JP2008262885A - 避雷用多層シールド電線 - Google Patents

Abstract

【課題】避雷針から大地間の導体電線には自己インダクタンスがあるので、そこに落雷するとその雷サージ電流により異常な高電圧を誘起し、停電や通信機器の障害発生の原因になっている。
【解決手段】避雷用芯線導体の外周に絶縁体層と金属層を順に多数回交互に重ね被覆し、芯線導体に多層のコンデンサーを有した物に構成、各シールドと電線の接続方法により、芯線導体の自己インダクタンスと多層のコンデンサーを並列回路に接続構成し、サージインピーダンスを低下させ異常高電圧を防止する電線を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、避雷針から大地まで落雷電流通路の電線に関する。

従来から、落雷による人的および物的被害を防止するため、高層構造物には避雷針の設置が義務化されており、避雷針から大地までの落雷電流を流す導体は、通常裸銅撚線を使用し、ほぼ真っ直ぐ下に向かって敷設され、地中深くに埋設されている接地電極に接続されている。しかしこの避雷導体電線には自己インダクダンスを有しており、この自己インダクダンスが周波数に比例し高い抵抗を生じる特性があるため、雷電流のように周波数が、数十ＫＨｚから数千ＫＨｚの高周波電流が流れようとすると、高い抵抗を生じ、避雷導体電線の上部の避雷針と下部の大地間に異常に高い電圧を発生し、それによる停電や通信機器障害等を発生し、折角避雷針に誘雷しても避雷針の機能が十分果たしていない現状にある。

特許文献１および特許文献２においては、避雷針に落雷すると、雷撃電流値に比例して接地地点の大地電位が上昇し、高電圧となった大地側から、逆に通電中の電線等に放電地絡し、周辺機器へ障害を与える事があるので、この障害を防止するため、避雷針から地中埋設部分までの避雷導体電線の上に、半導体層、絶縁体層、半導体層、および金属遮蔽層を順に形成した避雷導体を絶縁化した電線がある。これにより落雷電流を確実に地中に放出し、地上への環流を防止すること目的としたものがある。

また、特許文献３では、落雷時の高電圧が通電中のＣＶケーブルへの侵入を防止するため、ＣＶケーブルの絶縁体全面にバリスタを内蔵させた避雷装置付きケーブルがある。

特開２００１−０２３７９３ 特開２００１−０２３７９４ 特開平０７−２７２５５１

現状のような避雷導体電線および特許文献１、特許文献２、特許文献３で避雷効果を上げることは、自己インダクダンスが本質的に存在する限り、現状においては避雷効果を上げることが不可能である。
これら避雷導体電線は、ほぼ直線に敷設されているので、電磁理論上本質的に自己インダクダンスを有する事は当然であり、したがって落雷電流のように周波数が数十ＫＨｚから数千ＫＨｚで、数千アンペアの大電流が流れようとすると、この自己インダクダンスが高いサージインピーダンスに変化し、異常な高電圧を発生することになる。
この異常高電圧を抑制減少させるには、自己インダクダンスの影響小さくすることが必要で、避雷効果を向上させる決め手であり、本発明の目的でもある。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１では、避雷用導体電線の芯線導体の上に、絶縁体層を被覆、その上を金属層で被覆、更にその上に絶縁体層を被覆、その上を金属層で被覆形成することを、２回以上多層交互に重ね被覆形成したことを特徴とする避雷用多層シールド電線を提供するものである。

また、本発明は、上記目的を達成するために請求項２では、請求項１の芯線導体の上に絶縁体層を被覆する前に、芯線導体の上に導電性樹脂で被覆したことを特徴とする請求項１記載の避雷用多層シールド電線を提供するものである。

上記ように本発明の避雷用多層シールド電線は、絶縁体層と金属層を多数回交互に重ね被覆形成するのは、芯線導体と並列に複数のコンデンサーを形成し、これが芯線導体の自己インダクダンスを縮小作用させるためである。

上述したように本発明の避雷用多層シールド電線は、導体の上に絶縁体層、金属層を多数回交互に重ね被覆形成するので、避雷用多層シールド電線の芯線導体と金属層間および金属層と金属層間にはそれぞれコンデンサーが形成される。
この多層複数のコンデンサーを、避雷用導体電線の自己インダクダンスと並列回路となるように接続することで、自己インダクダンスを相殺し、サージインピーダンスが小さくなり、異常高電圧を抑制減少させる事が出来る。
本発明の実施例で示すように、サージインピーダンスを１．８％にまで抑制、非常に良い結果になる見通しを得た。すなわち異常電圧を１．８％までに抑制出来る結果を示している。

上記のように、避雷用多層シールド電線に形成された、多層複数のコンデンサーにより、落雷時における落雷電流の高周波サージ電流が多層のコンデンサーに流れ易く吸収され、シールド層を通じて大地へ放出され、異常電圧の上昇が防止される。

上記のように、落雷時に発生していた有害な異常高電圧が解消するので、結果的に停電をはじめコンピューター等の半導体機器の障害の発生を防止する事が出来、設備の耐雷性を向上させることが出来る。

発明の実施するための最良の形態

以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明の避雷用多層シールド電線の３層タイプの構造を示し、避雷用導体電線１の上に第１層の絶縁体層２を、その上に第１層の金属層３を、その上に第２層の絶縁体層４を、その上に第２層の金属層５を、その上に第３層の絶縁体層６を、その上に第３層の金属層７を被覆し、その上を外傷防止の被覆８した正断面図および側断面図を示す。

図２は、上記とほぼ同じであるが、避雷用導体電線の上に第１層の絶縁体層２を被覆する前に、芯線導体の撚り線の凹凸を無くするため導電性樹脂９を芯線導体に被覆した正断面および側断面図を示す。

避雷用多層シールド電線の絶縁体の素材は、架橋ポリエチレンやシリコン等の絶縁誘電体を用い、またシールドの金属は、銅板またはアルミニュウムとし、板状テープ状巻き付けか、筒状押し出しで成形する。

この避雷用多層シールド電線に形成されたコンデンサーの接続は、シールドが３層構造電線の場合は、図４に示すように、電線の避雷針側の上部端においては、芯線導体１と第２層シールド５を接続し、大地側の下部端においては、芯線導体１と第１層シールド３および第３層シールド７を接続する。
この接続により芯線導体と大地側には、３個のコンデンサーが並列に接続された回路が形成される。

サージインピーダンスは落雷サージ周波数に比例変化し、その効果判定にも影響するので、ここでは電力中央研究所の雷観測記録を参考に、波頭長を１０マイクロセカンドの雷サージ波形を引用し周波数を求め、その周波数を２５ＫＨｚに設定計算した。

実施例の避雷導体電線は、図２の３層型構造を採用する。先ず芯線導体１の撚り線凹凸を無くするため、芯線導体の上に導電性樹脂９で被覆し、その上に第１層の絶縁誘電体２の架橋ポリエチレンを被覆、その上に銅テープ３を巻き付け、第１層シールドを構成する。次にその上に第２層絶縁誘電体４の架橋ポリエチレンを被覆し、その上に銅テープ５巻き付け第２層シールドを構成する。さらにその上に第３層絶縁誘電体６の架橋ポリエチレンを被覆し、その上に銅テープ７を巻き付け第３層シールドを構成する。その上は電線の外傷防止のために樹脂８で被覆保護した構造とする。

本発明の避雷用多層シールド電線の実施例の諸元は下記の通り。
［導体関係］
導体外径 １０．０ ［ミリメートル］
導体断面積 ６０ ［平方ミリメートル］
導体抵抗 ０．３０１ ［オーム／Ｋｍ］
自己インダクダンス ２．８１３１×１０ ［ヘンリ／Ｋｍ］
サージインピーダンス ４４１．８８ ［オーム／Ｋｍ］
［絶縁誘電体関係］
絶縁体の種類 架橋ポリエチレン
誘電率 ２．３
絶縁体の厚さ １４ ［ミリメートル］
導電性樹脂の外径 １４ ［ミリメートル］
絶縁体の外径 第１層 ４２ ［ミリメートル］
第２層 ７０ ［ミリメートル］
第３層 ９８ ［ミリメートル］
上記条件に基づきキャパシテイを計算した結果
第１層 １．１６３２×１０ ［Ｆ／Ｋｍ］
第２層 ２．５０１７×１０ ［Ｆ／Ｋｍ］
第３層 ３．７９８０×１０ ［Ｆ／Ｋｍ］
３層キャパシテイ合計Ｃ＝７．４６２９×１０ ［Ｆ／Ｋｍ］
避雷用３層タイプシールド電線のサージインピーダンスは、
Ｚ_Ｃ３＝８．２１６４ ［オーム／Ｋｍ］

芯線導体電線のみのサージインピーダンスは、
Ｚ_Ｔ１＝４４１．８８［オーム／Ｋｍ］
本発明の３層シールドタイプの場合のサージインピーダンスは
Ｚ_Ｃ３＝８．２１６４［オーム／Ｋｍ
となり、サージインピーダンスの低減率は、
Ｚ_Ｃ３／Ｚ_Ｔ１×１００＝１．８６％
と、本発明の避雷用多層シールド電線のサージインピーダンスは大幅に低減され、異常高電圧の発生防止が大いに期待出来るものである。

いま建造物高さ３０ｍに避雷導体電線を設置したと仮定、上記実施例を適用し落雷電流が１０ＫＡ流れた場合の誘起電圧を試算すると、
通常使用の裸銅撚線の場合は １３３０００Ｖ
本発明多層シールド電線の場合は ２５００Ｖ
と明らかに本発明の避雷用多層シールド電線の性能が良いことが証明している。

産業状の利用可能性

落雷は同一建物に多くとも年数回程度であるが、落雷の都度それなりの被害が発生している。情報化社会と半導体素子が多用されている現状においては、特に高層建造物には、パルスやノイズ弱い情報機器等が多く設置されているので、オフィスビルや高層マンションへの利用の可能性が高いと思われる。

特別高圧送電鉄塔に落雷した場合、鉄塔のサージインピーダンスや接地抵抗により、鉄塔側から碍子を閃絡し電線に放電する、いわゆる逆閃絡現象を生じることがあるが、鉄塔のサージインピーダンスを低減し逆閃絡事故を防止するために、利用することも考えられる。

高圧架空配電線のアレスター接地線に、また無線鉄塔の避雷針導線用など広く利用が期待できる。

多層シールド電線の３層形の正断面と側断面図 多層シールド電線の芯線導体表面に導電性樹脂被覆した正断面と側断面図 建造物に避雷用多層シールド電線を設置した例示図 コンデンサー形成するためのシールドと芯線導体の接続図

符号の説明

１ 芯線導体
２ 第１層絶縁体
３ 第１層金属層
４ 第２層絶縁体
５ 第２層金属層
６ 第３層絶縁体
７ 第３層金属層
８ 外傷保護被覆材
９ 導電性樹脂被覆
１０ 避雷針
１１ 絶縁碍子
１２ 避雷導体電線
１３ 接地極
１４ 電線とシールドとの接続リード線
１５ 電線とシールドとの接続リード線

Claims (2)

1. 避雷針に接続され落雷電流を流す避雷用電線において、芯線導体の上に、絶縁体層を被覆、その上を金属層で被覆、更にその上に絶縁体層を被覆、その上を金属層で被覆形成することを、２回以上多層交互に重ね被覆形成したことを特徴とする避雷用多層シールド電線。
2. 請求項１の芯線導体の上に絶縁体層を被覆する前に、芯線導体の上に導電性樹脂で被覆したことを特徴とする請求項１記載の避雷用多層シールド電線。

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