(57)【要約】  【課題】建造物のコンクリート基礎材を低圧機器用の接地材料や雷サージ電流の放流経路の一部に用いて、接地工事の簡便化、システム全体の低価格化を可能にする。  【解決手段】建造物１００の基礎構造材として用いられ、かつ、電力線１０や通信線２０から建造物１００に侵入する雷サージの周波数に対して低インピーダンスとなるコンクリート基礎材１３０を備え、このコンクリート基礎材１３０を、電力線１０や通信線２０に避雷器１１０，１２０、接地線１１１，１２１、アンカーボルト１１２，１２２等を介して電気的に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建造物の基礎構造材として用いられるコンクリート基礎材であって、前記建造物内の機器の接地端子に電気的に接続されたことを特徴とする接地材料。
【請求項２】
建造物の基礎構造材として用いられるコンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路に避雷器を介して電気的に接続したことを特徴とする雷保護システム。
【請求項３】
請求項２に記載した雷保護システムにおいて、
コンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路としての電力線に避雷器を介して接続したことを特徴とする雷保護システム。
【請求項４】
請求項２に記載した雷保護システムにおいて、
コンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路としての通信線に避雷器を介して接続したことを特徴とする雷保護システム。
【請求項５】
請求項２に記載した雷保護システムにおいて、
コンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路としての電力線及び通信線にそれぞれ避雷器を介して接続したことを特徴とする雷保護システム。
【請求項６】
請求項２〜５の何れか１項に記載した雷保護システムにおいて、
コンクリート基礎材を、コンクリート基礎材に打設されたアンカーボルトを介して、雷サージの侵入経路に電気的に接続したことを特徴とする雷保護システム。
【請求項７】
請求項６に記載した雷保護システムにおいて、
複数本のアンカーボルトが、コンクリート基礎材に打設されていることを特徴とする雷保護システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載した雷保護システムにおいて、
アンカーボルトが、コンクリート基礎材の内部の鉄筋と非接触状態で打設されていることを特徴とする雷保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建造物のコンクリート基礎材を低圧機器用の接地材料として用い、あるいは、雷サージ電流の放流経路の一部として用いることにより、建造物内部の各種電気・電子機器、人体、家屋を保護するようにした接地材料及び雷保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば一般住宅において、電力線や通信線から侵入する直撃雷、誘導雷等の雷サージから各種電気・電子機器、人体等を保護するためには、電力線や通信線に避雷器をそれぞれ取り付け、これらの避雷器を接地して雷サージ電流を大地に放流する必要がある。従って、複数の避雷器をそれぞれ接地極に接続する接地工事が必要である。
【０００３】
一方、鉄筋コンクリート建造物では、鉄筋自体が良導体である点に着目し、電気・電子機器等の設備機器の接地端子を鉄筋に接続することにより、Ｄ種またはＣ種接地工事を省略できることが知られている（経済産業省原子力安全・保安院編、「解説 電気設備の技術基準」、第２１条 Ｄ種接地工事等の特例、文一総合出版、ｐ.２０３を参照）。
【０００４】
しかしながら、この方法によると、鉄筋を流れる雷サージ電流や誘導電流に起因した電磁誘導作用により、室内の設備機器に誤動作を生じさせ、場合によってはこれらを破壊するおそれがある。
このため、コンクリート建造物において、従来の鉄筋を使用せずに、非磁性かつ電気的絶縁性を有する強化プラスチック筋を構造材として使用し、設備機器の接地線を独立して接地極に接続するようにした建造物が、後述する特許文献１に開示されている。
この従来技術では、筋材に電流が流れず電気的ノイズを発生するおそれがないと共に、屋外に露出した窓枠や扉、手摺り等の接地線を設備機器の接地線、及び避雷針の導線と隔離することで、接地系相互間の干渉をなくして設備機器への影響を防止している。
【０００５】
また、コンクリート建造物の陸屋根の屋上面にアルミ製避雷管を敷設し、この避雷管を落雷受けとする避雷方法及び避雷装置が、下記の特許文献２に開示されている。なお、前記アルミ製避雷管は、建造物内の鉄筋を介して地中の接地銅板に接続されている。
この従来技術によれば、従来の避雷突針や避雷銅管を用いる方法に比べて、避雷設備の軽量化や美観の向上といった効果を期待することができる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０７２０２０号公報（請求項１，２、段落［０００８］〜［００１０］、図１等）
【特許文献２】特許第２６０１７６９号公報（請求項１，２、段落［０００６］〜［００１０］、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のように複数の避雷器を個別に接地する方法では、各避雷器の動作協調を図ることが難しく、協調がとれない場合には電子機器相互間や電子機器内部に電位差が発生して機器を損傷させるおそれがある。同時に、地中に埋設される接地極が多い場合には、その工事費用や工事期間も膨大なものとなる。
また、特許文献１に記載されているようにコンクリート建造物における鉄筋を接地経路に用いないとしても、設備機器を接地するには専用の接地極が必要である。
更に、特許文献２の如くアルミ製避雷管を用いて落雷受けとする場合でも、この避雷管を、接地極としての接地銅板に接続しなくてはならない。
【０００８】
上記のように従来技術では、何れにしても建造物の構造材とは別個に、保護するべき設備機器から接地極に至る接地経路を形成する必要があり、接地極や避雷管の埋設工事、敷設工事が大きな負担となっていた。
これらの点はＤ種接地等の低圧機器用接地においても同様であり、基本的には各設備機器をそれぞれ接地極に接続する必要があるため、接地工事が極めて煩雑であった。
【０００９】
そこで本発明は、建造物のコンクリート基礎材を低圧機器用の接地材料や雷サージ電流の放流経路の一部に用いるようにして、接地工事の簡便化、システム全体の低価格化を可能にした接地材料及び雷保護システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した接地材料は、建造物の基礎構造材として用いられるコンクリート基礎材であって、建造物内の設備機器等の接地端子に電気的に接続することにより構成したものである。
【００１１】
請求項２に記載した雷保護システムは、建造物の基礎構造材として用いられるコンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路に避雷器を介して電気的に接続したものである。
【００１２】
請求項３に記載した雷保護システムは、請求項２において、コンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路としての電力線に避雷器を介して接続したものである。
【００１３】
請求項４に記載した雷保護システムは、請求項２において、コンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路としての通信線に避雷器を介して接続したものである。
【００１４】
請求項５に記載した雷保護システムは、請求項２において、コンクリート基礎材を、雷サージの侵入経路としての電力線及び通信線にそれぞれ避雷器を介して接続したものである。
【００１５】
請求項６に記載した雷保護システムは、請求項２〜５の何れか１項において、コンクリート基礎材を、コンクリート基礎材に打設されたアンカーボルトを介して、電力線や通信線等の雷サージの侵入経路に電気的に接続したものである。
【００１６】
請求項７に記載した雷保護システムは、請求項６において、複数本のアンカーボルトを、コンクリート基礎材に打設するものである。
【００１７】
請求項８に記載した雷保護システムは、請求項６または７において、アンカーボルトを、コンクリート基礎材の内部の鉄筋と非接触状態で打設するものである。
すなわち、コンクリート基礎材が鉄筋を有する場合、本発明では、この鉄筋とアンカーボルトとを結束しなくても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、建造物のコンクリート基礎材が、コンクリート基礎材の内部の鉄筋の有無にかかわらず低インピーダンスとなるため、このコンクリート基礎材をＤ種接地用の低圧機器用の接地材料として使用することができる。
また、比較的高周波の雷サージに対しても、コンクリート基礎材のインピーダンスが低いことが確認されているので、例えば、建造物に引き込まれている通信線（または電力線）から侵入した雷サージ電流が避雷器及び低インピーダンスのコンクリート基礎材を介して電力線（通信線）に放流され、各線の接地点に流れることになり、建造物内の設備機器や人体を雷サージから保護することができる。
上記のように、本発明によれば、各種設備機器や避雷器等を個別に接地極に接続する必要がなく、これらの機器を既設のコンクリート基礎材に接続するだけで所望の接地を施すことができるので、各設備機器をそれぞれ接地極に接続するための接地工事に伴う労力や費用、工事期間を大幅に削減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図に沿って本発明を実施するための最良の形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態を示す概略的な説明図である。図１において、１００は一般住宅等の建造物であり、その内部には、パソコンや電話機、ファックス、家電機器等の各種の電気・電子機器、通信機器が設置されている。以下では、これらを纏めて設備機器１０１，１０２として説明する。
【００２０】
設備機器１０１，１０２は、商用電源が供給される電力線１０と、電話線やＣＡＴＶケーブル等の通信線２０にそれぞれ接続されており、周知のようにこれらの電力線１０及び通信線２０は遠方において接地されている。
【００２１】
電力線１０は、分電盤（図示せず）内のいわゆるホームアレスタ等の避雷器１１０を介して接地線１１１に接続され、この接地線１１１は、図示されていないホールダウン金物等を介して導電性のアンカーボルト１１２に接続されている。更に、通信線２０も、避雷器１２０、接地線１２１及びホールダウン金物等を介して、導電性のアンカーボルト１２２に接続されている。ここで、アンカーボルト１１２，１２２は、周知のように建造物１００のコンクリート基礎材１３０に打設されている。
コンクリート基礎材１３０としては、必ずしも鉄筋を備えている必要はなく、建造物１００の強度上、問題がなければ無鉄筋であっても良い。また、コンクリート基礎材１３０が鉄筋を有する場合には、アンカーボルト１１２，１２２と鉄筋とを結束する必要はない。
【００２２】
すなわち、この実施形態において、コンクリート基礎材１３０を低インピーダンスの導体とみなすことができれば、電力線１０と通信線２０とが、避雷器１１０、接地線１１１、アンカーボルト１１２、コンクリート基礎材１３０、アンカーボルト１２２、接地線１２１、避雷器１２０を介して電気的に接続されていることとなる。
なお、接地線１１１，１２１とコンクリート基礎材１３０との接続は、ホールダウン金物やアンカーボルトに限らず、他の導電性材料を用いて行っても良い。
【００２３】
上記構成により、例えば通信線２０から侵入した直撃雷や誘導雷による雷サージ電流は、図１に破線矢印で示す如くコンクリート基礎材１３０を介して電力線１０に放流され、電力線１０側の接地点から大地に放流される。また、電力線１０から侵入した雷サージ電流は逆の経路を経て通信線２０側の接地点から大地に放流される。
なお、通信線２０や電力線１０からの雷サージ電流が建造物１００のコンクリート基礎材１３０を流れても、いわゆるファラデーゲージの原理によって建造物１００の内部の設備機器や人体が安全であることは自明である。
【００２４】
ここで、本発明者らは、商用周波数でも雷サージの周波数帯域でも、コンクリートのインピーダンスが十分に小さいという知見を得て、本発明を想到したものである。つまり、建造物に使用されているコンクリート基礎材を、いわゆる等電位ボンディングの導体として使用できるという着想を得たものである。
以下に、本発明者によりコンクリートのインピーダンスを測定した試験の結果を述べる。
【００２５】
図２は試験装置の説明図である。
図２において、３００は建造物のコンクリート基礎材を想定した供試体であり、コンクリート３０１に打設された棒状のボルト電極３０２と、平板状の大地電極３０３とを備えている。ボルト電極３０２は例えばアンカーボルトを想定しており、大地電極３０３はボルト電極３０２との間に交流電圧を印加するための補助電極である。
また、４００は交流電圧を印加するための測定回路であり、雷サージを想定した交流電源４０１と、電流計４０２及び電圧計４０３を備えている。
【００２６】
図２の供試体３００としては、図３（ａ），（ｂ）に示すものを用いた。
図３（ａ）に示す供試体３００Ａは、直方体状の無鉄筋のコンクリートブロック３０１の一端面中央部にボルト電極３０２（１）を打設し、コンクリートブロック３０１の側面の中央部を基準として幅が１５０［ｍｍ］、長さが３０００［ｍｍ］の大地電極３０３を配置してある。
図３（ｂ）に示す供試体３００Ｂは、供試体３００Ａと同じくコンクリートブロック３０１の一端面中央部にボルト電極３０２（１）を打設し、コンクリートブロック３０１の側面の中央部を基準として幅が１５０［ｍｍ］、長さが３０００［ｍｍ］の大地電極３０３を配置した。供試体３００Ａと供試体３００Ｂとの違いは、供試体３００Ｂは、ボルト電極３０２（１）から左右に１０００［ｍｍ］離してボルト電極３０２（２），３０２（３）を打設し、これら３本の電極を接続線３０４で電気的に接続した点である。
なお、供試体のコンクリートは、（財）住宅金融公庫が監修した住宅工事共通仕様書の一つである木造住宅工事共通仕様書に記載されている「レディーミクストコンクリート」を使用した。また、供試体のボルト電極は、同じ仕様書に記載のある、アンカーボルトの「Ｍ１２、電気亜鉛めっき」を使用している。
【００２７】
図４に、供試体Ａ，Ｂにおけるコンクリートブロック３０１と大地電極３０３との接続の構成を示す。コンクリートブロック３０１と大地電極３０３との間は、接触抵抗を減少させるために、両者の間に水道水で湿らせた布５０３を挟んだ。また、大地電極３０３はゴム板５０２を介して、あて木５０１をあて、あて木５０１の外側からえび万力（図示せず）の圧力で、大地電極と供試体とを固定した。
【００２８】
図５に、この試験装置を用いて測定した各供試体Ａ，Ｂのインピーダンス測定結果を示す。測定は、交流電源４０１による印加電圧（３０［Ｖ］）の周波数をパラメータ（ｆ＝５０［Ｈｚ］〜１［ＭＨｚ］）として測定を行った。
【００２９】
図５から、周波数に関係なく一様にインピーダンスが小さく、周波数１［ＭＨｚ］で若干インピーダンスが低下することが分かる。一般に、雷サージはほぼ１００［ｋＨｚ］〜８００［ｋＨｚ］の範囲で最大エネルギーを持つと言われているが、図５によれば、この周波数範囲において十分にインピーダンスは低いことが確認された。更に、打設するアンカーボルトが複数本であればインピーダンスは一層低下し、２３０［Ω］以下となった。
【００３０】
更に発明者らは、図６に示すように、供試体Ｂの大地電極３０３の上端面をグランドレベルとして大地中に埋設し、商用周波数でインピーダンスの測定を行った。なお、大地電極と供試体とは、土を踏み固めただけの圧力で固定させた。
【００３１】
測定の結果、埋設後４日目のインピーダンスは３００［Ω］程度、埋設後２５日目のインピーダンスは３７０［Ω］程度で、先に述べた気中での測定結果とほぼ同程度の結果が得られた。
【００３２】
以上のように、例えばＤ種接地では漏電遮断器等を備えている場合の接地抵抗は５００［Ω］以下であればよいので、コンクリート内部の鉄筋の有無にかかわらず、無筋のコンクリートであってもＤ種接地用の接地材料として使用することも十分可能であるといえる。
【００３３】
なお、通常、雷サージ電圧の実測値（波高値）は１５［ｋＶ］以下がほぼ９４［％］であり、雷サージ電流の実測値（波高値）はそのほとんどが１０［ｋＡ］以下である。
下記の特許文献３に開示されている実験によれば、これらの範囲の電圧、電流によるエネルギーがコンクリートに加わった場合でも、コンクリートが破損するおそれはなく、建造物の基礎として十分な強度を維持できることが確認されている。このため、建造物１００のコンクリート基礎材１３０を雷サージ電流の放流経路に用いても何ら支障はない。
【００３４】
【特許文献３】「建築物等の避雷設備ガイドブック」（平成４年３月２５日発行、発行者  社団法人  電機設備学会）
【００３５】
以上詳述したように、本発明によれば、商用周波数や商用周波数よりも高い周波数をもつ雷サージに対してコンクリート基礎材が低インピーダンスの導体とみなせるので、コンクリート基礎材をアンカーボルト、避雷器等を介して電力線及び通信線にそれぞれ接続することにより、電力線及び通信線間の雷サージ電流の放流経路における等電位ボンディング用の導体として使用することができる。
このため、各設備機器の接地線を個別に接地極に接続するような煩雑な工事を要することなく接地工事が完了する。
【００３６】
また、本発明におけるコンクリート基礎材は、漏電遮断器等を併用すればＤ種接地等の低圧機器用の接地材料としても使用可能であるから、設備機器を直接、コンクリート基礎材に接続して接地工事を省略しても良い。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、コンクリート基礎材１３０を電力線１０及び通信線２０の双方に接続する例を示してあるが、コンクリート基礎材１３０を大地と同電位とみなせる場合には、電力線１０のみ、または通信線２０のみをコンクリート基礎材１３０に接続したシステムでも、これらの各線から侵入した雷サージ電流をコンクリート基礎材１３０を介して大地に放流することができる。
更に、本発明は、大地側からコンクリート基礎材１３０を介して建造物１００に侵入しようとする雷サージに対しても有効である。
加えて、本発明は、実施形態に述べたような一般住宅等の建造物に限らず、コンクリート基礎材を有する各種の建造物に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態を示す概略的な説明図である。
【図２】コンクリートのインピーダンス等を測定する試験装置の説明図である。
【図３】図２における供試体の説明図である。
【図４】供試体Ａ，Ｂにおけるコンクリートブロックと大地電極との接続の構成図である。
【図５】交流電源による印加電圧の周波数をパラメータとした場合のコンクリートのインピーダンスの測定結果を示す図である。
【図６】供試体を土中に埋設した状況の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０：電力線
２０：通信線
１００：建造物
１０１，１０２：設備機器
１１０，１２０：避雷器
１１１，１２１：接地線
１１２，１２２：アンカーボルト
１３０：コンクリート基礎材
３００，３００Ａ，３００Ｂ：供試体
３０１：コンクリート
３０２，３０２（１），３０２（２），３０２（３）：ボルト電極
３０３：大地電極
４００：測定回路
４０１：交流電源
４０２：電流計
４０３：電圧計
５０１：あて木
５０２：ゴム板
５０３：布
【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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