JPH0811027Y2 - 支線碍子用避雷コイル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、例えばラジオ放送を送信する際に使用され
る中間に碍子を挿入した支線を有するアンテナの、該支
線碍子に並列に取付けられる支線碍子用避雷コイルに関
する。

（従来の技術） 第５図（Ａ）及び（Ｂ）はラジオ送信アンテナ及びそ
の避雷コイル部を示すもので、同図において、11は本柱
アンテナ、12は塔付碍子、13は分断支線、14は中間碍
子、15は避雷コイル、16はボールギャップである。

すなわち、上記ラジオ送信アンテナのように、中間に
碍子14を挿入した、特殊な支線13を持つアンテナに雷雲
が近づくと、分断した各支線13に雷雲の電荷が帯電し、
碍子14にスパークが発生することがある。このスパーク
は、支線13に帯電した電荷が増加し飽和した時に発生す
るが、その時、支線一条分の全ての中間碍子14にスパー
クが発生し、帯電した電荷は一気に大地に流出するが、
アンテナの近傍に雷雲が存在している期間は、再び帯電
が再開し、長時間に亙りスパークが断続する場合もあ
る。スパークが発生した瞬間は、その区間の空気がイオ
ン化するため、電気的に見れば、碍子14をショートした
時と同等の電気回路になる。こうなると碍子14による支
線分断の効果は消失し、雷雲電荷電流と共に放送電波電
流も碍子14をパスすることになる。この時、汚損・水濡
れなどで碍子14の環境が悪い場合、自局アンテナからの
電波エネルギーによって、碍子間に高周波放電が発生
し、送信が停止するまで持続する場合がある。最悪の場
合、長時間に亙る高周波放電エネルギーによって、碍子
14の亀裂・破損に至る場合もある。

この防止対策として、スパーク時のアンテナインピー
ダンスの変動を検知して送信を一時遮断し、高周波放電
を停止した後に送信を再開する、サージプロテクター等
の保護装置が普及している。しかしこのような保護装置
があっても、碍子間スパークが繰り返えされると、その
たびに送信電波が瞬断するため、瞬断回数が増加し聞き
ずらい放送になる。また、碍子の劣化、スパーク点の金
属腐食、瞬断装置の早期劣化などの問題が生じる。

ここで、支線碍子14に並列に避雷コイル15を取り付け
ると、わずかな帯電電荷も大地に流せることになり、ス
パークや高周波放電等のいづれも発生しなくなって、上
記の問題は解消することになる。なお、帯電に比べ頻度
の少ない直撃雷の場合は、支線13が本柱アンテナ11の落
雷保護角に入るため、支線13への影響はほとんど問題に
ならないものである。

次に、避雷コイルと支線碍子の並列回路理論について
説明する。

支線碍子14にコイル15を並列に取付け、ドレインコイ
ルと支線分断の二つの機能を同時に満足するためには、
碍子14をコンデサーとした並列回路について検討する必
要がある。この並列回路は第６図に示すようになる。こ
こで、碍子の静電容量をC_i、コイルの浮遊容量をC_s、コ
イルのインダクタンスをL_s、コイルの直流抵抗をR_sと
し、合成インピーダンスZ₀及び共振周波数f₀は、次のよ
うに計算できる。

ｆ＝周波数（Hz）、ω＝２πｆ 1/Z₀＝1/Z₁＋1/Z₂ Z₀＝R₀＋jX₀とすると、 （支線碍子について） （避雷コイルについて） （並列回路の共振周波数について） となる。

（考案が解決しようとする課題） 一方、実際のラジオ放送用のアンテナでは、塔付碍子
12や支線碍子14に数万ボルトもの高周波電圧が印加され
る場合もあり、特に、本柱アンテナ11に接近した塔付碍
子12の両端電圧は高くなる。ここで、塔付碍子12は高周
波的に高い容量性インピーダンスになる性質を有するも
ので、上記支線碍子14と避雷コイル15による並列回路の
合成インピーダンスが高い誘導性インピーダンスである
場合には、上記塔付碍子12の容量性と並列回路の誘導性
とで、まれに直列共振状態となることがあり、各碍子1
2,14による支線13間の高周波電流の分断効果が失われる
ことがある。

この場合、本柱アンテナ11と大地間がアース状態とな
り、アンテナ基部からみた給電インピーダンスが著しく
変動して放送困難になることがある。

従来の避雷コイルは、碍子とコイルの電気的並列回路
の合成インピーダンスが大きい程、碍子部の絶縁効果が
高く良好であるとされていたため、碍子とコイルの並列
回路における共振周波数と使用周波数がほぼ近い状態
で、合成インピーダンスが誘導性や共振性になるものを
使用していた。

したがって、この方式では、以下のような課題があっ
た。

周波数を変更する際にコイルの特性を確認しなけれ
ばならず、不適当な場合は高額な費用を要してコイルを
取り替えなければならなかった。

複数の給電を行なう場合に、対応がむづかしい場合
があった。

経年変化による支線碍子の汚損劣化その他の原因に
より、新設当時に設定した電気的特性が変化しやすく、
不都合を生じる場合があった（容量性塔付碍子との直列
共振状態の発生等）。

本考案は上記課題に鑑みなされたもので、従来コイル
のインダクタンスを大きなものに改良し、碍子とコイル
の電気的並列回路の合成インピーダンスが容量性になる
領域で動作するよう工夫を加え、コイルの巻き方や材質
を選択して使用周波数帯域を広げることが可能になる支
線碍子用避雷コイルを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段及び作用） すなわち第７図及び第８図は前記第６図における並列
回路の周波数特性を示すもので、この時、使用周波数ｆ
が共振周波数f₀に対し、どのような関係にあるかによっ
て、以下の三つの場合に分類することができるので、そ
れぞれの場合についての判定を記述する。

ｆ＜f₀の場合 周波数ｆが共振周波数f₀よりも低くなるようにコイル
15を設計した場合である。コイル15のインダクタンスが
小さくなるため、形状を小型化できる利点があるが、支
線碍子の数だけ連なった場合、合成インピーダンスが誘
導性のハイインピーダンスになり、塔付碍子12の容量性
ハイインピーダンスとの間に、直列共振回路を形成する
場合がある。その時は、塔体と大地を導線でアースした
状態に近以し、アンテナの電気的特性が著しく変化する
場合がある。このような現象は、最初の段階で発見でき
る場合もあるが、経年変化に伴い、支線碍子14に錆汁が
付着したり汚れがひどくなってきた頃から、天候の状態
によって時折症状が表われる場合もあり、やっかいな障
害が生じる場合があった。

ｆ＝f₀の場合 使用周波数ｆと共振周波数f₀が等しくなるようにコイ
ル15を設計した場合である。並列インピーダンスは非常
に高いものを得ることができるが、これは必要以上のハ
イインピーダンスであって、返って不安定要素を増す結
果になる。周波数変更や二重給電等に適さない欠点があ
る。

ｆ＞f₀の場合 使用周波数ｆを共振周波数f₀よりも高くして、合成イ
ンピーダンスが容量性になるようにコイル15を設計した
場合である。コイル15のインダクタンスが大きくなるた
め、形状が大型化する欠点があるが、電気的に前記及
びで述べたような問題が無く、良好な避雷コイルを設
計することができる。本考案は、この特性領域を利用し
たものである。

（実施例） 以下図面により本考案の一実施例を説明する。

第１図は支線碍子用避雷コイルの外観構成を示すもの
で、同図において、13は分断支線、14は支線碍子、15は
避雷コイル、16はボールギャップである。上記避雷コイ
ル15は、例えば中空円柱状の合成樹脂からなる誘電体ボ
ビン21の周囲にコイル巻線22を多数巻回してなり、この
避雷コイル15の両端は、銅板23a,23bにより、上記碍子1
4により分断されたそれぞれの支線13に接続される。

次に、本考案避雷コイル15の規格について説明する。

ラジオ放送の使用周波数帯域を0.5MHzから1.7MHzと考
え、周波数変更や２重３重の複数給電等の問題を想定す
れば、避雷コイル15の使用帯域は放送帯域の全域をカバ
ーすることが望まれる。この場合、前記第７図で示した
ような、合成リアクタンスの周波数特性をどのように定
めれば良いかが問題になるが、容量性の合成インピーダ
ンスが望ましいことは前述のとうりである。しかし、容
量性を示す避雷コイル15による並列回路の場合は、周波
数が高くなれば合成インピーダンスの絶対値が小さくな
り、支線碍子14の本来の目的である電気的に支線13を分
断する役目を果たせなくなる不都合が懸念される。そこ
で、支線碍子14が果たさねばならない条件を考えてみ
て、それらを満足する規格を定める必要がある。

つまり、上記支線碍子14に関する条件は次の通りであ
る。

本柱アンテナ11の電流分布を乱さない。アンテナ電
気長に影響を与えない。垂直・水平指向性を乱さな
い。給電インピーダンスに影響しない。放送波電位
で持続放電を起こさない。支線13の引張強度に耐え
る。耐候性が良好である。

すなわち、これら支線碍子14としての条件を満足する
ために、本考案の避雷コイル15には、電気的な面で、第
２図の周波数特性に示すような規格を定めている。

周波数1.7MHzにおける碍子14を含めた合成インピー
ダンスが容量性で、絶対値が2000Ω以上とする。（2000
Ωに定めた過程には、実際の大電力アンテナにおける実
験や、モデル実験によって適正な限界値を求めたもの
で、従来のように数メグオームの高いインピーダンスを
要求する必要は無いことを確認したものである。） 碍子を含めた並列回路の共振周波数は、0.48MHz以
下に設定する。

次に、避雷コイルの設計計算の理論式について説明す
る。

L_s：コイルのインダクタンス（ヘンリー） C_i：碍子の静電容量（ファラッド） C_s：コイルの浮遊容量（ファラッド） とすると、並列回路（第６図参照）の共振周波数f₀は、 で表わされる。この式よりコイルのインダクタンスL_sを
求めると、 となる、またコイルの巻き方を含めたインダクタンスを
求める式は次のようになる。ここで π：円周率 r:コイルボビンの半径（cm） N:コイルのターン 1:コイルの長さ（cm） K:長岡係数 とすると、コイルのインダクタンスL_sは、次式で表わさ
れる。

ここで、C_iは、使用する支線碍子14の静電容量を実測し
て引用するが、その他の諸元である、コイル15の浮遊容
量（C_s）、コイルボビン21の半径（ｒ）、コイル巻線22
のターン（Ｎ）及びコイル15の長さ（１）等の数値は、
良好な特性を得るために人為的に選択できる諸元とな
り、これらを適切に選んで、広帯域なコイルが得られ
る。

すなわち、使用周波数帯域0.5MHzから1.7MHzとして、
前記避雷コイルの設計理論式に基づき、前記第６図にお
ける並列回路の周波数特性が前記第２図に示した特性デ
ータを満足するよう、第３図に示すように、具体的数値
で避雷コイル15を設計構成すると、この避雷コイル15の
実測データは、第４図に示すようになる。

したがって、支線碍子14とコイル15による並列回路の
合成インピーダンスが容量性で、少なくとも周波数1.7M
Hzにおいて2000Ω以上のインピーダンスが得られ、塔付
碍子12の容量性ハイインピーダンスとの間に直列共振回
路が形成され塔体と大地間がアース状態になる等の不具
合や、周波数変更や二重給電に適さない等の不具合が生
じることなく、広帯域で良好な特性を示す支線碍子用避
雷コイルを実現できる。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、たとえば中波帯の周波
数帯域である0.5MHzから1.7MHzまでの全帯域に亙り使用
可能なものとなり、周波数変更や２重３重の複数給電な
どにも対応できるようになる。また、帯域幅が広くなっ
たことから、経年変化による変動が減少し、保守費用の
節減や取り替え時期の延長など、経済的効果を向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る支線碍子用避雷コイル
の外観構成を示す図、第２図は上記支線碍子用避雷コイ
ルを使用した碍子との並列回路におけるリアクタンス分
の周波数特性規格を示す図、第３図（Ａ）乃至（Ｃ）は
それぞれ上記支線碍子用避雷コイルの具体的数値構成を
示す設計図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、
（Ｃ）はコイル巻線部の部分断面図、第４図は第３図に
おける避雷コイルを使用した支線碍子との並列回路にお
ける周波数特性の実測データを示す図、第５図（Ａ）及
び（Ｂ）はそれぞれラジオ送信アンテナ及びその避雷コ
イル部を示す図、第６図は碍子と避雷コイルが並列に結
合した状態を示す電気回路、第７図及び第８図はそれぞ
れ第６図の並列回路におけるリアクタンス分及びインピ
ーダンス分の周波数特性を示す図である。 11…本柱アンテナ、12…塔付碍子、13…分断支線、14…
中間碍子、15…避雷コイル、21…誘電体ボビン、22…コ
イル巻線、23a,23b…銅板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中間に碍子を挿入した支線を有するアンテ
   ナの支線碍子に並列に取付けられる支線碍子用避雷コイ
   ルにおいて、 誘電体のボビンにコイル巻線を巻回してなり、支線碍子
   とコイルによる電気的並列回路の合成インピーダンスが
   容量性で、しかも使用周波数帯域（0.5MHzから1.7MHz）
   の全域に亙り2KΩ以上であり、さらに、該並列回路の共
   振周波数が使用周波数帯域（0.5MHzから1.7MHz）より低
   いことを特徴とする支線碍子用避雷コイル。