避雷針は被雷針 落雷対策の新しい流れ 落雷を抑制する新型避雷針 PDCE 避雷針 P Pararrayos 避雷針 D Desionnizador 消イオン C Carge 電荷 E Electrostatica 静電気 ( 株 ) 落雷抑制システムズ松本敏男 2013/06/02
1. 全国どこでも大落雷に見舞われる可能性がある 名古屋大落雷 2012 年 8 月 11 日 15:00 ~ 名古屋市港区昭和町を中心にした半径 5Km 内の落雷数 90 分で 584 発 愛知県は 落雷被害全国 23 位の平均的な県栃木県の 1/6 程度の被害額 そのような場所にさえ このような異常な落雷が発生している
2. 落雷数の比較東京 2010 1~9 9 ヶ月間 東京湾上の沿岸では殆ど落雷は無い
3. 落雷数の比較東京 2012 1~9 9 ヶ月間 東京湾上にも落雷し 0-6 発の地域は無くなった 東京での落雷も増加しています
4. 落雷対策の社会的な責任の拡大 背景 落雷の増加 落雷対策 これまでは会社の事情 施設の稼働に影響を与えない施設さえ壊れなければ良い 可用性さえ確保できれば良い 電気設備責任者の仕事通信設備責任者の仕事 社会的な責任化学プラント学校 / 公園などの管理団体遊園地 / ゴルフ場などの運営会社屋外イベントを主宰する会社 落ちた後の後始末 従来の落雷対策 落雷しないような方策が必要 これからの落雷対策
5. 色々な場面で広く活用されています 警察 / 消防本部 浄水場 化学工場 / 焼却場 小学校 / 保育園 公園 / ゴルフ場 船舶 レーダ局 / 無線鉄塔 河川管理 発電所 通信設備 電気設備
6. 避雷針の歴史と問題点避雷針の副作用 130 年 130 年 1752 1881 1899 2011 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
7. 夏季雷と冬季雷 PDCE 避雷針はどちらにも効果あります 落雷が発生する時の電界強度は 通常の 1 千倍程度まで上昇する + + + + + + 雲放電 雲中 雲間 6000m 1000m 正極性落雷 冬季雷 ( 正極性と負極性が混じる ) + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - 夏季雷 ( 負極性が主体 ) 負極性落雷 マイナス10 3000m -18 富士山頂真夏 5 - - - - - - - - + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - - - 地面の電荷 通常はマイナスであるが雷雲の直下にはプラスが誘起される
8. 避雷針の原理通常避雷針 6000m 1 先行放電は まんべんなく落ちて来る 2 お迎え放電を出して誘いに行く 3 放電路が形成され 大電流が流れる通常の避雷針 100m - - - - - - - - - - +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ 落雷を誘導する原理 1) 先行放電は (-) は プラス電荷を求めて降りて来る 2) お迎え放電 (+) を発して先行放電 (-) を迎えにでる
9.PDCE 避雷針の原理 (1) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 先行放電は まんべんなく落ちて来る - - - - - - プラス電荷を求めて降りて来るマイナス電荷 - - - PDCE 避雷針お迎え放電を出さない - - - - - - - - - - - - - - - - +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ 落雷を誘発しない 2 つの理由 1) 上下電極の分極上部 : 負電荷下部 : 正電荷 2) 滑らかな球体で 放電し難いお迎え放電を発生しない
10.PDCE 避雷針の原理 (2) 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
11.PDCE 避雷針の原理 (3) 仮説 + + + + - - - - - - - + + + + 負電荷を持つ雨粒 - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
12.PDCE 避雷針の原理 (4) どこに放電しているか ( 実証 ) 上部電極には放電痕が少ない - - - - - - - + + + + このように放電痕が残る 落雷する ことは 極めて稀ですが生じることもあります 下部電極放電痕が多い + + + +
13.PDCE 避雷針の原理 (5) お迎え放電を出さない PDCE の原理 +++ +++ 1) 上昇気流により上部にプラス 底部にマイナスが貯まる +++ +++ --- --- 3) 地面のプラスが下椀に貯まれば 絶縁物を介した上碗にはマイナスが貯まる雷雲底部 マイナス の直下の地面が プラス になるのと同じ原理 --- --- --- 2) 空気という絶縁物を介した地表にはプラスが誘起される 絶縁物 大気 --- --- 絶縁物 +++ +++ Ⅰ 正電荷を求めて降りてくるので負電荷では目標にならない --- --- --- +++ +++ 2 滑らかな半球体 お迎え放電なし - - - - - - - - - - +++ +++ +++ +++ 晴天時には 地表面 +++ +++ +++ はマイナス
14. 落雷を誘導しても意味がない (1) 落雷を避雷針に誘導しても雷電流の副作用が大きく解決にならない 9 割のビルは ビルの鉄骨構造を接地に用いている 雷電流は ビル鉄骨を分岐して流れ 付帯設備に影響する 避雷針は 建物の保護が目的 付帯設備は 護れない エレベータ制御装置等
15. 落雷を誘導しても意味がない (2) ビルの中には配線が多数ある 電力用配線照明用配線情報配線電話配線エレベータ用配線ポンプ用配線セキュリティ用配線ビル管理用配線 鉄骨付近を並走する配線には誘導電流が流れ 機器に異常をきたす
16. インドネシア テレコムバタム島での 112m の鉄塔
17. 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
18. ビューローベリタスによる認証 フランスでの PDCE 設置 200 か所 5 年間の付近への落雷数を調査 落雷情報 位置特定に 200m の誤差 誤差を解析しても PDCE の周囲への落雷なし よって落雷の抑制効果ありと認定
19. 使用例牛久大仏 浄土真宗東本願寺派本山東本願寺によって造られた全高 120m( 像高 100m 台座 20m) ブロンズ立像としては世界最大 高さ 85m の展望台まで参拝客が上がれ 落雷でエレベータ制御装置が壊れると降りて来られなくなる PDCE 避雷針 参拝客の安全のために落雷を防いでいる ウィキィより転載
20. 使用例地球深部探査船 ちきゅう PDCE 避雷針 2011 年 7 月から 2012 年 2 月までのスリランカでの調査において 本船付近への海面への落雷が多数あるも本船への落雷ゼロ 船内には多数の科学機器が搭載されている
21. 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
22. 日本国内使用実績 国内使用実績 国交省 : ( 北海道開発局 航空局 地方整備局 海保 ) 防衛省 : 電力 :( 北海道電力 東北電力 ) 鉄道 : 携帯電話 : (SBM,KDDI) 民間 :( 寺院 養豚業 小学校 化学工場 船舶 ) 合計約 100 台 海外インドネシアインドネシアテレコム 試験使用をそのまま継続利用に変更 欧州 : 約 1000 台
23. 落雷防止のための他社製品 DAS PDCE 雷雲 - - - - - - - - 雷雲 - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - ケミ ロッド ( 岩塩 ) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 被保護物の上に電荷の雲を作って保護する お迎え放電を出すことなく落雷を招かない 国内設置数 250+ 国内設置数約 100
24.PDCE 避雷針の種類 形状と大きさ おおよその縮尺を表したものです Senior Magnum Marine Junior Baby HT300/HT500 汎用 汎用冬季雷対策強化 船舶用 ちきゅう 搭載耐振動性向上 住宅用 屋外設備用 煙突用 300 /500 高温環境用 直径重量 24cm 8Kg 24cm 10Kg 24cm 13Kg 20cm 5Kg 12cm 2Kg 24cm 15kg 保護範囲 1:5 1:5 1:5 60 度 Spot 1:5
25. 避雷針の規格の規格に合うのか? 避雷針の規格はない 建築基準法 : 第 129 条の15 雷撃によって生じる電流を建築物に被害を及ぼすことなく安全に地中に流すことのできるものとして 国土交通大臣が定めた構造方法又は国土交通大臣の認定を受けたものであること 建設省告示第 1425 号 国土交通大臣の定めた構造方法とは JIS A4201 に適合する方法 JIS A4201 2. 外部雷保護システム 2.1 受雷システムには 突針 水平導体 メッシュ についての規定がない JIS A4201: 1990 年版の IEC60241 を 2003 年に翻訳し 発行 もし 規格で規定されていても 避雷針が規格に適合する過否かの検定 / 認定の制度は無い保安器 公共建築協会による認定あり電気器具 PSEマーク取得の義務あり 日本中の避雷針で JIS 認定を受けたものは存在しない 国土交通大臣の認定 を取得準備をすすめたが JIS 不適合と明確に認められないため 取得の必要性が認められない
26.PDCE 避雷針と通常の避雷針の比較 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
27. 抑制効果を発揮できずに直撃雷を受ける可能性 自然相手に嘘はつけない落雷抑制機能は万能ではない稀にPDCE 自体に落雷することもある 100 年 台で1 回程度? しかし 避雷針としての最低機能 ( 受雷部機能 ) と周辺を守ることは 果たしている + + + + + + + + - - - - - - - - - - - + + + + + + 異常に強力な電界 標高の高いところ 2000m 冬季雷では 500m 以上 冬季雷の場合 夏季雷の場合
28.PDCE だけでは護れない 自分は傘 (PDCE) で守っても 電線を伝わってくる 1) 他の場所での落雷が架線を通じて侵入する 2) 雲放電で行き場のなくなった電荷が流入する 他の場所での落雷が地面を通じて侵入する 50kA の雷撃で 160m 離れても 15kV 他の場所での落雷が共通接地を通じて侵入する
清掃工場への取り付け高温耐熱型 HT300
煙突での取付け作業 高温対応 HT300 型