避雷針の働きについて教えてください

質問

避雷針や避雷導線は建物や電線等に直接落雷させないように、雷雲の下側にあるプラス電荷と地盤の電荷位置との電気抵抗が少なくなるようになるべく高い場所に設置して、避雷針や避雷導線に落雷をさせる(突針の先が多少熔ける)ことを目的とする他、落雷に至る前に、少しずつ放電中和させる(突針の先がピカピカ光る)機能の二通りがあると聞いていますが、本当でしょうか。なぜかというと、中和させる電路ができていれとすれば、その瞬間に落雷してしまうのではないかと思うからです。
この疑問にどなたかスッキリさせてください。

回答No.2

3612masa · ベストアンサー

＃１です。電気屋さんです。

問１と問２
日本工業規格　JIS A4201:2003 「建築物等の雷保護」が最新バージョンだと思います。

下記URLの一番上でA4201と入力して検索願います。（PDF）

http://www.jisc.go.jp/app/JPS/JPSO0020.html

この中の17P以降で、新旧比較表があります。

参考に、旧バージョン内容です。(1992改正版）

http://www.fisco21.com/~yesyesjp/etc/law/jis-a-4201.htm

問３について

ビデオとQ＆Aを参考に↓

http://criepi.denken.or.jp/jp/topics/lightning/index.html

補足

昨日一日出かけており、お礼が遅くなり申し訳ありません。
新ＪＩＳ有難うございます。
ざっと読ませていただきました。まだ、どこに書いてあるか見つかりませんが、よく読んで、保護レベルI～IVの使い分けを理解したいと思います。
取り急ぎ御礼まで。

回答No.5

3612masa

＃４です。返答ありがとうございます。

もし、よろしければもう少しだけ、雷の勉強に役立つサイトを紹介します。

一部の電力会社では、落雷情報を公開しています。

下記は、東京電力エリアの例ですが、雲間雷か対地雷か表示されます。

「くらしのサポート」→「雨量・雷観測情報」→「地区選択」→「雷雲＋落雷」と進んで下さい。（自動更新します）

http://www.tepco.co.jp/

この動きと気象庁のレーダー・降水ナウキャスト等を見ていると、より発生イメージがつかみ易くなります。

http://www.jma.go.jp/jp/radnowc/

業務用では、その他に落雷ごとに正・負極性と雷撃電流も表示されるものもあります

もうひとつは、日本海側の冬季雷の特徴についてです。（なぜ、日本海側に落雷発生頻度が多いか）

http://www.argos-net.co.jp/snow/snow0101.htm

失礼いたしました。

お礼

とても良い資料いろいろ有難うございます。
今日は寝て後で読ませて戴きます。

回答No.4

3612masa

＃１～３の一般人です。（先生ではありません。）

下記　Q＆AのQ1（雷はどうして発生するのですか？）をもう一度ご覧下さい。（PDF)

http://criepi.denken.or.jp/jp/topics/lightning/index.html

・キーワード：上昇気流、重力、摩擦

雷は、摩擦により地表と比較し大きな電位差をもったものとお考え下さい。

たとえば、冬に人間が、エレベーターボタンを押すと、電位差で感電するイメージの延長です。この時、たまっていた電位差が解消されるので、＋－片方が残る発想にはならないと思います。
（雷雲内では、また＋－の極性が出来る。棒磁石を切った時のイメージ）

http://www.sankosha.co.jp/technical/kaminari/denisa.html

雷雲のリーダーは、真下とは限らないので、負極性のものと正極性が存在します。

下記のページの、統計データ等もおもしろいです。

http://www.fjc.co.jp/jldn/observe.html

なお、大地も導電性があります。

あまり回答になっていず、申し訳けありません。

もっと詳しく回答を求めるのであれば、科学等のジャンルで新しい質問をたてることを、お勧めします。

お礼

沢山の有益な資料をご提示戴き、また何回も質問をさせていただき、ご多忙のところにも拘わらず、辛抱強くご指導戴き本当に有難うございました。
お蔭様で、今までしっくりしなかった処がだいぶ解ってまいりました。
戴いた資料を更によく読み理解を深めたいと思っています。
耐雷トランスや内雷についても良く理解することができました。
避雷針の設計に必要な新ＪＩＳの保護レベルの選択方法も理解できました。
雷現象を電子の移動レベルや素粒子など、現象的でなく、物理的な側面からの疑問につきましては、もう少し勉強したうえで、ご指摘のように科学等のジャンルで質問したいと考えています。
静電気の放電に例えるなど、知識の深さには敬服いたしました。
本当に有難うございました。

回答No.3

3612masa

＃２です。追記します。

雷には、負極性のものと正極性のものもあります。
（地面との関係に注目して下さい）

http://www.nisshin-electric.com/news/topics_01.htm

説明不足で失礼いたしました。

補足

重ね重ねありがとうございます。

先生は、かなり研究をされておられる方と拝察いたします。今まで本を読んでも疑問が増すばかりでしたし、多くの方々にお尋ねしても、なか教えて戴けなかったことが、少しづつ解け始めています。
不躾な質問で誠に恐縮ですが、もう少し教えていただきとう存じます。

今まで、熱雷のことしか頭にありませんでしたが、台風のとき発生する雷は界雷であることもよく解りました。

積乱雲の中でなぜ＋と－に電荷が分かれるかということも粒の大小だけでは理解できませんでしたが、温度の差(約10deg)がある氷粒と氷晶の摩擦により電荷の分離が起こるということでしょうか？

温度の高い氷粒は氷晶より分子活動が活発のため電子を奪い－に帯電することになるのでしょうか？（素人考えでは、温度が高いと運動エネルギーは増加し、かつ分子の直径が大きくなり、最外殻は陽子からの拘束力が弱くなり電子は奪われやすくなるように思うのですが…。若しかして氷の熱伝導率は金属に比べ非常に小さいために以上の理屈は成り立たないのでしょうか？）

雷雲が接地されていないため大地の電位は不安定な状態だと思ったので、何故大地が雷雲下端の電位より必ず高くなるかも疑問でしたが、資料を拝見して尤もと思いました。
雷雲の－が放電した後には、＋だけが残りますので、この場合には大地に－が誘引され、再度逆方向の放電（落雷）が起こるのでしょうか。そうだとするならば、正極性落雷も通常の負極性と同じ発生率で生ずると思うのですが、10％の発生率というのは直撃雷に限ったデータなのでしょうか？

上記の疑問に関連して、長い年月を考えたとき、大地が持っている電子の数は陽子の数が変わらなければ一定だと思います。落雷で大地の電子数に変化は無いのでしょうか？

間違いだらけのことを書いているかも知れませんが、人に教えているとき、質問されたら困ると常々思っていたことでした。宜しくご指導のほどお願い申し上げます。

回答No.1

3612masa

はじめまして

きっと聞いた人が悪いのでしょうね。（電気ですので、中和と言う考えは？）

下記URLで原理等を理解して下さい。

http://www.sankosha.co.jp/technical/index.html

雷が自由に扱えれば、ノーベル賞ものですから

参考までに・・・

補足

早速のご指導有難うございます。
避雷針の設計は従来の６０度保護角（建築基準法）もしくは４５度保護角（消防法）の方法と、半径50ｍの回転球体法のいずれでもいいと聞いていましたが大間違いで、角度は高さにより異なり、いずれの方法でも保護レペル１から４の基準があることが判りました。
そこで、
問１ 保護レベルの選定にも法的な基準があるのでしょうか？（保護レベル４よりも程度を上げるのは、保護対象物の重要性を考え設計者の判断だけで決めていいのでしょうか）
問２ 一般建築物と危険物関係との設計上の違いは現在なくなっているのでしょうか？（保護レベルで差をつけているのでしょうか）

どうしても知らなければならないこの２点について先ず教えてください。

次に、幼稚な質問で恐縮ですが、原理的なことですが、雷雲はもともと中性である小氷粒が摩擦によって、下のほうにマイナス電荷、上の方にプラス電荷というように分極することで、地面の電位と地面に近い雷雲の下側に集まったマイナス電荷との電位差で落雷現象が生ずると聞いています。…このこと自体が間違いでしょうか？
その場合
問３　マイナス電荷が、中性電位である地面に移動するということは、落雷までは雷雲全体としては中性であったものが、マイナス電荷がなくなることで、雷雲全体はプラス電荷になってしまい、その結果今度は雷雲のプラス電荷が、中性である大地に落雷しなければ、辻褄が合わないように思いますが、現実にはそのようなことは無いようですので、その辺の物理的原理を教えてください。