避雷設備：世界中の建造物を保護する

落雷は重大な危険であり、世界中で人命、財産、重要インフラに脅威をもたらします。直撃雷は、火災、爆発、電気システムの故障など、壊滅的な被害を引き起こす可能性があります。避雷設備（LPS）は、雷のエネルギーを安全に地面へ逃がす経路を提供し、構造物とその居住者への潜在的な損害を最小限に抑えるために設計されています。この総合ガイドでは、世界中で落雷から効果的に保護するために、LPSの重要性、構成要素、適用規格、設置方法、および保守要件について解説します。

避雷が不可欠な理由

落雷の頻度と強度は地理的に異なり、一部の地域では他の地域よりも著しく高い雷活動が見られます。しかし、被害の可能性はどこにでも存在します。LPSが不可欠である主な理由を以下に示します。

• 人命の保護：落雷は致命的となる可能性があります。LPSは、雷のエネルギーを建物内の人々から安全に遠ざけることで、負傷や死亡のリスクを低減します。
• 火災と爆発の防止：落雷は可燃性物質に引火し、火災や爆発を引き起こすことがあります。LPSは、雷のエネルギーを安全に地面へ導くことで、構造物内での熱や火花の発生を防ぎ、このリスクを最小限に抑えます。
• 電気・電子システムの保護：落雷は強力なサージを発生させ、コンピューター、通信システム、産業用制御装置などの繊細な電気・電子機器を損傷または破壊する可能性があります。LPSは、サージ保護デバイスと連携して、これらのシステムを過電圧から保護します。
• 構造的損傷の最小化：落雷は、ひび割れ、倒壊、材料の劣化など、建物に重大な構造的損傷を引き起こす可能性があります。LPSは、雷エネルギーが地面へ向かうための優先的な経路を提供し、建材にかかるストレスを軽減することで、建物の構造的完全性を保護します。
• 事業継続性の確保：落雷は事業運営を中断させ、ダウンタイムや経済的損失を引き起こす可能性があります。LPSは、重要インフラや設備を保護し、落雷が事業に与える影響を最小限に抑えることで、事業継続性を確保します。
• 法令・規格の遵守：多くの建築基準や規格では、特定の種類の構造物、特に高層建築物、露出した建物、または危険物を収容する建物に対して避雷設備が要求されます。LPSを設置することは、これらの規制を遵守するのに役立ちます。

事例：雷雨活動が活発な東南アジアや中央アフリカのような地域では、脆弱な人々や重要インフラを保護するため、学校、病院、政府の建物に避雷が義務付けられることがよくあります。

避雷設備の構成要素

包括的なLPSは通常、それぞれが特定の機能を果たすように設計された以下の構成要素で構成されています。

• 受雷部（避雷針）：屋根や構造物の他の露出部分に戦略的に配置される金属製の突針やマストです。これらは落雷を捕捉し、優先的な接触点を提供するように設計されています。受雷部の設計、配置、種類（尖頭、鈍頭、またはメッシュ）は、構造物のサイズ、形状、および地域の落雷特性に依存します。
• 引下げ導線：受雷部と接地システムを接続する太い銅またはアルミニウムのケーブルです。これらは、雷エネルギーが受雷部から地面へ流れるための低インピーダンス経路を提供します。電流を分散させ、サイドフラッシュのリスクを低減するために、複数の引下げ導線が一般的に好まれます。
• 接地システム（アースシステム）：地中に埋設された接地棒、接地極板、または接地グリッドのネットワークであり、大地への低抵抗接続を提供します。接地システムは、雷エネルギーを地面に放散させ、それが蓄積して損傷を引き起こすのを防ぎます。土壌の種類、水分含有量、および地域の地質が接地システムの設計に影響を与えます。
• ボンディング導体：構造物内の金属物体を避雷設備に接続するために使用されます。ボンディングは、異なる金属物体間の電位差を均等にし、サイドフラッシュや電気アークのリスクを低減するのに役立ちます。
• サージ保護デバイス（SPD）：過渡電圧サージ抑制器（TVSS）としても知られ、これらのデバイスは分電盤や機密性の高い機器に設置され、落雷によって引き起こされる電圧サージから保護します。SPDは過剰な電圧を地面に逃がし、接続された機器への損傷を防ぎます。SPDには様々な分類があり、用途に応じて異なるサージ処理能力を持っています。

事例：データセンターでは、SPDはサーバーやネットワーク機器を雷によるサージから保護するために不可欠です。包括的なSPD戦略には、主分電盤、副分電盤、および個々の機器ラックにSPDを設置することが含まれます。

避雷に関する国際規格と法令

いくつかの国際規格と法令が、避雷システムの設計、設置、および保守に関するガイダンスを提供しています。最も広く認識されている規格には、以下のようなものがあります。

• IEC 62305：この国際規格は、リスクアセスメント、保護対策、システム設計を含む、避雷に関する包括的な枠組みを提供します。ヨーロッパ、アジア、および世界の他の地域で広く採用されています。
• UL 96A：Underwriters Laboratories（UL）によって発行されたこの規格は、米国における避雷システムの設置要件を規定しています。
• NFPA 780：National Fire Protection Association（NFPA）によって発行されたこの規格は、人々と財産を火災および関連する危険から保護するための避雷システムの設置要件を提供します。NFPA 780は、米国およびその他の国々で広く使用されています。
• AS/NZS 1768：この規格はオーストラリアとニュージーランドで使用されています。

これらの規格は、受雷部、引下げ導線、接地システム、およびサージ保護デバイスの選択と配置を含む、避雷のすべての側面に関する詳細な要件を提供します。LPSを設計および設置する際には、関連する規格と法令を参照することが不可欠です。

事例：ドイツで製造施設を設計する多国籍企業は、地域の規制と国際的なベストプラクティスへの準拠を確実にするため、その避雷システムにIEC 62305を遵守する可能性が高いです。

避雷のためのリスクアセスメント

避雷システムを設計する前に、必要な保護レベルを決定するために徹底的なリスクアセスメントを実施することが不可欠です。リスクアセスメントでは、次のような要因を考慮する必要があります。

• 落雷密度：これは、特定の地域における年間1平方キロメートルあたりの平均落雷数を指します。落雷密度に関するデータは、気象機関や専門の雷検知ネットワークから入手できます。
• 建物の高さと規模：より高く、より大きな建物は落雷を受ける可能性が高くなります。
• 建物の収容人数：収容率が高い建物や、脆弱な人々（例：学校、病院）を収容する建物は、より高いレベルの保護を必要とします。
• 建物の内容物：可燃性物質、危険な化学物質、または重要な機器を含む建物は、より高いレベルの保護を必要とします。
• 建物の構造：建物の構造の種類（例：木造、鉄骨造、コンクリート造）は、落雷による損傷の受けやすさに影響を与える可能性があります。
• 大地抵抗率：土壌の抵抗率は、接地システムの有効性に影響します。高い大地抵抗率は、接地システムが雷エネルギーを放散する能力を低下させる可能性があります。

リスクアセスメントに基づいて保護レベルを決定し、それがLPSの具体的な設計要件を決定します。

避雷設備の設置

避雷システムの設置は、資格を持ち経験豊富な専門家によって行われるべきです。設置プロセスには通常、以下の手順が含まれます。

• 設計レビュー：LPSの設計は、適用される規格と法令を満たしていることを確認するために、資格のあるエンジニアまたは避雷専門家によってレビューされるべきです。
• 材料の選定：LPSで使用されるすべての材料は高品質であり、適用される規格に準拠している必要があります。銅とアルミニウムは、受雷部、引下げ導線、接地システムに一般的に使用されます。
• 受雷部の設置：受雷部は、屋根や構造物の他の露出部分の戦略的な場所に設置されるべきです。受雷部間の間隔は、設計要件に基づいて決定されるべきです。
• 引下げ導線の設置：引下げ導線は、建物の外壁に沿って設置し、受雷部から接地システムへの直接的な経路を提供すべきです。引下げ導線は、建物の構造にしっかりと固定されるべきです。
• 接地システムの設置：接地システムは、設計要件に従って設置されるべきです。接地棒は、大地への低抵抗接続を確保するために、地面深くに打ち込む必要があります。
• ボンディング：構造物内のすべての金属物体は、電位差を均等にし、サイドフラッシュのリスクを低減するために、避雷システムにボンディングされるべきです。
• 検査と試験：設置後、LPSは正常に機能していることを確認するために検査および試験されるべきです。接地システムの抵抗は、設計要件を満たしていることを確認するために測定されるべきです。

事例：歴史的建造物にLPSを設置する場合、システムの視覚的影響を最小限に抑えるために特別な注意を払う必要があります。壁内に引下げ導線を隠したり、目立たない受雷部を使用したりする技術は、建物の建築的完全性を保ちながら効果的な避雷を提供するのに役立ちます。

避雷設備の保守

避雷システムの継続的な有効性を確保するためには、定期的な保守が不可欠です。保守には以下が含まれるべきです。

• 目視検査：LPSの定期的な目視検査を実施し、受雷部、引下げ導線、接地システム、およびボンディング接続部に損傷や腐食がないか確認します。
• 接地抵抗試験：接地システムの抵抗を定期的に測定し、許容範囲内に留まっていることを確認します。高い接地抵抗は、接地システムの腐食や損傷を示している可能性があります。
• ボンディング検査：ボンディング接続部を検査し、それらが確実で腐食がないことを確認します。
• サージ保護デバイスの試験：サージ保護デバイスを試験し、正常に機能していることを確認します。損傷したり、寿命に達したSPDは交換します。
• 記録保持：すべての検査、試験、および保守活動の記録を維持します。

保守の頻度は、環境条件と保護される構造物の種類に基づいて決定されるべきです。腐食や雷活動のレベルが高い地域では、より頻繁な保守が必要になる場合があります。

サージ保護デバイス（SPD）の統合

避雷システムが外部保護を提供する一方で、サージ保護デバイス（SPD）は、落雷やその他の電気的イベントによって引き起こされる過渡過電圧に対する内部保護を提供するために不可欠です。SPDは、接続された機器に到達する電圧サージを制限し、繊細な電子機器への損傷を防ぐように設計されています。

包括的な避雷戦略にSPDを統合するための主な考慮事項は次のとおりです。

• 配置：SPDは、主電源引込口から始まり、副分電盤や個々の機器に至るまで、電気システムの複数のレベルに設置されるべきです。
• 種類：特定の用途に適した電圧および電流定格を持つSPDを選択します。異なる電圧レベルおよびサージ電流容量に対応するさまざまな種類のSPDが利用可能です。
• 協調：最適な保護を提供するために、SPDが互いに協調していることを確認します。協調には、それらが効果的に連携して機能するように、適切な通過電圧およびサージ電流定格を持つSPDを選択することが含まれます。
• 監視：潜在的な問題の早期警告を提供するために、監視機能を備えたSPDを使用します。一部のSPDには、損傷したか、寿命に達したかを示す内蔵インジケータがあります。

事例：電気通信施設では、SPDは機密性の高い通信機器を雷によるサージから保護するために不可欠です。階層化されたSPDアプローチには、主分電盤、副分電盤、個々の機器ラック、および着信通信回線上のSPDが含まれます。

先進的な避雷技術

従来の避雷システムは長年使用されてきましたが、避雷の効果を向上させるために先進技術が常に開発されています。これらの技術には、以下のようなものがあります。

• 電荷移動技術（CTT）：この技術は、電極のネットワークを使用して大気中の電荷の蓄積を放散させ、落雷の可能性を低減します。
• 早期ストリーマ放電（ESE）受雷部：これらの受雷部は、周囲の空気をイオン化して、落雷の優先的な経路を作り出すように設計されています。しかし、ESE受雷部の有効性についてはまだ議論があり、一部の標準化団体はそれらを認めていません。
• 回転球体法モデリング：現在では、落雷パターンをモデル化し、最大の保護効果を得るために受雷部の配置を最適化するために、高度なソフトウェアが使用されています。

先進的な避雷技術の製造業者が行う主張を採用する前に、それらを慎重に評価することが重要です。これらの技術が特定の用途に適しているかどうかを判断するために、資格のある避雷専門家に相談してください。

結論

避雷は、人命、財産、および重要インフラを落雷の壊滅的な影響から守ることができる重要な安全対策です。避雷の原則を理解し、適切な保護措置を実施し、システムを適切に保守することで、雷害のリスクを大幅に低減できます。避雷システムの有効性を確保するために、資格のある専門家に相談し、関連する国際規格と法令を遵守することを忘れないでください。住宅から産業施設まで、適切に設計され、保守されたLPSは、ますます電化が進む私たちの世界における安全性とセキュリティへの重要な投資です。