の発明 ベンジャミン フランクリン エジソン電気照明会社 無線電信実用マルコーニ 現代文明は電力依存 避雷針 落雷は安全に誘導すれば良かった時代 電力 / 情報ネットワーク時代では ワザワザ落雷を発生させれば副作用が問題になる 何故 260 年前の技術に頼りきっているのでしょうか? 二つの問題点 1. 雷電流の処理地面に流しても周囲に副作用 2. 補足率は 100% ではない 避雷針周囲への落雷を誘発 スマートグリッド時代の雷対策 落雷を発生させない オイル ランプ 2013/12/10 Copyright LSS

13 2-2. 避雷針の原理お迎え放電を上げて放電路を形成する 正電荷 -10 で雹が生成 夏 : 7000m 以上冬 : 1000m 程度 負電荷 1) 先行放電 2) お迎え放電 3) 放電路ができる 4) 電流が流れる 地表の電荷 通常はマイナス 負電荷 正電荷 2013/12/10 Copyright LSS

14 2-3. 残された解決策落雷を発生させない対策 負電荷 放電開始電圧 V1 絶縁破壊電圧空気 : 35.5kV/cm 木材 : 6kV/cm < 放電開始電圧 V2 負電荷 負電荷 正電荷を求めて降りてくる 正電荷 面 - 点の放電開始電圧 正電荷 面 - 面の放電開始電圧 正電荷 正電荷 正電荷 正電荷 2013/12/10 Copyright LSS

15 2-4. 放電実験による点と面放電開始電圧の違い 面 点の放電開始電圧は 面 面の放電開始電圧よりも低い 通常の避雷針で放電する電圧でなら PDCE 避雷針は放電しない 2013/12/10 Copyright LSS

16 2-5. PDCE の原理 (1) 金属球 はく検電器 2013/12/10 Copyright LSS

17 2-5. PDCE の原理 (2) 負電荷を持つ雨粒大気中は負電荷が浮遊 PDCE 上部電極の正電荷は中和されてしまう 初期状態は上部電極に正電荷が 誘導される /12/10 Copyright LSS

18 2-5.PDCE の原理 (3) どこに放電しているか ( 実証 ) 上部電極 放電痕が少ない 下部電極 放電痕が多い /12/10 Copyright LSS

19 2-5.PDCE の原理 (4) 時間軸で見ると 落雷発生のステップ 先行放電お迎え放電放電路の形成 落雷の発生 帰還電流 SPD 耐雷トランス落ちた後始末 これは自然現象で防げない 先行放電 お迎え放電を発生させない 放電路が形成されない 大電流との闘いは大変 発生したら ほぼ手遅れ 放電自体が発生しない 時間の経過 2013/12/10 Copyright LSS

20 2-6.PDCE 避雷針と通常避雷針の比較 正電荷 -10 で雹が生成 夏 : 7000m 以上冬 : 1000m 程度 負電荷 お迎え放電 先行放電 上部電極は負電荷目標になりえない 地表の電荷 負電荷 正電荷 2013/12/10 Copyright LSS

21 2-7. 雷対策の進歩落とす対策から落とさない対策に 負電荷 絶縁破壊電圧空気 : 35.5kV/cm 木材 : 6kV/cm 負電荷 放電開始電圧 V1 < 放電開始電圧 V2 正電荷 面 - 点の放電開始電圧 正電荷 面 - 面の放電開始電圧 正電荷 正電荷 正電荷 正電荷 2013/12/10 Copyright LSS

22 2-11. 落雷を発生させない対策 落雷させなければ地電位上昇も無い日本海沿岸でも冬季雷対策に8 年の実績周辺の実害も減少 設備機器にも好影響新規設備での住民対策に有効住民対策 : 住民の知識レベルの向上 権利意識も強く納得のいく説明と対策が必要 公共交通機関路線の長距離化 乗り入れ で影響範囲が広くなってきている 事故の影響が大 乗客の雷についてのリテラシーが向上 落雷 自然災害 不可抗力にならない 最大限の事故回避責任 対策しない場合での事故責任 > 対策していての事故責任 民家 局舎 2013/12/10 Copyright LSS

23 2-9. 従来型避雷針との比較 1) 最も好ましい状態 PDCE 避雷針 落雷が生じない 通常の避雷設備 2) 次善の状態 落雷を誘導できる 3) 最悪の状態 落雷を誘導できない 通常の避雷針 PDCE 避雷針が機能を発揮できない状態 = 通常の避雷針が最大の機能を発揮している状態 PDCE での最悪の状態 通常避雷針の最上の状態 2013/12/10 Copyright LSS

24 2-8. PDCE の保護範囲比較 建築基準法の適用の無い場合 : 20m の高さでの PDCE 避雷針の保護範囲半径 100m 建築基準法が適用される場合 : 雷撃で生じる電流を安全に地中に流す事のできる単なる受雷部 20m の高さでの通常避雷針の保護角度 60 度 旧 JIS 20 m 60 度 例えば 高さ 20m を越える建築物での使用 建築基準法を適用駐車場 建築基準法の適用の無い 20 *tan 60 = 34.6m 20 * 5 = 100m 2013/12/10 Copyright LSS

25 2-10.PDCE の保護範囲についての仮説 雷電流とストリーマの半径について NFC での定義 ストリーマの半径 PDCE の高さ 保護領域の関係 r=10 I 2/3 Current 50kA Radius:r 136m 130kA 257 m 150kA 282m R= [r 2 -(r-h) 2 ] Lightning current 129kA Radius PDCE Height Protection Area r h R /12/10 Copyright LSS

26 2-12. 実際の現場での効果小松市海上 2009 年度 高さ 42m のタワー PDCE 避雷針付き 2013/12/10 Copyright LSS

27 2-13. インドネシア テレコムバタム島での 112m の鉄塔 2013/12/10 Copyright LSS

28 2-13. インドネシアテレコムバタム島での結果 Before 年間雷日数約 180 日該当施設への落雷毎月 1-2 回 After 年間雷日数約 180 日該当施設への落雷ゼロ 周辺の鉄塔にも雷サージ カウンターを設置したが 周辺部での落雷は今までと同じく多数の落雷 (400m 離れた鉄塔で 11kA を記録 ) 2009 年 4 月より今まで無事故を継続実例として回避できている例が存在 2013/12/10 Copyright LSS

29 第 3 章 PDCE 避雷針の使用例 2013/12/10 Copyright LSS

30 第二パナマ運河工事現場 2013/12/10 合計200基のPDCEを使用 Copyright LSS

31 3-1. どういうところで使用されるのか 鉄塔 無線鉄塔携帯基地局専用ネットワーク国土交通省警察庁防衛省 JR 放送局 防災無線 2013/12/10 Copyright LSS

32 3-2. どういうところで使用されるのか 牛久大仏高さ 120m 世界最大のブロンズ像 85m の展望階まで参拝客が上がれる 落雷 内部は安全であるがエレベータに障害 PDCE を設置以来 事故なし 2013/12/10 Copyright LSS

33 3-3. どういうところで使用されるのか 横浜 三ツ沢球技場 / 陸上競技場合計 8 基 2013/12/10 Copyright LSS

34 3-4. 煙突での落雷対策 (1) 2013/12/10 Copyright LSS

35 3-4. 煙突での落雷対策 (2) 2013/12/10 Copyright LSS

36 3-4. 煙突での落雷対策 (3) 2013/12/10 Copyright LSS

37 煙突用 PDCE の使用例 群馬県沼田市清掃工場 2013/12/10 Copyright LSS

38 3-6. スマート ハウスでの落雷対策 今までの電力供給 今後の電力供給 柱上変圧器 制御可能な柱上変圧器 太陽光発電パネル PV 電化製品 スマート メータ 電化製品 EV 落雷で被害を受ける製品が増加する 落雷した後の対策だけで十分か? 大容量電池 コントローラ 落雷した後の対策でなく 落雷を受けない対策が必要 2013/12/10 Copyright LSS

39 独立行政法人 水資源機構様 支持管を起こす前に PDCE 取付 既設避雷針の撤去 2013/12/10 Copyright LSS

40 独立行政法人 水資源機構様 PDCE 設置完了 PDCE 固定 2013/12/10 Copyright LSS

41 独立行政法人 水資源機構様 2013/12/10 Copyright LSS

42 創価大学様新総合教育棟 施工 2013 年 3 月 完成図創価大学ホームページより 2013/12/10 Copyright LSS

43 創価大学様新総合教育棟 2013 年 3 月施工 2013/12/10 Copyright LSS

44 PDCE-Magnum 使用例 サッカー場 月設置 新潟県刈羽郡刈羽村大字刈羽 4286 ぴあパークとうりんぼ 2013/12/10 Copyright LSS

45 新潟県刈羽郡 刈羽ぴあパークサッカー場 2013/12/10 Copyright LSS

46 新潟県刈羽郡 刈羽ぴあパークサッカー場 2013/12/10 Copyright LSS

47 新潟県刈羽郡 刈羽ぴあパークサッカー場 Magnum 3 台を御利用 2013/12/10 Copyright LSS

48 福島県須賀川工場の屋根の太陽光パネル保護 2013 年 3 月施工 2013/12/10 Copyright LSS

49 京丹後市 某保育所様 2013/12/10 Copyright LSS

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51 屋外イベントでの落雷その後 コンサートの落雷で死亡エイベックス子会社など提訴 :19 大阪市の長居公園で昨年 8 月 人気アーティスト EXILE らが出演する野外コンサート a-nation に訪れた客 2 人が落雷で死亡した事故で 北九州市の女性 = 当時 (22)= の両親が 30 日 イベント運営会社 エイベックス ライヴ クリエイティヴ ( 東京 ) など 2 社に計約 8200 万円の損害賠償を求める訴訟を大阪地裁に起こした 両親は 避難誘導などの安全対策を怠ったと訴えている 原告の代理人弁護士によると 屋外イベントの落雷事故で主催者側の安全責任を問う訴訟は初 訴えたのは 亡くなった会社員 岩永牧子さんの父 浩美さん (51) と母 和子さん (53) 同社は音楽 映像事業などを手がける エイベックス グループ ホールディングス の子会社で 被告側のもう 1 社は キョードー大阪 ( 大阪市 ) 訴状によると 岩永さんは昨年 8 月 18 日午後 2 時すぎごろ 開演前に長居公園内の木の近くで友人とともに落雷に遭い 翌 19 日に死亡 友人も亡くなった 原告側は 2 社に来場者の安全を確保する義務があったと主張 前日から雷注意報が出ており 落雷事故を予測できたのに対応をとらず 来場者を早期に安全な場所に誘導することもしなかった などとしている エイベックス グループ ホールディングスは 訴状が届いていないのでコメントできない キョードー大阪は 当社は主催者ではないのでコメントを控える としている 2013/10/7 Copyright LSS

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60 実証実験 青森県深浦町通常避雷針との比較 通常避雷針と PDCE への落雷回数を測定 2013/10/7 Copyright LSS

61 この資料の内容につきましては下記にご連絡下さい 株式会社落雷抑制システムズ横浜市中区山下町 24 番地 8 松本敏男電話 matsumoto@rakurai-yokusei.jp 落雷抑制システムズ で検索 Goo ブログ 雷ブログ 毎日更新中です 2013/12/10 Copyright LSS

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