(57)【要約】【課題】簡単な構成で落雷時の接地電位の上昇を効果的に抑制することが可能な建物の接地方法を提供する。【解決手段】建物に落雷したとき雷サージ電流を大地へ逃がす建物の接地方法であって、少なくとも該建物の直下に該建物と電気的に接続するメッシュ状の接地網１０を布設し、少なくとも該建物の直下の該接地網１０に接地棒を接続し、該接地棒を鉛直に大地に埋設し、雷サージ電流を３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制する。これにより建物に落雷しても接地電位の上昇を大幅に抑制することができる。またここで使用する接地棒の長さは、１．５ｍあればよい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物に落雷したとき雷サージ電流を大地へ逃がす建物の接地方法であって、
少なくとも該建物の直下に該建物と電気的に接続するメッシュ状の接地網を布設し、少なくとも該建物の直下の該接地網に接地棒を接続し、該接地棒を鉛直に大地に埋設し、雷サージ電流を３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制することを特徴とする建物の接地方法。
【請求項２】
前記接地棒の前記接地網への接続は、前記接地網のメッシュの交点に行うことを特徴とする請求項１に記載の建物の接地方法。
【請求項３】
前記接地棒は、長さ１．５ｍの汎用品であることを特徴とする請求項１又は２に記載の建物の接地方法。
【請求項４】
前記建物は、原子力発電所の原子炉建物であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の建物の接地方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物に落雷したときの雷サージ電流を大地に逃がす建物の接地方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所における耐雷対策は、一般建築物の対策に加え、電子炉建物（Ｒ／Ｂ）に落雷した場合に発生する雷サージに伴うノイズによる原子炉停止を防止するものとなっている。これに関しては、次のような技術も提案されている。原子力発電プラントの原子炉建物と排気筒とを一体化した場合、排気筒は建物の屋上の端部に設けられる。この場合、排気筒へ落雷すると落雷による雷サージ電流が、排気筒設置側の建物の壁面の方により多く流れ、各階の同一高さで電位差が生じて、ケーブル等へ好ましくない誘導を発生させるとする問題が指摘されている。これを解決する方法として、高構造物に避雷導線を接続し、避雷導線を建物の外壁へ引き出して、避雷導線と接続する引下げ導体を建物の外側に設け、高構造物設置側の建物の外壁と同等以下のサージインピーダンスを有する引下げ導体を建物の周囲に布設した接地系へ接続する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。これにより建物内部の電位傾度を平坦化し、計装及び制御機器の誤動作を低減できるとする。
【特許文献１】特開平７−１９２７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
接地網は、本来、接地抵抗の低減を目的に布設するものであるが、雷サージによる接地電位の上昇を抑制する対策としても効果があり、建物に設置している電気計装機器へ悪影響を及ぼすノイズを低減させることも可能である。雷サージによる接地電位の上昇抑制効果を上げるためには、接地網のメッシュ間隔を狭くする、あるいは接地線を太くし、導電部のインピーダンスを低くする対策が考えられる。しかしながら、接地網のメッシュ間隔を、１〜２ｍ以下と非常に狭くしても得られる効果は少ない。また、接地網は、本来、商用周波数電源を対象としたものであり、高周波である雷サージに対応させるために接地網の仕様を変更することは大幅なコストアップとなる。これらのことから雷サージによる接地電位の上昇を効果的に抑制することが可能な建物の接地構造、接地方法は実現されていない。
【０００４】
本発明の目的は、簡単な構成で落雷時の接地電位の上昇を効果的に抑制することが可能な建物の接地方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、建物に落雷したとき雷サージ電流を大地へ逃がす建物の接地方法であって、
少なくとも該建物の直下に該建物と電気的に接続するメッシュ状の接地網を布設し、少なくとも該建物の直下の該接地網に接地棒を接続し、該接地棒を鉛直に大地に埋設し、雷サージ電流を３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制することを特徴とする建物の接地方法である。
【０００６】
また本発明は、前記建物の接地方法において、前記接地棒の前記接地網への接続は、前記接地網のメッシュの交点に行うことを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、前記建物の接地方法において、前記接地棒は、長さ１．５ｍの汎用品であることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、前記建物の接地方法において、前記建物は、原子力発電所の原子炉建物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の建物の接地方法は、少なくとも建物の直下に建物と電気的に接続するメッシュ状の接地網を布設し、少なくとも建物の直下の接地網に接地棒を接続し、接地棒を鉛直に大地に埋設し、雷サージ電流を３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制するので、簡単な構成で落雷時の接地電位の上昇を効果的に抑制することができる。
【００１０】
また本発明によれば、接地棒は、接地網のメッシュの交点に接続するので、より効果的に雷サージ電流を３次元的に拡散させることができる。
【００１１】
また本発明によれば、本発明の建物の接地方法に使用する接地棒は、長さ１．５ｍの汎用品であるので、入手が容易であり、また本発明を安価に実施することができる。
【００１２】
また本発明によれば、建物は、原子力発電所の原子炉建物であるので、本発明を原子炉建物に使用することができる。本発明は、落雷があっても、雷サージ電流を３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制することができるので、建物内に設置している電気計装機器類へ悪影響を及ぼすノイズを低減させることが可能となり、原子炉の停止を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の建物の接地方法は、少なくとも建物の直下に建物と電気的に接続するメッシュ状の接地網を布設し、さらに少なくとも建物の直下の接地網に接地棒を接続し、接地棒を鉛直に大地に埋設し、建物に落雷したときの雷サージ電流を大地に３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制することを特徴とする。メッシュ状の接地網は、本来、接地抵抗の低減を目的に布設するものであるが、雷サージによる接地電位の上昇抑制対策としても効果があり、建物に設置している電気計装機器へ悪影響を及ぼすノイズを低減させることも可能である。従来から用いられている接地網をそのまま雷サージ電流の拡散に利用する方法は、雷サージ電流を２次元的に拡散させるため、雷サージ電流による接地電位の上昇を効果的に抑制することはできない。これに対して本発明では、接地網に接地棒を接続し、この接地棒を大地に鉛直に埋設することで、雷サージ電流を３次元的に拡散させるので、雷サージ電流による接地電位の上昇を効果的に抑制することができる。周知のように接地棒は、接地抵抗を低減させるために使用されているが、対象とする周波数は、商用周波数領域であり、本発明が対象とする雷のような高周波を対象として、接地電位を抑制するために接地棒は使用されておらず、本発明は、従来にない全く新規な方法である。
【００１４】
接地網は、建物の直下にメッシュ状の接地網を布設することで、より効果的に雷サージ電流を大地に拡散させることができる。接地網は、建物の直下のみならず建物の周囲に布設してもよいことはもちろんであるが、建物の直下に接地網を布設することなく、建物の周囲にのみ接地網を布設することは、効果的ではない。接地網のメッシュの分割数は、特定の数に限定されるものではない。接地電位の上昇を抑制する点から、メッシュ間隔は小さい方が好ましいけれども、必要以上に小さくしても接地電位の上昇抑制の効果は小さく、費用の点も併せて考えれば、例えば一般的に言われている１００分割程度の分割数を採用することができる。もちろん建物の構造等に応じて適宜、分割数を変更することができることは言うまでもない。
【００１５】
接地棒は、建物の直下に布設された接地網に接続し、この接地棒を大地に鉛直に埋設する。接地棒を大地に鉛直に埋設するのは、落雷時の雷サージ電流を３次元的に大地に拡散させることを意図するものであるから、可能な限り鉛直に埋設することが望ましい。しかしながら、鉛直からのずれを全く許容しないものではない。また接地棒を接地網に接続する場所としては、接地網のメッシュの交点に接続することが好ましい。これにより効率的に雷サージ電流を大地に拡散させることができる。接地棒は、建物の周辺に布設された接地網に接続してもよいけれども、少なくとも、建物の直下に布設された接地網には接続する。建物の周辺に布設された接地網にのみ接地棒を接続することは、雷サージ電流を大地に拡散させる点からは効率的とは言えない。
【００１６】
接地棒は、雷サージ電流を大地に３次元的に拡散させる点で重要であり、特にその長さは、後述の計算例でも示すように接地電位の上昇抑制に大きな影響を与える。接地電位の上昇抑制効果、費用、入手性、施工の容易性などを勘案すれば、長さ１．５ｍの汎用の接地棒を用いることが好ましい。長さ１．５ｍの汎用の接地棒の一例を示せば、市販されている例えば恒和工業製の連結式接地棒（直径１０ｍｍ）を使用することができる。なお、接地棒は特定のメーカの特定の仕様のものに限定されるものではないので、他社の製品であってもよいことはもちろんである。接地棒の本数も接地電位の上昇の抑制に影響を及ぼし、本数が多いほど接地電位の上昇を小さくすることができる。但し、必要以上に接地棒の本数を増加させても、本数の増加の割合に比較して接地電位の上昇抑制効果は小さい。費用、施工性などを考慮し、適宜決定すればよい。後述の計算結果によれば、接地棒の設置本数を９本とした場合と２５本とした場合とで、効果に大きな差は見られなかった。
【００１７】
次に、本発明の建物の接地方法を適用した場合の落雷時の接地電位を計算した結果を示す。計算条件は、次の通りである。対象とする建物は、原子力発電所の原子炉を収納する原子炉建物とした。この原子炉建物は鉄筋コンクリート製で大きさは、縦横それぞれ８０ｍである。図１は、本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用するときの、接地網及び接地棒の埋設位置を示す平面図である。接地網１０は、図１に示すように原子炉建物（Ｒ／Ｂ）及びタービン、発電機などを収納するタービン建物（Ｔ／Ｂ）の直下及びその周辺とした。図１中、縦横に延びている線が接地線１１であり、黒丸印がその交点１２である。さらに図１中２重丸で示す点１３に接地棒が接続されている。
【００１８】
接地棒は、原子炉建物（Ｒ／Ｂ）の直下であって、接地棒の本数は、ケース１からケース６まで全てのケースで縦横各々５列、合計２５本とした。接地棒の一本の長さは、各ケースで１．５ｍ、３．０ｍ、４．５ｍ、１０．５ｍ、５０ｍ及び２００ｍとして計算を行った。落雷地点は、原子炉建物の排気筒とし、この排気筒に図２に示す電流を印加させた。図２は、印加電流波形を示す図であり、図３は図２の部分拡大図であり、印加波形は直線波１×７０μｓである。ここで１μｓは、最高電流到達までの時間を示し、７０μｓは、電流値が半減するまでの時間を示す。今回使用した想定電撃波、つまり図２及び図３に示す印加電流波形は、電力中央研究所の研究報告書Ｔ４０「発変電所および地中送電線の耐雷設計ガイド」に示されているものを使用した。計算には汎用電力系統瞬時値過渡現象解析プログラムであるＥＭＴＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ  Ｐｒｏｇｒａｍ）を使用した。なお、比較のため接地網のみ布設し、接地棒を設けなかったケースについても併せて計算を行った。
【００１９】
接地網に接地棒を接続したケース１からケース６の計算結果を図４〜図１５に、接地網のみ布設した場合の計算結果を図１６〜図１８に示した。また表１に、各ケースにおける接地電位上昇抑制効果の割合を示した。電位上昇は、単位電流当たりの電圧として示した。なおケース１からケース６の接地網は、図１６に示す基本モデルの接地網に比較し、若干接地網を増加させている。図４及び図５は、原子炉建物の下方の接地網のメッシュ交点に１．５ｍの接地棒を２５本埋設したケース１の計算結果である。図４のＩ軸、Ｊ軸は長さ（単位はメートル）を示し、縦軸は接地電位の値を示し、各所の接地電位を等高線で示した図である。また図５は、図４の平面図であって、図４の平面図に原子炉建物（Ｒ／Ｂ）、タービン建物（Ｔ／Ｂ）及び落雷点を示した図である。計算の結果、ピーク電圧は、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は０．８９Ｖ／Ａであった。
【００２０】
同様に図６及び図７は、ケース２の計算結果を示す図であり、接地棒の長さが３ｍの場合の接地電位の分布を示す図である。計算の結果、ピーク電圧は、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は０．８６Ｖ／Ａであった。同様に図８及び図９は、ケース３の計算結果を示す図であり、接地棒の長さが４．５ｍの場合の接地電位の分布を示す図である。計算の結果、ピーク電圧は、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は０．８４Ｖ／Ａであった。同様に図１０及び図１１は、ケース４の計算結果を示す図であり、接地棒の長さが１０．５ｍの場合の接地電位の分布を示す図である。計算の結果、ピーク電圧は、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は０．８１Ｖ／Ａであった。同様に図１２及び図１３は、ケース５の計算結果を示す図であり、接地棒の長さが５０ｍの場合の接地電位の分布を示す図である。計算の結果、ピーク電圧は、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は０．８３Ｖ／Ａであった。同様に図１４及び図１５は、ケース６の計算結果を示す図であり、接地棒の長さが２００ｍの場合の接地電位の分布を示す図である。計算の結果、ピーク電圧は、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は０．８６Ｖ／Ａであった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
図１６は、本発明の建物の接地方法の比較例であって、接地網のみを布設しこれを原子炉建物の接地とするときの接地網の布設状態を示す図である。また図１７及び図１８は、接地網のみを布設した場合の接地電位の分布の計算結果を示す図である。計算の結果、ピーク電圧は、接地棒を埋設したケース１〜ケース６と同様、落雷点のほぼ真下が一番高く、その値は１．２５Ｖ／Ａであった。表１の抑制効果の欄に、接地網のみを布設した場合の電位上昇ピーク値に対する接地棒を設置した場合の電位上昇ピーク値の割合を示した。表１の抑制効果は、基本モデルの電位上昇ピーク値から電位上昇ピーク値を減算し、この値を基本モデルの電位上昇ピーク値で除算し算出した。計算の結果、接地棒の長さによらず、接地棒を設置した全てのケースで接地電位の上昇が抑制され、抑制効果は約２９〜３５％であった。接地棒の長さが１０．５ｍのケースが、抑制効果が一番高く、これを頂点に長さが短くなるに従って、また長さが長くなるに従って抑制効果が減少した。但し、接地棒の長さが１．５ｍケース、接地棒の長さが１０．５ｍのケースで抑制効果は、それぞれ２８．８％、３５．２％であり、長さの依存性は比較的小さかった。
【００２３】
以上のように本発明の建物の接地方法は、落雷時の接地電位の上昇を効果的に抑制することが可能なことが分かる。本発明の建物の接地方法は、基本的には接地網に接地棒を接続し、この接地棒を大地に埋設すると言うものであり、構成が簡単であり、接地棒の長さも１．５ｍの長さであればよく簡単に実施することができる。また、本発明を原子炉建物に適用することで落雷があっても、雷サージ電流を３次元的に拡散させ接地電位の上昇を抑制することができるので、建物内に設置している電気計装機器類へ悪影響を及ぼすノイズを低減させることが可能となり、原子炉の停止を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用するときの、接地網１０及び接地棒の接続位置１３を示す平面図である。
【図２】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算するときの落雷点への印加電流波形を示す図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース１の結果を示す図である。
【図５】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース１の結果を示す図である。
【図６】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース２の結果を示す図である。
【図７】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース２の結果を示す図である。
【図８】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース３の結果を示す図である。
【図９】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース３の結果を示す図である。
【図１０】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース４の結果を示す図である。
【図１１】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース４の結果を示す図である。
【図１２】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース５の結果を示す図である。
【図１３】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース５の結果を示す図である。
【図１４】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース６の結果を示す図である。
【図１５】本発明の建物の接地方法を原子炉建物に適用し落雷時の接地電位を計算したケース６の結果を示す図である。
【図１６】本発明の比較例として原子炉建物の接地に接地網２０のみ使用するときの接地網２０の位置を示す平面図である。
【図１７】本発明の比較例として原子炉建物の接地に接地網２０のみ使用し落雷時の接地電位を計算した結果を示す図である。
【図１８】本発明の比較例として原子炉建物の接地に接地網２０のみ使用し落雷時の接地電位を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  接地網
１１  接地線
１２  接地線の交点
１３  接地棒の接続点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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