雷保護と接地マニュアル

IT社会のアキレス腱

雷保護と接地マニュアル
著者 ピーター・ハッセ
ヨハネス・ウィジンガー
加藤 幸二郎
森 春元
ジャンル 電気
出版年月日 2003/05/01
ISBN 9784501110901
判型・ページ数 A5・312ページ
定価 本体4,200円+税
在庫 在庫あり

この本に関するお問い合わせ・感想

雷発生のメカニズムから雷保護、接地を詳説

序  文
 このハンドブックは,雷保護装置の計画,設計及び実施に従事する技師,技術者,職場長,及び雷保護装置に対する規格を決定すべき立場にある官庁の専門家に向けて書かれている。しかし本書によって更に,職業学校の教師及び学生,及び専門学校,大学の学生も,雷保護技術の科学的な基礎についての確信を高めることができる。また,例えば住宅の雷保護,山岳地帯,船舶における人身保護等に関心のあるアマチュアにも役に立つ情報を提供することができる。
 本書には今日実用化され,規定に採用されている雷保護技術の理解に役立つ基礎原理と実際の方法が示されているが,同時に本書は今までの慣習にとらわれない雷保護問題解決にも役立つ。電気エネルギー供給及び電子技術による制御,測定及び調整装置,家電装置においても,技術は絶えず精密化していくので,ますます細部にわたる過電圧保護装置が必要となる。したがって雷電流を安全に放流することは部分的な課題にすぎない。
 雷保護技術の中で,接地は特に等電位化に関して重要な役割をもつ。接地の章では,接地設備の設置の際に,雷保護技術以外の点で重要な問題点についても言及する。
 最近の10年間のみでも数千件の論文が発表されているが,その中から,特別なテーマについての知識を深め,一方では,広範囲の引用文献を示す,数件の重要な論文のみを提示した。

第2版に対する序文
 特に国際雷保護会議に発表された雷研究の多様な新しい知識,及び雷過電圧保護の分野における急速な進歩によって,ハンドブックの新版発行が必要となった。古典的な建物の外部雷保護に対して,常により著しく拡大する内部雷保護の課題,すなわち,電気,特に電子機器及び装置の保護が加わる。このような主題の移行を考慮して,新版の第1章に「雷保護」を加え,特に雷放電における過電圧に対する保護に関してこの章を著しく拡張した。
 雷保護部品,機器,装置の試験法及びインパルスジェネレータに関する部分も,これに対応して詳細に記述した。新たに雷記録及び雷警報の章を設けた。本ハンドブック第2章「接地」において,電解質による接地電極の腐食に関する実地の問題の詳細に立ち入った。
 本書の読者,及び著者らにより開催されたセミナーの参加者からの反響によって,本書がたびたび,今までになかった雷保護の課題に引用されていることがわかった。このことによって物理的な事情がなお十分には解明されていない分野においても現在の見地から支持し得る方法を示し,それによって保護課題を定量的に解明しようとする,筆者らの目標設定が正しいことが確認された。読者層の励ましに応えて,本ハンドブックにはより多くの実例を記載し,特にすべての数式は簡単な計算例で裏づけることを積極的に実施した。
著  者

第3版,第4版に対する序文
 第2版の発行以来,このハンドブックは国際電気技術委員会(IEC)において,国際的な雷保護標準を作成する技術委員会TC81に備えられている。この標準作成には,筆者らもドイツ委員として重要な役割を果たしており,標準第1部(DIN VDE 0185, Part 100; IEC81[CO]6と同等)は公表される準備ができている。現在,この標準に対する詳細説明書類が作成され,雷放電の電磁インパルス(LEMP)に対する保護基準として準備中である。
 これらの国際的な審議及び討議,国際雷保護コンファレンス(ICLP)から,雷保護技術の新しい,発展的な見解が発生し,それらはこの書物の中に記載されている。
更に筆者らは,科学技術協議グループ(WBG)の組織の中で,例えば大規模計算センター,産業設備及び発電所等の,さまざまな方式と規模のプロジェクトに対する,複雑な雷及び過電圧保護コンセプトを作成し,その実施に当たって助言を行った。この際に得られた経験は,このハンドブックの冒頭に記載されている。 既存の広範な資料のために,ハンドブックを次の二つに分けることとした。
 「ハンドブック 雷保護及び接地」(本書)
 「EMC雷保護ゾーンコンセプト」
 本書第4版と同時に,2番目の表題の書物も出版された。この書物は過電圧保護の問題をもっぱら取り扱っている。このテーマは,もちろん,電気機器,特に電子機器の落雷による過電圧に対する保護から出発し,特に電源回路からのスイッチング過電圧に対する保護も取り扱っている。
著  者

Peter Hasse(ピータ・ハッセ,工学博士)
 1940年生。ベルリン工科大学にて電気工学/強電技術を習得。引き続き,1965年より1972年まで,当地のアドルフ?マシュース研究所にて高電圧工学及び強電機器研究助手として勤務し,学位を取得した。
 1973年,ニュルンベルグ+ノイマルクト市,デーン+ゼーネ社に入社,現在この会社の常務取締役。当社における主要業務は,雷保護,接地,過電圧保護及び電気設備作業用保安装置の分野である。これらの業務の成果は,数多くの特許の中に示されている。
 ハッセはABB, DKE/VDE, NE及びIECのような技術的,学術的協会及び学会の組織の中で,国内,国際的な規格化において,重要な役割を担っている。彼は「VDE(ABB)における雷保護及び雷研究委員会」の幹部メンバーであり,IEC TC81「雷保護」及びIEC SC37A「低電圧サージ保護デバイス」におけるドイツ委員である。
 彼は,数多くの科学的研究,開発プロジェクト,実際の検証の結果を,個別の講演,数日にわたるセミナー,会議及び論文誌への寄稿によって,国内外に発表した。

Johannes Wiesinger(ヨハネス・ウィジンガー,工学博士)
 1936年生。ミュンヘン工科大学において強電技術を重点に電気工学を習得。
 ジーメンス社に2年間勤務の後,1963年よりミュンヘン工科大学にて,研究助手,上級技術者として勤務,1970年より同大学の高電圧及び装置技術研究所研究委員として勤務。1966年,学位取得,1970年,高電圧技術の専門分野における教授資格取得。
 1975年,ミュンヘン防衛大学の招聘を受け,電力エネルギー供給研究所において高電圧技術及び電気設備に関する講座を担当する。
 研究においては主に,自然雷の測定及び解析,研究所における雷作用の再現のための試験回路開発に携わり,雷保護技術の広範な専門分野にわたる問題の講座を担当している。加えて,静電気帯電及び放電,核爆発及び強電技術のスィッチングプロセスによる電磁インパルスの解析及びシミュレーション,それらの電気設備における結合の研究がある。
 これらの研究の成果は専門技術雑誌及び国際的なコンファレンスにおいて数多く発表されている。
 ウィジンガーは,1984年から「VDE(ABB)における雷保護及び雷研究委員会」の委員長であり,一連の国内,国際規格委員会において指導的な役割を務めている。彼は科学技術協議グループのリーダとして,複雑な電子システムを有する大規模装置の雷保護及び過電圧保護コンセプト作成にも携わった。

訳者序言
 情報化時代を迎えるにあたり,日本の雷保護技術は欧米先進国に比較して10年以上もの遅れがあると言われている。首都圏を一度雷雲が通過すれば,通信,信号,電力,鉄道,オフィス,工場,店舗及び一般住宅における落雷被害は数千件に上り,電子機器の破損による直接被害額及びシステム停止にかかわる間接被害額を算定すれば,社会的損失は膨大な額に上る。しかも対応は原状回復のみで,再発防止対策はほとんど行われていないので,電子機器の増加とともに損失が増大していく傾向がある。
 現在,落雷点決定の基本的な手法とされている,「回転球体法」は1962年にハンガリーで雷保護規定に採用されており,ドイツでは1987年に「回転球体法」による外部雷保護,「等電位ボンディング」による内部雷保護を含む建物の雷保護規格が制定され,これに基づいて1990年に国際規格IEC1024-1「建築物等の雷保護─基本原則」が発行されている。
 雷現象は一般に1 ms以下の短時間で終わり,自然現象であるために発生条件によって雷パラメータ(電流値,放電電荷量,極性,持続時間等)が著しく異なること,自然雷を同じ地点で繰り返し観測測定するために数十年もの長年月を要したこと,信頼度の高い人工的な再現実験が極めて困難であったこと等が雷研究の最大の難点であったが,電子技術の顕著な発達と国際的な技術交流の結果,最近50年間に長足の進歩を遂げている。
 雷保護技術に関する国際会議,ICLP(International Conference of Lightning Protection)が隔年,主としてヨーロッパ各地で開催され,世界各国から多くの研究論文が提出されている。しかしこれらの論文が国内で公開されていないために,一般の技術者には国際的な技術動向に触れる機会が少ない。
 一方で,日本の建物構造,電力,信号配線構造,接地構造等は新しい雷保護規格の制定前に決定されているため,最近の雷研究成果から見れば多くの矛盾点を含んでいる。例えば設備,機器の種類による,A?D種接地,通信用,弱電用接地等の分離接地は,落雷の際に各機器内部で大きな電位差を発生するために,雷保護の見地からは大変危険な接地構造である。これらの矛盾点は建築構造設計の初期段階で修正し,建築工程の各段階でチェックしなければならないので,新しい雷保護構造については広範な建築関係技術者の知識と理解を必要とする。
 また訳者らも含めて,従来の電子技術開発者は機器の性能,小型化,コストダウンには最大の関心を有したが,システムの安定な運営にかかわる雷保護技術に関してほとんど研究していなかったことも反省すべき点である。今後電子システムの普及度がますます高まり,経済,交通,電力,通信,生産運営の中枢部を担うことを考慮すれば,電子機器設計技術者にとっても雷保護は重要な課題である。
 本書はドイツにて約30年間,雷保護技術研究に携わり,この間にドイツの雷保護及び雷研究委員会の主要メンバーとして活動し,国際規格の制定にも重要な役割を果たした,Dr. Eng. P. Hasse, Prof. Dr. Eng. J. Wiesingerの共著によるもので,雷及び雷保護の歴史記述に始まり,最先端の雷研究成果と雷保護技術を詳述している。国際規格の根拠となった雷現象の解析,雷電流パラメータ,雷電流の熱的,力学的効果,電磁界及び誘起電圧,接地及び試験技術について定量的に,かつ具体的な計算例を示して理解しやすく解説してある。
 近く,国際規格IEC 1024-1が日本にも導入される。この規格を正しく適用し,信頼性の高い社会構造基盤を構築するために,多くの関連技術者が雷保護技術に対する理解を深めることが不可欠である。
 訳者らの力量不足から,訳文に理解し難い点もあろうかと思われる。改訂版発行の機会をとらえて,より完成度の高い参考書としたいので,ご指摘頂ければ幸甚である。
1 雷研究と雷保護の発展
1.1 雷研究の歴史
    1.1.1 摩擦電気の実験
    1.1.2 雷雨中の棒と紐の実験
    1.1.3 磁鋼片を用いた測定
    1.1.4 クリドノグラフによる測定
    1.1.5 雷研究に対するオシログラフの導入
    1.1.6 高い塔における測定
    1.1.7 雷計数
    1.1.8 ロケットトリガ雷の測定
    1.1.9 LEMP測定
    1.1.10 実験室における雷放電模型
    1.1.11 保護空間決定のためのモデル実験
    1.1.12 実験室における雷電流シミュレーション
 1.2 雷保護の歴史
    1.2.1 気象装置と突針
    1.2.2 接地した避雷針
    1.2.3 ドイツにおける最初の雷保護指針
    1.2.4 ABBの設立と発展

2 雷セルの発生
2.1 雷気象学
 2.2 雷セルの構造

3 雷放電
3.1 雷のタイプ
 3.2 雲-大地雷
 3.3 大地-雲雷
 3.4 トリガ雷

4 落雷頻度と警報
 4.1 雷雨日数レベル
 4.2 雷計数
 4.3 雷位置検知
 4.4 落雷頻度
 4.5 雷警報

5 落雷の電流特性値
 5.1 基本的な雷電流波形
 5.2 雷電流の作用パラメータ
 5.3 雷電流の最大値
 5.4 雷電流の電荷
 5.5 雷電流の固有エネルギー
    5.5.1 導線の温度上昇
    5.5.2 導線に対する力作用
 5.6 雷電流の峻度
 5.7 雷電流波形解析

6 磁界
 6.1 近傍領域の磁界
 6.2 ループの相互インダクタンスの計算
    6.2.1 矩形ループに対する解析方法
    6.2.2 任意のループに対する計算方法
 6.3 電磁誘導電圧及び電流
    6.3.1 誘起電圧
    6.3.2 誘起電流

7 雷チャネルの電磁界
 7.1 雷チャネルエレメントの電磁界
 7.2 雲-大地雷主放電中の電磁界
 7.3 LEMPの危険値

8 建物雷保護の原理

9 雷捕捉装置
9.1 寸法
 9.2 捕捉装置の保護範囲
    9.2.1 保護空間モデル
    9.2.2 基本的な雷捕捉装置の保護空間
    9.2.3 任意の配置における保護空間
    9.2.4 保護空間些事

10 避雷導線

11 接地
 11.1 定義の説明
 11.2 大地抵抗率及びその測定
 11.3 雷保護接地設備
    11.3.1 広がり抵抗
    11.3.2 インパルス接地抵抗
        11.3.2.1 接地有効長
        11.3.2.2 土中放電
 11.4 表面接地
 11.5 深打ち接地
 11.6 環状接地
 11.7 基礎接地
 11.8 電位調整
 11.9 接地材料と腐食
    11.9.1 定 義
    11.9.2 ガルバニック電池の構成,腐食
    11.9.3 接地材料の選定
 11.10 異なる材料からなる接地電極の接続
 11.11 その他の腐食防止対策
 11.12 電圧分布と広がり抵抗の測定
    11.12.1 電圧漏斗
    11.12.2 小規模接地の広がり抵抗
    11.12.3 大規模接地の広がり抵抗

12 雷保護等電位化
 12.1 接続,連結部品,等電位母線
 12.2 保護空間に導入される無電圧の設備の接続
 12.3 保護空間に導入される電圧の加わる設備の接続
 12.4 保護空間内の設備の接続

13 磁気遮蔽
13.1 建物,部屋,キャビン,装置の遮蔽
    13.1.1 閉じた金属板遮蔽
    13.1.2 遮蔽格子
    13.1.3 遮蔽開口部
 13.2 電流の流れるシールドパイプ

14 接近

15 雷保護部品及び保護装置の試験方法とインパルスジェネレータ
 15.1 雷インパルス電流試験装置の基礎
 15.2 C-L-R インパルス電流回路の基本式
    15.2.1 周期的ダンピングの場合の電流
    15.2.2 臨界非振動の場合の電流
    15.2.3 非振動ダンピングの場合の電流
    15.2.4 インパルス電流ジェネレータにおけるクロウバー火花放電ギャップ
    15.2.5 正弦半波電流
    15.2.6 非ダンピングインパルス電流の非振動ダンピングインパルス電流への移行
 15.3 接続部品及び分離用火花ギャップの試験方法
 15.4 磁気誘導の試験方法
 15.5 過電圧保護装置の試験方法

16 人身に対する雷保護
 16.1 落雷の危険
 16.2 雷保護対策

17 ドイツ連邦共和国における雷保護規定
 17.1 一般的規定,基準
    17.1.1 雷保護対策基準
        17.1.1.1 雷保護
        17.1.1.2 過電圧保護,絶縁協調,等電位化及び接地
    17.1.2 部品,保護機器,試験に関する規格
        17.1.2.1 DIN規格
        17.1.2.2 DIN VDE規格
    17.1.3 建築工事発注規則(VOB)
    17.1.4 標準工数ブック(StLB)
    17.1.5 州規定
    17.1.6 雷保護式と危険度指数
 17.2  特別なケースに対する規定

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