JPH0132959B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は高精度の襲雷警報装置に関するもので
ある。 〔従来の技術〕 従来襲雷警報装置としては、(1)レーダー式、(2)
電波式、(3)電界式などがある。 〔解決しようとする問題点〕 (1) レーダー式は、雷雲の大きさ、高さを比較的
精度よく測定でき、雷の発生を予想することに
充分利用出来るが、雷雲の電気的現象（雷雲の
電荷、放電など）を直接測定するものではない
という面と、実際上設備が大規模になり費用も
前記(2)電波式(3)電界式に比し数十倍以上要する
という問題がある。 (2) 電波式は妨害電波を受けやすく、例えば電離
層の反射等により、遠くにある雷雲を近くに感
応する傾向がある。 またその他に雷の終末期になり、主として雲
間放電だけになつても作動することがあるとい
う問題もあつた。 (3) 電界式においては、電界の強さは地表面付近
に蓄積された空間電荷に左右されるので電界強
度測定器単独では判断しにくい場合がある。 また電界値の瞬間的な急変化を一定時間積算
して、発生回数が設定値を超えた場合警報を出
す方式のものは、比較的近距離の雷をとらえる
が、放電開始以前の雷の感知に不向きであり、
設定値の調整がむずかしいなど、いずれも実用
上の欠点があつた。 〔問題点を解決するための手段〕 襲雷警報装置の終局の目的は『襲雷のおそれの
ない時は働かず、襲雷のおそれのあるときは必ず
働く』という姿に設計と調整の両面からつめてゆ
くことである。 本発明者は長年にわたり雷雨時に電界を測定し
た結果、電界式の欠点を克服して、 まず、地表電界値を測定し 電界値の瞬間的な急変化の発生回数を所定時
間積算し、その数が設定値を超えて増加した場
合を検知し、 さらに地表電界のうち緩慢に変化する成分即
ち低周波性の地表電界値の変動を別に検知し、
これらの情報の組合わせを以て作動の要因とな
す電界強度測定方式の高精度な襲雷警報装置を
提案するものである。 尚、本明細書では地表付近における電界を『地
表電界』と略記する。 まず、雷雲の進行に伴なう地表電界の変化およ
び地表電界値の瞬間的な急変化をみると、典型的
な雷雲を示す第２図のように、雷雲から遠い地点
では、電界の方向は下向き

【式】である。 その値は晴天の場合（−100v／ｍ位）よりか
なり大きいがそれほど強くない。 また雷雲の直下では上向きで10KV／ｍ以上
となる。 従つて中間の点は電界は零となる。 雷雲が第２図中矢印の様に進行するとすれ
ば、点においては下向

【式】から零電位と なり、ついで上向

〔実施例〕

次に本発明に係る襲雷警報装置の一実施例を図
面に基いて説明する。 第１図の実施例において、１は地表電界値を測
定する目的で使用される地表電界強度測定器であ
る。 これには回転型電界強度測定器（フイールドミ
ル）又はコロナ発生用針電極が用いられる。 ２は急変化のセンサー、２′は急変化発生数積
算回路であり、センサー２は地表電界の急変化を
検知し、積算回路２′は変化値が所定値（巾）を
これたものについて所定時間内の発生回数を積算
するためのものである。 センサー２としては、静電誘導感知用静止板電
極などが用いられる。 ３は、地表電界値が所定の値を越えたことを検
知する地表電界値検出回路。 ４は、地表電界に低周波性の変動が0.3秒〜数
10秒程度の周期で繰り返し現れた場合の（低周波
変動を伴う場合）変動値が、センサーがフイール
ドミルでは10ミリボルト、コロナ電極では10マイ
クロアンペア以上（センサー部分で直接測定した
値）を超えたものの数を所定時間について積算す
る低周波変動数積算回路である。 ５は、オワー回路であつて、地表電界値検出回
路３又は積算回路２′からの入力のいずれかが、
所定値を超えたことにより、注意警報発信器６を
作動させる。 ７は、アンド回路であつて、前記地表電界値検
出回路３及び積算回路２′からの入力が、ともに
所定値を超えた場合に警戒警報発信器８を動作さ
せる。 ９は第２オワー回路であつて地表電界値検出回
路３は低周波変動数積算回路４からの入力が所定
値を著るしく超えた場合、落雷警報発信器１０を
動作させる。 注意警報、警戒警報、落雷警報の語句表現は落
雷確率に応じて複数段階の警報を発しうるという
意味での表現であり、例えば注意警報、退避警
報、非常警報という表現を用いても当然同じこと
である。 地表電界値の急変化を検出する検出器としては
増幅器を用い、センサーには静電界の変化分を検
出し得る静電誘導感知用静止板電極などが用いら
れる。 第６図に示す実施例は、より具体的な装置を示
すものである。 基本的に前記第１図実施例と同様の構成であ
り、コロナ発生用針電極１に雨切り型絶縁体３０
を介して急変化センサーに該当する半球状電極板
２を設け、これを取付台に装着している。コロナ
発生用針電極１には、リレー接点付きのマイクロ
アンメーター９０、継電器９１が接続されてい
る。 このマイクロアンメーター９０は、中心が零点
で両側に設定針をもており、コロナ電流が測定さ
れ、地表電界値の大きさおよび極性で、設定針に
より継電器９１が作動して地表電界値の変動を検
知することができる。 つまり前記符号３の地表電界値検出回路、４の
低周波変動数積算回路の機能をなし、それぞれの
信号を得ることができる。 半球状電極板２には、急変化の積分器２′が接
続されている。 積分器２′は急変化発生数積分回路を有する。 しかして、この構成により、設定値を越える地
表電界値、急変化発生回数、低周波変動数の信号
を得ることができ、継電器１１，１２，１３か
ら、弁別器７０（オワー回路５，９、アンド回路
７を含む）を介して各段階の発信器６，８，１０
からを所定の警報を発することになる。 なお第６図中符号１４，１５，１６はタイマー
である。 なお前記実施例でも説明するように、地表電界
値の急変化を検出する検出器としては増幅器を用
い、センサーには静電界の変化分を検出し得る静
電誘導感知用静止板電極などが用いられる。 地表電界値の急変化とは、例えば0.001秒以下
の時間内で10ミルボルト以上の誘導電圧の変化幅
のものを指す。 一方、地表電界値の低周波性の変動を検出する
検出器には直流増幅器を用いかつ中心が零で両側
に設定針をもつたマイクロアンメーターなどを用
いる。 この場合のセンサーとしては同じく回転型電界
強度測定器またはコロナ発生用針電極など共用で
きる。 低周波性の電界値とは、上記センサーが直接感
知する値で、回転型電界強度測定器では10ミリボ
ルト以上、コロナ発生用針電極では10マイクロア
ンペア以上の電圧もしくは電流の値が、変化巾
0.3秒〜10数秒程度のゆるやかな変化があつた場
合を指す（第３図ｂ）。 低周波性の電界変動が連続的かつ周期的に発生
する場合は特に活発な雷雲が接近している図中Ａ
の部分に多い。 図中ａ−ｂのごとく地表電界値の急変化も混合
するがリレー接点付のマイクロアンメーター等で
検出するため変化巾0.3秒以下の変化はマイクロ
アンメーターの構造上検出されないので、容易に
両者を区別して襲雷判定の要素とすることができ
る。 かつて高名な気象学者バイヤーズの指導のもと
に、1940年代の末ごろ「雷雲計画」という詳細な
研究が行われた。 それによれば雷雲は第５図に示されるような３
段階の成長過程を経ることが教示されている。 雷雲の発生過程において、雲頂が氷結高度をこ
えると、レーダーにエコーがあらわれはじめる。 そのころが雷雲の幼年期である。 それから10〜15分で直径５〜10Km、高さ７〜９
Kmくらいに発達する。 雲内の気流はすべて上昇気流で、中心付近が最
も強い。 気流は地表の収束気流だけでなく、雲の側面か
らも周囲の空気が引き込まれる。 飛行機で横断すると降水が観測されるが上昇気
流にささえられて雲底下には落下しない。 雷雲が発達をつづけ雲頂が一層高くなると上昇
気流内で生成される氷粒、水滴は大粒となり気流
で支えきれず地上に落下し始める。この時期が成
年期の始まりで、その雲形ははつきりした積乱雲
として観測出来る。 巨大な火花放電、雷放電を発生させる雷雲が電
荷をどのような形で分布しているかといえば、夏
の成熟期では雲の上層にプラスの電荷が広がつて
おり、マイナスの電荷は降水領域の中の−20℃〜
−30℃の範囲に比較的濃密に分布している。 これは上昇気流によつて運ばれてゆく細かい氷
晶にはプラス電荷が、重力で落ちてゆく大粒のあ
られ・ひようにマイナスの電荷が分離するような
かたちとなるためにそのような分布になる。 この電荷を分離・蓄積するためにはプラスとマ
イナスが引合う電気力に打ち勝つて両者を分離す
る力が必要であるが、その力は半径５mm以上の大
粒のあられ・ひようが大量に発生する雲のなかで
はじめて有効な力になる。つまり電荷分離−発電
作用という公式が成り立ち、雷が発生することに
なる。 上記の研究報告は本発明の襲雷警報装置が上昇
気流に影響される雷雲の発達とよく対応した適当
なものであることを示している。 〔効果〕 本発明の襲雷警報装置は、前記のような構成で
あり、地表電界値の瞬間的な急変化を積算する方
法と地表電界値の両方を要素としているため、山
地などの雷の発生場所（極く近雷の場所）でも有
効に使用できる。 しかも地表電界値の低周波の変動が雷雲の成長
過程とすこぶる関係の深いことに着目して、それ
らを警報要素の１つに取り入れたため『襲雷のお
それのない時は働らかず、襲雷のおそれのある時
は必ず働く』という精度の高い信頼性のある確実
なる警報が出せるものである。 その調整も一度各々の設定値をセツトすれば以
後は特に判断しなくとも自動的に注意警報や使用
目的に応じた警報（例えば避難指令）や落雷警報
を段階的に出すことができる。本発明の襲雷警報
装置は、信頼性が高くかつ経済的であり、あらゆ
る態様の雷に対処でき、落雷から貴重な財産や尊
い人命を守るため役立つ画期的な発明というべき
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る襲雷警報装置の基本的
な一実施例を示す結線図。第２図〜第５図は雷雲
に関する説明図であつて、第２図は、典型的な雷
雲による地上の電界分布を示す観測図。第３図
は、第２図の点において観測した場合に、地表
電界値の変化を示す模式図であつて、第３図ａ
は、雷雲接近による全体的な地表電界値の変化と
急変化の発生を示し、第３図ｂは、第３図ａ図中
Ａで示す範囲あたりに低周波成分が顕著に現れる
場合を示すものである。第４図は、成年期の雷雲
内における電荷分布の模式図。第５図は、幼年
期・成年期・衰弱期の単細胞雷雲の模式図。第６
図は本発明の他の実施例を示す結線図である。 符号の簡単な説明 １…地表電界値測定用セン
サー（コロナ発生用針電極）、２…地表電界値急
変化検知用センサー（半球状電極板）、２′…急変
化発生数積算回路（急変化の積分器）、３…地表
電界値検出回路、４…低周波変動数積算回路、５
…オワー回路、６…注意警報発信器、７…アンド
回路、８…警戒警報発信器、９…第２のオワー回
路、１０…落雷警報発信器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電界強度測定方式の襲雷警報装置において、
   次のを備え、地表電界値と所定時間内の地
   表電界値の急変化の発生回数を積算した数値のう
   ちそのいづれかが設定値を越えた段階、その両方
   共設定値を越えた段階、さらに前記地表電界値が
   著しく大となつた段階あるいは前記急変化とは異
   なる低周波性の地表電界値の変動が発生した段階
   と、複数段階の警報を発し得ることを特徴とする
   襲雷警報装置。 地表電界値を測定する回転型電界強度測定器
   （フイールドミル）又はコロナ発生用針電極な
   どのセンサー。 地表電界値の急変化を検知するセンサーおよ
   び所定時間内の所定値以上の急変化の発生回数
   を積算する急変化発生数積算回路。 地表電界値の低周波性の変動を検知する回
   路。