技術情報・導入事例

  • 雷一般
  • SPD関連
  • 高圧用避雷器関連

雷一般

用語の説明は主としてJIS Z 9290-1 及びJIS Z 9290-4に基づく。

落雷(flash to earth)

落雷とは、雷と大地の間に発生する1回以上の雷撃からなる大気の電気的な放電現象。夏季に発生する夏季雷は、雷雲から放電が始まる(下向き雷)場合がほとんどであるが、冬季の日本海側で発生する冬季雷では、地上の高構造物から放電が始まり、放電路が上方に枝分かれする(上向き雷)ことが多い。

下向きの雷放電(Downward flash)

雷雲から大地への下向きリーダによって開始する雷放電。下向きの雷放電は、第1 雷撃とそれに引き続き発生することのある後続雷撃とからなる。一つ以上の雷撃に引き続き、長時間雷撃が起こることもある。夏季雷の90%以上は下向きの雷放電である。

上向きの雷放電(Upward flash)

接地した建築物などから雷雲に向かう上向きリーダによって開始する雷放電。上向きの雷放電は、第1長時間雷撃からなる。この長時間雷撃には、短時間雷撃が多重に重畳する場合としない場合とがある。一つ以上の雷撃に引き続き、長時間雷撃が起こることもある。

雷撃(Lightning stroke)

落雷の構成要素となる1回の電気的な放電現象。

先行放電(Leader)

雷雲から大地に向かって進展する放電。このリーダは大地に向かって一気に放電するのではなく、数十から数百メートル進んでは一旦停止しながら階段的に進行して大地に至る。この状態をステップトリーダ(Stepped leader)という。

帰還雷撃(Return stroke)

先行放電が大地と結合すると、形成された高導電性電路を通じて大地から雷雲に向かって大電流が流れる。この電流を帰還雷撃といい、この時大きな雷鳴と閃光が発生する。

多重雷(Multiple strokes)

最初に形成された放電路に沿って2回以上の雷撃を繰り返す雷放電。1回目の雷放電を第1雷撃、2回目以降の雷放電を後続雷撃という。平均3回から4回の雷撃からなり、雷撃の代表的な間隔は50msである。雷撃の間隔が10ms ~ 250msの範囲で、数十回の雷撃の事例の報告がある。

雷撃点(Point of strike)

大地または突出した物体に雷撃があった場所(突出した物体の例:建築物,引込線・引込管,樹木など)。雷放電は複数の雷撃点をもつ場合がある。

年間落雷密度(Lightning ground flash density)

ある範囲への年間落雷数を示す場合に、落雷密度(回/km2/年)で表示する。年間雷雨日数(Td)と落雷密度(Ng)との間には相関関係はあまりないが、落雷密度を想定する関係式として、JIS C 60364-4-44(2011)では、Ng = 0.1Tdの関係式が提示されている。

年間雷雨日数:IKL(Isokeraunic level)

ある地域への落雷回数の概略を把握する場合に使用される。下図は1954〜1963年の10年間の観測結果の平均を示している。

年間雷雨日数
出典:社団法人電気設備学会「雷と高度情報化社会」(1999)

雷電流(Lightning current)

雷撃点に流れる電流。JIS Z 9290-1では雷保護レベルを4段階に分類し、最大電流(200kA、150kA、100kA、100kA)、最小電流(3kA、5kA、10kA、16kA)とし、電流波形を10/350μsと規定している。

雷放電継続時間,T(Flash duration)

雷撃点において雷電流が流れている時間。

雷放電の電荷量(Electric charge of lightning discharge)

雷放電の継続時間全域に対する雷電流の時間積分。JIS Z 9290-1では200kA(10/350μs)の電荷量を100クーロンとしている。

雷サージ(Surge)

雷電磁インパルス(LEMP)によって発生する過渡的な過電圧及び/又は過電流。

雷過電圧(Lightning overvoltages)

落雷によって電源線や通信線に発生する過電圧で、電線と大地間(コモンモード)や線間(ノーマルモード)に発生する。

直撃雷(Direct stroke)

建築物の避雷針やアンテナ、送配電線、通信線などに雷撃が発生する現象。

誘導雷(Induced overvoltages due to nearby stroke)

直接の雷撃ではなく、近傍の樹木や建物に落雷によって、雷放電路に流れる電流による静電的・電磁的結合により、導体(送配電線、通信線など)に雷サージ(過電圧、過電流)が発生する現象。

逆流雷(Backflow current)

構造物等への落雷による接地電位上昇によって、引き込まれている導体(送配電線、通信線など)に落雷電流の一部が流出する現象。

逆フラッシオーバ(Back flashover)

送電線などの鉄塔や架空地線へ落雷した場合に、接地抵抗や鉄塔のサージインピーダンスにより、鉄塔や架空地線の電位上昇が大きくなり、相導体へ逆に放電する現象。

引込線(Line)

被保護建築物などに引き込む電源線または通信線。

雷保護,LP(Lightning Protection)

建築物など、その内部システム及び内容物、並びに人間に対する落雷の影響から保護する総合的なシステム。一般にLPS及びSPMで構成されている。

雷保護システム,LPS(Lightning Protection System)

建築物などへの落雷による物的損傷及び生物への傷害を低減するために用いるシステム全体。外部雷保護システム及び内部雷保護システムの両方で構成されている。これは、総合的なシステムである雷保護(LP)の一部である。

雷電磁インパルス,LEMP(Lightning electro-magnetic impulse)

雷サージ及び放射電磁界を発生する抵抗結合、誘導結合及び静電結合による、雷電流の全ての電磁気的な影響。

雷保護レベル,LPL(Lightning Protection Level)

自然界で発生する雷において、想定する最大及び最小の設計値の範囲内の雷電流パラメータの発生確率に関係する数値。雷保護レベルは、雷保護対策を設計するために、関連する1組の雷電流パラメータの組み合せから選択して用いられる。

雷保護ゾーン,LPZ(Lightning Protection Zone)

雷の電磁気的環境を定義した領域。LPZの領域の境界は、物理的境界(例壁,床,天井)を必要としない。

LEMP 保護対策,SPM(LEMP protection measures)

内部システムのLEMPの影響に対する保護のための対策手段。これは総合的なシステムである雷保護(LP)の一部である。

外部雷保護システム(External lightning protection system)

雷保護システム(LPS)の一部で、受雷部システム、引下げ導線システム及び接地極システムで構成するシステム。

内部雷保護システム(Internal lightning protection system)

雷保護システム(LPS)の一部で、雷等電位ボンディング及び/又は外部雷保護システムとの電気的絶縁で構成するシステム。

受雷部システム(Air-termination system)

外部雷保護システムの一部で、落雷を捕捉するための、突針、メッシュ導体又は水平導体のような金属部材で構成するシステム。

引下げ導線システム(Down-conductor system)

外部雷保護システムの一部で、落雷電流を受雷部システムから接地極システムへ導くことを目的としたシステム。

接地極システム(Earth-termination system)

外部雷保護システムの一部で、雷電流を大地に放流することを目的としたシステム。

雷等電位ボンディング,EB(Lightning equipotential bonding)

分離した金属製部品の雷保護システムへボンディング(張り合わせ)すること。雷電流によって発生する電位差を低減するため、直接電気的に接続、またはSPDを介して接続すること。

磁気遮蔽(Magnetic shield)

閉鎖形、金属製、格子状または連続したスクリーンで、被保護建築物などの全体またはその一部を囲い、電気システム及び電子システムの故障を低減するために使用するもの。

瞬停(瞬時停電)(Instantaneous interruption)

0 〜 0.5 秒間程度までの停電のことをいい、一般的には瞬時電圧低下も含める。

瞬時電圧低下(Instantaneous voltage drop)

送電線などに落雷があった場合に、事故の検出から落雷区間の系統を切り離すまでの間に発生する電圧低下のことをいい、ほとんどが0.2秒以内である。

SPD関連

用語の説明は主としてJIS C 5381シリーズに基づく。

低圧サージ防護デバイス:SPD(Surge Protective Device)

過渡的な過電圧を制限し、サージ電流を分流することを目的とするデバイス。このデバイスは、1個以上の非線形素子を内蔵している。従来は保安器や避雷器、アレスタ、サージアブソーバなどと呼ばれていたものの総称。

1ポートSPD(One-port SPD)

防護する回路に対して分流するように接続するSPD。1ポートデバイスとは、1端子対または2端子間に入・出力端子をもつSPDである。入力端子対と出力端子間に直列のインピーダンス(抵抗、インダクタンスなど)をもたない。

1ポートSPD

2ポートSPD(Two-port SPD)

端子対又は4端子間に入・出力端子をもつSPD。入力端子対と出力端子対間に直列のインピーダンスをもつ。

2ポートSPD

電圧スイッチング形SPD(Voltage switching type SPD)

サージを印加していない場合は高インピーダンスであるが、サージ電圧に応答して瞬時にインピーダンスが低くなるSPD。電圧スイッチング形SPD内に用いる一般的な素子には、エアギャップ、ガス入り放電管(GDT)、サイリスタ形サージ防護素子(TSS)などがある。これらを“クローバ素子”ということがある。電圧スイッチング形SPDは、不連続な電圧-電流特性をもつ。

電圧制限形SPD(Voltage limiting type SPD)

サージを印加していない場合は高インピーダンスであるが、サージ電圧及び電流の増加に従い連続的にインピーダンスが低くなるSPD。電圧制限形SPD内に用いる一般的な素子には、バリスタ(MOV)、アバランシブレークダウンダイオード(ABD)などがある。これらを“クランピング素子”ということがある。電圧制限形SPDは、連続的な電圧-電流特性をもっている。

複合形SPD(Combination type SPD)

電圧スイッチング形の素子及び電圧制限形の素子の両方を併せもつSPD。印加電圧の特性に応じて、電圧スイッチング、電圧制限またはこれら両方の特性を示すことがある。

電源用SPDの試験クラス

JIS C 5381-11に定めるSPDの試験クラス。

  • クラスⅠ試験公称放電電流In、インパルス電流Iimpにより実施する試験
  • クラスⅡ試験公称放電電流In、最大放電電流Imaxにより実施する試験
  • クラスⅢ試験コンビネーション波形(電圧波形1.2/50μs、電流波形8/20μs)により実施する試験

通信及び信号用SPDの試験クラス

JIS C 5381-21に定めるSPDの試験クラス。試験カテゴリとしてA1 〜 D2まで10種類のカテゴリが規定されているが、当社では次の2種を選択実施。

  • カテゴリC2試験電圧波形1.2/50μs、電流波形が8/20μsのインパルス電流を10回印加して実施する試験
  • カテゴリD1試験電流波形が10/350μsのインパルス電流を2回印加して実施する試験

最大連続使用電圧:Uc(Maximum continuous voltage)

SPDに連続して印加してもよい最大電圧の実効値または直流電圧。

公称放電電流:In(Nominal discharge current)

電源用SPDのクラスⅠ及びクラスⅡ試験において、SPDに流れる電流波形が8/20μsである電流の波高値。JIS C 5381-11ではInに15回以上耐えることが要求される。

最大放電電流:Imax(Maximum discharge current)

電源用SPDのクラスⅡ試験において、SPDに流れる電流波形が8/20μsである電流の波高値。

インパルス電流:Iimp(Impulse current)

電源用SPDのクラスⅠ試験において、SPDに流れる電流波形が10/350μsである電流の波高値。JIS C 5381-11では動作責務試験において最大連続使用電圧を課電しながら、Iimpに1回以上耐えることが要求される。

インパルス耐久性(Impulse durability)

通信及び信号用SPDの試験において、規定した回数、波形及びピーク値のインパルス電流を印加できるSPDの性能。
カテゴリC2試験では8/20μs波形を10回、カテゴリD1試験では10/350μs波形を2回印加。

電圧防護レベル:Up(Voltage protection level)

SPDの端子間に発生する制限電圧の最大値。電源用SPDでは、公称放電電流(In)印加時に発生する電圧(15項の図のEs)を示す。通信及び信号用SPDでは、カテゴリC2に規定する雷インパルス電流印加時に発生する制限電圧の最大値を示す。

残留電圧:Ures(Residual voltage)

放電電流の通過によってSPDの端子間に発生する電圧のピーク値。

残留電圧

続流:If(Follow current)

ガス入り放電管(GDT)などを使用したSPDが雷サージを放電し終わった後も、電源系統の電流がアーク放電で流れ続ける現象。SPDの内部要素で続流が遮断可能な最大電流を続流遮断容量という。

最大負荷電流(Maximum load current)

2ポートSPDにおいて、SPDが防護している出力側に接続した負荷に供給できる最大連続電流の実効値または直流の電流。

動作開始電圧(Reference voltage)

電圧制限形SPDの電圧−電流特性において、小電流領域の所定の電流に対する端子電圧波高値を動作開始電圧という。電流としては、交流抵抗分電流波高値又は直流電流を用い、通常は直流電流1mAを流した時の電圧をいう。

一次的過電圧:TOV(Temporary overvoltage)

雷サージのような過渡的な異常電圧以外に、電源系統の地絡事故や高低圧混蝕により、比較的継続時間の長い過電圧が生じる。SPD選定時にはこの一時的過電圧に耐えるように選定しなければならない。なお、通常TOVの値は交流の場合は実効値で示される。

外囲器(外郭)の保護等級(IP コード)(degrees of protection provided by enclosure(IP code))

定格電圧が72.5kV以下の電気機器の外郭による保護等級の分類。(JIS C 0920参照)

  • 内部の危険な箇所へ接近することに対する人体保護
  • 外部からの固形物侵入に対する機器保護
  • 水の侵入による有害な影響に対する機器保護

SPD分離器(SPD disconnector)

SPDが故障した場合にSPDを系統から切り離すための装置。内蔵又は外付けし、系統の持続的な故障を防ぐ。また、故障したことを表示する機能を持ったものもある。

挿入損失(Insertion loss)

通信又は信号用SPDにおいて、SPDを接続することにより生じる信号の損失。通常はデシベル(dB)で表示される。

静電容量(Electrostatic capacity)

SPDの端子間に持つコンデンサ成分で、通常はピコファラッド(pF = 10−12F)で表示される。静電容量が小さいほど、高周波信号を通しやすい。

定在波比:VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)

伝送線路にインピーダンスの不整合があると、進行波の一部がその点で反射され、逆方向に伝搬する波(反射波)を生じ、線路には進行波と反射波が合成された波が生じる。これを定在波と呼び、定在波の最大値と最小値の比を定在波比(VSWR)と呼ぶ。反射が無い場合にはVSWRは1となり、この値が低いほど反射が少ないことを示す。

同軸ケーブル(Coaxial cable)

不平衡な電気信号を伝送するための被覆電線の一種で、円形をした内部導体を絶縁体、その周囲を外部導体、そして最後にシース(保護被覆)で覆っている円形のケーブル。特性インピーダンスは、50Ω(3D-2V、5D-2V、8D-2Vなど:主に無線機などの電力の伝送用)と75Ω(3C-2V、5C-2Vなど:主にテレビ受像機などの信号伝送用)が一般的である。

LAN(Local Area Network)

ケーブルや無線などを使って、同じ建築物の中にあるコンピュータや通信機器、プリンタなどを接続し、データをやり取りするネットワーク。より対線や同軸ケーブル、光ファイバーなどで配線するものを「有線LAN」、電波を用いるものを「無線LAN」という。初期の10Mbps(メガビット毎秒)の10BASE-Tから、その10倍の100Mbpsの伝送能力がある100BASE-TXが普及し、今日では1Gbpsの1000BASE-Tが普及している。

PoE(Power over Ethernet:パワー・オーバー・イーサネット)

EthernetのUTPケーブル(ツイストペアーケーブル)を利用して電力を供給する技術。IEEE802.3afとして標準化され、IEEE802.3atとして拡張された。
PoE(802.3af)ではカテゴリ3以上のケーブルを使用し、送電側から15.4W(350mA)、PoE +(802.3at)ではカテゴリ5e以上のケーブルを使用し、送電側から34.2W(600mA)を給電できる。また、ケーブルに電力を給電する方法は通信に使う2対に電力を重畳して供給する「AlternativeA(typeA)」と、未使用の2対を使う「AlternativeB(typeB)」がある。主に、電力供給の困難な場所に設置される機器、Webカメラ、スイッチングハブ、無線LANアクセスポイント、IP電話線などに利用されている。

シリアル通信(Serial communication)

コンピュータ関連機器間において、データを送受信するための伝送路を1本又は2本使用して、データを1ビットずつ連続的に送受信する通信方式。主に次の方式がある。

  • RS232Cパソコンとプリンタ間の接続など1対1の関係で行われる通信方式。伝送距離が短い(最大15m)、伝送速度が遅い、方式により信号線の数が異なるなどの欠点がある。
  • RS422ARS232Cの欠点を改善してできた通信方式。親機1台に対して子機が複数台接続され、2対(4本)の信号線を使用して最大1200mまで相互通信可能。
  • RS485親機子機ともに複数台接続可能で、1対(2本)の信号線を使用して最大1200mまで相互通信可能。

コンビネーション波形(Combination wave)

開回路の両端で1.2/50μsの電圧インパルスを、短絡回路で8/20μsの電流インパルスを発生する発生器によって与えられる波形。SPDに印加する電圧、電流の振幅及び波形は、発生器及びサージを印加するSPDのインピーダンスによって決まる。短絡回路電流のピークに対する開回路電圧のピークの比は2Ωで、これを想定インピーダンスZfとして定義する。短絡回路電流はIscの記号で表す。開回路電圧はUocの記号で表す。

8/20電流インパルス(8/20 current impulse)

波頭長が8μsで波尾長が20μsの電流インパルス。

8/20電流インパルス

1.2/50電圧インパルス(1.2/50 voltage impulse)

波頭長が1.2μsで波尾長が50μsの電圧インパルス。(JIS C 61000-4-5参照)

1.2/50電圧インパルス

高圧用避雷器関連

用語の説明は、主としてJEC-2374の高圧用避雷器規格に基づく。

酸化亜鉛素子(Non-linear metal(Zinc)oxide resistor)

酸化亜鉛(ZnO)を主成分に、微量の添加物を混合して焼結体とした非直線性に優れた抵抗体である。
非常に優れた非直線抵抗特性を持つため、放電の際は大電流を通過させ端子間電圧を制限する性能が高く、直列ギャップが無くても放電後は原状に復帰する性能を持つ。

酸化亜鉛素子

特性要素(Characteristic elements, non-linear series resistor)

非直線電圧電流特性により、放電の際は大電流を通過させて端子間電圧を制限し、放電後は続流を実質的に阻止又は直列ギャップで遮断できる程度に制限する作用をなす避雷器の構成部分をいう。

直列ギャップ(Series gaps)

特性要素(2項)と直列に結ばれる単一又は数個の直列組み合わせからなる火花ギャップである。常時は実質的に避雷器回路を開き、過電圧印加の際に火花放電によりその回路を閉じ、その後特性要素で制限された続流を遮断する作用をなす避雷器の構成要素をいう。

定格電圧(Rated voltage)

電圧を両端子間に印加した状態で、所定の雷インパルス電流(16項)を所定の回数反復遂行できる商用(定格)周波数の商用周波電圧最高限度を規定した値をいい、実効値で表示する。また、器具又は機器に対して製造者が指定した電圧値で、運転の性能特性の基準となる。

公称放電電流(Nominal discharge current)

避雷器の保護性能並びに自復性能を表現するために用いる放電電流の規定値であって、所定波形の雷インパルス電流の波高値で表示する。

商用周波放電開始電圧(Power-frequency sparkover voltage)

両端子間に印加された際に波高値付近において直列ギャップで火花放電が起こるなど、実質的に避雷器に電流が流れ始める最低の商用周波電圧をいい、実効値で表す。

インパルス放電開始電圧(Impulse sparkover voltage)

両端子間にインパルス電圧が印加され避雷器が放電する場合、その初期において、放電電流が十分に形成され端子間電圧の降下が始まる以前に達し得る端子間電圧の最高瞬時値をいう。

インパルス放電開始電圧

標準雷インパルス放電開始電圧(Standard lightning impulse sparkover voltage)

一定極性の標準雷波形の雷インパルス電圧を多数回反復印加した場合、毎回放電が起こる雷インパルス電圧波高値の最低限度をいう。

インパルス耐電圧(Impulse withstand voltage)

指定された条件下で絶縁破壊を生じさせない規定の波形や極性のインパルス電圧の最高ピーク電圧。

制限電圧(Residual voltage)

避雷器の放電中、過電圧が制限されて、両端子に残留するインパルス電圧(7項の図のEa)であって、放電電流の波高値及び波形によって定まる。制限電圧の規定値は波高値で表示する。

動作開始電圧(Reference voltage)

電圧—電流特性において、小電流域の所定の電流に対する避雷器の端子電圧波高値を動作開始電圧という。電流としては交流抵抗分電流波高値又は直流電流を用い、公称放電電流2500Aの避雷器では通常、電流1mAを流れた時の電圧をいう。

課電率(Applied voltage ratio)

避雷器に対し、常時連続的に印加される電圧ストレスの大きさを表し、通常印加電圧波高値を動作開始電圧の値で除した値をいう。

放電耐量(Current impulse withstand capability)

避雷器に実質上の障害を起こすこと無く所定の回数を反復して流し得る所定の波形の放電電流波高値の最大限度をいう。

動作責務試験(Operating duty tests)

避雷器が所定の単位動作責務試験を所定の回数反復遂行できることを検証する目的で、実系統における動作状態を模擬して行う試験をいう。
模擬するサージ電流によって、雷サージ動作責務試験、開閉サージ動作責務試験などがある。

雷インパルス電圧(Lightning impulse voltage)

過渡的に短時間(普通マイクロ秒からミリ秒程度)出現するインパルス電圧において、原点から波高値に至るまでの時間が数マイクロ秒程度の急激な波頭を持ち、それ以後ゆるやかに降下するインパルス電圧をいう。雷インパルス試験で用いる標準の雷インパルス電圧は、規約波頭長/規約波尾長が±1.2/50μsの単極性全波電圧である。

雷インパルス電流 (Lightning impulse current)

避雷器の制限電圧及び放電耐量試験において印加する放電電流であり単極性あるいは振動性波形のインパルス電流をいう。
実際に使用する標準的な電流波形は、規約波頭長/規約波尾長が、制限電圧試験では8/20μs、放電耐量試験ではさらに4/10μsの電流波形を雷インパルス電流として使用することもある。また、放電耐量試験では継続時間の長い方形波インパルス電流波形(2msec)も使用される。