雷害とその対策～雷から高度情報化社会を守るには～

24, May, 2010東京海洋大学株式会社

昭

電技術開発部柳川 俊一(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

電波航法研究会資料

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0．内容
Contents.

・背景

・雷害対策

・雷現象

・効果的，信頼性up

・雷災害の実態・評価，検証

・雷情報の利用と雷撃頻度

・おわりに・雷害の実際(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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1．はじめにMotivation.

異常気象? カミナリ被害が後を絶たない・・・

障害・事故
密接な関係

●人的災害
●自然災害

地震 ・ 雷・落雷による機器の損傷

耐雷対策

・雷保護装置の損傷の実施(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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1．-1 雷現象
Lightning phenomenon.
• 雷放電– ベンジャミン・フランクリンが凧揚げの実験により、雷が放電現象であることを発見。

1753年 避雷針を発明

出展：(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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1．-2 雷現象
Lightning phenomenon.

–雷現象の本質が解明されはじめたのは最近である。

1926年 C.V.ボイスが回転カメラで解明
1938年 E.S.ビル オシログラフで観測

まだまだ不明確な点が多い分野である。

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1．-3 雷現象
Lightning phenomenon.
出展：

近年の観測結果によると、
第1雷撃： 9.6×107m/s

後続雷撃以降 ： 1.2×108m/s

280,000里/脈(普通の人間：60回/分)≒1,120km/秒≒1.12×106m/s(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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1．-4 雷現象
Lightning phenomenon.

その大きさは？
50%値は25kA～40kA程度

電気設備学会：雷と高度情報化社会より(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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2．-1 雷災害の実態
The actual condition of lightning disaster. -1●雷災害における停電事故や死亡事故の実態●ライフラインに関わる最近の主な落雷障害
2007，8，22

首都圏に落雷JR常磐線，湘南新宿ライン，埼京・川越線，京浜東北線，京葉線，東京臨海高速鉄道に遅れ発生

2007，8，19

兵庫県内に落雷

播磨・但馬・丹波・淡路 計17,3000世帯停電
姫路 約200世帯，南淡路市 約350世帯停電
在来線・新幹線に大幅遅れ発生

2007，8，7

北海道・岩手県地方に落雷

女満別の道の駅で男性が首に大やけど
岩手県陸前高田の海水浴場の砂浜で小3の男児死亡

2007，7，30

静岡県地方に落雷

富士川で停電，浜松市天竜区で10時間以上の停電

2007，6，7

山形県地方に落雷

山形市の民家が落雷により火災
父親，小3・小1の姉弟死亡(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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2．-2 雷災害の実態
The actual condition of lightning disaster. -2●落雷による人身事故

参考資料：平成16年警察白書より(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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3．-1 雷情報の利用 (年間雷雨日数分布)
IKL

昭和29年～38年における10年間平均の年間雷雨日数地図(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

等雷雨日数地図

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3．-2 雷情報の利用 (雷撃頻度マップ)
Annual lightning stroke days of LLP and LPATS. (Summer and Winter).

1991～1995
参考資料：電気設備学会：雷と高度情報化社会より(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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3．-3 雷検知情報の利用
Use of lightning information.

落雷，コロナ放電，雲間放電の電磁界を検知して情報を発信！

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4．-1 雷害の実際
The actual condition of lightning damage. -1

アンテナへの落雷事故(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

避雷針があったにもかかわらず直撃雷！

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4．-2 雷害の実際
避雷針への落雷事故・・・
避雷針に雷撃痕跡

The actual condition of lightning damage. -2

引き込み盤のブレーカー破損

引き込み盤の接地端子スパーク痕跡(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

引き込み盤取り付け電柱の欠け

引き込み盤の扉の曲がり電波航法研究会資料

4．-3 雷害の実際
The actual condition of lightning damage. -3

避雷針への落雷事故・・・
避雷器ボックス内の障害

引き込み盤の被害

保護素子焼損による被害

保護素子焼損(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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4．-4 雷害の実際
The actual condition of lightning damage. -4

交通設備の落雷事故・・・
通信装置架

踏み切りの制御装置(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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4．-5 雷害の実際
The actual condition of lightning damage. -5

避雷針

避雷針

建物

建物
柱上変圧器
電源線
機器

機器

E
EB
電位上昇
接地極電位＝機器接地電位(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

通信線

電位差

加入者保安器

E

電位上昇

電位差

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4．-6 雷害の実際
The actual condition of lightning damage. -6

洋上風車への落雷事故・・・[A]current
voltage [V]R=0.062 [Ω]50080400
60300
20040100
20 0-10000

過渡接地抵抗特性による電位上昇
定常抵抗値による電位上昇

011

接地電位上昇船舶への落雷事故・・・
船舶のレーダーアンテナに落雷 →給電線(導波管等)を経由して装置に侵入(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

223

3time [s]
time
[s]

445

通電電流

5電波航法研究会資料

5． 雷害対策
Lightning Protection.

雷による停電：生産(売電)停止やデータの損失，交通混乱
雷による通信，信号断：情報の遮断，交通混乱，制御不能
雷によるITV断：映像遮断，犯罪多発

信頼性の低下・サービスの損失・セキュリティの低下だから、雷に対する保護が必要になる！

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5．-1 雷害対策 (電源)Lightning Protection. (Power)
シールドトランス

低圧電源線

電源盤

機器

SPD (避雷器)

接地

800V
C128V

V1
上：動作電圧：200V/div
下：通電電流：10kA/div
時間軸：25μs/div(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

V2

C2

移行電圧：20V/div

V2＝[C12 / (C12+C2)]×V1

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5．-2 雷害対策 (通信・制御)
Lightning Protection. (Telecommunication・Control)

避雷針

SPD

端子箱(盤)

一般加入者回線TEL
専用・制御回線

制御機器加入者用
保護装置

E(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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5．-3 雷害対策 (セキュリティ・カメラ)
Lightning Protection. (Camera)
避雷針

SPD
ITVカメラ監
視機
器

E

電位上昇(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

ITV監視ケーブル

電位差

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5．-4 雷害対策 (サーバールーム)
Lightning Protection. (Server Room)

1φ2W100V
サーバラック 1 LAN回線

3φ200V

UPS 1
電源用
SPD A

1φ3W100V

LAN回線

PDU 1

ルータ１

電話回線
通信用
SPD

1HUB 1

電源用
SPD B

1φ2W100V
サーバラック 2

ルータ２

電話回線

LAN回線
3φ200V

UPS 2
電源用
SPD A

1φ3W100V

2PDU 2LAN回線
HIB 2

電源用
SPD B

等電位接地母線駆体接地へ(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

通信用SPD電波航法研究会資料

6．効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability.

・雷害対策を効果的に、かつ信頼性をupさせる重要なアイテム・・・・・
接地，接地線(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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6．-1 効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability. -1

・接地• 接地抵抗値は低い方が有利！

なぜ？

SPDが動作すれば等電位になって機器は守れるのでは？

誘導雷：OK！ 直撃雷：NG！

低い方が有利

水
電位上昇

（雷）

（雷）

電源・通信線

接地抵抗

水

電位上昇

高

SPDの動作頻度：大・・・劣化
すぐこぼれる！＝SPDがすぐに動作して流出する！
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接地抵抗低電波航法研究会資料

6．-2-1 効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability. -2-1・接地線• 接地線の敷設方法如何で！
• 理想的な敷設方法– SPD接地をMain

600Vo-pV1効果的に作用
機器

SPDV120m
E

V220m
V2600Vo-p(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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6．-2-2 効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability. -2-2

• 理想的ではない敷設方法– 機器接地をMain
600Vo-pV1SPDV1V2

効果的に作用機器
していない20m
インダクタンスによる電圧発生

E20m
V2

1,500Vo-p(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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6．-2-3 効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability. -2-3

• 理想的ではない敷設方法– SPD接地をグルグル巻き
600Vo-pV1SPDV1

インダクタンスによる電圧発生

V2

効果的に作用
機器
していない

20m
E
V2

1,100Vo-p(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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6．-2-4 効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability. -2-4

• 理想的ではない敷設方法– SPD接地と機器接地が別々
600Vo-p
V1V2V1E

効果的に作用していない

機器

SPD

20m

E
V2

2,000Vo-p(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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6．-2-5 効果的にかつ信頼性をup・・・
Improvement in reliability. -2-4

高価な機器の接地よりも安価な SPD (避雷器)の接地を大切に！！

600Vo-p
V1

機器

SPD
V120m
EV220mV2

600Vo-p(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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7．-1 評価・検証
・雷害対策がホントに機能した？
落雷電流表示装置
落雷電流波高値

雷電流検出
コイル

落雷電流検出年月日時分秒
落雷電流極性
累積落雷電流波高値

警報出力部(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

Evaluation, Verification. -1

電波時計表示部電波航法研究会資料

7．-2 評価・検証
Evaluation, Verification. -2• 1,200kV雷インパルス
電圧発生装置• 200kA雷インパルス
電流発生装置

出力波形：±1.2/50

出力波形：10/350，8/20，4/10

2002(平成14)年4月導入

2007(平成19)年1月導入(C)Copyright. SHODEN Co.,Ltd. 2009 All Rights Reserved.

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8． おわりにConclusion.

避雷針●近年の情報化社会の発展により、情報通信機器の超脆弱化やネットワーク化が進行
SPD(避雷器)●EMCや雷サージ対策が重要な問題●特に自然現象である雷サージ対策は厄介
接地・接地線●その性質を特定することが困難●経済的な対策が施しにくい
総合的に扱わなければ、強力な性能を発揮できない！
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ありがとうございました
Thank you for your attention.

以上のような対策を施し、信頼性の高いシステムを構築するためのお手伝いとして、技術検討・解析・製品開発・製造・試験・評価・検査などを続けていくべく努力をしてまいります。

謝謝

Thank you for your attention.

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