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「雷撃防護の基礎知識」
The "Grounding" for Lightning and EMP Protection
第１５章：ステップリーダ理論の応用
●プロテクト半径、サイド取り付け型アンテナと高層タワー接地キットの位置
雷が直撃する原因になるファイバーグラスの残骸がアンテナに残っているところをしばしば見かけます。雷撃が直撃してしまうと鉄塔の保守にコストがかかり、また予備のアンテナを常に準備しておかなくてはならないという手間が生じてしまいます。
こうした場合には高さ50ｍの地点にある階段にステップリーダを早急に取り付ける必要があります。高さ50ｍの地点ともなると、雷撃を受ける可能性は高まり、避雷針によってカバーできる範囲が地上とは全く異なったものとなってしまいます。もし鉄塔が高さ50ｍを超える場合は、サイド取り付け型アンテナが雷の直撃を受ける可能性もあります。1980年に設置されたNFPA（National Firo Protection Association）の雷撃防護コード78号によると、頂角45度の円錐内が必ずしも安全であるとは言えないことが示されています。
対象となる鉄塔のシルエットを考え、ここに直径50mの大きな円板が転がることを考えます。この板が転がる可能性のある空間は全て、雷撃を受ける危険があります。3次元的に考えるときには、この円盤が球になるとお考え下さい。鉄塔の頂部と地面との間にできる空間がありますが、この空間内は96％の雷撃を防ぐことができる空間であるといえます。
またサイド取り付け型アンテナも、高さが50mを超えるような位置に設置されていれば、避雷針によってプロテクトすることはできません。支索付の鉄塔の場合は、ただ鉄塔頂部と地面との間に引いたコンパスの曲線の範囲だけでなく、各支索のアンカーがなされている地点も考慮に入れて、プロテクトが有効な範囲を決定する必要があります。こうしてできたプロテクト有効範囲は、ちょうどサーカスのテントのような形をしており、ここより上はプロテクトが及ばず、下は有効な範囲になっています。
高所に取り付けられている場合や、避雷ワイヤーによって保護されていない場合は、支索付きの鉄塔であっても、サイド取り付け型のアンテナが雷撃の直撃を受ける可能性があります。こうしたアンテナを保護する方法の一つとして、アンテナ頂部の直下とアンテナの直下の二ヶ所に水平な避雷ロッドを取り付ける方法があります。こうしておくことで、直径50mの円盤を転がしたときでもサイド取り付けアンテナが円盤に触れることが無くなり、即ちは雷撃の危険領域からアンテナを外すことができます。長さ6mのアンテナが高さ50mの地点の側面に取り付けられていた場合、水平に延ばす避雷ロッドは少なくともアンテナから15cmは突き出していなくてはなりません。こうすることで雷撃の96％防護する効果を得ることができます。また、この防護ロッドは水平に延ばし、アンテナ特性に無関係な地点に取り付けるため、アンテナの特性に影響を与えません。
プロテクト有効範囲を求める際に、球を転がした範囲で考えるという方法は、ステップリーダのジャンプ距離の理論を基礎にしています。セルに帯電した電気量が大きいほどジャンプ距離も大きくなり、その逆も成り立ちます。この現象は確率論的な現象であるため、プロテクトの確率は100％でなく96％となっています。
理論的には小規模の雷撃ならばこのプロテクト範囲の内部に及ぶ恐れがありますが、小さい雷撃であれば被害が発生する可能性も小さくてすみます。しかしながら、高層タワーの高さ50mよりも上部の信号線は、接地キットとの距離を十分において設置するため、鉄塔の側面で起こった雷撃は、信号線上との接地キットよりも前を、長い距離に渡って流れる必要はありません。そのため、ケーブル内に水が浸入して故障の原因になるピンホールの生成を抑えることができます。設置場所として適当な地点は、高さ25m〜35ｍの地点で、鉄塔に支索のない場合、接地キットからは50ｍ以上離して下さい。
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