避雷針を用いた落雷対策の限界

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
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1
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
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0. 何故、落雷するのか？
１） 高い場所へ落雷する
落雷にまつわる誤解
×
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？
何を求めて降りてくるのか？
２） 落雷は一方的に落ちてくる
答え できない
高さではなく、帯電している強度
×
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
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第1章
2013/12/10
通常避雷針の限界
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捕捉率が１００%でない
1-1．通常避雷針の限界
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
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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
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
突起部を増やして捕捉率
を高めたもの
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
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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
落雷
基地局建設後に落雷が増加した
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
電磁誘導
雷が落ちない様にして欲しい
内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要
局舎
民家
地電位上昇
基地局を撤去して欲しい
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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
流入部接地抵抗
100Ω
雷撃電流
50kA
50kA
18kV
Ｌ=130m
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落雷地点からの距離（ｍ）
電位上昇（ｋV)
10m
239
20m
119
30m
80
50m
48
70m
34
100m
24
120m
130m
20
18
160m
15
180m
13
200m
12
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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
落雷
基地局建設後に落雷が増加した
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
電磁誘導
雷が落ちない様にして欲しい
内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要
局舎
民家
地電位上昇
基地局を撤去して欲しい
2013/12/10
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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
落雷
避雷針へ全ての落雷を誘導できれば問題はない
しかし
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
民家
高絶縁耐雷ケーブル
局舎
高絶縁深層埋設接地
中電位
高電位
2013/12/10
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第２章 ＰＤＣＥ避雷針の原理
2013/12/10
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2-1．避雷針の歴史と問題点
１７５２
避雷針の発明
ベンジャミン・フランクリン
１３０年
１３０年
1881 １８９９
エジソン電気照明会社
２０１１
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
オイル・ランプ
2013/12/10
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スマートグリッド時代の雷対策
「落雷を発生させない」
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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
負電荷
夏: 7000ｍ 以
上
冬: 1000ｍ 程
度
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
2013/12/10
正電荷
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落雷を発生させない対策
2-3．残された解決策
負電荷
絶縁破壊電圧
空気 : 35.5kV/cm
木材 :
6kV/cm
放電開始電圧 V1
<
放電開始電圧 V2
正電荷
正電荷を求めて降りてくる
負電荷
正電荷
面-点の放電開始電圧
正電荷
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負電荷
面-面の放電開始電圧
正電荷
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正電荷
正電荷
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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
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2-5. PDCE の原理 (1)
----- - - - ----金属球
2013/12/10
はく検電器
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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
＋ ＋
＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋
＋ ＋ ＋
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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
＋ ＋
2013/12/10
＋ ＋
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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
落雷の発生
ＳＰＤ
耐雷トランス
落ちた後始末
大電流との闘いは大変
これは自然
現象で防げ
ない
先行放電
帰還電流
放電路の形成
発生したら、ほぼ手遅れ
×
お迎え放電を発
生させない
放電路が形成さ
れない
放電自体が発生しない
時間の経過
2013/12/10
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2-6．PDCE避雷針と通常避雷針の比較
正電荷
-10℃ で雹が生
成
負電荷
先行放電
夏: 7000ｍ 以
上
冬: 1000ｍ 程
度
お迎え放電
上部電極は負電荷
目標になりえない
地表の電荷
負電荷
2013/12/10
正電荷
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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
放電開始電圧 V1
<
放電開始電圧 V2
正電荷
正電荷
面-点の放電開始電圧
正電荷
2013/12/10
負電荷
正電荷
面-面の放電開始電圧
正電荷
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正電荷
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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 ⇒
乗客の雷についてのリテラシーが向上
事故の影響が大
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
2013/12/10
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局舎
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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
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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】
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 m
60度
20 *tan 60 = 34.6m
20 * 5 = 100m
2013/12/10
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24
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
NFC17-100 での定義
ストリーマの半径、ＰＤＣEの高さ、保護領域の
関係
Ｒ＝√［ｒ２－（ｒ－ｈ）２］
ｒ＝１０・Ｉ２／３
Lightning current 129kA
Current
50kA
130kA
150kA
Radius：ｒ
136ｍ
257ｍ
282ｍ
Radius
r
257
257
257
257
2013/12/10
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PDCE Height
h
Protection Area
R
20
30
40
60
99
120
138
165
25
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
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26
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 2013
27
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
After
年間雷日数 約１８０日
該当施設への落雷
毎月１-２回
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
2013/12/10
実例として回避できている例が存在
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第3章 ＰＤＣＥ避雷針の使用例
2013/12/10
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29
第二パナマ運河工事現場
2013/12/10
合計２００基のＰＤＣＥを使用
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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
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31
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
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32
3-3. どういうところで使用されるのか
横浜
2013/12/10
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三ツ沢球技場/陸上競技場
合計 8基
33
3-4. 煙突での落雷対策 （１）
2013/12/10
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34
3-4. 煙突での落雷対策 （２）
2013/12/10
Copyright LSS 2013
35
3-4. 煙突での落雷対策 （３）
2013/12/10
Copyright LSS 2013
36
煙突用PDCE の使用例
群馬県沼田市 清掃工場
2013/12/10
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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
制御可能な柱上変圧器
柱上変圧器
太陽光発電パネル ＰＶ
電化製品
電化製品
スマート・メータ
ＥＶ
大容量電池
コントローラ
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？
2013/12/10
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落雷した後の対策でなく、落雷を受けない対策が必要
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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
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39
独立行政法人
水資源機構様
ＰＤＣＥ設置完了
2013/12/10
ＰＤＣＥ 固定
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40
独立行政法人
2013/12/10
水資源機構様
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創価大学様 新総合教育棟
2013年3月
施工
完成図 創価大学ホームページより
2013/12/10
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42
創価大学様 新総合教育棟
2013/12/10
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2013年3月 施工
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ＰＤＣＥ-Magnum 使用例 「サッカー場」
2013.6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
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新潟県刈羽郡 「刈羽ぴあパークサッカー場」
2013/12/10
Copyright LSS 2013
45
新潟県刈羽郡 「刈羽ぴあパークサッカー場」
2013/12/10
Copyright LSS 2013
46
新潟県刈羽郡 「刈羽ぴあパークサッカー場」
2013/12/10
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Magnum 3台を御利用
47
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
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48
京丹後市
2013/12/10
某保育所様
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49
箱根石油様
2013/12/10
2013年2月設置
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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
2013.7.31 12:19
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 2013
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期間レンタル 東京ビッグサイト
2013/10/7
Copyright LSS 2013
コミケット (1)
52
期間レンタル 東京ビッグサイト
2013/10/7
Copyright LSS 2013
コミケット (2)
53
期間レンタル 東京ビッグサイト
コミケット (3)
高さ２２ｍ
アース線固定
2013/10/7
Copyright LSS 2013
54
期間レンタル 東京ビッグサイト
2013/10/7
Copyright LSS 2013
コミケット (4)
55
コミケット 高所作業車の前でのパフォーマンス
2013/10/7
Copyright LSS 2013
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期間レンタル
2013/10/7
陸上自衛隊 富士総合火力演習 (1)
Copyright LSS 2013
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期間レンタル
陸上自衛隊 富士総合火力演習 (2)
高さ２２ｍ
2013/10/7
Copyright LSS 2013
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13. 期間レンタル
2013/10/7
陸上自衛隊 富士総合火力演習
Copyright LSS 2013
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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 2013
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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 ０４５－２６４－４１１０
[email protected]
http://www.rakurai-yokusei.jp
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2013/12/10
Copyright LSS 2013
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