No.130 「誘導雷に有効な同軸避雷器とガス入り放電管」

高圧送電線の鉄塔近くに住居があり、そこに無線局が設置されている環境でしばしば誘導雷により無線機が壊れるトラブルに遭遇すると言われています。友人の場合が正にそのような事例に当てはまり、同軸避雷器で被害をくい止めた事例からT型分岐コネクターによる避雷器の製作につながりました。一般的に雷の発生は夏と思われていますが、地域によっては季節に関係なく頻繁に雷が発生しますので、誘導雷から無線機を守るために同軸ケーブルに避雷器の挿入を提案しておきます。

高圧送電線の鉄塔近くにUSタワーMA-550ポール型3段クランクアップ・タワー の最上部にCushucraftのR6000アンテナに設置したため、どちらかというと送電線の直下にシャックを構える友人がいます。全長5.8メートルのマルチバンド・バーチカル・アンテナR6000をUSタワーの先端に取り付けてあるため電波の飛びが良い反面、空に向かって金属棒を突き出している形になり、雷を誘導しているように見えて気持ちが良くないのは確かです。そこで、同軸ケーブルに流れる誘導雷を遮断したいと考えて建物に引き込むところで同軸避雷器(CA35R)を挿入して接地しました。

同軸避雷器とは

避雷器はいざというときに大電流をバイパス、自身は故障して他の部分や機器を保護するため「安全に故障する」のは、避雷器の重要な性能になります。同軸避雷器は内部導体と外部導体がガス入り放電管(2極セラミックGDT^*)で接続されて加えられた電圧によって抵抗値が変化する性質があります。送信時の高周波電力程度では抵抗値が高いために導通しないのでケーブルの途中に同軸避雷器を挿入しても損失はなく、雷の高い電圧が加わると抵抗値が低くなり短絡状態となり大電流をバイパスし無線機は保護されます。

* GDT:Gas Discharge Tube=ガス入り放電管

落雷は突然に

閃光に続いて爆雷のような大音響と共に床が震えました。『送電線の鉄塔に雷が落ちた!』かつてADSLのモデムを誘導雷で壊れた経験から今回は無線機がやられたかもしれない。R6000アンテナから同軸ケーブルでつながるIC-756PROIIが無事だろうか。雷が収まるのを待って同軸引き込み口の同軸避雷器からガス入り放電管を取り出してみると、外観に大きな変化がないものの大電流が流れた痕を確認できました。シャックに入り、愛用のIC-756PROIIのPOWERスイッチをONにするといつものように電源が入りスピーカーから無線交信が聞こえてきて受信部、送信部共に正常動作で一安心。万一の時に備えた同軸避雷器が役に立った瞬間でした。

写真1. 誘導雷が通って焼損したアレスター素子

市販の同軸避雷器

同軸避雷器(WELZ CA35R)は現在、市場に出回っていませんが、第一電波工業の同軸避雷器(雷サージプロテクター)SP-1000(3,675円)があります。仕様は周波数範囲:DC〜1000MHz、50Ω、MJ-MJ、挿入損失:0.3dB以下、耐電力:400WPEP、外形寸法:66W×41H×20Dmm。防雨型SP-1000PW(3,980円)などがあり、他にアンテナ・テクノロジー社の同軸避雷器SAT001MJ90(50W)、SATA001MJ-230(500W)などがあります。いずれも誘導雷や静電気のサージ電圧^*に効果的で、直雷による大電流に対して効果がないとされています。

* 雷サージ(lightning surge)は、雷の影響により発生する過渡的な異常高電圧、すなわち「雷大波電圧」(雷サージ電圧)、その結果流れる過渡的な異常大電流「雷大波電流」(雷サージ電流)のことをまとめていう。(Wikipedia)

写真2. 同軸避雷器(CA35R)とアレスター素子

写真3. 同軸避雷器とアレスター素子(JA1CVF)

国内で販売されている避雷器の最大許容電力は400Wあるいは500Wです。デイトンハムベンションで購入したLynicsのLIGHTNING-SURGE PROTECTORの許容電力は2kW PEPでした。さすが米国で流通しているものは違うなと付属の仕様書を読むと、隅の方にMade in Japanのプリントが見えて意表を突かれました。もしかするとOEM(他社ブランドの製品を製造すること)かもしれないと推測しています。

写真4. デイトンハムベンションで求めた同軸避雷器(Lynics)

ガス入り放電管

誘導雷が流れた同軸避雷器のガス入り放電管^*を新しいものに交換する、またはハイパワー(1,000W)放電管に交換する方法は、文献(1)の計算式と表が役立ちます。左が50Ω、右が75Ω用。国内規格(耐電圧)とクラス分けが異なりますが50Ω用の表からSWRが1.5の場合は350Vと470Vの中間付近で400Wとなります。これが市販の耐電力400Wのガス入り放電管=400Vの根拠になります。同様に耐電力1kWは900Vになることが分かり、SWRが悪化するとガス入り放電管の耐圧が高いものを使用しなくなる傾向なので、余裕(SWR=2.0)を見てワンランク上の1,200Vの放電管を用意します。

* アレスター(lightning arrester)=避雷器を同意語に扱うことがある。

写真5. ハイパワー(1,000W)素子に交換する場合に役立つ表(HUBER+SUHNERのGAS CHARGE TUBES(SELECTION)文献(1)

T型分配器で同軸避雷器を作る

手作り同軸避雷器の考案者(JF1GUQ)によると、ガス入り放電管を手に入ると工作は難しくないと言います。1kW仕様の同軸避雷器の部品は、T型分岐コネクターとM型コネクター、これにガス入り放電管を揃えて2か所のハンダ付けで完成。市販の同軸避雷器を分解するとガス入り放電管を取り出せます。素子は直径8mmで長さ6mm、チューブはセラミック製でケース部分はガラス製とセラミック製があり、放電開始電圧は230V(100W仕様)と350V(200W仕様)の2種類になります。

写真6. T型分岐コネクターを使った手作りの同軸避雷器とアレスター素子

写真7. M型コネクターの中に入れたアレスタ素子

ガス入り放電管の例

SANKOSHAのY08U・UZ形、U形アレスターのカタログを示します。各種通信線やアンテナ等の雷サージ対策に最適です。(http://www.sankosha.co.jp/product/product.html?id=243) これを見て入手方法を探りました。いくつかのメーカーにメールで問合せをしたところ、最初に(株)昭電第一営業部から返信がありました。

(http://www.sdn.co.jp/products/lightn/sosi/index.html)

■ガス入り放電管

N80-A350(150円)、N80-A600 (290円)、A80-A350 (400円)、EC-600(310円)

1個から購入できますが、代引き手数料が1,000円。また、販売代理店を経由しなければ購入できない商慣習になっていて経費が追加されます。

■入手したガス入り放電管

(http://www.okayaelec.co.jp/catalog/emc/p22_r28.pdf)

岡谷電機産業の高耐圧用(1kW仕様)R28-452-BKLを入手しました。1個の値段は90円ですが、最小100個からの注文になります。販売代理店(ミユキエレックス(株))電子部品事業部( 〒661-0026 尼崎市水堂町4-4-28)、TEL 06-6435-2001 FAX 06-6435-2012。

R28(2極管)シリーズの 高圧タイプR28-452-BKL 電気的特性

その他の入手方法としては、インターネットオークションを利用する方法もあります。気長に探していると、希望する規格のガス入り放電管が出品されることがありますので逃さず入手しておくと良いでしょう。放電管の両端にリード線が付いているタイプはリード線をカットして使います。常時在庫しているショップは秋葉原でも見つけられなかったので、数をまとめて仲間と一緒に購入する方法も考えられます。

写真8. 手作りの1kW仕様の同軸避雷器

まとめ

実際は送電線や付近の電柱に落ちた雷は配電線を経由して建物内部に流れ家電製品や無線機、コンピューターを壊すことがありますので、同軸避雷器の他にコンセントタイプのプロテクター(メディアサンダ―ガードNP-16Z/11BS 6,776円)などを併用して無線機等を誘導雷から守りたいと考えています。誘導雷から被害を防ぐためには、遠くで雷鳴が聞こえたら電源コードや同軸ケーブル等を抜くのが有効とされています。また、建物内のアース電位を全て同じにする(一点アース)「等電位化」による雷被害の防止は、やってみたい思うものの個人レベルでは施工が難しいと認識しています。最後に神頼みということで電気・電波・電子の神さま《鎮守 電電宮安全御守》^*をシャックに掲げて安全を祈願しています。

* 虚空蔵法輪寺(京都市西京区嵐山)

写真9. 電気・電波・電子の神さま《鎮守 電電宮安全御守》

文献(1):HUBER+SUHNERのGAS CHARGE TUBES(SELECTION)

(http://www.hubersuhnerinc.com/co-ca-us/mozilla/products/hs-p-rf/hs-rf-lightning-protectors/hs-p-rf-lp-kb/hs-p-rf-lp-kb-sel/hs-p-rf-lp-kb-sel-surge-2.htm)