JPH03216587A - 対地落雷判別方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、雲間放電や雲中放電、更には通信用電磁波と
区別して、確実に対地落雷を検出できる対地落雷判別方
法および装置に関するものである。

（従来技術とその解決すべき問題点） 落雷による被害は電力設備の破損や、これによりる系統
用上への支障にもとづく停電その他多岐に亘る。従って
このような被害を最小限に押さえて電力需給の安定化を
図るためには、電力設備の適切な耐雷設計のための過去
の雷情報、送電線や変電所の設置計画のための対地落雷
の地域的密度の把握などが必要である。またこれと同時
にリアルタイムで雷情報を入手して、適切な系統運用の
実行が要求される。そこで従来から各種の研究がなされ
、例えば我が国においては古くから所謂雷放電カウンタ
が開発されている。これは雷放電を含む雷活動の強さを
示すもので、一定の時間内に一定レベルを越えるような
雷活動に警報を発生するものであって、対地落雷と雲間
や雲中における放電などを区別して判定できるものでは
な《、しかも電波法で規定されている１５０ｋＨｚ以上
の電磁波と混信する欠点を有する。

また例えば米国においては対地落雷の判別に、ＬＬＳと
呼ばれる磁気的探知方法を用いたもの、或いはＬＰＡＴ
Ｓと呼ばれる雷にもとづく電磁波の到達時間差技術を利
用する落雷判定装置が提案され、我が国にも導入されて
いる。これらの装置は対地蕗雷と雲中雲間における放電
とを区別して判定できる。しかしこの装置の基本的な落
雷判定原理は、米国における夏季雷を対象とした電磁界
波形の時間的な変化に着目してなされたものである。例
えば通常対地落雷から発生する電磁界波形は第１図に示
すように鋸歯状波形、所謂３角定規のような形をもつ波
形であり、これは電磁界波形のみならず、その発生源で
ある実際の雷撃電流波形でも同様である。一方雲と雲の
間で放電する雲間放電や雲の内部で放電する雲中放電の
電磁界波形は第２図に見られるように両極性に亘って振
動する波形である。従って以上２つの波形をそれぞれザ
ロレベルとピークとの時間的関係を用いて判別すれば、
対地落雷であるか、それ以外の雲間雲中放電であるかを
判別できるとする原理のものである。

しかし現在本邦において電力設備の大事故のほとんどの
原因を占めると云っても過言ではない、日本海沿岸地域
における冬季の対地落雷の波形は、前記第１図に示した
ような波形のもののほか、第３図．第４図に示すように
両極性に亘る時間的変化が非常に複雑な形状を示す波形
、即ち鋸歯状波形のように数種類の時間的パラメータで
表現できない波形をもつものが多い。従って前記米国で
開発された判定装置では、この複雑な波形のものを雑音
として判定してしまうため、我が国、特に日本海沿岸地
域では実用が困難である問題がある。

これに加えてこの装置による落雷の判定は非常に複雑で
あって、多数の電子回路から構成されるため装置が大型
高価である問題がある。

（発明の目的） 本発明は前記日本海沿岸地域において冬季に生ずる地域
的特色をもつ対地落雷であっても、雲中雲間放電などと
区別して確実な判別を行いうる方法および装置を提供し
ようとするものである。

（問題点を解決するための本発明の手段）本発明は波形
を周波数分析することにより、対地落雷と雲中雲間放電
との間に明らかな特徴的な差が認められることを明らか
にした研究結果にもとづいてなされたものである。

第５図（ａ）は夏季や冬季に発生する対地落雷波形のう
ちの一つである鋸歯状波形の周波数分析結果であって、
最大振幅で正規化した周波数成分の振幅成分である。第
５図（ｂ）は原波形（電磁界波形）である。この波形で
は５ｋｌｌｚにピークがあり最高の周波数でも３００ｋ
Ｈｚに達しておらず、周波数に対する振幅の減衰率は２
０ｄＢ　／　１００ｋＨｚ程度と大きい。

特にピーク近傍ではピーク以上の高い周波数成分は一気
に小さくなり、ピーク近傍は鋭い峰のように見える。

一方第６図（ａ）は第２図で示した雲中，雲間放電時に
生ずる両極性の振動波形に対応する第，６図（ｂ）の波
形の周波数分析結果であって、この波形では３０ｋＨｚ
にピークがあり、５００ｋｌｌｚまでの周波数成分を含
んでいる。また周波数に対する振幅の減衰率は１０ｄＢ
／　１００ｋＨｚ程度であって、なだらかな山の裾野の
形に似ている。

第７図（ａ），第８図（ａ）は第３図，第４図（第７図
（ｂ），第８図（ｂ）参照）に示した月末，沿岸地域に
おいて冬季に発生する特徴的な対地落雷の波形の周波数
分析結果である。第５図と対比して明らかなように鋸歯
状波形の周波数分析結果と同じ傾向を示しており、ピー
ク周波数は５　ｋ｝Ｉｚ〜１０ｋＨｚの低い周波数範囲
にある。

また第９図は以上の波形別のピーク周波数の累積頻度分
布を示す図である。また第１表は鋸歯状波形と両極性振
動波形におけるピーク周波数の分布をまとめたもので、
分布を表現するパラメータとして一般的な５０％値、分
布の広がりを意味する標準偏差、全体の何％がその領域
に存在するかを表わすＸ％値で表記している。なおここ
では全体の９０％が存在する領域を５％値から９５％値
の間とした。

第１表 第９図から明らかなように雲中，雲間放電などの波形で
ある両極性振動波形と、対地落雷の波形である鋸歯状波
形および日本海沿岸地域における特徴的な落雷波形のピ
ーク周波数は明らかに相異する。

また第１表から明らかなように、鋸歯状波形と両極性振
動波形のピーク周波数の分布も大きく異なっており、特
に注目すべきことは互いに全体の９０％のデータが存在
する範囲が重複していないことである。

従って以上から雷発生時の電磁界波形のピーク周波数を
監視すれば、時間的領域では捉えにくく判別が困難であ
った波形をもつ、日本海沿岸地域における冬季の対地落
雷であっても、雲中、雲間放電と区別して確実に弁別検
出できる。

また実施に当たっても、例えば１３ｋＨｚを境界とする
２つの帯域通過型フィルタを用い、その何れの出力レベ
ルが大きいかによって判別できる。また更に稀な場合と
考えられるが、２つのフィルタから同時刻に同程度のレ
ベルの出力を生じた場合には、鋸歯状波分を含むものと
判定することによって夏季雷はもとより日本海沿岸地域
における冬季の対地落雷のように特徴的な波形をもつも
のでも、前記従来装置のように雑音と認識することなく
確実に検出できる。また判定手段は簡単であるので、装
置を小型安価な構成とすることができるすぐれた利点が
得られる。

次に本発明の実施例について説明する。

第１０図は本発明の一実施例のブロック回路である。図
において（１）はアンテナであって、例えば１〜１００
ｋＨｚの周波数帯域においてフラットな特性を有するも
のであればよく、ダイポールとして扱うことができる一
般的なアンテナ、例えばループアンテナや平行平板アン
テナ、更にはロンドアンテナが使用される。（２）は対
地落雷判定用の狭帯域増幅器であって、１〜１３ｋＨｚ
の周波数帯域に亘って振幅位相共にフラットな特性をも
つ。（３）は対地落雷判定用の帯域通過型のフィルタで
あって、１〜１３ｋＨｚの通過帯域をもち、これ以外の
低周波および高周波に大きな減衰を与える。（４）は雲
中、雲間放電などの両極性振動波形判定用の広帯域増幅
器であって、１３〜７７ｋＨｚの周波数帯域に亘って振
幅位相共にフラットな特性をもつ。（５）は両極性振動
波形判定用の帯域通過型フィルタであって、１３〜７７
ｋＨｚの通過帯域をもち、これ以外の低周波および高周
波に大きな減衰を与える。（６）は判別回路であって、
次の各部から形成される。（７）はレベル比較回路であ
って、対地落雷判定用の帯域通過型フィルタ（３）と雪
中、雲間放電などによる両極性振動波形判定用の帯域通
過型フィルタ（５）の出力レベルと比較し、帯域通過型
フィルタ（３）の出力レベルＬ，が、帯域通過型フィル
タ（５）の出力レベルＬ２に対して、Ｌ．＞Ｌｍの関係
にあるときには端子（７ａ）に“１”出力を送出する。

またＬＩくＬ２の関係にあるとは、端子（７ｂ）に“１
”出力を送出する。また前記のように同時刻に同程度（
ｔ，＋ｆ＝ｔ，ｚ）のレベルの出力が帯域通過型フィル
タ（３）（５）から入力された場合には、鋸波状波形が
存在するものとして端子（７ａ）に“１″出力を送出す
る。（８）は出力回路であって、例えば対地落雷の報知
音発生回路、レベル測定用の自記記録計、その他異なる
位置に設定された判定装置の出力（９）との到達時間差
から落雷位置を検出する回路など、雷情報の取得に必要
な演算回路などからなる。

（発明の効果） 以上から明らかなように本発明によれば、簡単な構成の
装置により被害が甚大でなる日本海沿岸地域において冬
季発生する特徴的な波形をもつ対地落雷をも雲中、雲間
放電その他と区別して確実に検出できるもので、電力施
設の耐雷設定，送電線や変電所の設置計画などに欠くこ
とのできない各種の諸情報を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は夏季における対地落雷の代表例を示す波形図、
第２図は雲中．雲間放電などの代表的な波形図、第３図
，第４図は日本海沿岸地域において冬季発生する対地落
雷の代表的な波形図、第５図（ａ）　（ｂ）は夏季や冬
季において発生する対地落雷の周波数分析結果およびそ
の原波形図、第６図（ａ）（ｂ）は雲中，雲間放電波形
の周波数分析結果およびその原波形図、第７図（ａ）（
ｂ）　，第８図（ａ）（ｂ）は日本海沿岸地域において
冬季発生する対地落雷波形の周波数分析結果および原波
形図、第９図は各波形別のピーク周波数の累積頻度分布
図、第１０図は本発明の一実施例回路図である。 （１）・・・アンテナ、　（２）・・・１〜１３ｋｌｉ
ｚの狭帯域増幅器、　（３）・・・１〜１３ｋＨｚの帯
域通過型フィルタ、（４）１３〜７７ｋＨｚ　−広帯域
域増幅器、　（５）　・１３　〜７７ｋＨｚ の帯域通過型フィルタ、 （６）・・・判別回路、 （７）・・・レベル比較回路、 （８）・・・出力回路。 代 理 人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）雷放電により発生する電磁波を周波数分析し、対
   地落雷のピーク周波数成分が１〜１３ｋＨｚの周波数帯
   域をもち、対地落雷以外の雲中、雲間放電などが上記対
   地落雷のピーク主成分以上の周波数帯域をもつことを利
   用して対地落雷を判別することを特徴とする対地落雷判
   別方法。
2. （２）雷放電にもとづく電磁波の受信用アンテナと、こ
   のアンテナの出力をそれぞれ入力とする対地落雷判別用
   の増幅器及び１〜１３ｋＨｚの帯域通過型フィルタと、
   対地落雷以外の放電判別用の増幅器および１３〜７７ｋ
   Ｈｚの帯域通過型フィルタと、前記１〜１３ｋＨｚの帯
   域通過型フィルタの出力レベルが１３〜７７ｋＨｚの帯
   域通過型フィルタの出力の出力レベルを比較し、前記１
   〜１３ｋＨｚの帯域通過型フィルタの出力レベルが大の
   とき対地落雷と判定する判別回路とを備えたことを特徴
   とする対地落雷判別装置。