(57)【要約】【課題】雷サージから機器を保護するための電源遮断時間を短時間にすることで実質無停電にでき、自動で復旧することができる耐雷システムを提供する。【解決手段】本耐雷システム１は、状態切替スイッチ１３と、前駆現象検知手段１４と、雷撃検知手段１５と、動作制御手段１６と、電磁波計測手段１９１と、静電界計測手段１９２とを備える。本耐雷システムによれば、前駆現象検知手段１４及び雷撃検知手段１５によって落雷を検知し、落雷による雷サージを保護する必要がある期間に限って状態切替スイッチ１３により負荷３を電源線から遮断し、前駆現象等がなくなったら電源線と負荷３を接続するため、雷サージから機器を保護するための電源遮断時間を短時間にすることで実質無停電にすることができ、負荷３の負荷の稼動停止及び再起動等を引き起こすことがない。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源線の耐雷システムであって、電源と負荷との間を接続する平常状態又は遮断する耐雷状態を切り替える状態切替スイッチと、
電磁波、静電界及び雷サージの少なくとも一つの計測結果から雷雲の接近又は雷撃の前駆現象を検知する前駆現象検知手段と、
該前駆現象検知手段により該前駆現象を検知した場合には該状態切替スイッチを該耐雷状態に切替え、該前駆現象が非検知となった後に該状態切替スイッチを該平常状態に切り替える動作制御手段と、を備えることを特徴とする耐雷システム。
【請求項２】
上記動作制御手段は、上記前駆現象が非検知となった後から所定の前駆期間経過後に、上記状態切替スイッチを上記平常状態に切り替える請求項１記載の耐雷システム。
【請求項３】
雷光、雷鳴、雷サージ、電磁波及び静電界の少なくとも一つの計測結果から該雷撃を検知する雷撃検知手段を更に備え、
上記動作制御手段は、該前駆現象が非検知となった後、又は該雷撃検知手段により該雷撃を検知した後に該状態切替スイッチを該平常状態に切り替える請求項１記載の耐雷システム。
【請求項４】
上記動作制御手段は、上記前駆現象が非検知となった時から起算される所定の前駆期間と、上記雷撃現象を検知した時から起算される所定の雷撃期間とが共に経過した後に、上記平常状態に切り替える請求項１又は３記載の耐雷システム。
【請求項５】
手動動作スイッチ及び手動動作指示手段を更に備え、該手動動作指示手段は該手動動作スイッチの操作に応じて上記動作制御手段に手動動作又は手動動作解除を指示し、該動作制御手段は手動動作を指示された場合に上記状態切替スイッチを該耐雷状態に切替え、手動動作解除を指示された場合に該状態切替スイッチを該平常状態に切り替える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の耐雷システム。
【請求項６】
上記動作制御手段は、上記状態切替スイッチを上記耐雷状態に切り替えた時、且つ／又は上記前駆現象を検知した時から所定の耐雷維持期間を経過するまで、手動動作解除の指示を受けても上記平常状態に切り替える動作をおこなわない請求項５記載の耐雷システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は落雷に伴って発生する雷サージを電源線から負荷に到達することを阻止する耐雷システムに関する。詳しくは、雷サージから機器を保護するための電源遮断時間を短時間にすることで実質無停電にでき、自動で復旧することができる耐雷システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源線から侵入する雷サージから負荷である電気機器を保護するために、雷の接近等を検知して電源線を遮断するための耐雷システムが従来から用いられている。この耐雷システムは、任意の手段を用いて落雷の可能性（例えば前駆現象）を検出したときに電源線を切断して、負荷に雷サージが到達して、負荷を破壊することを防止する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１８２８５号公報（第３−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１等の従来の耐雷システムは、落雷前に電源線の切断をするのみであり、再度電源線を負荷に接続する操作は人手に任せるものが多く、誤操作を行う可能性が大きかったり、切断時間が数分から数十分と長期間であるために負荷の稼働率の低下に関わったりしていた。特に、電源の切断及び再投入の際に各種操作等が必要な負荷に関しては、電源の切断及び再投入に伴う操作が煩雑であるため、停電期間がないことが望まれている。
本発明は、上記問題点を解決するものであり、雷サージから機器を保護するための電源遮断時間を短時間にすることで実質無停電にでき、自動で復旧することができる耐雷システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本第１発明の耐雷システムは、電源線の耐雷システムであって、電源と負荷との間を接続する平常状態又は遮断する耐雷状態を切り替える状態切替スイッチと、電磁波、静電界及び雷サージの少なくとも一つの計測結果から雷雲の接近又は雷撃の前駆現象を検知する前駆現象検知手段と、該前駆現象検知手段により該前駆現象を検知した場合には該状態切替スイッチを該耐雷状態に切替え、該前駆現象が非検知となった後に該状態切替スイッチを該平常状態に切り替える動作制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
上記動作制御手段は、上記前駆現象が非検知となった後から所定の前駆期間経過後に、上記状態切替スイッチを上記平常状態に切り替えることができる。また、雷光、雷鳴、雷サージ、電磁波及び静電界の少なくとも一つの計測結果から該雷撃を検知する雷撃検知手段を更に備え、上記動作制御手段は、該前駆現象が非検知となった後、又は該雷撃検知手段により該雷撃を検知した後に該状態切替スイッチを該平常状態に切り替えることができる。
更に、上記動作制御手段は、上記前駆現象が非検知となった時から起算される所定の前駆期間と、上記雷撃現象を検知した時から起算される所定の雷撃期間とが共に経過した後に、上記平常状態に切り替えることができる。
【０００７】
本耐雷システムは、手動動作スイッチ及び手動動作指示手段を更に備え、該手動動作指示手段は該手動動作スイッチの操作に応じて上記動作制御手段に手動動作又は手動動作解除を指示し、該動作制御手段は手動動作を指示された場合に上記状態切替スイッチを該耐雷状態に切替え、手動動作解除を指示された場合に該状態切替スイッチを該平常状態に切り替えることができる。
【０００８】
また、上記動作制御手段は、上記状態切替スイッチを上記耐雷状態に切り替えた時、且つ／又は上記前駆現象を検知した時から所定の耐雷維持期間を経過するまで、手動動作解除の指示を受けても上記平常状態に切り替える動作をおこなわないようにすることができる。
【０００９】
【発明の効果】
本耐雷システムによれば、前駆現象が発生した時から、落雷の直後までの期間だけ電源線から負荷を遮断することができる。このため、電源の供給が止まったままにならず、自動で復旧することができる。更に、雷サージから機器を保護するための電源遮断時間を数十ｍ秒と短時間にすることで、負荷の稼動停止及び再起動等を引き起こすことがない。
【００１０】
また、所定の前駆期間を設定し、前駆現象が検知されなくなった時から前駆期間後に平常状態に戻るため、落雷が発生する可能性がある期間だけ電源線を遮断して負荷の保護をおこなうことができる。更に、所定の雷撃期間を設定し、雷撃があっても雷撃期間だけ耐雷状態を維持することで一回の落雷で複数の雷撃（多重雷）が起きても負荷の保護をおこなうことができる。
【００１１】
また、手動動作スイッチ及び手動動作指示手段を設けることで、手動による耐雷状態を設定できるようにし、より確実に雷サージからの保護をおこなうことができる。更に、手動による耐雷状態の解除は、耐雷維持期間の間はできないようにすることで、誤操作による被害を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記「状態切替スイッチ」は、電源線を負荷に接続して通電を行う（平常状態という）か、又は遮断して雷サージから保護する（耐雷状態という）かどうかを切り替えることができるスイッチである。この状態切替スイッチは動作制御手段によって制御することができ、雷サージに対する遮断能力を備えるスイッチであれば機械接点、半導体式等、その種類を問わない。
【００１３】
上記「前駆現象検知手段」による検知に用いられる電磁波、静電界及び雷サージの条件は、雷撃の前に発生する前駆現象が判断できるものであればよく、任意に選択することができる。
例えば、前駆現象の検知に用いられる電磁波の周波数帯は特に問わないが、通常１ＭＨｚ以上（以下高周波とする）である。図３に示すように、高周波の電磁波で前駆現象とみられる変化がみられ、これを検知することができるためである。
また、静電界は図３に示すように、所定の強さを越えた時に前駆現象と判断することを例示することができる。更に、雷サージは所定の電圧値又は電流値を越えた時や、電圧又は電流の変化が所定の範囲を越えた時に前駆現象と判断することを例示することができる。
【００１４】
上記「雷撃検知手段」による検知に用いられる雷光、雷鳴、雷サージ、電磁波及び静電界の条件は雷撃として判断できるものであればよく、任意に選択することができる。
例えば、雷光及び雷鳴は、光量及び音量が所定値を越えたときと判断することを挙げることができる。また、雷サージは所定の電圧値又は電流値を越えた時や、電圧又は電流の変化が所定の範囲を越えたときと判断することを例示することができる。更に、雷撃の検知に用いられる電磁波の周波数帯は特に問わないが、通常１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ（以下、低周波とする）である。図３に示すように、低周波の電磁波で雷撃によるパルスがみられるため、これを検知することができるためである。また、静電界は図３に示すように、所定の強さを越え、且つ急激に低下した時に雷撃が生じたと判断することを例示することができる。
【００１５】
上記「前駆期間」は、前駆現象が非検知となったときから始まる所定の期間である。この期間は雷撃の間隔以上であれば任意に選択することができ、通常の電撃の間隔である約２０ｍ秒を超える任意の長さであればよい。この例として、２０ｍ秒、５０ｍ秒、１００ｍ秒、１秒、１０秒、１分、３０分及び１時間等を挙げることができるが、特に限定されない。
上記「雷撃期間」は、雷撃が発生したときから始まる所定の期間である。この期間は雷撃の間隔以上であれば任意に選択することができ、通常の電撃の間隔である約２０ｍ秒を超える任意の長さであればよい。この例として、２０ｍ秒、５０ｍ秒、１００ｍ秒、１秒、１０秒、１分、３０分及び１時間等を挙げることができるが、特に限定されない。
【００１６】
上記「耐雷維持期間」は、耐雷状態を維持する期間である。この耐雷維持期間の間は、手動動作スイッチにより手動動作の解除を指示しても、耐雷状態から平常状態へ切り替えないようにすることができる。また、耐雷維持期間は、上記耐雷状態に切り替えた時、上記前駆現象を検知した時及び上記雷撃を検知した時のいずれか１つ、又は２以上を共に満たした時から始まる所定の期間とすることができるこの期間は雷撃の間隔以上であれば任意に選択することができ、通常の電撃の間隔である約４０ｍ秒を超える任意の長さであればよい。この例として、５０ｍ秒、１００ｍ秒、１秒、１０秒、１分、３０分及び１時間等を挙げることができるが、特に限定されない。
【００１７】
【実施例】
１．耐雷システムの構成
第１実施例の本耐雷システム１は、中性線を含む単相三線式の電源線２１に挿入して用いられる。また、図１に示すように、状態切替スイッチ１３と、前駆現象検知手段１４と、雷撃検知手段１５と、動作制御手段１６と、電磁波計測手段１９１と、静電界計測手段１９２とを備える。更に、電源線２１の線間及び接地線との間にアレスタ１９３が設けられている。
本耐雷システム１は電源２と負荷３との間の電源線２１に挿入する形で使用される。詳しくは、工場等の設備、事務所及び住宅等の電源線の引込み口（例えば分電盤）に配設して使用される。
【００１８】
状態切替スイッチ１３は、電源線２１と負荷３間を接続するための機械接点スイッチである。また、平常状態では、電源線２１及び負荷３を接続する。更に、耐雷状態では電源線２１から負荷３が遮断される。
電磁波計測手段１９１及び静電界計測手段１９２はそれぞれ電磁波及び静電界を計測し、得られた結果を前駆現象検知手段１４及び雷撃検知手段１５に通知する手段である。
前駆現象検知手段１４、雷撃検知手段１５及び動作制御手段１６は、論理回路やマイクロコンピュータ等によって構成されている。
【００１９】
前駆現象検知手段１４は、電磁波及び静電界の計測結果から雷撃の前駆現象を検知する手段である。また、前駆現象の具体的な検知方法は任意に選択できるが、図３に示すように、本実施例は静電界の強さが所定値を越え、且つ電磁波の高周波成分の大きさが所定値を越えたときに前駆現象が検知できたと判断している。更に、検知結果は動作制御手段１６に伝えられる。
【００２０】
雷撃検知手段１５は、電磁波及び静電界の計測結果から雷撃を検知する手段である。また、電撃の具体的な検知方法は任意に選択できるが、図３に示すように、本実施例は電源線２１の静電界を測定し、所定値を越えた静電界の強さが急激に下がり、且つ電磁波の低周波成分の大きさが所定値を越えたときに電撃が検知できたと判断している。更に、検知結果は動作制御手段１６に伝えられる。
【００２１】
動作制御手段１６は、前駆現象検知手段１４及び雷撃検知手段１５の通知に基づいて状態切替スイッチ１３を制御する手段である。前駆現象検知手段１４から前駆現象を検知したことを通知された場合は、状態切替スイッチ１３を耐雷状態に切り替える。また、前駆現象検知手段１４からの前駆現象の通知がなくなった場合、又は雷撃検知手段１５から雷撃を検知したことを通知された場合、状態切替スイッチ１３を平常状態に切り替える。
【００２２】
２．耐雷システムの動作及び効果
以下、本実施例１の耐雷システムの動作及び効果を詳しく説明する。
（１）平常状態
落雷が発生していない平常状態では図１に示すように、状態切替スイッチ１３により電源線２１は負荷３に接続され、通電状態となっている。更に、前駆現象検知手段１４及び雷撃検知手段１５は、それぞれ前駆現象及び雷撃が発生しているかどうかの検知をおこなう。
【００２３】
（２）前駆現象検知時
前駆現象検知手段１４が電磁波の高周波成分及び静電界において所定大きさを越えていた場合、前駆現象が発生したと判断し、動作制御手段６に対して前駆現象の通知をおこなう。また、動作制御手段６は図２に示すように、状態切替スイッチ１３を制御して耐雷状態に切り替える。
これによって、電源線２１と負荷３が切り離された状態になり、雷撃が生じても雷撃によって発生する雷サージが負荷３に到達することを防止することができる。
【００２４】
（３）雷撃検知時
雷撃検知手段１５が電磁波の低周波成分及び静電界において雷撃とみられる変化が現れた時に雷撃が発生したと判断し、動作制御手段６に対して雷撃の通知をおこなう。また、雷撃の通知を受けた動作制御手段６は、雷撃期間が経過した後に、図１に示すように、状態切替スイッチ１３を制御して平常状態に切り替える。
【００２５】
これによって、雷撃があった後に、電源線２１と負荷３が再び接続され、負荷３に通電される。電撃期間が経過した後に接続をおこなうため、連続した雷撃が発生しても途中で平常状態に戻ることがなく、雷サージが負荷３に到達することを防止することができる。
また、電撃期間を数ｍ秒に設定することで、前駆現象検知時から電撃期間が経過したときまでの停電期間を数十ｍ秒（例えば、２０〜２００ｍ秒、好ましくは２０〜８０ｍ秒、更に好ましくは２０〜５０ｍ秒）とすることができる。前駆現象から落雷が発生するまで約２０ｍ秒であるからである。この数十ｍ秒の停電期間は、通常の負荷の瞬間電圧低下に対する対応期間（数百ｍ秒以上）より短いため、負荷３に停電だと判別されず、実質無停電とすることができる。
更に、停電期間を多重雷の間隔以上（数十ｍ秒以上）に設定することで、多重雷による頻繁な電源遮断をなくし、１回の電源遮断により負荷３を保護することができる。
尚、雷撃期間が経過する前に雷撃が再び検知された場合、最後の雷撃があった時から雷撃期間が改めて設定される。
【００２６】
（４）雷撃を発生することなく前駆現象が非検知となった場合
雷撃検知手段１５が電撃を検知することなく、前駆現象検知手段１４が前駆現象の検知ができなくなる場合がある。このような場合、動作制御手段６は、前駆現象が非検知となった時から前駆期間が経過した後に、図１に示すように、状態切替スイッチ１３を制御して平常状態に切り替える。
これによって、電源線２１と負荷３が再び接続され、負荷３に通電される。また、前駆期間が経過した後に切離しをおこなうため、雷撃が発生しても途中で平常状態に戻ることがなく、雷サージが負荷３に到達することを防止することができる。
尚、前駆期間が経過する前に雷撃が検知された場合、雷撃期間が経過した後、平常状態に戻る。
【００２７】
３．手動動作スイッチを具備する耐雷システムの構成
第２実施例として手動動作スイッチを具備する耐雷システムを図４に示す。
本第２実施例は図１に示す第１実施例の耐雷システムに加えて、手動動作スイッチ１７及び手動動作指示手段１８を備える。
手動動作スイッチ１７は本耐雷システムに対して手動動作又は手動動作解除を指示するためのスイッチである。また、手動動作指示手段１８は、手動動作スイッチ１７により指示される手動動作又は手動動作解除を動作制御手段６に通知する。
更に、動作制御手段６は、第１実施例の動作制御手段６の動作に加えて、手動動作指示手段１８からの手動動作等の通知に応じて状態切替スイッチ１３の制御をおこなう。
【００２８】
４．手動動作スイッチを具備する耐雷システムの動作及び効果
以下、本実施例２の耐雷システムの動作及び効果を詳しく説明する。尚、平常状態の動作は、実施例１の耐雷システムの動作と同じであるため、説明を省略する。
【００２９】
（１）手動操作の指示時
手動動作スイッチ１７を操作して手動動作を耐雷システムに指示すると、手動動作指示手段１８は、動作制御手段６に手動動作を指示されたことを通知する。手動動作を通知された動作制御手段６は、前駆現象検知時と同じように状態切替スイッチ１３を制御して耐雷状態に切り替える。
これによって、雷撃が生じても雷撃によって発生する雷サージが雷サージが負荷３に到達することを防止することができる。つまり、手動操作により落雷の前駆現象より早く耐雷状態に切り替えることでより確実に落雷からの保護をおこなうことができる。
【００３０】
（２）雷撃検知時
雷撃検知手段１５が電磁波の低周波成分及び静電界において雷撃とみられる変化が現れた時に雷撃が発生したと判断し、実施例１の耐雷システムの動作と同じように動作制御手段６に対して雷撃の通知をおこなう。
また、雷撃の通知を受けた動作制御手段６は、雷撃期間且つ耐雷維持期間が経過した後に、状態切替スイッチ１３を制御して平常状態に切り替える。
【００３１】
（３）手動動作解除時
手動動作スイッチ１７を操作して手動動作解除を耐雷システムに指示すると、手動動作指示手段１８は、動作制御手段６に手動動作解除を指示されたことを通知する。また、手動動作解除の通知を受けた動作制御手段６は、雷撃期間且つ耐雷維持期間が経過した後に、状態切替スイッチ１３を制御して平常状態に切り替える。
このように雷撃期間且つ耐雷維持期間が経過するまで、耐雷状態を維持することで、落雷が発生している時に誤って平常状態にして、負荷３の保護ができなくなる状態に落ち入ることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例１の平常状態の耐雷システムの構成を説明するための模式図である。
【図２】本実施例１の耐雷状態の耐雷システムの構成を説明するための模式図である。
【図３】落雷に伴う電磁波及び静電界の変化を説明するためのグラフである。
【図４】本実施例２の耐雷システムの構成を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１；耐雷システム、１３；状態切替スイッチ、１４；前駆現象検知手段、１５；雷撃検知手段、１６；動作制御手段、１７；手動動作スイッチ、１８；手動動作指示手段、１９１；電磁波計測手段、１９２；静電界計測手段、２；電源、２１；電源線、３；負荷。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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