(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
落雷等によって生ずる過大電流を放流するための放流路である埋設接地線の周囲の土壌若しくは建造物基礎体周囲の土壌、又は建造物基礎体の一部を採取することにより試料を準備する第１のステップと、当該試料に記録されている自然残留磁化を測定する第２のステップと、自然残留磁化を測定し終えた当該試料に対して交流消磁を行う第３のステップと、前記第３のステップで交流消磁を行った当該試料の残留磁化を測定する第４のステップと、交流消磁レベルを前記第３のステップにおける交流消磁レベルより大きな交流消磁レベルに設定して前記第３のステップへ移行させる第５のステップと、前記第４のステップの後に行うステップであって、導き出された残留磁化値の変化の様子から当該試料の磁化の安定性を判定する第６のステップと、前記第６のステップ終了時点において当該試料に残留する残留磁化を完全に消去するためのステップであって、当該試料に残留する残留磁化を完全に消去できる程度の交流消磁レベルにて当該試料に対して交流消磁を行う第７のステップと、前記第２のステップにおいて測定した自然残留磁化及び前記第４のステップにおいて測定した各残留磁化について、それぞれ磁化強度及び傾きを算出するとともに特定磁化強度を算出する第８のステップと、前記第７のステップによって残留磁化が完全に消去された当該試料を用意するとともに、当該試料から所定の距離をおいて導電線を設け、当該導電線に電流を流して当該導電線の周囲に磁場を発生させることにより当該試料を帯磁させて当該試料に帯磁された帯磁磁化強度を測定することを、導電線に通電する電流強度を変化させながら複数回行い、この測定によって、導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係を導出する第９のステップと、前記第９のステップで導出された導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係に対して、前記第８のステップによって算出された特定磁化強度を照合する第１０のステップ、によって、試料の近辺に通電された電流値及び通電極性を推定することを特徴とする雷撃電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、落雷等によって生ずる過大電流を測定するための方法に関する。更に詳しくは、過大電流によって磁化された土壌や岩石等を採取して試料とし、当該試料の残留磁化強度を測定する等により過大電流を推定的に測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気通信機器等を落雷等によって生ずる過大電流から保護するため、電気通信機器等には接地線を接続するなどして接地を行っている。大地内部には接地棒等の接地体が埋設されており、電気通信設備等からの接地線が接続されている。落雷等により電源線や通信線に過大電圧が印加された場合には、保安器等を介するなどし、過大電流を接地線から大地内部に埋設された接地体へ放流することにより電気通信機器等を保護している。
【０００３】
また、ビル，鉄塔，避雷針接地装置に代表される避雷設備等の建造物は、コンクリート等の基礎体を大地表面付近に配設して建立されており、前記建造物に直撃雷が生じた場合には、例えば鉄骨フレーム〜基礎体〜大地の経路を辿って過大電流が大地内部に放流されることとなる。
【０００４】
ところで、近年の情報化社会を背景に、電算機や半導体を使用した電気通信機器が著しく普及しており、これらの機器や建造物を落雷から確実に保護する必要性が求められている。
【０００５】
従って、耐雷設計の一つである接地システムの設計を適切に行うことは極めて重要な課題である。接地システムの設計を行うにあたっては、過去に発生した落雷時におけるある地点の接地システムの状態等、過去の事象の分析結果を考慮して行うことが非常に有効な手段となる。例えば、ある地点の接地システムにおいて、落雷によって過大電流が接地線を通じて接地体から大地内部に過大電流が放流された場合、接地線にはどの程度の大きさの電流が通電されたのか、また当該電流の極性が正負の何れであったのか、更に接地線が損傷などせず満足に機能を果たしたのか等といった過去の事象を分析することが、新規に或いは見直し的に耐雷設計を行う際、非常に有効である。
【０００６】
そこで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、過大電流が通電される鉄塔１のフレーム２の周囲や接地線５の周囲には、ＣＴ，ロゴスキーコイル又はシャント抵抗を用いた電流測定装置Ｔを配設し、通電された過大電流の値及び極性を測定していた。なお、参考文献としては、「特開２００１−１９４３９０号」などが挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の雷撃電流測定方法にあっては、次のような問題があった。ＣＴ，ロゴスキーコイル又はシャント抵抗を用いた電流測定装置自体を製作して用意し、製作した電流測定装置を測定対象の地点まで搬入して測定対象物の周囲に配設しなければならず、従って、装置の製作費用，搬入費用，設置工事費用等が発生してしまうという問題があった。
【０００８】
また、雷撃電流を測定できる箇所が必然的に測定装置を配設した場所に限られてしまい、従って、任意の箇所で測定できないという問題があった。
【０００９】
更には、耐雷設計以上の過大電流が測定装置を配設した箇所に生じた場合は、例えば接地線が焼けこげる等して損傷すると共に、測定装置自体も損傷してしまう場合があるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した従来の雷撃電流測定方法が有する課題を解決し、装置を製作，搬入，設置する必要が無く、任意の箇所の雷撃電流が測定可能である雷撃電流測定方法を提供するものである。また、任意の箇所の雷撃電流が測定可能となるので多箇所・多数の事象を分析することができ、ひいては、耐雷設計の一つである接地システムの設計の信頼性を大幅に向上することを可能せしめるものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、落雷等によって生ずる過大電流を放流するための放流路である埋設接地線の周囲の土壌若しくは建造物基礎体周囲の土壌、又は建造物基礎体の一部を採取することにより試料を準備する第１のステップと、当該試料に記録されている自然残留磁化を測定する第２のステップと、自然残留磁化を測定し終えた当該試料に対して交流消磁を行う第３のステップと、前記第３のステップで交流消磁を行った当該試料の残留磁化を測定する第４のステップと、交流消磁レベルを前記第３のステップにおける交流消磁レベルより大きな交流消磁レベルに設定して前記第３のステップへ移行させる第５のステップと、前記第４のステップの後に行うステップであって、導き出された残留磁化値の変化の様子から当該試料の磁化の安定性を判定する第６のステップと、前記第６のステップ終了時点において当該試料に残留する残留磁化を完全に消去するためのステップであって、当該試料に残留する残留磁化を完全に消去できる程度の交流消磁レベルにて当該試料に対して交流消磁を行う第７のステップと、前記第２のステップにおいて測定した自然残留磁化及び前記第４のステップにおいて測定した各残留磁化について、それぞれ磁化強度及び傾きを算出するとともに特定磁化強度を算出する第８のステップと、前記第７のステップによって残留磁化が完全に消去された当該試料を用意するとともに、当該試料から所定の距離をおいて導電線を設け、当該導電線に電流を流して当該導電線の周囲に磁場を発生させることにより当該試料を帯磁させて当該試料に帯磁された帯磁磁化強度を測定することを、導電線に通電する電流強度を変化させながら複数回行い、この測定によって、導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係を導出する第９のステップと、前記第９のステップで導出された導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係に対して、前記第８のステップによって算出された特定磁化強度を照合する第１０のステップ、によって、試料の近辺に通電された電流値及び通電極性を推定することを特徴とする雷撃電流測定方法としたものである。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明の趣旨を越えない限り何ら本実施例に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の工程を表す工程図である。図１を用いて試料の採取から雷撃電流値及び極性の推定に至るまでの工程につき、各ステップ毎に説明する。
【００１４】
第１のステップは、試料の準備を行うステップである。試料の準備は、落雷等によって生ずる過大電流を放流するための放流路である埋設接地線の周囲の土壌若しくは建造物基礎体周囲の土壌、又は建造物基礎体の一部を採取することにより行う。
【００１５】
例えば、鉄塔のフレームに過去に流れた雷撃電流を測定する場合について図３を用いて説明する。図３は、鉄塔１の基礎体３を真上から見た説明図であって、フレーム２の周囲の基礎体３から試料Ｓを採取する様子を表している。試料Ｓは、フレーム２を中心に一定間隔、例えば、上下左右５ｃｍ程度の間隔をもって１インチ角の立方体程度の大きさで複数採取される。試料Ｓの大きさは特に制限はないが、後の測定の便宜を考慮し前記の大きさとするものである。また、採取の際には、基準軸を設けて採取することが必要である。これは、後述するように採取した試料の残留磁化を方向成分で算出するためである。なお、複数点で採取する理由は、複数の試料を解析することにより雷撃電流の算出結果の信頼性を向上させるためであるが、一ヶ所のみ又は数カ所のみの採取であっても良い。
【００１６】
一方、図２（ｂ）に示されるような場所、すなわち、接地線が大地内に大地に対して平行に埋設されている場合において、接地線に過去に流れた雷撃電流を測定する場合には、接地線４又は接地体５を中心に周囲の土壌を採取することとなる。
【００１７】
次ぎに第２のステップであるが、第２のステップ以降の工程は、各試料毎に行っていくこととなる。すなわち、前述したように試料Ｓの採取は複数行う場合がほとんであるが、複数採取した場合には、第２のステップ以降の工程を各試料毎に行っていくこととなる。
第２のステップは、採取した試料Ｓについて自然残留磁化を磁力計により測定するステップである。自然残留磁化とは、試料Ｓを採取した時点において当該試料Ｓに自然的に残留している磁化のことである。自然残留磁化の測定は、トレーの上に試料Ｓを載置し、トレーと共に試料Ｓを磁力計の中にセットすることで試料Ｓの各方向（ｘ，ｙ，ｚ）成分毎の自然残留磁化成分が測定される。測定結果の例としては、以下のようである。例えば試料の磁化成分が、ｘ軸方向、ｙ軸方向に顕著に見られ、ｚ軸方向にはほとんど見られないとするならば、測定結果は、ｘ成分：５．０（×１０−３ｅｍｕまたは×１０−３Ａｍ２），ｙ成分：５．０（×１０−３ｅｍｕまたは×１０−３Ａｍ２），ｚ成分：１．０（×１０−７ｅｍｕまたは×１０−７Ａｍ２）のように得られる。
【００１８】
そして、図４（ａ）に示されるように、自然残留磁化の値ｘｙＮＲＭ，ｚＮＲＭをプロットしておく。図４（ａ）は、横軸にｘ成分を、縦軸にｙ成分及びｚ成分をとり、●でｘ成分とｙ成分との関係を、○でｘ成分とｚ成分との関係をそれぞれ示すものである。
【００１９】
第３のステップは、交流消磁を行うステップである。交流消磁は、ｘ、ｙ、ｚ成分の各成分毎に行う。ここで交流消磁とは、コイルの中に試料を置き、コイルに交流電圧をかけて交流磁場を発生させ行われ、その電圧を徐々に減少させていき、最後に電圧を零にして消磁を行う方法のことである。磁性体の磁化は、その保磁力を超える外部交流磁場に対しては、外部磁場方向に振られるが、外部磁場が保持力より小さくなった瞬間に外部磁場方向に固定される。試料中にはさまざまな保磁力を有した磁性体が存在し、この性質により試料には、相反する磁化が存在することになり、磁化は相殺され磁化の消去が行われるものである。
【００２０】
この第３のステップは、前記第２のステップで自然残留磁化を測定し終えた試料を用意し、当該試料に対して先ずｘ方向成分について所定の強さの交流磁場をかけ、徐々に交流磁場の強さを小さくさせていき、最後に強度を零にしてｘ方向成分の交流消磁を行う。次ぎにｘ方向成分の交流消磁と同じ手順でｙ軸方向成分の交流消磁を行い、次いでｚ軸方向成分の交流消磁を行う。ここで、前記した所定の強さの交流磁場（換言すると、所定の強さの消磁レベル）は、例えば２．５（ｍＴおよび×１００ｅ）程度の大きさのものである。
【００２１】
第４のステップは、第３のステップにて交流消磁を行った試料Ｓの残留磁化を測定するステップである。残留磁化の測定方法は、上述した第２のステップでの自然残留磁化の測定方法と同様である。各成分毎に残留磁化を測定し、その後図４（ａ）に示すように、測定結果ｘｙ１及びｚ１を図中にプロットする。
【００２２】
第４のステップ終了後に、第５のステップまたは第６のステップへの移行を判定する。第４のステップを行った後、第５のステップへの移行を必要とする条件は、図４（ａ）に記入されたプロット数が７個以下の場合、又は、各磁化成分の強度がＮＲＭのものと比べて１／３以下になっていない場合とする。
【００２３】
第５のステップは、交流消磁のレベルを大きくするステップである。第５のステップでは、例えば前回の第３のステップにおける所定の消磁レベルを２．５（ｍＴおよび×１０Ｏｅ）とした場合、第５のステップでは所定の消磁レベルを５．０（ｍＴおよび×１０Ｏｅ）として第３のステップに工程を移して交流消磁を行い、その後、第４のステップに移行し残留磁化の測定を行うこととなる。
【００２４】
第４のステップ終了後、繰返す必要がなくなったと判断した場合、第６のステップへ移行する。
【００２５】
第６のステップは、採取した試料の磁化の安定性を判定するステップである。磁化が安定であるか否かの判定は、前記第２、第３、第４、第５のステップの一連の工程で作成された図４（ａ）のプロット状態を確認することにより行う。図４（ａ）は、前記第２のステップで述べたように、ｘ成分、ｙ成分、ｚ成分の関係を示すものであって、原点からの距離が各成分の強度を示している。交流消磁後に測定した磁化は、消磁レベルを上げるにつれて小さくなるため、プロットされたｘ成分、ｙ成分、ｚ成分の点は徐々に原点に近づいて行く。試料が安定な磁化のみからなる場合、ｘ成分、ｙ成分、ｚ成分の磁化成分強度の比は変化せず、各磁化成分強度のみが小さくなるため、各交流消磁後に測定された結果は、直線的に原点に向かう線上にプロットされる。図４（ａ）の結果が直線的に原点に向かう線上にプロットされる場合には、試料の残留磁化は安定しているものと判定する。
【００２６】
また、図４（ｂ）は、初生的な一次磁化と後生的な二次磁化（ノイズ）を獲得した試料について段階的に交流消磁した結果を示したものである。この例は、ＮＲＭに二次磁化（ノイズ）を含んた試料を示すものであるが、交流消磁により一次磁化と二次磁化の分離を行うことができるため、安定した一次磁化を抽出することが可能である。そのため、このような試料は、本手法を適応できる試料として扱われる。
【００２７】
一方、直線的に原点に向かう線上にプロットされない試料に関しては、適切な試料とは言えないため本手法適応外とし、試料としては扱わず、以降のステップは中止しこの段階で測定を終了する。
【００２８】
第７のステップは、現時点で試料に残存している残留磁化を完全に消去するステップである。この第７のステップでは、第６のステップ終了時点で試料に残存している残留磁化を完全に消去できる程度の大きさの交流磁場を所定の交流消磁レベルとし、前記第３のステップと同様の手順で交流消磁を行うものである。例えば、所定の交流消磁レベルは、９０．０（ｍＴおよび×１０Ｏｅ）などとする。
【００２９】
第８のステップは、前記第２のステップから前記第５のステップまでの間に計測した各残留磁化について、磁化強度を算出すると共に、ｘ−ｙ平面におけるｘ軸（基準軸）からの傾き及びｘ−ｙ平面からのｚ軸（垂直軸）方向に対しての傾きを算出するステップである。磁化強度並びに磁化の傾きは、以下のようにして算出する。
【００３０】
（１）磁化強度Ｆ
Ｆ＝（ｘ２＋ｙ２＋ｚ２）１／２
（２）ｘ−ｙ平面におけるｘ軸（基準軸）からの傾きＤ
（ア）ｙ＞０の場合
Ｄ＝ａｔａｎ（（−ｚ）／ｙ）
（イ）ｙ＜０の場合
Ｄ＝ａｔａｎ（（−ｚ）／ｙ）＋１８０
（３）ｘ−ｙ平面からのｚ軸（垂直軸）方向に対しての傾きＩ
Ｉ＝ａｓｉｎ（（−ｘ）／Ｆ）
ここで、ｘは、ｘ成分の磁化強度，ｙは、ｙ成分の磁化強度，ｚは、ｚ成分の磁化強度を表す。
【００３１】
上記の式を用いて、前記第２のステップから前記第５のステップまでの間に計測した各磁化成分から磁化強度Ｆを求め、一番磁化強度が大きい値を、その試料が有する特定磁化強度とする。
【００３２】
また、傾きに関しては、図４にプロットした直線的なデータから最小自乗法を用いて各成分の比を求め、上記式に代入し傾きを求めることができる。
【００３３】
第９のステップは、前記第７のステップにおいて残留磁化が完全に消去された試料を用いることにより、導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係を導出するステップである。第９のステップでは、電流を流すための導電線を設け、当該導電線からの距離を把握した位置に複数個又は単数個の残留磁化が完全に消去された試料を設置する。そして、当該導電線に雷撃電流を模擬したパルス電流を流して当該導電線の周囲に磁場を発生させることにより当該試料を帯磁させ、その後第２のステップと同様の手順で当該試料に帯磁された帯磁磁化強度を測定する。ここでは、導電線に通電する電流強度を段階的に大きくしていき、各段階毎に当該試料に帯磁する帯磁磁化強度を測定する。このようにして、導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係が導出される。本ステップで求めた「導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係」の例を図５に示す。
【００３４】
第１０のステップは、前記第９のステップで求めた「導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係」と、第８のステップで得られた試料の「特定磁化強度」とから、その試料に残留した磁化がどの程度の電流値によって獲得されたのかを推定するステップである。具体的には、図５で明らかになった「導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係」のグラフに、第８のステップで得られた試料の特定磁化強度を照合することにより、当該試料が採取された近辺に配設された埋設接地線等に通電したであろう雷撃電流値を推定することができる。
【００３５】
また、その電流の極性は、第８のステップで得られた傾きのデータから推定できる。すなわち、電流から発生する磁場は、電流の流れる向きに対して時計回り（右回り）に発生する法則を有していることから、試料を採取した地点と雷撃電流流入点の位置関係より、求めた各傾きにより雷撃電流がどのような流路で、そしてどちらの方向に流れたか判断することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、雷撃電流測定方法に関し、上述した構成を有するため、以下に記載の効果を奏することができる。
【００３７】
雷撃電流を測定するための装置を測定箇所毎に配設する必要が無く、従って、現地に配設する電流測定装置の製作費用，搬入費用，設置工事費用等が発生せず、コストを小さくすることができる。
【００３８】
また、雷撃電流を測定するための装置を測定箇所毎に配設する必要が無く、土壌や岩石等を任意の箇所で採取のみ行えば良いため、任意の箇所で雷撃電流を測定することができる。
【００３９】
更には、任意の箇所の雷撃電流が測定可能となるので多箇所・多数の事象を分析することができ、ひいては、耐雷設計の一つである接地システムの設計の信頼性を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の工程を表す工程図である。
【図２】図２は、鉄塔やビルに従来の雷撃電流測定装置を配設した様子を表す説明図である。
【図３】図３は、鉄塔の基礎体を真上から見た説明図である。
【図４】図４は、試料の自然残留磁化及び交流消磁後の残留磁化を各成分毎に表した図である。
【図５】  図５は、導電線に流れる電流強度と当該試料に帯磁する帯磁磁化強度との関係を表した図である。
【符号の説明】
Ｓ    ……  試料
Ｔ    ……  従来の雷撃電流測定装置
１    ……  鉄塔
１’  ……  ビル
２    ……  フレーム
３    ……  基礎体
４    ……  接地体
５    ……  接地線
【図１】
0003677605.tif 000002
【図２】
0003677605.tif 000003
【図３】
0003677605.tif 000004
【図５】
0003677605.tif 000005
【図４】
0003677605.tif 000006