増加する落雷とその対策について 震災対策技術展 ２０１５ パシフィコ横浜 平成２７年２月５日 株式会社 落雷抑制システムズ 松本敏男 2015/2/5 Copyright LSS 2013 1 本日の内容 第１章 気候変動とビジネス 第２章 落とす対策から落とさない対策へ 第３章 ＰＤＣＥ避雷針の原理 第４章 建築基準法で問題ないのか? 第５章 効果はあるのか？ 2015/2/5 Copyright LSS 2013 2 気候変動とビジネス 落雷対策の革命 2015/2/5 Copyright LSS 2013 3 1. 今後の気候変動 ＩＰＣＣ( 気候変動に関する政府間パネル）第５次評価報告書 １．1880年から2012年において世界平均地上温度は0.85℃の上昇 ２．人間活動で放出された二酸化炭素は大気中のみならず、海の深さ1500mにまで 達している。 海水に二酸化炭素が溶けると海洋の酸性化へとつながる ３．陸地ばかりか海の深層でも海水温が上昇中 ４．グリーンランドの氷床は、２～４℃の気温上昇でも消失する ５．２０１３年の夏、北極海の海氷は、1980年代の平均的な面積の 半分以下になってしまっている ６．猛暑、豪雨などの極端現象の頻度が増大する。 これをビジネスの観点からどのように評価するか？ 2015/2/5 Copyright LSS 2013 4 ２．全国どこでも 大落雷 に見舞われる可能性がある （１） 名古屋 大落雷 2012年8月11日 15:00 ~ 名古屋市港区昭和町を中心にした 半径５Km内の落雷数 【フランクリンジャパン調査】 90分で584発 愛知県は、落雷被害全国 ２３位の平均的な県 栃木県の1/6 程度の被害額 そのような場所にさえ、このような 異常な落雷が発生している ２. 全国どこでも 大落雷 に見舞われる可能性がある (２) 四日市 大落雷 2013年 7月26日 15:40 ~ 三重県四日市市霞町を中心とする 半径 ５km内の落雷数 60分で329発 三重県は、落雷被害全国 ３４位の平均的な県 栃木県の1/10程度の被害額 そのような場所にさえ、このような 異常な落雷が発生している ２． 全国どこでも 大落雷 に見舞われる可能性がある (３) 霧島市 大落雷 2013年 9月2日 07:40 ~ 鹿児島県霧島市国分町を 中心とする半径 ５km内の落雷数 60分で 246発 鹿児島県は、落雷被害全国 ７位 栃木県の1/2程度の被害額 ２． 全国どこでも 大落雷 に見舞われる可能性がある (4) 那珂市 大落雷 【茨城県 茨城植物園付近】 2014年 6月25日 15:30 ~ 17:30 茨城県那珂市戸４８５９を 中心とする半径 ５km内の落 120分で ３６８発 茨城県は、落雷被害全国 17位 栃木県の1/4程度の被害額 ２． 全国どこでも 大落雷 に見舞われる可能性がある (5) ＪＲ赤塚駅 大落雷 【茨城県 水戸市】 2014年 6月25日 15:30 ~ 17:30 茨城県水戸市 ＪＲ赤塚駅を 中心とする半径 ５km内の落雷数 120分で 250発 茨城県は、落雷被害全国 17位 栃木県の1/4程度の被害額 落雷、気候変動で2100年までに50%増も 米研究 【AFP＝時事】 森林火災や死亡事故の原因となり得る落雷の発生件数は、気候変動が原因で今世紀末までに50％ほど増加する可能性があるとの 研究論文が、米科学誌サイエンス（Science）に掲載された。 米カリフォルニア大学バークレー校（University of California, Berkeley）などの研究チームが発表したこの論文は、地球温暖化が2100 年までにどのように進行するかを予測する11種類の異なる気候モデルに、降水量と雲の浮力の測定値を適用した結果に基づくもの となっている。 同大の気象学者、デービッド・ロンプス（David Romps）氏は、温暖化が進むにつれ、雷雨の規模はますます爆発的になると述べる。 「温暖化が原因で、大気中に含まれる水蒸気の量は増加する。『燃料』が増えるほど、点火した時に爆発の規模が大きくなる可能性 があるのと同じだ」雷が受ける影響についてのこれまでの推算では、降水量との密接な関連性がない間接的な手法が用いられてい た。そこから導き出された結果は、温暖化で気温が1度上昇するごとに、雷の発生数が5～100％の範囲で増加するというものだった。 一方、今回の最新研究では、大気中の空気を上昇させるエネルギーと降水率とを合わせて考慮する手法に基づいている。 研究チームは、無線機付き気象観測機器（ラジオゾンデ）を搭載した気球を米国各地で上げ、対流有効位置エネルギー（Convective available potential energy、CAPE）を1日に2回測定した。 ロンプス氏は「CAPEは、大気にどの程度の『爆発性』があるかの尺度にな る」と説明し、「今回の研究で、降水量とCAPEを組み合わせて用いることで雷を予測できるとの仮説を立てた」と続けた。 米国立測候所（National Weather Service、NWS）の観測データを用いて試算した結果、降水量とCAPEを知ることで、約77％の落雷の 変動を予測できることを研究チームは明らかにした。 「落雷の予測を行う上でこの手法がいかに信じられないほど有効に機能するかに、われわれは非常に驚いた」とロンプス氏は話した。 ■落雷の増加 降水量とCAPEという2つのパラメーターを複数の気候モデルに適用した結果、世界の平均気温が1度上昇するごとに、落雷が約12％ 増加することが分かった。気温が今世紀末までに4度上昇すると、落雷は50％近く増加することになるという。落雷は現在、世界で年 間2500万回発生している。 落雷の発生数が増加すると、死傷者が増える可能性がある上、自然や野生動物に破壊的な影響が及ぶ恐れも生じる。 落雷率の増加が原因で、乾燥した森林地帯で起きる山火事の件数が増加し、多数の鳥や他生物が全滅したり、近隣の住民が危険 にさらされたりする結果を招く恐れがある。 2015/2/5 Copyright LSS 2013 10 2015/2/5 Copyright LSS 2013 11 ３．責任者の持つべき二つの視点 (1) 地球温暖化による気温上昇 飽和水蒸気量が増加 水蒸気のエネルギー 積乱雲を発生させる爆薬 極端現象の増加 雲ができ易い 落雷被害の増加 今後の天候の変化は今までの経験則の延長には無い 2015/2/5 Copyright LSS 2013 12 ３．責任者の持つべき二つの視点 (2) 社会の変化 企業の社会的責任が大きく問われる 主催者/施設管理者の責任の増大 落雷事故 不可抗力の事故では無い (100% でなくても ほぼ防げる） 物の被害 火災保険である程度カバー可能 操業の停止 停止連続プロセスの再開は容易ではない 人命に関わる事故 取り返しがつかない 事業継続に関わる問題である 2015/2/5 Copyright LSS 2013 13 ４．気候変動に対応したビジネス １．気象関連ビジネスの拡大 【気象情報会社、落雷情報会社、弊社】 ２．既存ビジネスの拡大展開 義務的設置 今まで避雷設備は、建築基準法による 今後は、積極的な落雷対策 を事業の「売り」として展開 • • • 鉄道の耐落雷機能の強化 ⇒ 経済問題よりも社会的混乱の防止 イベント、屋外での集客ビジネス ⇒ お客様の安全第一 落雷の損害があれば施設停止 ⇒ 高速道路 ＩＣのＥＴＣ （事業継続への影響すらある） 冷凍倉庫/恒温倉庫 太陽光発電の保護 発電所/清掃工場の煙突 電気を使用しない工場など皆無 • • 教育現場 マンション 校庭への落雷防止 ⇒ 園児/生徒/学生の安全保護義務 ⇒ 防災マンション にさらなる付加価値 安全・安心の具現化がビジネスに直結 安全対策が企業の特長の一つになり得る 2015/2/5 Copyright LSS 2013 14 ４． 気候変動に対応し、社会的責任を実現している業界 １．きっかけは、落雷事故による主催者への損害賠償訴訟 茨木市でのサッカー試合での落雷事故 平成8年 大阪 長居公園 屋外イベントでの落雷事故 2名死亡 3億円の賠償命令 2013年 ２．屋外イベント主催者/屋外施設の所有者 が落雷事故の重大さを認識 2013年 2013年 2014年 2014年 2104年 2014年 2014年 2014年 東京ビッグサイト 「コミケ」 高所作業車/ＰＤＣＥによる保護 陸上自衛隊 富士総合火力演習 高所作業車/ＰＤＣＥによる保護 東京ビッグサイト 「コミケ」 高所作業車/ＰＤＣＥによる保護 陸上自衛隊 富士総合火力演習 ＰＤＣＥ(固定設備）による保護 Rock in JAPAN 【ひたち海浜公園】 クレーン車【10台】通常避雷針による保護 大阪城 400年記念コンサート やぐらの上のＰＤＣＥによる保護 東京 日本共産党 「赤旗まつり」 ステージにＰＤＣＥ 大阪城 400年記念プロジェクション・マッピング 落雷対策 ⇒ 「お客様の保護」 と同時に 「ＢＣＰの一部」 2015/2/5 Copyright LSS 2013 15 落とす対策から落とさない対策へ 落雷対策の革命 2015/2/5 Copyright LSS 2013 16 ５．避雷針の歴史と問題点 130年 １７５２ 135年 1881 避雷針の発明 ベンジャミン・フランクリン エジソン電気照明会社 1899 2016 無線電信 実用 マルコーニ 避雷針 落雷は安全に誘導すれば良かった時代 現代文明は電力依存 スマートグリッド時代の雷対策 何故、２６０年前の技術に頼りきっているのでしょうか？ 二つの問題点 1. 雷電流の処理 地面に流しても周囲に副作用 2. 補足率は100%ではない。避雷針周囲への落雷を誘発 電力/情報ネットワーク時代 では、ワザワザ落雷を発生さ せれば副作用が問題になる 「落雷を発生させない」 オイル・ランプ 2015/2/5 Copyright LSS 2013 17 ６. 何故、落雷するのか？ １） 高い場所へ落雷する 落雷にまつわる誤解 × 結果としては高い所が多いが、高さが要素ではない 雷は、7000m以上の上空から、地表の構造物の高低を判定できるか？ 何を求めて降りてくるのか？ ２） 落雷は一方的に落ちてくる 答え できない 高さではなく、帯電している強度、地上からのお迎え放電 × 地表の帯電強度も一様ではなく、帯電した部分から放電し易い、放電し難い条件はある 落雷は、雷雲と地表との相関関係で発生する 地表からのお迎え放電を出し難くする事が、落雷を誘導しないために重要 2015/2/5 Copyright LSS 2013 18 問題 2015/2/5 避雷 針は、何故、針なのでしょう？ Copyright LSS 2013 19 答え 尖らせて放電し易くしている 放電の方向 下から上に 地面の正電荷を上空の雷雲低部【負電荷目がけて】 2015/2/5 Copyright LSS 2013 20 ７．避雷針の原理 -10℃ で雹が生成 夏: 7000ｍ 以上 冬: 1000ｍ 程度 3000m -18℃ 真夏の富士山頂 お迎え放電を上げて放電路を形成する 正電荷 負電荷 ３) 放電路ができる 気温1桁 1) 先行放電 2) お迎え放電 4) 電流が流れる 地表の電荷【通常はマイナス】 負電荷 2015/2/5 正電荷 Copyright LSS 2013 21 8．雷電流の影響 落雷を捕捉した後の問題 雷電流 市街化が進み、無人であった場所にも住宅建設が進む 落雷による周辺住宅での地電位上昇による苦情 落雷 基地局建設後に落雷が増加した 雷被害が増加した（損害を補償しろ！） 住宅火災が心配だ 安心できる生活に戻りたい 電磁誘導 雷が落ちない様にして欲しい 内部設備の保護は十分でも周辺地域対策も必要 局舎 民家 地電位上昇 基地局を撤去して欲しい 2015/2/5 Copyright LSS 2013 22 9．アースしてあれば大丈夫？ 雷電流は影響大 落雷 大地抵抗率 300Ω・m 流入部接地抵抗 100Ω 雷撃電流 50kA 50kA 18kV Ｌ=130m 2015/2/5 落雷地点からの距離（ｍ） 電位上昇（ｋV) 10m 239 20m 119 30m 80 50m 48 70m 34 100m 24 120m 130m 20 18 160m 15 180m 13 200m 12 Copyright LSS 2013 23 10. 雷対策の進歩 落とす対策から落とさない対策に 負電荷 絶縁破壊電圧 空気 : 35.5kV/cm 木材 : 6kV/cm 放電開始電圧 V1 < 放電開始電圧 V2 正電荷 これだけでも落ち難くなる 正電荷 面-点の放電開始電圧 正電荷 2015/2/5 負電荷 面-面の放電開始電圧 正電荷 Copyright LSS 2013 24 ＰＤＣＥ避雷針の原理 落雷対策の革命 2015/2/5 Copyright LSS 2013 25 3-1. 放電実験による 点と面 放電開始電圧の違い 面―点の放電開始電圧は、 面―面の放電開始電圧より も低い 通常の避雷針で放電する 電圧でなら、ＰＤＣＥ避雷針 は放電しない 2015/2/5 Copyright LSS 2013 26 3-2. PDCE の原理 (1) ------------金属球 2015/2/5 はく検電器 Copyright LSS 2013 27 3-2. PDCE の原理 (２) - - - - - -- - -- -- -- -- - - ------ ------ --- --- --- ------ -------- ------ ------ ------ ------ + + + + + -----+ + + + ＋ ＋ ＋ ＋ 負電荷を持つ雨粒 大気中は負電荷が浮遊 PDCE上部電極の正電荷は中和さ れてしまう ------------+ + + + ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 初期状態は上部 電極に正電荷が 誘導される ＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋ ＋ 2015/2/5 Copyright LSS 2013 28 3-2．PDCEの原理 （3） どこに放電しているか（実証） 上部電極 放電痕が少ない ------- 下部電極 + + + + 放電痕が多い ＋ ＋ 2015/2/5 ＋ ＋ Copyright LSS 2013 29 3-2．PDCEの原理 （4） 時間軸で見ると 落雷発生のステップ 先行放電 お迎え放電 落雷の発生 ＳＰＤ 耐雷トランス 落ちた後始末 大電流との闘いは大変 これは自然 現象で防げ ない 先行放電 帰還電流 放電路の形成 発生したら、ほぼ手遅れ × お迎え放電を発 生させない 放電路が形成さ れない 放電自体が発生しない 時間の経過 2015/2/5 Copyright LSS 2013 30 3-5．PDCE避雷針と通常避雷針の比較 正電荷 -10℃ で雹が生成 負電荷 夏: 7000ｍ 以上 冬: 1000ｍ 程度 先行放電 お迎え放電 上部電極は負電荷 目標になりえない 地表の電荷 負電荷 2015/2/5 正電荷 Copyright LSS 2013 31 建築基準法で問題ないのか？ ありません。 ただの「受雷部」です 2015/2/5 Copyright LSS 2013 32 4-1. 従来型避雷針との比較 2015/2/5 （１） Copyright LSS 2013 33 4-2. 従来型避雷針との比較 １）最も好ましい状態 （２） ＰＤＣＥ避雷針 落雷が生じない 通常の避雷設備 2）次善の状態 落雷を誘導できる 3) 最悪の状態 落雷を誘導できない 通常の避雷針 PDCE避雷針が機能を発揮できない状態 ＝ 通常の避雷針が最大の機能を発揮している状態 【ＰＤＣＥ での最悪の状態 】 【通常避雷針の最上の状態】 2015/2/5 Copyright LSS 2013 34 4-3. PDCEの保護範囲比較 建築基準法の適用の無い場合： 20mの高さでのPDCE避雷針の保護範囲 半径 100m 建築基準法が適用される場合 ： 雷撃で生じる電流を安全に地中に流す事のできる単なる受雷部 20mの高さでの通常避雷針の保護角度 ６０度 【旧JIS】 例えば、 高さ20mを越える建築物での使用 ⇒建築基準法を適用 駐車場 ⇒ 建築基準法の適用の無い 20 m 60度 20 *tan 60 = 34.6m 20 * 5 = 100m 4-4．PDCEの保護範囲についての仮説 雷電流とストリーマの半径について NFC17-100 での定義 ｒ＝１０・Ｉ２／３ Current 50kA 130kA 150kA ストリーマの半径、ＰＤＣEの高さ、保護領域の 関係 Ｒ＝√［ｒ２－（ｒ－ｈ）２］ Radius：ｒ r 136ｍ 257ｍ 282ｍ Lightning current 129kA Radius r R-h h 2015/2/5 257 257 257 257 PDCE Height h Protection Area R 20 30 40 60 99 120 138 165 R Copyright LSS 2013 36 効果はあるのか？ 落雷対策の革命 2015/2/5 Copyright LSS 2013 37 該当区域の年間落雷数 STA”Les Pardines"GSM 中継アンテナ半径２km内の落雷数 INT社 （フランス Ｍｅｔｅｏｒａｇｅ社観測データとＳＴＡ社情報による） 年 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 合計 １ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ２ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ３ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ４ 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 ５ 3 0 1 1 1 0 4 9 1 0 0 0 4 24 ６ 0 1 13 1 0 8 5 0 6 5 12 0 10 61 ７ 0 4 1 1 11 13 13 17 1 15 0 1 14 91 ８ 7 11 3 2 1 22 5 53 7 2 2 0 0 115 ９ 2 4 1 1 0 8 15 6 11 4 1 0 0 53 １０ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 １１ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 １２ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 年間計 13 20 20 6 13 52 42 85 26 26 15 1 28 347 雷日数 10 該当施設 1 落雷数 9 9 6 3 16 5 8 9 10 3 1 7 96 2 1 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 月 通常避雷針 2015/2/5 PDCE交換後 © 落雷抑制システムズ 2014 38 5-1. 実際の現場での効果 高さ４２ｍのタワー PDCE避雷針付き 小松市 海上 ２００９年度 5-1．実際の現場での効果 (2) 小松市 海上 ２００９年度 5-2. 地球深部探査船「ちきゅう」のPDCE 2015/2/5 Copyright LSS 2013 写真提供 JAMSTEC 【海洋研究開発機構】 41 2015/2/5 Copyright LSS 2013 42 5-3．インドネシア・テレコム バタム島での112mの鉄塔 2015/2/5 Copyright LSS 2013 43 5-3. インドネシアテレコム バタム島での結果 Before 年間雷日数 約１８０日 該当施設への落雷 After 年間雷日数 約１８０日 該当施設への落雷 毎月１-２回 ゼロ 周辺の鉄塔にも雷サージ・カウンターを設置したが、周辺部での落雷は今までと 同じく多数の落雷（４００m離れた鉄塔で11kA を記録） 2009年4月より今まで無事故を継続 2015/2/5 実例として回避できている例が存在 Copyright LSS 2013 44 5-4. 実証実験 青森県 深浦町 通常避雷針との比較 設置 2013年9月 通常避雷針とPDCE避雷針への落雷回数を測定 落雷回数データ 毎年 12月～翌年2月 ⇒ 4~5月 回収 6月～ 9月 ⇒ 10月 回収 2015/2/5 Copyright LSS 2013 45 2-6．PDCE避雷針の有効性の検証(20) 2015/2/5 実証実験 青森県 深浦町 通常避雷針との比較 Copyright LSS 2013 46 青森県 深浦での試験の中間結果 1年経過後 取付 2015/2/5 4:0 53 0:0 19 通常避雷針 vs PDCE Copyright LSS 2013 47 この資料の内容につきましては下記にご連絡下さい。 株式会社 落雷抑制システムズ 横浜市中区山下町24番地８ 松本敏男 電話 ０４５－２６４－４１１０ [email protected] http://www.rakurai-yokusei.jp 【落雷抑制システムズ】 で検索 Gooブログ【雷ブログ】 毎日更新中です 2015/2/5 Copyright LSS 2013 48
© Copyright 2024 ExpyDoc
