直撃雷・誘導雷の特徴と安全対策

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直撃雷と誘導雷の特徴

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近年は落雷による被害が数多く発生し、メディアでも取り上げられています。家電やPC機器が落雷で壊れたという事象も多く、常にコンセントを接続してる場合、エアコンやテレビ、パソコンなどの電子基板が破壊されるという事故がしばしば発生します。

落雷による被害は、大きく「直撃雷」と「誘導雷」に分類されます。直撃雷は、対象そのものに落雷することを指し、電気機器であればほぼ間違いなく破損します。人体に落雷した場合、死亡率70%以上ともされます。直撃雷が発生した場合、電気機器を保護することは不可能とも言われており、いかに雷が直撃しないようにするか検討を要します。

誘導雷は、付近周辺に落雷した際に発生した電圧が誘導電流を起こし、周囲に影響を及ぼす現象です。直撃雷と同様に、家電などが破損する大きな原因となりますが、直撃雷よりも電圧・電流ともに小さく、電気機器を保護できます。

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雷の種類と特徴

落雷は夏季に発生すると思われがちですが、冬季にも落雷が発生します。冬季に発生する雷は、夏季のものよりも大きな電流が流れる事が多く、電気機器の破損の可能性が高くなります。

夏季雷と冬季雷の違い

落雷といえば、夏に発生するイメージが強いものですが、冬季にも多くの雷が発生します。日本国内では、日本海沿岸で発生の事例が多いと言われます。シベリアからの寒気と対馬暖流からの水蒸気が、日本海側沿岸の山岳地帯でぶつかりあい上昇気流が発生し、これが積乱雲となります。冬季雷は夏季雷よりもエネルギーが大きく、雷被害も大きなものになります。

気象庁では、雷検知数の季節的特徴という情報を公開しており、夏の雷は関東や中部など広い範囲で観測されるのに対し、冬の雷は日本海沿岸など限られた場所であることがわかります。落雷が頻繁に発生する時間も夏と冬では明確に違っており、夏は午後から夕方にかけて、冬は昼夜を問わず発生することがわかっています。

落雷の種類・直撃雷と誘導雷

落雷には、前述したように直撃雷と誘導雷があります。電気機器に直接雷が直撃するのが直撃雷、直撃雷が発生し、大地を通じて電流が流れ込む現象を誘導雷と呼びます。

直撃雷の特徴

直撃雷はその名前の通り、電気設備・人体、その他の物体などに雷撃が直撃することを呼びます。直撃雷による電圧・電流は極めて大きく、電気設備や人体にどんな保護を行っても、直撃雷を受けた場合に落雷被害をゼロにすることは、まず不可能です。

国内の落雷では、電圧は数百万V、電流は1,000~20,000A程度が多いとされています。特にエネルギーが大きい場合、200,000Aを超えるような放電電流が観測されたこともありますが、このような数値となるのは稀です。

誘導雷の特徴

誘導雷は雷撃の直撃ではなく、近くに落雷した際に拡散するエネルギーによって、電磁界が大きく乱されることにより発生します。誘導雷によって、近くに敷設されている電線やケーブル、電気機器に対して誘導電流が発生し、異常電圧によって機器の焼損・破損を及ぼします。室内において、パソコンや電話が雷で壊れたという事故は、ほとんどが誘導雷による異常電圧や誘導電流によるものです。

特に、電源線やテレビアンテナなどに落雷が発生した場合、その電線を通じて雷サージ電圧が発生します。サージ電圧は電線を通じて大地に流れようとしますが、その電流経路は電気機器のケースや接地ラインを流れようとしてアーク放電を起こし、電子部品などが破壊されることがあります。この電圧は通常時使用する電圧より非常に大きく、電源スイッチをオフにしていても効果がありません。コンセントやアンテナの同軸ケーブルを電気機器から外さなければ、被害を受ける可能性があります。

直撃雷による被害

直撃雷を電気設備や人体が受けた場合、時間は短いものの、数十万ボルトからの電圧が対象に印加されます。電気設備であれば、瞬間に絶縁が破壊され破損、または焼損してしまいます。落雷が人体に直撃した場合、過大な電圧と電流によるショック症状や、心室細動による死亡事故につながるおそれがあります。直撃雷に対する保護を計画する場合、電気機器の絶縁性能を高める方法ではムリがあるため、他の場所に落雷するよう落雷を誘引する設備を別に設け、いかに安全に地面へ逃がすかがポイントとなります。

市街地では、人が直撃雷を受けるという事例は例は極めて少なくなります。直撃雷が死亡事故につなかる主な事例は、ゴルフ場での事故が多く見受けられます。上空や周囲が開けた場所で、ゴルフクラブを振りかざしたり傘をさすという行為は、落雷しやすい状態となります。

落雷発生時の避難場所

金属製の指輪や、メガネなどを外せば落雷しにくくなるなどと言われることがありますが、小さな金属体には雷を引き寄せる効果などなく、人体そのものが突起物になっているため雷が引き寄せられます。部分的な金属物を外しても避雷効果はありませんので、速やかに建物内に避難するなどの対策が必要です。

車の中に避難するのは、非常に効果的な安全対策です。これはファラデーケージ効果とも呼ばれており、スチールに囲まれた車内は、導体に囲まれていることになるので、雷によって電位差が発生しても内部まで影響せずに大地に流れ、人体に落雷が及ぶことがありません。ただし、車内に避難した場合は扉など金属体部分に触れない事が重要です。

逆に、樹木の近くに逃げ込むのは極めて危険な行為です。高い樹木は雷が落ちやすい上、樹木に落雷した場合、樹木を通って地面へ雷電流と電圧が流れるため、人体が雷撃の通り道の樹木に近づいていると、樹木から人体への再放電による側雷を受けてしまいます。

雷撃の電圧は数十万ボルト以上ありますので、小枝や葉っぱを通して空気の絶縁を破壊し、枝先や葉っぱから雷撃が襲ってくることがあります。雷が鳴っているときには、樹木には絶対に近づかないのが原則です。

電柱の下では、直撃雷が人体に落ちることはほぼありませんが、電柱や電線に落雷した場合、電柱の接地線を伝って地面に広がった雷撃が影響し、歩幅電圧により足元から感電を引き起こすことがあります。落雷がある場合、できるだけ室内や車内に避難するのが賢明です。

歩幅電圧とは

歩幅電圧とは、人体の歩幅によって発生する電位差です。落雷による電圧は極めて高いため、人の歩幅という小さな距離でも数百ボルトの電位差が発生し、これに感電してしまうということがあります。雷が発生し付近に落雷した場合、大電圧が減衰するように四方へ拡散していきますが、この範囲内に人体があると、歩幅による電気抵抗の差によって電位差が発生します。右足と左足の電位差で100~200Vの電圧が発生し、衝撃や火傷を受けます。

歩幅電圧を避けようとして、雷が発生した時に地面に突っ伏すことは好ましくありません。顔からつま先にかけ、全身で感電するおそれがあり大変危険です。なるべく歩幅を狭くし、すぐに建物や車内に避難することが重要です。

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誘導雷による被害

電気機器を損傷させる原因は、直撃雷よりも誘導雷において多発します。送電線や付近の電柱に落ちた雷は、配電線を経由して建物内部へ侵入し、接地線から大地へ流れようとして放電を起こします。この電流の通り道に耐電圧性能の低い電子機器があれば、絶縁破壊によって破損します。特にプリント基板など、低電圧かつ低電流で動作する電子部品は異常電圧に弱く、高電圧や大電流が印加されると故障してしまいます。

誘導雷の最も有効な対策は、電源ケーブルと通信ケーブルをそれぞれのアウトレットから引き抜き、雷の通り道から浮いた状態にすることです。例えば、屋上のテレビアンテナに落雷し、同軸ケーブルを伝って室内のテレビアウトレットまでサージ電圧が印加され、テレビの内部に侵入するという落雷経路がある場合、テレビに接続される同軸ケーブルをアウトレットから外しておけば、異常電圧が流入することはありません。

誘導雷は建物内につながるケーブルを伝わってくることがほとんどですから、雷が鳴り始めたら速やかにアウトレットやコンセントからケーブルを引き抜くのが良いでしょう。

サージアレスタ(避雷器)による誘導雷対策

しかし、情報化が著しい近年、個人でも24時間運用のサーバーを持っているなど、容易に電源ケーブルや通信ケーブルを取外すことが出来ない事例も多くなっています。この場合、サージアレスタなど避雷器と呼ばれる保護装置を挿入する方法があります。避雷器は、誘導雷による異常電圧が電線から伝わってきた場合に、避雷器内部で放電または吸収し、通信機器への異常電圧や異常電流を食い止めるものです。

一度でも大電流を受けた避雷器は、本来の機能を失うものもあるため、繰り返し使用できるかどうか機器仕様を十分確認しましょう。最近の住宅用分電盤では、分電盤内に避雷器を内蔵し、住戸内の電源を落雷から保護できるというものも販売されています。

近年の家電は電子機器が多く内蔵されており、特に異常電圧に弱い傾向があります。故障した場合、数万~数十万円の修理費が必要となったり、買い替えが必要となったりするかもしれません。十分な雷対策を施しましょう。

等電位化による雷被害防止

雷撃による異常電圧による機器の破損・損傷は、「電位差」が発生するために起こります。つまり、電位が上昇した場合にも、雷撃の経路全体が電位上昇すれば、電位差が発生しないため放電が発生せず、機器の故障も発生しません。

この効果を期待し、電気機器と建物・金属製の配管・金属製の架台など、全ての金属製の部分に対して接地線を接続し、この接地線を通して落雷時にも電位を同位とする保護方法を、等電位化と呼びます。

従来から、病院などの接地として利用されており、微弱な電位差が患者の身体に流れ込まないよう、患者が触れる可能性のあるベッド、電気機器などを全て接地線で接続して等電位化し、電位差を限りなく0に近づけるという方法が行われています。

これと同様の考え方で、誘導雷に対してもすべての接触機器の電位が同時に上昇すれば、電位差によって電気機器が故障することもなく、人体も感電することがなくなるという考えです。

等電位化の注意点

等電位化を考える場合、設備機器だけではなく、建築仕上げを含めて全ての電位を統一しなければなりません。例えば、ガスや水道の引込管、屋上パラペットのアルミ笠木など、金属部分があれば接地線を接続し、電位を同一にします。接地の取り忘れがないように、電気工事だけでなく機械工事・建築工事に対しても注意が必要です。

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