電気設備学会講習会「雷現象と複合施設における雷被害対策の動向」参加報告
報告者：保木本正史（きんでん）
令和元年 6 月 27 日に名古屋ガーデンパレスで行われた，(一社)電気設備学会中部支部主催の講習会「雷現象と複合施設における雷被害対策の動向」に参加したので，その概要を報告する。
１．安井支部長（名古屋工業大学） あいさつ
２．委員会活動紹介「複合施設での雷被害対策に関する調査研究委員会」（講師：委員長箕輪昌幸氏（愛知工業大学））
・ 電気設備の雷保護，雷害対策に関する調査研究を北陸支部と共同で 2002 年から行っている。
過去の委員会は，① 風力発電設備の雷撃調査研究委員会② SPD（設備雷保護）調査研究委員会③ 雷保護技術調査研究委員会④ 雷被害対策の接地システムに関する調査研究委員会⑤ 電気設備の雷保護に関する調査研究委員会（自然雷・ロケット誘雷・人口雷による研究）⑥ 情報・通信設備の雷被害および対策に関する調査研究委員会
以上であり，今回の調査研究委員会に取り組んだ。
・ 今回の研究目的は，下記内容である。
① 高度情報化社会の進展に伴い，様々な設備，機器装置へ電源線，通信線，信号線等が張り巡らされている。
② 需要家の複数の建造物，システム，装置等が電力・通信線等でネットワーク化されるようになった。
（複合施設のネットワーク化）③ 各種ケーブル等で接続された需要家の複合施設は大規模システムであり，雷被害の二次影響も大きいと予想される。
④ 現状の被害状況も含めた把握と雷対策に向けての基礎データー等を提示する。
・ 調査・研究内容① 雷被害対策事例の調査（アンケートの実施）② 調査結果の検討と評価③ 検討・評価のまとめと提言④ 期間：2017 年度～2018 年度（2 年間）
・ 活動状況（委員には，大学，電力会社，電気工事会社，ＳＰＤメーカー，設備・機器メーカー，他総勢２６名）① 2017 年度：２箇所の現地調査と検討（学校，病院），アンケートの計画，講習会の企画② 2018 年度：アンケートの実施と検討，現地調査（2 箇所の学校），2 年間の活動のまとめ，報告書作成，講習会の企画
・ アンケートは 16 校で実施。11 校で被害確認。5 校は被害なし。
1・ アンケート調査結果① 遠隔監視・操作関係（制御機器・システム関係），消防防災関係，電話設備関係（交換機設備含む）の被害・・・・・・・ 6 校② （防犯）カメラ関係の被害・・・・・・ 5 校③ ポンプ・水処理関係の制御系被害 ・・・ ４校④ ポンプ・水処理関係の電源被害 ・・・・ ４校⑤ 空調制御，駐車管制，エレベータ制御の被害があった。
・ 現地調査は，中部大学，愛知工業大学，名古屋工業大学，愛知医科大学で実施した。
・ 2019 年からの活動：今回の調査研究の課題を踏まえ「セキュリティ関連設備の雷被害」について，2019 年度から２年間，調査研究を実施予定。
３．雷現象：基礎的な放電過程から実用的な落雷予測まで（講師：王 道洪氏（岐阜大学）
・ 雷雲電荷分布と雷放電の分類
雷雲の上部にプラス電荷が発生し，マイナス電荷が下部に分離する。9 割ぐらいは，雷雲内で放電する。1 割程度が，対地放電（落雷）する。
・ 雷放電の基礎的な放電過程① 電子雪崩が発生しストリーマ（正，負別）ができる。その端にリーダ（正，負別）が発生する。
② 電子雪崩を引き起こすために必要とする電界は，約 3×106 V/m（大気中，普通の条件）③ 正ストリーマを持続的に進展させるための電界は，約 5×105 V/m（大気中，普通の条件）④ 負ストリーマを持続的に進展させるための電界は，約 7×105 V/m（大気中，普通の条件で）・ 落雷の分類と基礎的な特性① 下向き負極性落雷，下向き正極性落雷，上向き負極性落雷，上向き正極性落雷，下向き bipolar 落雷，上向き bipolar 落雷の６種類に分けられる。
② 落雷の各種パラメータ：
・リーダ速度：200km/s

・帰還雷撃の温度：3 万度・リーダの電流：100A

・雷のエネルギー：109 ～1010 J・帰還雷撃の速度：1/3～1/2 光速・雷のピークパワー：1012 W・帰還雷撃の電流：数十 kA③ 落雷点の評定・磁界アンテナ 2 台――直交ループアンテナ（交会法）
・磁界アンテナ 3 台――到達時間差法
・アンテナの種類：磁界アンテナ，容量性アンテナ，VHF アンテナ
④ 実用されている雷位置評定システム例
・雷放電の 3Ｄマッピング原理
・Lightning Mapping Array system（LMA）の最初の考案者は，Dr.Krehbiel
・ＬＭＡの設置例（North Colorado 100km 四方に 15stations）
・ＬＭＡによる北陸冬季雷の観測（風車・鉄塔から半径約 10km 以内に LMA を 92

か所設置）
・アメリカでは 15 の LMA が稼働（1998 年～）
・日本も東京を中心に LMA が設置された。（昨年）・岐阜およびその周辺に FALMA を 12 か所設置
・Google から FALMA lightning を検索すれば，ほかの動画も見られる。
・FALMA の雷撃点評定誤差の検討
・雷撃事故例を用いた評定誤差の評価（1）犬山城のしゃちほこ破損（2017.7.12）・雷撃事故例を用いた評定誤差の評価（2）愛知医大の落雷・雷放電，落雷別の自動表示プログラムの開発（動画）・落雷予測の試み
４．複合施設での雷被害（講師：山本和男氏（中部大学））① 中部大学での雷被害：中部大学は高台に位置し，キャンパス内には 15ｍを超える建物が多く，落雷の標的となりやすい環境下にあり，2012 年から 2016 年の間で雷被害が発生した。
・ 雷サージ推定侵入経路と被害原因（2012 年 8 月 6 日：入口ゲートループコイル制御盤，ドーム式駆動カメラ，大泉寺ゲートカメラ，北門・正門通信基盤，PTZ ドーム式駆動カメラ）
・ 雷サージ推定侵入経路と被害原因（2012 年 8 月 13 日：CATV ブースター）
・ 雷サージ推定侵入経路と被害原因（2012 年 8 月 18 日：空調チラー制御盤）
・ 2013 年，2014 年，2015 年，2016 年の被害状況② 愛知工業大学の雷被害：愛知工業大学は山々に囲まれた自然に恵まれた環境にあり，周囲に高い建物等は少なく，大学内の建物は落雷の標的となりやすい環境下にある。2016年，2017 年に雷被害が発生した。
・ 2017 年 8 月 10 日：時計台を中心に南～西方約 0.5km 程度の地点の校外に 40kA を超える電流値の落雷があり，それによって校内で雷被害が発生したと推測（新 1 号館 2階の火災受信機，体育館 1 階測定準備室の火災受信機）
・ 2017 年 8 月 22 日：時計台から南方約 0.4km 程度の地点の校外に電流値 18kA 程度の落雷があり，それによって校内で雷被害が発生したと推定（新 1 号館 2 階パソコン，コピー機，2 号館事務室火災受信機，小体育館 1 階ロビー火災受信機，警備室火災受信機）③ 名古屋工業大学の雷被害：名古屋市中心部にあり，約 14 万平方メートルの敷地が南北に分かれている。特別高圧を地下ケーブルで引き込み，各建屋に地下洞道から配線されている。南側の構内の各建屋には，地下に受変電設備があり，接地も各建屋の電気室で個別に敷設されている。接地の等電位化は行っていない。大学敷地内への落雷頻度はきわめて少なく，雷被害事例も少ないが，2016 年 8 月 2 日 15 時から 16 時にかけて，近隣施設への落雷に伴い，大学構内の複数の電気設備に被害が発生した。
・ 2016 年 8 月 2 日：0.5km 圏内に２回の落雷が観測された。最も近い落雷は，中心から 0.4ｋｍ地点で，負極性 23kA の電流値が観測された。（1 号館電気錠，中央ポンプ
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室受電盤トランスデューサー，6 号館エレベータ制御盤内遠隔監視装置，18 号館エレベータ制御盤内遠隔監視装置，51 号館カードリーダー，56 号館火災受信機，体育館カードリーダー，特高受電室 PC（DTP 装置）の COM1 ポート）④ 愛知医科大学の雷被害：愛知医科大学は名古屋市北東部の丘陵地帯にあり，10 万平方メートルを超える敷地には病院棟，大学棟，研究棟および体育館など 12 棟の建物が配置されている。中でも病院棟は当医大の中核をなす建物であり，旧病院棟の老朽化に伴って，2013 年に新築された。建物雷撃のリスクから眺めれば，当医大の周囲数百 m は田畑が広がる住宅地であり，当医大以外には高い建物は見当たらない。敷地内には軒高 30m の既設建物が３棟あるが，とりわけ病院棟は最高部 70m と雷撃のリスクが高い環境にある。
・ 2,017 年 8 月 22 日：同日夕刻，愛知県北西部に巨大な雷雲（スーパーセル）が発生して東方向へ移動した。そのため，愛知県内には 6,900 発とも 7,000 発とも言われる落雷があり，各地で停電や住宅火災などの被害があった。
（一次的被害（一時的に機能低下はしたが鎮静後は正常動作に復帰）：電話交換機設備，中央監視設備，照明コンセン
ト設備。永久的被害（基板や部品交換で復帰）：ITV 監視設備，駐車場ゲート装置，ELV 監視設備，中央監視設備）
５．複合施設の雷被害対策方法（講師：井口 智氏（㈱サンコーシャ））・ 雷の発生：雷は静電気と同じ原理で発生する自然現象です。
・ 夏季雷と冬季雷：冬季雷は夏季雷よりエネルギーが大きいものがある。
・ 全国落雷密度マップ：九州地区多い
・ 全国落雷日数マップ：九州，北陸多い
・ 全国落雷日数マップ（夏季と冬季の違い）：夏季は九州，冬季は北陸・ 直撃雷の電流値：平均約 30kA，200kA 以上が約 1%，100kA 以上が約 2％・ 想定する電流値：電流波高値Ⅰで 200kA，雷放電 300C，日本の風力発電設備（冬季雷地区）の雷対策は 600C 想定。
・ 雷被害の増加：高度情報化社会において雷被害件数が増加
・ ネットワークによる雷被害の増加
・ 直撃雷と誘導雷・ 雷サージの侵入経路：雷サージ侵入経路は状況により様々であり，雷対策を検討する際は想定される侵入経路全てに行う必要がある。
・ 雷により機器が破損される理由：耐圧破損，保護協調
・ 雷により被害を受ける事例①：接地間電位差（建物間にケーブルが繋がっていると，広範囲に雷害が発生する可能性がある。）
・ 雷により被害を受ける事例②：誘導雷（近傍への落雷により誘導雷が発生し雷害が発生）
・ 雷により被害を受ける事例③：フロア間の電位差（フロア間に電位差が発生し雷害が発生）
・ 雷により被害を受ける事例④：電磁誘導による被害（建物内に誘導雷が発生し雷害が発生）
・ SPD による機器保護の概要
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・ 雷保護全般に関する JIS・ サージ防護デバイス（SPD）関連の JIS
・ 国交省監修による雷保護基準が記載されている書籍（建築設備設計基準，公共建築工事標準仕様書，雷害対策設計施工要領（案）・同解説，電気設備工事監理指針，官庁施設の基本的性能基準及び同解説）
・ 総合的な雷保護システム（LPS）
・ 外部 LPS・ 内部 LPS・ 電気及び電子システムの雷保護 SPM
・ SPD の設置位置について
・ 低圧電源用 SPD 設置位置の事例
・ 通信・信号用 SPD 設置位置の事例
・ SPD の性能表示
・ 低圧用 SPD の構成例
・ 被保護機器の耐電圧と SPD の電圧防護レベル
・ SPD の接地と被保護機器の接地が繋がっていない場合の被害・ SPD を電源回路のみに設置した場合の被害
・ 片側のみ SPD が設置されてる場合の被害・ 高圧と低圧の雷対策方法の違い
・ 高圧設備（600V 超）の雷保護方法は低圧側と大きく変わらないが，雷保護に使用する部材等は大きく異なる。
・ 高圧設備の雷保護を行うものとしては高圧避雷器，耐雷ホーン（アークホーン），架空地線（接地も含む）などがある。
・ 直撃雷対策を行う場合は架空地線，避雷器を使用する。
・ 架空電線路の場合，高圧避雷器を設置する義務がある場合がある。
・ 高圧設備を監視する機器は低圧線や通信・信号線が使用されている場合があるため，低圧用 SPD，通信・信号用 SPD 等により保護する必要がある。
・ 工場設備の外部雷保護システム構成例
・ 電話設備の雷対策例
・ 放送設備の雷対策例
・ LAN 設備の雷対策例
・ 火災受信機の雷対策例
・ 防災設備の雷対策事例
・ ITV 設備の雷対策事例
・ 中央監視設備の雷対策事例
・ 太陽光発電設備の雷対策事例
・ 監視カメラシステムの雷対策事例
・ SPD の設置事例

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６．質疑
・ 落雷予測はどの程度のレベルですか？
回答：予測は過去の実績データーで予測されますが，必ずしも落雷するとは言い切れません。警報用には役立つと思います。
・ 通信・防災・通信設備の SPD の耐電圧は決まっていますか？
回答：メーカーにより自社基準で決めているので，必ずしも落雷のレベルに適応できる保証はありません。
以6上