通信設備の周辺地域住民への落雷対策

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

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

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

第1章 通常避雷針の限界

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

1-2. 捕捉率を高めるための色々な試み

ＥＳＥ避雷針

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

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

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

受雷針

突起部を増やして捕捉率

を高めたもの

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

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

内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要

基地局を撤去して欲しい

電磁誘導

落雷

地電位上昇

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

20

大地抵抗率

300Ω・m

流入部接地抵抗 100Ω

雷撃電流

50kA

130m

18

160m

15

180m

13

200m

12

落雷

1-4．アースしてあれば大丈夫？

雷電流は影響大

Ｌ=130m

18kV

50kA

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

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

内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要

基地局を撤去して欲しい

電磁誘導

落雷

地電位上昇

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

必ずしも全ての落雷を捕捉できない

【落雷は気まぐれ】

ボーリングのコストが高い

民家

落雷

高絶縁深層埋設接地

高絶縁耐雷ケーブル

高耐圧碍子

2-1．避雷針の歴史と問題点

１７５２

1881

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

１８９９

無線電信 実用

マルコーニ

避雷針

現代文明は電力依存

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

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

落雷は安全に誘導すれば良かった時代

何故、２６０年前の技術に頼りきっているのでしょうか？

スマートグリッド時代の雷対策

「落雷を発生させない」

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

負電荷

正電荷

負電荷

正電荷

地表の電荷【通常はマイナス】

-10℃ で雹が生

成

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

2-3．残された解決策 落雷を発生させない対策

負電荷 正電荷を求めて降りてくる

放電開始電圧 V

<

放電開始電圧 V

面-点の放電開始電圧

面-面の放電開始電圧

負電荷

正電荷

正電荷

正電荷

正電荷

負電荷

正電荷

正電荷

絶縁破壊電圧

空気 : 35.5kV/cm

木材 : 6kV/cm

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

2-5. PDCE の原理

(1)

はく検電器

- - - -

-

- - -

- - -

金属球

＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

- - -

- - -

- - -

_{- - -}

_{- - -}

- - -

- - -

- - -

- - -

-

- - -

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

- - - - - -

- - -

- - -

- - -

- - -

2-5. PDCE の原理

(２)

2-5．PDCEの原理 （3）

どこに放電しているか（実証）

下部電極

放電痕が多い

上部電極

放電痕が少ない

- - -

先行放電

お迎え放電

放電路の形成

帰還電流

先行放電

落雷発生のステップ

ＳＰＤ

耐雷トランス

落ちた後始末

落雷の発生

お迎え放電を発

生させない

×

大電流との闘いは大変

発生したら、ほぼ手遅れ

これは自然

現象で防げ

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

2-5．PDCEの原理 （4）

時間軸で見ると

2013/12/10 Copyright LSS 2013 20

2-6．PDCE避雷針と通常避雷針の比較

負電荷

正電荷

負電荷

正電荷

地表の電荷

-10℃ で雹が生

成

夏: 7000ｍ 以

上

冬: 1000ｍ 程

度

先行放電

上部電極は負電荷

目標になりえない

お迎え放電

2-7. 雷対策の進歩

落とす対策から落とさない対策に

放電開始電圧 V

<

放電開始電圧 V

面-点の放電開始電圧

面-面の放電開始電圧

負電荷

正電荷

正電荷

正電荷

正電荷

負電荷

正電荷

正電荷

絶縁破壊電圧

空気 : 35.5kV/cm

木材 : 6kV/cm

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

2-9. 従来型避雷針との比較

１）

最も好ましい状態

落雷が生じない

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

通常の避雷設備

ＰＤＣＥ避雷針

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】

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

20 *tan 60 = 34.6m

60度

20 * 5 = 100m

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

ｒ＝１０・Ｉ

Current 50 kA Radius：ｒ 136 ｍ

130 kA 257 ｍ

150 kA 282 ｍ

Ｒ＝√［ｒ

_{－（ｒ－ｈ）}

_］

Lightning current 129kA

Radius PDCE Height Protection Area

r h R 257 20 99 257 30 120 257 40 138 257 60 165

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

2-10．PDCEの保護範囲についての仮説

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

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

第二パナマ運河工事現場

合計２００基のＰＤＣＥを使用

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 2013 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

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

3-4. 煙突での落雷対策 （１）

2013/12/10 Copyright LSS 2013 36

煙突用PDCE の使用例

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}

電化製品

電化製品

ＥＶ

大容量電池

太陽光発電パネル ＰＶ

スマート・メータ

制御可能な柱上変圧器

コントローラ

柱上変圧器

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？

落雷した後の対策でなく、落雷を受けない対策が必要

支持管を起こす前にＰＤＣＥ取付

独立行政法人 水資源機構様

ＰＤＣＥ設置完了

ＰＤＣＥ 固定

独立行政法人 水資源機構様

独立行政法人 水資源機構様

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

新潟県刈羽郡刈羽村大字刈羽４２８６

「ぴあパーク とうりんぼ」

ＰＤＣＥ-Magnum

使用例 「サッカー場」

2013.6月設置

新潟県刈羽郡 「刈羽ぴあパークサッカー場」

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

箱根石油様

2013年2月設置

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。

屋外イベントでの落雷 その後

期間レンタル 東京ビッグサイト コミケット (1)

2013/10/7 Copyright LSS 2013 54

期間レンタル 東京ビッグサイト コミケット (3)

高さ２２ｍ

2013/10/7 Copyright LSS 2013 56

2013/10/7 Copyright LSS 2013 58

高さ２２ｍ

実証実験 青森県 深浦町 通常避雷針との比較

2013/10/7 Copyright LSS 2013 60

通常避雷針とPDCEへの落雷回数を測定

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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