電気設備の雷保護システム 建築物等の内部の電気・電子設備の雷保護

電子・電気機器などの電気設備に対して、雷サージによる影響を最小限にする設計であり、SPDを用いた雷サージ低減対策と、耐雷トランスなどによる雷サージの絶縁化対策に分類されます。

雷電磁インパルス（LEMP：Lightning Electromagnetic Pulse）によって生じる電磁界により建築物内部の設備や電気電子機器に障害が発生しないように、雷による影響度合いの異なる領域（LPZ：Lightning Protection Zone）を設定します。
雷保護ゾーンを定めることで、誘導雷対策、直撃雷対策が明確化され、SPDの選定が可能になります。そして雷保護ゾーンの境界ごとにSPDなどの保護対策を施すことで、雷サージによる影響を低減します。
実際の建築物における電気系統の配線は、LPZ1は電気室、LPZ2は各分電盤などと分類し、各々にSPDを設置して雷サージを保護可能なレベルまで段階的に低減します。

雷保護ゾーン（LPZ）の概要

雷保護の基本は「接地とボンディングによる等電位化」であり、接地とボンディングは非常に重要です。
接地については、建築物全体との等電位化を図るため、構造体利用接地またはB形接地極システム（環状接地極、網状接地極、基礎接地極）とし、各電気設備の接地も統合するのが望まれます。別接地とする場合には、接地間用SPDを用いることで、雷サージ侵入時に等電位化を図ることができます。
建築物内部の電位差発生防止のため、雷保護ゾーン境界でのSPDによるボンディングだけでなく、建築物の鉄骨や鉄筋などを相互接続し、接地極システムとボンディングすることで、ボンディング回路網を構築します。

JIS C 60364-4-44では、電源系統におけるインパルス耐電圧を下表のように定めています。過電圧カテゴリはⅠ～Ⅳのカテゴリに分類され、各設置場所に設置される機器は下表に定める必要なインパルス耐電圧より小さくならないように選定する必要があります。
図に示すように各フロアの分電盤は耐インパルスカテゴリⅢ、電気機器の入力部はカテゴリⅡに該当するため、カテゴリⅢの分電盤に取り付けるSPDの電圧防護レベルは、カテゴリⅡのインパルス耐電圧以下とする必要があり、電灯系で1500V以下、動力系で2500V以下とする必要があります。

JISにおいては直撃雷の電流波形を10/350μs（代表波形）、誘導雷の電流波形を8/20μsと規定しています。直撃雷波形の方が継続時間が長いため、誘導雷波形とのエネルギー（電荷量）の違いは、電流ピーク値を同じ値とした場合、約25倍以上のエネルギーとなります。

JIS C 5381シリーズにおいてSPDの試験方法や取り扱いが詳しく規定されています。
実際の設計に当たっては、電源系では｢回路電圧」「系統の種類」「DC・AC」、通信及び信号回線では「使用電圧」「周波数」「配線数」などを確認した上で最適なSPDを選定する必要があります。