落雷の発生原因

今までは、積乱雲のなかの霰等の衝突からの電荷が落雷原因と言われていたが京都大学榎本輝楊准教授、理化学研究所加藤陽研究員の実証研究で
雷雲ガンマ線が分子に衝突し大きい電荷が発生する事が、宇宙線測定器（コガモ測定器）を多数設置する事で解明されつつある。
近いうちに積乱雲の中の電荷の発生過程が証明される事だろう。
これは雷現象の理論の大きい進展である。

風力発電の設備利用率３０％達成に貢献する落雷被害対策のサージ抑制機能付き多芯型避雷針システム

風力発電事故の大きい部分を、落雷被害が占めているのは周知の事実であり、ブレードの爆裂破損、破損等の大事故は知られている。

＊仮説、風車周りの電荷コレクターの反応速度と電荷放散量に関連して風車本体の地電位上昇を抑制してブレード先端のコロナ放電を抑制する。
ゆえにステップリーダーが起きてもコロナ放電が抑制されている為、ブレードの落雷（リーターンストローク）の起きる確率は低い。　　　　　　　　　　　

一般的には地電位上昇により、高さのある風力発電機（ブレード）の高さ１２０～１５０ｍ位あり、高電圧に成りブレード先端より
コロナ放電が始つた時点で高密度実装のコントロール機器の焼損があると言われているがステップリーダーとストリーマーに拠るリーターンストローク現象よりも
ダートリーダーの方が制御機器の焼損が大部分とおもわれる。

ロゴスキーコイルで電流値を計測しているが、ほとんどの計測が５００A以上の測定であり、弊方の結果も１０KA単位の数値まで記録している。
しかし、５００A以上の落雷はもちろんだが５００A以下のブレード直雷に於いても、目立たないが主回路、制御装置（制御用コンピューター・PLC）通信装置・通信モデム）風向風速計・落雷保護装置（SPD）近隣設備の通信装置等が不具合を起こし、外観的には損傷が見受けられない風力発電設備の停止が見受けられる。
ブレードを耐雷強化しても、ブレードに直雷を受けて大地に逃がす方式は落雷の大小に関わらず、ブレードに落雷することは問題が大きい。

ここで弊社は2003～2019年迄、風車への落雷を100％護った実績のあるSS-MCLIRSを提案するものであります。
＊アレスター・SPDは直雷、接地から入る誘導雷には機能が不完全である。

風力発電の落雷対策について

現在行われている風力発電の落雷被害（雷害対策）のほとんどは、対症療法だと思われます。

ここで弊社は多芯型避雷針、チャージコレクターとサージ電流減衰装置の併用による風車ブレードの直撃雷防止技術を提案します。多芯型避雷針とチャージコレクターは広範囲の落雷を捕捉する。その一方、サージ電流減衰装置は接地から侵入するサージ電流を減衰する。（避雷器、SPDは直雷、前記の接地から侵入するサージ電流には効果は少なく、高密度実装の機器の破壊、不具合の原因となっています、避雷器、SPDはラインから侵入するサージ電流に有効で接地極に逃がす。）

ブレードに於いては、直撃雷を受けなければ、レセプター、導体の強化等のウエートは低減できます。

弊社の多芯型避雷針とチャージコレクターは権威あるAGU（アメリカ地球物理学連合）の論文誌に掲載された
3次元雷放電の学術的実測研究結果
（岐阜大学　高木・王研究室）を参考にして考案されています。

雷雲の発生原因

解明の途中であるが、今までは、積乱雲のなかの霰等の衝突からの電荷が雷雲原因と言われていたが、京都大学榎本輝楊准教授、理化学研究所加藤陽研究員グループの実証研究で
積乱雲に宇宙線ガンマが分子に衝突し大きな電荷が発生する事が，宇宙線測定を多数設置する事で解明されつつある。
近い将来、定説と言われている積乱雲の中の電荷の発生過程が変わり、宇宙線ガンマによる発生する事が定説に成る可能性が大きくなった。

考察
宇宙線ガンマが直接地表に届くことが証明されている、（宇宙線測定器＝コガモ測定器）であるので、ゆえに地表電荷に影響があるではないかと考えられます。
雷雲の底辺に投影されて、地上電荷が生成されると言うのが定説でありますが、雷雲の底辺投影より先にガンマ線が地表に届くと、
雷雲の底辺より先行して地上電荷が生成されるとの考えられます。

経験則による接地方式、サージ電流の減衰等による総合的なシステムです。尚ブレードの直撃雷は2003～2019年まで糸魚川市の風力発電施設で100％護った実績があります。これは日本で初めての実績です。

落雷事故の脅威から風力発電機を2003年~2019年の間護った*サージ抑制機能付き多芯型避雷針システム

*サージ抑制機能付き多芯型避雷針システム（略称：SS-MCLIRS）の正式名称は『Surg Suppressing Type Multi-Conductor Lightning Rod』になります。

SS-MCLIRSは、どんな避雷針よりも早く誘雷でき確実に且つ広範囲を保護します。

*SS-MCLIRSを施工後は定期メンテナンスが必要になります。

落雷被害対策の幅広い用途にご利用いただけます

・風力発電所
・空港及び滑走路周辺
・発電所、変電所
・神社・仏閣等の高層構造物
・学校
・商業ビル
・工場
・ゴルフ場
・陸上競技場、サッカー場、プール、野球場
・ホテル
・駐車場
・マンション
・その他広い範囲を防護することが可能です。

現代主力多芯型避雷針図

 

冬季雷SS-MCLIRSイメージ図

冬季、日本海側に発生する雷は、夏季雷の雷と異なった性状を有している為冬季雷と呼ばれ、冬季雷は、日本海側の広範囲で多発している。
日本海（対馬暖流）からの水蒸気の蒸発（近年海水温は24度を記録）シベリア方面よりの冬季の偏西風による、大気の不安定が原因と考えられる。

雷雲の底辺が、マイナスからプラスに入れ替わり、しかも夏季雷と違い高度が1000~3000mと低い為、強大なエネルギーを有し、落雷被害を大きくしている。

上記のような雷を、保護範囲の外で地上に現れる電荷をいち早くチャージコレクターで捕らえ、多芯型避雷針に伝達し、多芯の先端よりイオン放散を行う、風力発電基は地電位上昇を抑制し、しかもタイムラグをしてブレードよりのコロナ放電を抑える。

落雷によるサージは特殊なロットの配列により減衰させ機能障害を抑える。＊後の章に、風力発電所に設置したSS-MCLIRSの上向雷の段階映像あり。

上図は海岸線に近い風力発電所をイメージした図であるが、内陸部に於いても転用できるものである。

多芯型避雷針鉄塔の配置は前及び風車の中間でもよい、要は保護範囲の中間付近で有ればよい、雷雲が上空に来た場合、いかに早くチャージコレクターにて地上電荷を吸収して、多芯型避雷針に反応させるかにかかっている。風車塔は地電位上昇抑制システムにて反応速度を遅らせ、しかも電荷量を抑制する。

マイクロセカンド単位の差で反応して、電荷の主流を作り、多芯型避雷針で上向き雷の発生を促す、これは風車と並列に配置した多芯型避雷針の段階映像が、岐阜大学高木、王研究室で記録されている。
地電位上昇抑制システムにより接地の同電位化は採用せず、単独接地とする。尚、上記のシステムは落雷時のサージの侵入も抑制する。

夏季雷SS-MCLIRSイメージ図

冬季雷のイメージ図でも説明したが、正電荷、負電荷の違いであり正電荷の場合はブレードのコロナ放電に向けて雷雲からのステップリーダーが向かう、これも多芯型避雷針に優先する。以下は冬季雷の説明と同じである。

こちらも冬季雷の説明に準ずるが夏季雷は雷雲の底辺がマイナス電荷が多くそのパターが崩れる事が少ない。

風力発電所事故例

風車落雷事故例
風車群の中にフランクリンロットの避雷針塔があり、避雷対策をしている場合、ポンチ絵からも分かるように、最初にフランクリンロットに落雷し瞬時に横の風車ブレードに落雷している。

考察

１）フランクリンロットからのコロナ放電のストリーマーが、ブレード先端のコロナ放電量の差が僅差の為、ブレードに落雷に繋がったと考えられる。

２）地上電荷上昇に拠るイオンの反応速度がフランクリンロット避雷針と風車ブレード速度が僅差と思われる。
アレスターの地電位上昇に拠る、アース側から回り込みに拠る事故例、パワーラインから侵入する誘導雷（サージ）は１６０KAとメーカーの試験済みの製品であるが、上記の映像は６０KA以下で破壊された。
アレスターはラインよりの誘導雷には有効であるが、直雷、接地から侵入するサージには有効性は甚だ低い。

風車ブレード落雷大事故に於いては、ユーザーの負担なく落雷対策工事が出来る場合も有りますので、ご相談ください。

冬季雷（上向き雷の瞬間映像）徳合風力発電所

岐阜大学に於いてサージ抑制機能付き多芯型避雷針が、風力発電を護っている映像を記録した。

• STEP1は≒800m離れた位置に定点カメラを設置した昼間の映像
• STEP2は雷雨が始まり、雷雲が風車と避雷針塔の上空にかかり最初の上向雷の始まり。
• STEP3は上向き雷の進展2の状況。
• STEP4は上向き雷の進展3の状況。
• STEP5は上向き雷の進展最終段階。

この様にサージ抑制機能付き多芯型避雷針からは、上向き雷が発生するが風車ブレードからは上向雷は皆無であることが映像からわかる。
上向き雷の出た多芯型避雷針のスプラインが、溶融、変形した映像が後のページに記載されている。

落雷実験動画

サージ抑制機能付き多芯型避雷針システム機能不全の可能性について

１）スーパーセルに拠る多芯型避雷針のスプラインの消耗
しかしイベント会場等に於いては消耗する時間（タイムラグ）が有るため避難時間が確保できる。

２）多重雷による多芯型避雷針のスプラインの消耗

３）定期点検をしない場合、チャージコレクターよりの反応速度の遅延　＊マイクロセカンド単位の

４）定期点検をしない場合、サージ電流減衰不足

２）は１）に共通する点もあるが、１）の場合の対応は、多芯型避雷針本体の交換、２）の場合はスプライン鋭角研磨で対応。

３）はチャージコレクターの水分量確保。

４）は接地抵抗値の１Ω以下の確保。

引用元：中日新聞　【石川】能登の風力発電 全73基停止　地震被災 ２基ブレード被害

妄想　「グリーン水素を１Kg　50セント以下で」

フランクリンが雷は電気であると発見したのが、1752年であるそれから270年余りが過ぎたのに、落雷より施設を護る方面では進展が見られるが
雷の電気エネルギーを利用する方の研究は進んでいない。

雷エネルギーは、一撃あたり400KW時と言われる、４人家族で１ケ月分の電力量に相当する。

赤道付近のベルト地帯では100万件台での落雷が発生している。これを有効利用出来ないだろうか、
蓄電池の技術革新は素晴らしく、大容量の電気を貯めることができる様になった、集雷方式も技術が確立されつつある。

進歩が無いのは、落雷時の電圧制御であり、電流の取り出し方法であり現在の研究で解決できないものだろうか。
グリーン水素の運搬方法は確立されている。

＜考察＞
現在グリーン水素は、液化天然ガスから発電した電気で水素を作る方法と
風力発電の電気より作る方法が多くなりつつある。
しかしこの方式では、コストが掛りすぎ、水素社会の復旧には水素の製造
原価が（50セント位）でなければならない。
　
具体的にはオーストラリア、ダーウイン付近では雨季３ケ月で50,000発の落雷がある、それを電圧制御
電流の取り出し方式が研究されると、その電気をレドックスフロー電池に蓄え、水素を製造すると上記のコストに近ずけるではないか。

ひとえに電気物理学者の研究を待つのみであります。

最後に・・・

落雷対策でお困りの方は簡単な事でしたら無料でご相談お受けいたしますのでお問い合わせより内容を記載後送信してください。

又、SS-MCLIRSは公的機関での学術的な実証実験を望むものであります。