雷電流分布推定システム
【課題】注入電流についての分流波形を簡易且つ精度良く検出し、落雷時における建造物の接地系統への雷電流分布を推定する。
【解決手段】雷電流分布推定システムは、建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入する電流注入器３０と、接地系統の他の地点に設置され、接地系統における分岐路を経由した注入電流の分流電流を非接触にて検出する電流検出器５０と、検出された分流電流から所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段６１〜７０と、ピーク値から所定の電流値に対する分流割合を算出すると共に、雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定するための演算部６９とを備えている。
【解決手段】雷電流分布推定システムは、建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入する電流注入器３０と、接地系統の他の地点に設置され、接地系統における分岐路を経由した注入電流の分流電流を非接触にて検出する電流検出器５０と、検出された分流電流から所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段６１〜７０と、ピーク値から所定の電流値に対する分流割合を算出すると共に、雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定するための演算部６９とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷時に、建造物の接地系統（例えば、接地線、接地構造体、あるいは導波管の外管部といった信号線の外部接地導体等）に侵入する雷電流の分布を推定する雷電流分布推定システムに係り、特に、建造物の接地系統の一地点から高周波微弱電流を注入し、他の各地点におけるその注入電流についての分流状態を測定し、この測定結果に基づいて、落雷時における建造物への雷電流分布の推定が可能な雷電流分布推定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
落雷から設備機器を保護するため、建造物には各種の雷対策が施されている。例えば、避雷針による対策（直撃雷に対する保護）では、避雷針により落雷を受け止め、専用の避雷ケーブルを介して大地に埋設された接地体に雷電流を放流している。又、落雷時には、信号線や電源線に誘起電圧が生じ、過大電流が建造物に侵入するおそれがあるため、誘導雷に対する保護として、建造物内にはサージ防護デバイス（以下「ＳＰＤ」という。）や耐雷トランスが配設されており、ＳＰＤにより、大地に埋設された接地体に過大電流を放流したり、耐雷トランスにより過大電流の侵入をブロックしている。
【０００３】
他方、建造物に設置される接地が必要な設備機器は、建造物内に布設されるアースバーや建造物の鉄骨等に接地ケーブルを接続する等して、設備機器の接地を確保している。
【０００４】
このように、建造物には接地系統が張り巡らされており、この接地系統にＳＰＤ等の防雷機器や各種の設備機器が接続されると共に、大地に埋設された接地体にその接地系統が接続されている。
【０００５】
なお、避雷針用の接地体は、建造物の接地体と別個に配設される場合もあれば、建造物の接地体を共用する場合もある。
【０００６】
ところで、上述したように、落雷時には誘起された雷電流（微小なものから、ＳＰＤが動作する程度の過大なものまで様々）が建造物の接地系統に流入する可能性があるので、接地系統の各地点における流入電流分布（割合）を把握し、接地系統の各地点に配設されている設備機器への影響の調査・分析が求められている。このような調査・分析が満足に行えるとなれば、ひいては、接地系統の見直し（接地線の引き回し変更等の構造的な見直しや、設備機器の配置変更等）を効果的に行えることとなり、建造物全体の耐雷性能の向上を図ることが可能となる。特に、近年は設備機器の集積（以下「ＩＣ」という。）化が進んでいるところ、ＩＣ機器は一般的に耐電圧や絶縁抵抗の特性が低いため、このような調査・分析は極めて重要であり、且つ意義がある。
【０００７】
従来、接地系統の一地点から雷電流が侵入した場合、接地系統の各地点における雷電流分流の電流分布（割合）を把握するための雷電流分布推定システムとして、例えば次の（１）、（２）のようなシステムが知られている。
【０００８】
（１） インパルス電圧を印加するシステム
このシステムは、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、建造物（例えば、建造物の屋上に設置されている避雷針）に対し、実際の雷を模擬した比較的高圧のインパルス電圧を印加するシステムである。インパルス発生器により模擬雷（高圧波形）を建造物に印加し、建造物の複数箇所（測定ポイント）に設置した各測定器（例えば、電圧測定用のプローブ）により、電圧変化量を測定する。この試験結果に基づき、実際の雷電流が流入した際の雷電流分布を推定するものである。
【０００９】
（２） 微弱電流を注入するシステム
このシステムは、基本的には大きく分けて、微弱電流を注入するための発生器と電流測定用の変流器（以下「ＣＴ」という。）とにより構成され、前記（１）のようなインパルス電圧を印加するシステムではなく、微弱電流を注入するシステムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４１１２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の前記（１）、（２）のシステムでは、以下のような課題があった。
【００１２】
（１） インパルス電圧を印加するシステムの課題
このシステムでは、次のような課題がある。
【００１３】
（１・１） 試験時に数ｋＶ以上の大きなインパルス電圧を建造物に印加するため、建造物内に設置されている設備機器への悪影響が懸念される。又、雷対策として建造物内にはＳＰＤが設置されているのが通例のところ、このような大きなインパルス電圧を印加した場合はＳＰＤが反応することとなる。試験において何度もインパルス電圧を印加した場合は、ＳＰＤが劣化あるいは損傷してしまう可能性もある。
【００１４】
（１・２） 印加する電圧が大きいため、感電等の試験中の安全対策に十分な配慮が必要である。
【００１５】
（１・３） 装置・準備が大掛かりなものとなる。
【００１６】
（１・４） 前記（１・３）の理由から実施コストが高い。
【００１７】
（１・５） 準備に多大な時間を要する。
【００１８】
（１・６） 一人で操作（測定）することは困難である。
【００１９】
（１・７） 測定結果から分流分布を判断するためには、高度な経験と熟練を要する。
【００２０】
（２） 微弱電流を注入するシステムの課題
建造物がおかれる環境は様々である。例えば、一般の住宅や商業ビル等は電気的ノイズが少ない環境下におかれることが多い。一方、変電所・発電所等の電力施設内に建設される局舎、各種産業の工場敷地内に建設される建物、あるいは鉄道路線の側近に建設される建物等は、必然的に電気的ノイズが大きい環境下におかれることになる。
【００２１】
このシステムは、微弱な電流を注入する方式であるところ、電気的ノイズが大きい環境下におかれる建造物では、満足に試験が行えない。即ち、測定器において注入電流の分流波形を測定したとしても、測定波形はノイズによる影響を大きく受けてしまうため、目的の測定波形を得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明のうちの請求項１に係る発明の雷電流分布推定システムは、建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入する電流注入器と、前記接地系統の他の地点に設置され、前記接地系統における前記分岐路を経由した前記注入電流の分流電流を非接触にて検出する電流検出器と、検出された前記分流電流から前記所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段と、前記ピーク値から前記所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する演算部とを備えている。そして、前記所定の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記電流注入器は、前記注入電流を前記一地点に注入するカレントインジェクションプローブにより構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記電流検出器は、前記分流電流を検出する変流器により構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記ピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段と、を有する第１系統のピーク値検出手段であることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記ピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部と、を有する第２系統のピーク値検出手段であることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記ピーク値検出手段は、第１系統のピーク値検出手段と、第２系統のピーク値検出手段とを備えている。
【００２８】
前記第１系統のピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段とを有している。更に、前記第２系統のピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部とを有することを特徴とする。
【００２９】
請求項７に係る発明は、請求項４又は６記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記フィルタ処理手段は、前記信号増幅部の出力信号に対してデジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタ処理部により構成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム前記所定の周波数は、略１０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲の周波数、前記所定の電流値は、交流の略１０ｍＡ〜５００ｍＡの範囲の電流値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の雷電流分布推定システムによれば、以下の（１）、（２）のような効果がある。
【００３２】
（１） 微弱電流を用いても分流波形を精度よく測定できる効果
（１・１） 接地系統の各地点（各測定ポイント）における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。即ち、測定の際に注入する電流が微弱である場合、当該微弱電流にノイズ（周波数や大きさ等の異なる種々のノイズ）が混入すると、通常は当該微弱電流の分流波形を測定することは極めて困難であるが、請求項１〜８に係る発明によれば、前記のようにシステムを構成したので、注入する電流が微弱であっても効果的にノイズを処理（除去）し、目的の分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。
【００３３】
特に、請求項６、７に係る発明のように、ピーク値検出手段を、デジタルフィルタ処理を行う第１系統のピーク値検出手段と、同期検波処理を行う第２系統ピーク値検出手段との両方により構成した場合には、両系統により検出すると共に、両系統の検出結果を比較することも可能となるため、更に精度良く接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を検出することができる。
【００３４】
（１・２） 前記のように効果的にノイズを処理できるので、変電所や発電所等の建造物（電気的ノイズが大きい環境下におかれる建造物）においても、微弱電流を用いて何ら不都合なく測定を行うことができる。
【００３５】
（１・３） 従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、測定の際に大きな電圧を印加するので、建造物内への影響（例えば、建造物内の設備機器やＳＰＤの損傷又は停電等）が懸念される。これに対し、本発明によれば、測定の際、微弱電流を用いるため、建造物内の設備機器へ与える影響を少なくすることができると共に、感電等の危険性が少ないため、作業者が安全に作業することができる。従って、本発明によれば、従来の懸念を解決でき、運用中（稼働中）の建造物に対して何ら問題なく測定を行うことができる。
【００３６】
（１・４） 非接触の測定方式であるため、線の取り外し等を行う必要がなく、効率的に測定を行える。更に、操作性が簡便であり、１人で測定することも可能である。よって、従来のようなインパルス電圧を印加するシステムに比べ、準備等にかかる費用と時間を大幅に節約できる。
【００３７】
（１・５） 測定対象の建造物が高層ビル等の場合、建造物の容積が大きいため（階層が多層で、各階層の面積も大きいため）、分流波形を測定したい地点が、場合によっては数十カ所に及ぶこともある。従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、多箇所の同時測定は実質不可能である。これに対し、本発明によれば、注入電流を単発的な雷インパルス波形ではなく連続的な交流（以下「ＡＣ」という。）波形にしているので、長時間にわたる連続的な測定が可能であると共に、多箇所の同時測定が可能となる。
【００３８】
（１・６） 前記のように接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができると共に、多箇所の同時測定も可能であるため、接地系統の各地点における分流（分布）の割合（対注入電流比）の算出も、精度良く可能となる。
【００３９】
（２） 雷電流の分流波形について精度良く推定できる効果
請求項１に係る発明によれば、注入する高周波微弱電流の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数としたので、流入電流が高周波微弱電流の場合における接地系統の各地点における分流割合と、流入電流が雷電流の場合の分流割合とを、同等であると推定できる。そのため、分流割合を本発明の高周波微弱電流にて測定することにより、雷電流が侵入した場合の分流割合を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明の実施例１における雷電流分布推定システムを示す概略の構成図である。
【図２】図２は図１中の電流注入器３０を示す概略の構成図である。
【図３】図３は図１中の電流検出器５０を示す概略の構成図である。
【図４】図４は図１中の同期検波部６６の構成を示す概略の回路図である。
【図５】図５は図１中の表示部７１の構成例を示す概略の図である。
【図６】図６は変電所における無線鉄塔の局舎を例にした電流注入ポイント及び電流検出ポイントを示す模式図である。
【図７−１】図７−１は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図７−２】図７−２は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図７−３】図７−３は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図７−４】図７−４は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図８】図８は図４の同期検波部６６における入出力波形を示す図である。
【図９−１】図９−１は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ１における信号波形図である。
【図９−２】図９−２は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ２における信号波形を示す図である。
【図９−３】図９−３は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ３における信号波形を示す図である。
【図９−４】図９−４は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ４における信号波形を示す図である。
【図９−５】図９−５は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ５における信号波形を示す図である。
【図９−６】図９−６は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ６における信号波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００４２】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における雷電流分布推定システムを示す概略の構成図である。
【００４３】
この雷電流分布推定システムは、高周波微弱電流からなる注入電流を接地系統における一地点から注入する電流注入装置１０と、接地系統の他の地点（電流検出ポイント）における分流電流の分布（分流の割合）を測定する計測装置４０とを備えている。
【００４４】
電流注入装置１０は、注入電流を発生する信号発生装置２０と、この出力側に接続された電流注入器３０とを備えている。電流注入器３０は、信号発生装置２０で発生された注入電流に基づき、建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入するものである。
【００４５】
注入対象箇所として接地系統の一地点に注入する電流特性としては、設置されている設備機器に対し、悪影響（誤動作等）を及ぼさないよう、注入電流は小さい値であることが望ましい。しかし、一方で、計測装置４０側の電流検出器で読み取ることになる分流電流があまりにも小さい値であると読み取り不可能である。そのため、注入電流は、前記両条件を満足するよう、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流としている。所定の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であり、例えば、略１０〜１５０ｋＨｚの範囲の周波数であり、好ましくは１００ｋＨｚ程度が望ましい。更に、所定の電流値は、ＡＣの略１０〜５００ｍＡの範囲の電流値であることが望ましい。
【００４６】
電流注入器３０に対して注入電流を与えるための信号発生装置２０は、例えば、所定周波数で発振する水晶発振器等の信号発生部２１と、この信号発生部２１の出力側に接続された信号増幅部２２と、条件設定部２３と、これらの信号発生部２１、信号増幅部２２及び条件設定部２３を制御するための制御部２４とを有している。
【００４７】
信号増幅部２２は、信号発生部２１の出力信号を所定の増幅率で増幅して電流注入器３０へ供給する回路である。これらの信号発生部２１及び信号増幅部２２により、注入電流が結果的にＡＣ１０〜５００ｍＡ程度となるよう調整を行う構成になっている。例えば、信号発生部２１から出力する信号波形を以下のようにすると共に、信号増幅部２２の増幅率を以下のようにしている。そうすることで、ＡＣ１０〜５００ｍＡ程度の電流が注入対象箇所に注入されることとなる。
電圧；ＡＣ１Ｖ、増幅率；１０倍、周波数；１００ｋＨｚ
【００４８】
条件設定部２３は、信号発生部２１の出力電圧や周波数を設定するために種々の値の入力が可能で、更に、信号増幅部２２の増幅率を設定するために種々の値の入力が可能になっており、設定用ボタン等により構成されている。制御部２４は、制御信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂ，Ｓ２４ｃにより信号発生部２１、信号増幅部２２及び条件設定部２３をそれぞれ制御し、条件設定部２３に入力された各値を読み取り、信号発生部２１に対して出力電圧や周波数をセットし、信号増幅部２２に対して増幅率をセットする機能を有し、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）等により構成されている。
【００４９】
なお、注入対象箇所に注入される電流の値は、諸条件（例えば、接地系統の特性、電流注入器３０の特性等）により変化するものであって、一様に定まるものではない。そのため、結果的に注入電流の値がＡＣ１０〜５００ｍＡ程度になるよう、信号発生部２１及び信号増幅部２２で原電圧波形及び増幅率を設定している。それぞれの設定は、条件設定部２３及び制御部２４で行う。
【００５０】
電流注入器３０は、信号増幅部２２からの出力電圧を受けて、非接触で接地系統の一地点に電流を注入するものであり、本実施例１では、例えば、カレントインジェクションプローブを用いている。
【００５１】
計測装置４０は、電流検出ポイントに設置されて非接触にて分流電流を検出する電流検出器５０と、その検出された分流電流を解析してピーク値及び分流割合等を求める解析装置６０とを備えている。
【００５２】
電流検出器５０は、例えば、ＣＴにより構成され、この出力側に、解析装置６０が接続されている。
【００５３】
解析装置６０は、電流検出器５０で検出された分流電流から所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段と、そのピーク値から所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する演算部６９等とを備えている。
【００５４】
前記ピーク値検出手段は、原波形に対してフィルタ処理（例えば、デジタルフィルタ処理）を行う第１系統のピーク値検出手段と、原波形及び参照波形を入力して同期検波処理を行う第２系統のピーク値検出手段とを有している。
【００５５】
第１系統のピーク値検出手段は、少なくとも、電流検出器５０の出力側に接続された第１フィルタ６１、信号増幅部６２、及びフィルタ処理手段（例えば、デジタルフィルタ処理部７０）により構成されている。この第１系統のピーク値検出手段には、検出精度を向上させるための第２フィルタ６３や、デジタル処理を行うためのアナログ／デジタル変換部（以下「Ａ／Ｄ変換部」という。）６４等を設けることが望ましい。
【００５６】
第２系統のピーク値検出手段は、少なくとも、第１フィルタ６１、信号増幅部６２、信号発生部６５、及び同期検波部６６により構成されている。この第２系統のピーク値検出手段には、検出精度を向上させるための第２フィルタ６３及び第３フィルタ６７や、デジタル処理を行うためのアナログ／デジタル変換部（以下「Ａ／Ｄ変換部」という。）６４等を設けることが望ましい。
【００５７】
第１系統のピーク値検出手段において、第１フィルタ６１は、電流検出器５０で検出された分流電流から、所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断するものであり、例えば、ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）により構成されている。分流波形は、接地系統をたどってきたものであり、ノイズが含まれているため（特に、変電所等の建造物における分流波形は大きなノイズが含まれている場合が多いため）、第１フィルタ６１を構成するＬＰＦにより、一定の周波数帯の信号成分を遮断（カット）する。例えば、注入電流が１００ｋＨｚである場合は、抽出したい分流波形の周波数も１００ｋＨｚなので、５００ｋＨｚ以上の周波数成分をカットする。この第１フィルタ６１の出力側には、信号増幅部６２が接続されている。
【００５８】
信号増幅部６２は、注入電流が微弱な電流（例えば、ＡＣ１０〜５００ｍＡ程度）であってその注入電流の分流である分流電流が更に微弱なものとなるため、第１フィルタ６１の出力信号を所定の増幅率で増幅するものである。電流注入装置１０側の信号増幅部２２と同様に、信号増幅部６２の増幅率は可変である。この信号増幅部６２の出力側には、第２フィルタ６３が接続されている。第２フィルタ６３は、信号増幅部６２で増幅した信号に対して、念のためフィルタリングするためのものであり、第１フィルタ６１と同様に、例えば５００ｋＨｚ以上の周波数成分をカットして、このアナログ出力信号Ｓ６３をＡ／Ｄ変換部６４の第１チャネルＣｈ１へ与える構成になっている。
【００５９】
第２系統のピーク値検出手段において、信号発生部６５は、所定の周波数を有するパルス信号からなる参照信号Ｓ６５を発生するものであり、水晶発振器等で構成されている。この信号発生部６５の出力側には、同期検波部６６が接続されている。同期検波部６６は、参照信号Ｓ６５に同期して、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３からその参照信号Ｓ６５と等しい周波数成分を検波して所定の周波数の電流成分を出力する回路であり、この出力側に、第３フィルタ６７が接続されている。第３フィルタ６７は、同期検波部６６から出力される同期検波波形の出力信号Ｓ６６を念のためにフィルタ処理し、このアナログ出力信号Ｓ６７をＡ／Ｄ変換部６４の第２チャネルＣｈ２へ与える構成になっている。
【００６０】
Ａ／Ｄ変換部６４は、第１チャネルＣｈ１から入力された第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３をデジタル信号に変換すると共に、第２チャネルＣｈ２から入力された第３フィルタ６７のアナログ出力信号をデジタル信号に変換し、これらのデジタル信号を演算部６９へ与える機能を有している。
【００６１】
演算部６９は、Ａ／Ｄ変換部６４の出力信号、及びデジタルフィルタ処理部７０の出力信号等を入力し、検出された分流電流のピーク値から所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する機能の他に、信号増幅部６２、信号発生部６５、条件設定部６８、及びデータ出力手段（例えば、表示部７１）を制御するための制御信号Ｓ６９ａ，Ｓ６９ｂ，Ｓ６９ｃ，Ｓ６９ｄ等を出力する機能も有しており、ＣＰＵ等で構成されている。
【００６２】
条件設定部６８は、信号発生部６５の電圧や周波数を設定するための種々の値が入力可能であると共に、信号増幅部６２の増幅率を設定するための種々の値が入力可能であり、且つ、表示部７１の表示内容（例えば、リアルタイム表示、１秒更新表示、５秒更新表示等）の設定を行うものであり、設定用ボタン等により構成されている。条件設定部６８で設定された条件は、演算部６９により把握され、この演算部６９から出力される制御信号Ｓ６９ａ，Ｓ６９ｂ，Ｓ６９ｃ，Ｓ６９ｄにより、信号増幅部６２、信号発生部６５、条件設定部６８、及び表示部７１が所定の動作を行う構成になっている。
【００６３】
デジタルフィルタ処理部７０は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３をＡ／Ｄ変換部６４及び演算部６９を介して入力し、目的の周波数帯の信号（例えば、１００ｋＨｚ帯の分流波形）を抽出してこの抽出結果を演算部６９へ与える機能を有している。このデジタルフィルタ処理部７０は、数学的なアルゴリズムを用いて高速演算（例えば、高速フーリエ変換やＺ変換）することにより、目的の周波数帯の信号成分を抽出するものであり、アナログフィルタ処理に比べて信号対雑音比（ＳＮ比）が高く、目的の周波数帯以外の周波数帯の信号をほとんどカットできるメリットがある。
【００６４】
前記演算部６９は、具体的には次の（ｉ）〜（ｉｖ）のような機能を有している。
（ｉ） 演算部６９は、デジタルフィルタ処理部７０の出力信号が入力されると、デジタルフィルタ処理部７０で抽出された目的の周波数帯の波形を把握し、ピーク値についても把握する。これにより、第１系統による波形測定が完了する。一方、演算部６９は、Ａ／Ｄ変換部６４における第２チャネルＣｈ２の出力信号が入力されると、Ａ／Ｄ変換部６４でＡ／Ｄ変換された同期検波波形を把握し、同期検波波形のピーク値についても把握する。なお、同期検波部６６の回路特性上、同期検波後の波形の周波数は変形される場合もあるが、同期検波後の波形のピーク値は、目的の周波数帯の波形のピーク値と等しい値となる。そのため、同期検波後の波形のピーク値を、目的の周波数帯の波形のピーク値と見做すことができる。これにより、第２系統による波形測定が完了する。そして、演算部６９は、第１系統で測定された分流波形のピーク値及び／又は第２系統で測定された分流波形のピーク値を表示するよう表示部７１へ命令する。
【００６５】
（ｉｉ） 上述したように、演算部６９は、目的の周波数帯の波形のピーク値を把握する一方、条件設定によって注入電流値についても把握しているので、これらの値を基に、分流比についても算出し、この算出結果を表示するよう表示部７１へ命令する。
【００６６】
（ｉｉｉ） 演算部６９は、流入電流が雷電流であった場合の分流比について推定する。この推定の原理は、本実施例１において、注入する高周波微弱電流の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であるので、流入電流が高周波微弱電流の場合における接地系統の各地点における分流割合と、流入電流が雷電流の場合の分流割合とを、同等と推定できる、ことに基づくものである。又、予め条件設定により、演算部６９に対して一般的な雷電流の電流値を記憶させておけば（例えば、直撃雷時の雷電流値を数種類、誘導雷時の雷電流値を数種類記憶させておけば）、これらの一般的な雷電流値と、先程推定した分流比とに基づき、接地系統の各地点における雷電流の分流電流のピーク値を推定することもできる。そして、演算部６９は、この推定結果を表示するよう表示部７１に命令する。
【００６７】
（ｉｖ） 演算部６９は、測定又は推定した分流波形のピーク値又は分流比が所定のレベル以上の場合には、表示部７１へ警報表示する旨の命令を出力することも可能である。
【００６８】
表示部７１は、液晶、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）、ブザー部品等により構成されており、演算部６９からの命令を受けて、第１系統で測定された分流波形のピーク値、第２系統で測定された分流波形のピーク値、分流比、雷電流分流比（推定）、雷電流の分流電流のピーク値（推定）等を表示する。又、演算部６９から警報表示する旨の命令を受けた場合には、ＬＥＤを点灯させたり、あるいはブザー部品から警報音を発するようにする。なお、表示部７１には、分流波形そのものを表示させるような機能をもたせても良い。
【００６９】
図２は、図１中の電流注入器３０を示す概略の構成図である。
図２の電流注入器３０は、接地系統の一地点（例えば、導波管８１）から非接触にて注入電流を注入するものであり、例えば、カレントインジェクションプローブにより構成されている。カレントインジェクションプローブは、導波管８１の外側から着脱可能な２分割構造をしており、ドーナツ状のトロイダルコア３１に導線３２を巻き付けたものである。ＡＣの注入電流を導線３２に入力すると、トロイダルコア３１を貫通する導波管８１に起電力が誘導され、注入電流に対応した電流が導波管８１に注入される構造になっている。
【００７０】
本実施例１では、カレントインジェクションプローブのように非接触で注入電流を注入できる測定器具を採用したため、線の取り外しや結線等の作業を必要とせず、対象箇所に容易に効率的に測定器具をセットすることが可能になる。
【００７１】
図３は、図１中の電流検出器５０を示す概略の構成図である。
電流検出器５０は、接地系統の他の地点（例えば、接地線８３）における分流電流を非接触で検出するものであり、２分割型のＣＴで構成され、ドーナツ状のトロイダルコア５１に導線５２を巻き付けたものである。トロイダルコア５１を貫通する接地線８３に分流電流が流れると、起電力が誘導され、その分流電流に対応した電流が導線５２から出力される構造になっている。
【００７２】
本実施例１では、ＣＴのように非接触で分流電流を抽出できる測定器具を採用したため、電流注入器３０と同様に、線の取り外しや結線等の作業を必要とせず、対象箇所に容易に効率的に測定器具をセットすることが可能になる。
【００７３】
図４は、図１中の同期検波部６６の構成を示す概略の回路図である。
同期検波部６６は、例えば、掛け算手段６６ａ及びＬＰＦ６６ｂより構成されている。第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３と参照信号Ｓ６５とが掛け算手段６６ａにより乗算され、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３に含まれる各種の信号の内、参照信号Ｓ６５の周波数と等しい成分が検出され、ＬＰＦ６６ｂを通過する。これにより、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３から参照信号Ｓ６５と等しい周波数成分が検出され、この出力信号Ｓ６６が第３フィルタ６７へ出力される。
【００７４】
なお、上述した通り、同期検波部６６の回路特性上、同期検波後の波形の周波数は変形される場合もあるが、同期検波後の波形のピーク値は、目的の周波数帯の波形のピーク値と等しい値となる。
【００７５】
図５は、図１中の表示部７１の構成例を示す概略の図である。
この表示部７１では、抽出された分流波形のピーク値（数字）だけを表示する簡易型の構造のものが示されている。表示内容の更新は、例えば、１秒毎に更新する等、自由に設定可能である。
【００７６】
（実施例１の動作）
例えば、変電所等における無線設備の雷害被害が発生しており、接地の最適化が課題となっている。特に、無線鉄塔への落雷に伴い、無線鉄塔に近接する局舎内の設備への被害が多い。そのため、変電所における無線鉄塔に近接する局舎の最適な接地を行うために、本実施例１の雷電流分布推定システムを用いた場合の動作について、測定波形を図示しつつ具体的に説明すると、以下の通りである。
【００７７】
図６は、変電所における無線鉄塔の局舎を例にした電流注入ポイント及び電流検出ポイントを示す模式図である。
【００７８】
無線鉄塔７５の近傍には局舎９０が設置されており、無線鉄塔７５と局舎９０との間には、通信線路８０が布設されている。ここで、通信線路８０は例えば導波管８１であり、局舎９０の１階の引き込み口８２より局舎９０の内部に引き込まれている。導波管８１は、送信機から送信アンテナへ、受信アンテナから受信機へ、マイクロ波、ミリ波帯の高周波電力を伝送するための伝送損失の小さな線路であり、この導波管８１の外管部は、外部接地導体の役割も有している。一方、局舎９０内には接地系統（接地線８３、複数の接地線８３を集合接続するための集合板８４−１等、鉄骨等の接地構造体、信号線の外部接地導体等より形成される系統）が存在し、導波管８１の外管部は前記接地系統と電気的に接続されている。
【００７９】
局舎９０の１階及び２階の内、１階には、設備機器として複数の集合板８４−１，８４−２、配線盤８５、変電設備８６等が設置され、更に、２階には、設備機器として複数の集合板８４−３、観測装置８７、制御装置８８等が設置されている。１階の引き込み口８２付近では、導波管８１の外管部と接地線８３ａとが接続されており、接地線８３ａは集合板８４−１に接続されている。又、１階に設けられた接地線８３及び集合板８４−１，８４−２により形成された複数の分岐路を介して、複数の配線盤８５及び変電設備８６等が電気的に接続されている。同様に、２階に設けられた接地線８３及び集合板８４−３により形成された複数の分岐路を介して、複数の観測装置８７及び制御装置８８等が電気的に接続され、これらが１階の集合板８４−２を介して、大地に埋設された接地体８９に接続されている。
【００８０】
ここで、図６のように、導波管８１における１地点（電流注入ポイントＰ０の地点）から雷電流が流入し、局舎９０の引き込み口８２から内部の接地系統の分岐路を介して矢印方向へ分流電流が流れると仮定し、この場合の（Ｉ）電流注入ポイントＰ０における波形、（ＩＩ）電流検出ポイントＰ１における波形、及び、（ＩＩＩ）電流検出ポイントＰ２〜Ｐ６における波形について説明する。
【００８１】
（Ｉ） 電流注入ポイントＰ０における波形
図７−１〜図７−４は、図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【００８２】
導波管８１における電流注入ポイントＰ０に、図２に示す電流注入器３０を装着すると共に、局舎９０内に設置された各設備機器の近傍の接地線８３の各電流検出ポイントＰ１〜Ｐ６に、図３に示す電流検出器５０を装着する。
【００８３】
電流注入ポイントＰ０において、図１の電流注入装置１０の図示しない電源スイッチをオン状態にすると、条件設定部２３で設定された電圧、周波数、及び増幅率を読み取った制御部２４の制御信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂ，Ｓ２４ｃにより、信号発生部２１の電圧（例えば、ＡＣ１Ｖ）や周波数（例えば、１００ｋＨｚ）がセットされると共に、信号増幅部２２の増幅率（例えば、１０倍）がセットされる。
【００８４】
すると、信号発生部２１が発振して電圧ＡＣ１Ｖ、周波数１００ｋＨｚの発振信号が出力され、これが信号増幅部２２において増幅率１０倍で増幅される。そのため、電流注入器３０により、ＡＣ１０〜５００ｍＡの注入電流が電流注入ポイントＰ０に注入される。
【００８５】
図７−１の上側の注入波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２００ｍＶであり、信号発生部２１から出力される電圧波形Ｖ２１（ＡＣ１Ｖ、１００ｋＨｚ）を示している。
【００８６】
図７−１の下側の注入波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２０ｍＡであり、電流注入ポイントＰ０付近（引き込み口８２側）における電流波形Ｉ８２を示している。この電流波形Ｉ８２は、接地系統（導波管８１の外管部）に注入された電流波形であり、参考として電流検出器５０で読み取ったものを示したものである。電流波形Ｉ８２は接地系統を辿った電流波形であるため、ノイズ成分が含まれているが、ＡＣ１００ｍＡ、１００ｋＨｚの波形であることが概ね把握でき、従って予定された注入電流波形が接地系統に注入されたことが把握できる。この電流波形Ｉ８２が、接地系統（接地線８３等）の各所に分流することとなる。
【００８７】
ここで、本実施例１が上述したような周波数の注入電流波形を採用した背景・理由について説明すると、次の（ａ）〜（ｄ）の通りである。
【００８８】
（ａ） 注入電流波形を雷インパルス波形と同様の波形にすることも考えられるが、雷インパルス波形や方形波等の単一でない波形（複数の種類の周波数成分により形成される波形）にした場合、この分流波形（電流検出器側で抽出する目的の波形）を検出することは容易でないという問題がある。つまり、複数の種類の周波数成分により形成されている雷インパルスのような波形を抽出することは、信号処理（ノイズ除去等）が複雑となるため困難である。そのため、注入電流波形は、単一波であるＡＣ波形を採用できるのであれば都合が良い。
【００８９】
（ｂ） 同期検波部６６は、同期処理の特性上、特に単一波のＡＣ波形については極めて精度良く抽出することができる一方、雷インパルスのような波形（複数の種類の周波数成分により形成される波形）を抽出することは困難である。そのため、注入電流波形は、単一波であるＡＣ波形を採用できるのであれば都合が良い。
【００９０】
（ｃ） 接地改修工事についてであるが、接地改修工事着手前、接地改修工事中、接地改修工事後の一連の工事時間帯において、リアルタイム（連続的）に測定及び推定が可能であれば、例えば第１回目の接地線の引き回し変更後に測定及び推定し、第１回目の接地線引き回し変更の効果が十分でない場合は、その後直ぐに第２回目の同様の作業を行うといったように、接地改修工事を効率的に行うことができ、接地系統の最適化を短時間で行うことができる。このように、リアルタイム（連続的）に測定できるようにするためには、注入電流は、雷インパルス波形のような単発的な波形ではなく、ＡＣ波形のような連続的な波形であることが望まれる。そのため、注入電流波形は、連続的な波形であるＡＣ波形を採用できるのであれば都合が良い。
【００９１】
（ｄ） 前記（ａ）〜（ｃ）の通りであるから、単純に注入電流波形をＡＣ波形とすれば良さそうであるが、当然のことながらＡＣ波形は雷インパルス波形と異なるので、注入電流をＡＣ波形にした場合、はたして雷電流分布の推定を精度良く行えるのかという疑問が生じる。つまり次の通りである。ＡＣは、周波数が高ければ線路を伝搬する際にインダクタンスが高くなり、周波数が低ければインダクタンスが低くなる特性を有する。そのため、接地系統にインダクタンスの相違するＡＣ波形を注入した場合、その相違により分流様相（各地点における分流比や減衰量等）が相違してしまう可能性が多分にある。そうすると、雷電流分布の推定精度に多大な影響を及ぼすという懸案が生じる。そこで、本発明者は、雷インパルス波形の分流様相と同等の分流様相を示すＡＣ波の周波数について試験・研究した結果、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数」とすることが最適であることを突き止めた。
【００９２】
以上の背景・理由により、本実施例１の注入電流波形（換言すれば高周波微弱電流）が決定されたものである。前記の波形の近似について図示すると、図７−２〜図７−４の通りである。
【００９３】
本願の雷インパルス電流波形とは、社団法人電気学会内の電気規格調査会（略称ＪＥＣ：Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）の標準規格である「ＪＥＣ−０２０２−１９９４ インパルス電圧・電流試験一般」で定義された波形のことである。雷インパルス電流波形には直撃雷の波形や誘導雷の波形があり、その一般的な波形は、２／７０μＳ、８／２０μＳ、１０／３５０μＳのように表される。
【００９４】
図７−２は、最高値に達するまでの時間（立ち上がり時間）が早い雷インパルス電流波形とこれに近似する注入電流波形を示す図である。横軸の１目盛は、１０μＳである。
【００９５】
図７−２において、上側の波形は雷インパルス電流波形であり、最高値に達する時間が２μＳで、最高値の５０％にまで減少する時間が７０μＳである。
【００９６】
ここで、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形（本図では２μＳの部分波形）に近似する波形とすることにより算出される周波数」として算出すると、周波数は略１２５ｋＨｚとなり、このＡＣ電流波形は図７−２の下側の通りとなる。このようにして、立ち上がり時間が早い雷インパルス電流波形に対応する、ＡＣの注入電流波形を算出したものである。
【００９７】
図７−３は、最高値に達するまでの時間（立ち上がり時間）が比較的遅い雷インパルス電流波形とこれに近似する注入電流波形を示す図である。横軸の１目盛は、５μＳである。
【００９８】
図７−３において、上側の波形は雷インパルス電流波形であり、最高値に達する時間が８μＳで、最高値の５０％にまで減少する時間が２０μＳである。ここで、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形（本図では８μＳの部分波形）に近似する波形とすることにより算出される周波数」として算出すると、周波数は略３１．２５ｋＨｚとなり、このＡＣ電流波形は図７−３の下側の通りとなる。このようにして、立ち上がり時間が比較的遅い雷インパルス電流波形に対応する、ＡＣの注入電流波形を算出したものである。
【００９９】
図７−４は、最高値に達するまでの時間（立ち上がり時間）が遅い雷インパルス電流波形とこれに近似する注入電流波形を示す図である。横軸の１目盛は、５０μＳである。
【０１００】
図７−４において、上側の波形は雷インパルス電流波形であり、最高値に達する時間が１０μＳで、最高値の５０％にまで減少する時間が３５０μＳである。ここで、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形（本図では１０μＳの部分波形）に近似する波形とすることにより算出される周波数」として算出すると、周波数は略２５ｋＨｚとなり、このＡＣ電流波形は図７−４の下側の通りとなる。このようにして、立ち上がり時間が遅い雷インパルス電流波形に対応する、ＡＣの注入電流波形を算出したものである。
【０１０１】
これらの図７−２〜図７−４から分かるように、注入電流の周波数は、雷インパルス電流波形の立ち上がり時間に基づいて算出され、一般的な雷インパルス電流波形は上述した通りであるから、注入電流の周波数は１０〜１５０ｋＨｚであることが望ましいこととなる。そこで、本実施例１においては、図７−１に示すように、信号発生部２１から出力されるＡＣ電圧波形Ｖ２１の周波数を１００ｋＨｚとし、電流注入ポイントＰ０に注入される注入電流のＡＣ波形の周波数が１００ｋＨｚとなるようにしたものである。
【０１０２】
（ＩＩ） 電流検出ポイントＰ１における波形
図８は、図４の同期検波部６６における入出力波形を示す図である。
【０１０３】
図９−１（ａ）、（ｂ）は、試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ１における信号波形図である。
【０１０４】
図９−１（ａ）の上側の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２０ｍＡであり、電流検出ポイントＰ１における電流波形Ｉ５０を示している。この電流波形Ｉ５０は、参考として電流検出器５０で読み取ったものを示した所謂生波形である。電流波形Ｉ５０は接地系統を辿ってきた電流波形であるため、ノイズ成分が含まれているが、ピーク値はＡＣ９５ｍＡ程度で、周波数は１００ｋＨｚであることが概ね把握できる。これより、電流波形Ｉ５０は、注入電流波形（電流波形Ｉ８２）の分流波形であると共に、分流比は９５％（＝ＡＣ９５ｍＡ／ＡＣ１００ｍＡ×１００）であることが概ね把握できる。この電流波形Ｉ５０が、解析装置６０に入力され、デジタルフィルタ処理部７０や同期検波部６６にて信号処理されることとなる。なお、このように参考として生波形の電流波形Ｉ５０を把握した理由は、解析装置６０にて処理した後の波形と照らし合わし精度を確認するためである。そのため、実際にはこのような生波形を表示部７１に表示する必要はない。
【０１０５】
図９−１（ａ）の下側の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２０ｍＡであり、デジタルフィルタ処理部７０で処理されたデジタルフィルタ処理後の電流波形Ｉ７０を示している。電流波形Ｉ７０はノイズ成分が無いＡＣ波形（単一波）であり、ピーク値はＡＣ９５ｍＡで、周波数は１００ｋＨｚであることが確認できる。即ち、ノイズ成分が含まれた分流電流である電流波形Ｉ５０について、ノイズを効率的且つ確実にカットし、目的の分流電流（注入電流波形Ｉ８２の分流電流）を精度良く抽出できたことが分かる。
【０１０６】
従って、電流検出ポイントＰ１における分流波形のピーク値は９５ｍＡであり、分流比は９５％であると算出される。そして、仮に同様に雷電流が侵入した場合、雷電流の分流比も９５％であると推定される（理由は上述した通り）。なお、想定される侵入する雷電流値（ピーク値）を予め設定しておけば、前記推定された雷電流の分流比に基づき、侵入する雷電流の分流値（ピーク値）も推定できることとなる。例えば、一般的な事例に基づき、侵入する雷電流値（ピーク値）を３０ｋＡと仮定し、この数値を予め設定しておけば、ポイントＰ１における雷電流の分流値（ピーク値）は２８．５ｋＡであることが推定されることとなる。もっとも、このような過大な電流が実際に接地系統に流れると、設備機器が損傷する可能性が極めて高いため、実際には局舎内の適切な場所にＳＰＤを設けるのが通例である。
【０１０７】
図９−１（ｂ）の上段の波形図は、縦軸のスケールの関係により外観は相違するが、上述した電流検出ポイントＰ１における電流波形Ｉ５０であるので、当該波形の説明は省略する。
【０１０８】
図９−１（ａ）の中段の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が５Ｖであり、同期検波部６６に入力される参照信号Ｓ６５を示している。周波数が１００ｋＨｚの信号を抽出したいため、参照信号Ｓ６５は１００ｋＨｚで周期を繰り返すパルス波を採用している。なお、ピーク値は５Ｖの電圧波形である。
【０１０９】
図９−１（ａ）の下段の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が４０ｍＡであり、同期検波部６６で処理された後、更に第３フィルタで処理された後の電流波形Ｉ６７を示している。電流波形Ｉ６７はノイズ成分が無いＡＣ波形（単一波）であり、ピーク値はＡＣ９５ｍＡであることが確認できる。即ち、ノイズ成分が含まれた分流電流である電流波形Ｉ５０について、ノイズを効率的且つ確実にカットし、目的の分流電流（注入電流波形Ｉ８２の分流電流）のピーク値を精度良く抽出できたことが分かる。なお、上述した通り、同期検波によれば、信号処理の特性上、同期検波後の波形の周波数は、必ずしも目的の波形の周波数に一致するものではないが、目的の波形のピーク値については精度良く算出するものであり、この点については同図のＩ６７の波形が示す通りである。
【０１１０】
従って、電流検出ポイントＰ１における分流波形のピーク値は９５ｍＡであり、分流比は９５％であると算出される。そして、仮に同様に雷電流が侵入した場合、雷電流の分流比も９５％であると推定される（理由は上述した通り）。なお、想定される侵入する雷電流値（ピーク値）を予め設定しておけば、前記推定された雷電流の分流比に基づき、侵入する雷電流の分流値（ピーク値）も推定できることとなる。例えば、一般的な事例に基づき、侵入する雷電流値（ピーク値）を３０ｋＡと仮定し、この数値を予め設定しておけば、ポイントＰ１における雷電流の分流値（ピーク値）は２８．５ｋＡであることが推定されることとなる。もっとも、このような過大な電流が実際に接地系統に流れると、設備機器が損傷する可能性が極めて高いため、実際には局舎内の適切な場所にＳＰＤを設けるのが通例である。
【０１１１】
次に、解析装置６０における信号処理動作を含めて更に説明すると、以下の通りである。
図６の電流検出ポイントＰ１に装着された図３の電流検出器５０では、電流検出ポイントＰ１に流れる分流電流を検出する。この検出された分流電流の電流波形Ｉ５０は、図９−１（ａ）、（ｂ）に示すように、接地系統をたどってきてノイズが含まれているため、第１フィルタ６１により、一定の周波数帯の信号成分がカットされる。注入電流が１００ｋＨｚである場合は、抽出したい分流波形の周波数１００ｋＨｚよりも大きな例えば５００ｋＨｚ以上の周波数成分がカットされる。
【０１１２】
注入電流は微弱電流（本実施例１ではＡＣ１００ｍＡ）であり、この注入電流から分流される分流電流は更に微弱なものとなる。そのため、第１フィルタ６１の出力信号は、条件設定部６８及び演算部６９で設定された増幅率に基づき、信号増幅部６２で増幅される。増幅された信号は、念のため、第２フィルタ６３によりフィルタリングされる。第２フィルタ６３では、第１フィルタ６１と同様に、例えば、５００ｋＨｚ以上の周波数成分がカットされ、このアナログ出力信号Ｓ６３が、デジタルフィルタ処理部７０側の第１系統と同期検波部６６側の第２系統とに分岐される。
【０１１３】
第１系統側において、Ａ／Ｄ変換部６４は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３を第１チャネルＣｈ１に入力してデジタル信号に変換し、演算部６９を介してデジタルフィルタ処理部７０へ送る。デジタルフィルタ処理部７０は、演算部６９により制御され、変換されたデジタル信号に対してデジタルフィルタ処理を行い、図９−１（ａ）に示すような目的の周波数帯の電流波形Ｉ７０（即ち、１００ｋＨｚ帯の分流波形）を抽出し、その分流波形（ピーク値を含む。）を把握し、演算部６９に伝える。
【０１１４】
演算部６９は、デジタルフィルタ処理部７０で抽出された電流波形Ｉ７０を把握するため、電流波形Ｉ５０のピーク値が９５ｍＡであることを認識する。演算部６９は、このように分流波形のピーク値を認識するので、分流波形の分流比について９５％と算出すると共に、この算出結果に基づき、分流電流が雷電流であった場合の分流比についても９５％であると推定する。更に、演算部６９は、分流電流が雷電流であった場合の分流比を９５％と推定するので、分流電流が雷電流であった場合の雷電流値（ピーク値）についても推定する。そして、演算部６９は、条件設定部６８から出力された信号に応じ、これらの値を表示部７１に表示するよう命令する。
【０１１５】
表示部７１は、演算部６９からの表示命令を受け、「分流波形（電流波形Ｉ７０）のピーク値：９５ｍＡ」、「注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比：９５％」、「雷電流の分流比（推定）：９５％」、「雷電流のピーク値（推定）：２８．５ｋＡ」である旨を表示する。
【０１１６】
一方、第２系統側において、同期検波部６６は、図８及び図９−１（ｂ）に示すように、信号発生部６５から出力された参照信号Ｓ６５に同期して、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３から、その参照信号Ｓ６５と等しい周波数成分を検波する。
【０１１７】
ここで、図８に示すように、同期検波部６６に入力される参照信号Ｓ６５は、目的の分流波形と同様の周波数（例えば、１００ｋＨｚ）を有するパルス波形（方形波）である。同期検波部６６は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３が所定の周波数信号（＝参照信号Ｓ６５）を含んでいるか否かを確認するための回路であり、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３と参照信号Ｓ６５とを掛け算手段６６ａでアナログ的に掛け算し、ＬＰＦ６６ｂで高周波成分を除去して同期検波波形の出力信号Ｓ６６を出力する。この出力信号Ｓ６６のピーク値は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３中に含まれる参照信号Ｓ６５のピーク値を表すことになる。
【０１１８】
なお、同期検波波形の出力信号Ｓ６６の周波数は、必ずしも参照信号Ｓ６５の周波数と一致しない。出力信号Ｓ６６のピーク値は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３に含まれる参照信号Ｓ６５の周波数のピーク値である。即ち、出力信号Ｓ６６から、分流波形のピーク値を把握できる。
【０１１９】
出力信号Ｓ６６は、第３フィルタ６７により、念のためフィルタ処理され、このアナログ出力信号Ｓ６７がＡ／Ｄ変換部６４へ出力される。Ａ／Ｄ変換部６４は、第３フィルタ６７から出力されたアナログ出力信号Ｓ６７を第２チャネルＣｈ２に入力し、デジタル信号に変換して演算部６９へ与える。
【０１２０】
演算部６９は、変換されたデジタル信号（同期検波波形：電流波形Ｉ６７）を把握するため、電流波形Ｉ５０のピーク値が９５ｍＡであることを認識する。演算部６９は、このように分流波形のピーク値を認識するので、分流波形の分流比について９５％と算出すると共に、この算出結果に基づき、分流電流が雷電流であった場合の分流比についても９５％であると推定する。更に、演算部６９は、分流電流が雷電流であった場合の分流比を９５％と推定するので、分流電流が雷電流であった場合の雷電流値（ピーク値）についても推定する。そして、演算部６９は、条件設定部６８から出力された信号に応じ、これらの値を表示部７１に表示するよう命令する。
【０１２１】
表示部７１は、演算部６９からの表示命令を受け、「分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値：９５ｍＡ」、「注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比：９５％」、「雷電流の分流比（推定）：９５％」、「雷電流のピーク値（推定）：２８．５ｋＡ」である旨を表示する。
【０１２２】
上述したように、演算部６９は、デジタルフィルタ処理に基づいて算出及び推定した各種の値を表示部７１に表示しても良く、同期検波処理に基づいて算出及び推定した各種の値を表示部７１に表示しても良い。しかし、例えば、双方の処理による各種の値を比較し、誤差がある場合は平均値を算出して、この平均値を表示部７１に表示するようにしても良い。このような演算処理を加えることにより、更に精度を向上することが可能になる。
【０１２３】
（ＩＩＩ） 電流検出ポイントＰ２〜Ｐ６における波形
図９−２（ａ）、（ｂ）〜図９−６（ａ）、（ｂ）は、試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ２〜Ｐ６における信号波形を示す図であり、図９−１（ａ）、（ｂ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【０１２４】
図９−２（ａ）、（ｂ）〜図９−６（ａ）、（ｂ）についての説明は、図９−１（ａ）、（ｂ）についての説明と同様となるため、詳細は省略し、各ポイントにおいて検出された電流波形のピーク値及び分流比について説明する。
【０１２５】
図９−２（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ２における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：４０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に４０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：４０％
雷電流の分流比（推定） ：４０％
雷電流のピーク値（推定） ：１２ｋＡ
【０１２６】
図９−３（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ３における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：３０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に３０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：３０％
雷電流の分流比（推定） ：３０％
雷電流のピーク値（推定） ：９ｋＡ
【０１２７】
図９−４（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ４における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：１０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に１０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：１０％
雷電流の分流比（推定） ：１０％
雷電流のピーク値（推定） ：３ｋＡ
【０１２８】
図９−５（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ５における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：１０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に１０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：１０％
雷電流の分流比（推定） ：１０％
雷電流のピーク値（推定） ：３ｋＡ
【０１２９】
図９−６（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ６における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：９０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に９０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：９０％
雷電流の分流比（推定） ：９０％
雷電流のピーク値（推定） ：２７ｋＡ
【０１３０】
これらの図９−１（ａ）、（ｂ）〜図９−６（ａ）、（ｂ）に示すように、接地線８３において異なる地点に設定される電流検出ポイントＰ１〜Ｐ６毎に、デジタルフィルタ処理後の電流波形Ｉ７０及び同期検波処理後の電流波形Ｉ６７が異なり、その結果、分流比も異なる。
【０１３１】
なお、図７−１〜図７−４、及び図９−１〜図９−６は、試験結果例を示す波形図であるが、これらはイメージを優先させて図示しているので、若干実際とは異なる部分もある。即ち、実際には、電流検出器５０から出力される電流波形は、図１中の各フィルタ６１，６２，６７等の段階で減衰してしまったり、あるいは、信号増幅部６２にて増幅されるため、電流検出器５０から出力された電流波形のピーク値と、Ａ／Ｄ変換部６４の第１チャネルＣｈ１から出力された電流波形のピーク値、あるいは、Ａ／Ｄ変換部６４の第２チャネルＣｈ２から出力された電流波形のピーク値とは、一致しない。これについては、演算部６９で補正することにより、電流検出器５０から出力された電流波形を推定して算出している。
【０１３２】
（実施例１の効果）
本実施例１の雷電流分布推定システムによる効果をまとめれば、以下の（１）〜（５）の通りである。
【０１３３】
（１） 微弱電流を用いても分流波形を精度よく測定できる効果
（１・１） 接地系統の各地点（各測定ポイント）における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。即ち、測定の際に注入する電流が微弱である場合、当該微弱電流にノイズ（周波数や大きさ等の異なる種々のノイズ）が混入すると、通常は当該微弱電流の分流波形を測定することは極めて困難であるが、図１のようにシステムを構成したので、注入する電流が微弱であっても効果的にノイズを処理（除去）し、目的の分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。
【０１３４】
特に、ピーク値検出手段を、デジタルフィルタ処理を行う第１系統のピーク値検出手段と、同期検波処理を行う第２系統ピーク値検出手段との両方により構成した場合には、両系統により検出すると共に、両系統の検出結果を比較することも可能となるため、更に精度良く接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を検出することができる。
【０１３５】
（１・２） 前記のように効果的にノイズを処理できるので、変電所や発電所等の建造物（電気的ノイズが大きい環境下におかれる建造物）においても、微弱電流を用いて何ら不都合なく測定を行うことができる。
【０１３６】
（１・３） 従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、測定の際に大きな電圧を印加するので、建造物内への影響（例えば、建造物内の設備機器やＳＰＤの損傷又は停電等）が懸念される。これに対し、本実施例１によれば、測定の際、微弱電流を用いるため、建造物内の設備機器へ与える影響を少なくすることができると共に、感電等の危険性が少ないため、作業者が安全に作業することができる。従って、本実施例１によれば、従来の懸念を解決でき、運用中（稼働中）の建造物に対して何ら問題なく測定を行うことができる。
【０１３７】
（１・４） 非接触の測定方式であるため、線の取り外し等を行う必要がなく、効率的に測定を行える。更に、操作性が簡便であり、１人で測定することも可能である。よって、従来のようなインパルス電圧を印加するシステムに比べ、準備等にかかる費用と時間を大幅に節約できる。
【０１３８】
（１・５） 測定対象の建造物が高層ビル等の場合、建造物の容積が大きいため（階層が多層で、各階層の面積も大きいため）、分流波形を測定したい地点が、場合によっては数十カ所に及ぶこともある。従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、多箇所の同時測定は実質不可能である。これに対し、注入電流を単発的な雷インパルス波形ではなく連続的なＡＣ波形にしているので、長時間にわたる連続的な測定が可能であると共に、多箇所の同時測定が可能となる。
【０１３９】
（１・６） 前記のように接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができると共に、多箇所の同時測定も可能であるため、接地系統の各地点における分流（分布）の割合（対注入電流比）の算出も、精度良く可能となる。
【０１４０】
（２） 雷電流の分流波形について精度良く推定できる効果
注入する高周波微弱電流の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数としたので、流入電流が高周波微弱電流の場合における接地系統の各地点における分流割合と、流入電流が雷電流の場合の分流割合とを、同等であると推定できる。そのため、分流割合を本実施例１の高周波微弱電流にて測定することにより、雷電流が侵入した場合の分流割合を精度良く推定することができる。
【０１４１】
（３） 調査・分析に資する効果
前記のように雷電流が侵入した場合の接地系統の各地点における分流割合を精度良く推定できるので、接地系統の各地点に配設されている設備機器への影響の調査・分析が可能となる。即ち、落雷時に設備機器へ流入する可能性がある雷電流の程度を精度よく推定できるので、接地系統の各地点に配設されている設備機器の耐電圧・耐電流特性と照らし合わせることにより、設備機器への影響（誤動作発生リスク、絶縁破壊の危険性等）を調査・分析することが可能となる。特に、近年は設備機器のＩＣ化が進んでいるところ、ＩＣ機器は一般的に耐電圧や絶縁抵抗の特性が低いため、このような調査・分析は極めて重要であり且つ意義があるところ、このようなニーズに応えることができる。
【０１４２】
（４） 接地系統の見直しに資する効果
（４・１） 前記のように接地系統の各地点に配設されている設備機器への影響の調査・分析が可能となるので、ひいては、接地系統の見直し（接地線の引き回し変更等の構造的な見直し）や設備機器の配置変更といった方策を効果的に講じることができ、建造物全体の耐雷性能の向上を図ることが可能となる。そのため、本実施例１のシステムは、耐雷設計評価装置として利用することも可能である。
【０１４３】
（４・２） 上述のように簡便に測定及び推定を行えるため、接地系統見直し前（接地改修工事前）と接地系統見直し後（接地改修工事後）の効果検証を容易に行うことが可能である。見直し前後の効果は、測定及び推定した分流値から直接的に確認することができる。
【０１４４】
（４・３） 上述のように簡便に測定及び推定を行えるため、接地改修工事着手前、接地改修工事中、接地改修工事後の一連の工事時間帯において、必要の都度或いはリアルタイムで測定及び推定が可能である。そのため、例えば第１回目の接地線の引き回し変更後に測定及び推定し、第１回目の接地線引き回し変更の効果が十分でない場合は、その後直ぐに第２回目の同様の作業を行うといったように、接地改修工事を効率的に行うことができ、接地系統の最適化を短時間で行うことができる。
【０１４５】
（５） その他の効果
従来、落雷により設備機器が損傷した場合には、何らかの方法で原因の探求と検証を行っているが、このような原因の探求と検証を本実施例１にて行うことができる。
【０１４６】
（実施例１の変形例）
本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（Ａ）〜（Ｄ）のようなものがある。
【０１４７】
（Ａ） 図１の雷電流分布推定システム、図２の電流注入器３０、図３の電流検出器５０、及び図４の同期検波部６６は、図示以外の他の回路等で構成しても良い。例えば、Ａ／Ｄ部６４、演算部６９、及びデジタルフィルタ処理部７０は、これらの機能を一体化したワンチップマイクロコンピュータ（以下「ワンチップマイコン」という。）で構成して回路構成を簡単化したり、あるいは、ワンチップマイコン以外の回路で構成しても良い。
【０１４８】
（Ｂ） 精度を気にしなければ、図１の第１系統、第２系統のいずれか一方の系統のみを備えた構成にしても良く、これにより回路構成を簡単化できる。例えば、第１系統のみを設ける場合は、信号発生部６５、同期検波部６６及び第３フィルタ６７を削除してＡ／Ｄ変換部６４を１チャネル型構成に変更すれば良い。又、第２系統のみを設ける場合は、デジタルフィルタ処理部７０を削除する構成に変更すれば良い。
【０１４９】
（Ｃ） 図１の第１系統では、デジタルフィルタの方が検出精度を向上できるので、デジタルフィルタを用いて演算部６９によりデジタルフィルタ処理を行っているが、本発明はこれに限定されず、アナログフィルタを用いてフィルタ処理を行っても良い。
【０１５０】
（Ｄ） 図１の計測装置４０側において、演算部６９により制御される送信手段を追加し、表示部７１に表示させる表示内容をその通信手段により外部へ送信する構成にしても良い。これにより、遠隔監視も可能になる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０ 電流注入装置
２０ 信号発生装置
３０ 電流注入器
４０ 計測装置
５０ 電流検出器
６０ 解析装置
６６ 同期検波部
６９ 演算部
７０ デジタルフィルタ処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷時に、建造物の接地系統（例えば、接地線、接地構造体、あるいは導波管の外管部といった信号線の外部接地導体等）に侵入する雷電流の分布を推定する雷電流分布推定システムに係り、特に、建造物の接地系統の一地点から高周波微弱電流を注入し、他の各地点におけるその注入電流についての分流状態を測定し、この測定結果に基づいて、落雷時における建造物への雷電流分布の推定が可能な雷電流分布推定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
落雷から設備機器を保護するため、建造物には各種の雷対策が施されている。例えば、避雷針による対策（直撃雷に対する保護）では、避雷針により落雷を受け止め、専用の避雷ケーブルを介して大地に埋設された接地体に雷電流を放流している。又、落雷時には、信号線や電源線に誘起電圧が生じ、過大電流が建造物に侵入するおそれがあるため、誘導雷に対する保護として、建造物内にはサージ防護デバイス（以下「ＳＰＤ」という。）や耐雷トランスが配設されており、ＳＰＤにより、大地に埋設された接地体に過大電流を放流したり、耐雷トランスにより過大電流の侵入をブロックしている。
【０００３】
他方、建造物に設置される接地が必要な設備機器は、建造物内に布設されるアースバーや建造物の鉄骨等に接地ケーブルを接続する等して、設備機器の接地を確保している。
【０００４】
このように、建造物には接地系統が張り巡らされており、この接地系統にＳＰＤ等の防雷機器や各種の設備機器が接続されると共に、大地に埋設された接地体にその接地系統が接続されている。
【０００５】
なお、避雷針用の接地体は、建造物の接地体と別個に配設される場合もあれば、建造物の接地体を共用する場合もある。
【０００６】
ところで、上述したように、落雷時には誘起された雷電流（微小なものから、ＳＰＤが動作する程度の過大なものまで様々）が建造物の接地系統に流入する可能性があるので、接地系統の各地点における流入電流分布（割合）を把握し、接地系統の各地点に配設されている設備機器への影響の調査・分析が求められている。このような調査・分析が満足に行えるとなれば、ひいては、接地系統の見直し（接地線の引き回し変更等の構造的な見直しや、設備機器の配置変更等）を効果的に行えることとなり、建造物全体の耐雷性能の向上を図ることが可能となる。特に、近年は設備機器の集積（以下「ＩＣ」という。）化が進んでいるところ、ＩＣ機器は一般的に耐電圧や絶縁抵抗の特性が低いため、このような調査・分析は極めて重要であり、且つ意義がある。
【０００７】
従来、接地系統の一地点から雷電流が侵入した場合、接地系統の各地点における雷電流分流の電流分布（割合）を把握するための雷電流分布推定システムとして、例えば次の（１）、（２）のようなシステムが知られている。
【０００８】
（１） インパルス電圧を印加するシステム
このシステムは、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、建造物（例えば、建造物の屋上に設置されている避雷針）に対し、実際の雷を模擬した比較的高圧のインパルス電圧を印加するシステムである。インパルス発生器により模擬雷（高圧波形）を建造物に印加し、建造物の複数箇所（測定ポイント）に設置した各測定器（例えば、電圧測定用のプローブ）により、電圧変化量を測定する。この試験結果に基づき、実際の雷電流が流入した際の雷電流分布を推定するものである。
【０００９】
（２） 微弱電流を注入するシステム
このシステムは、基本的には大きく分けて、微弱電流を注入するための発生器と電流測定用の変流器（以下「ＣＴ」という。）とにより構成され、前記（１）のようなインパルス電圧を印加するシステムではなく、微弱電流を注入するシステムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４１１２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の前記（１）、（２）のシステムでは、以下のような課題があった。
【００１２】
（１） インパルス電圧を印加するシステムの課題
このシステムでは、次のような課題がある。
【００１３】
（１・１） 試験時に数ｋＶ以上の大きなインパルス電圧を建造物に印加するため、建造物内に設置されている設備機器への悪影響が懸念される。又、雷対策として建造物内にはＳＰＤが設置されているのが通例のところ、このような大きなインパルス電圧を印加した場合はＳＰＤが反応することとなる。試験において何度もインパルス電圧を印加した場合は、ＳＰＤが劣化あるいは損傷してしまう可能性もある。
【００１４】
（１・２） 印加する電圧が大きいため、感電等の試験中の安全対策に十分な配慮が必要である。
【００１５】
（１・３） 装置・準備が大掛かりなものとなる。
【００１６】
（１・４） 前記（１・３）の理由から実施コストが高い。
【００１７】
（１・５） 準備に多大な時間を要する。
【００１８】
（１・６） 一人で操作（測定）することは困難である。
【００１９】
（１・７） 測定結果から分流分布を判断するためには、高度な経験と熟練を要する。
【００２０】
（２） 微弱電流を注入するシステムの課題
建造物がおかれる環境は様々である。例えば、一般の住宅や商業ビル等は電気的ノイズが少ない環境下におかれることが多い。一方、変電所・発電所等の電力施設内に建設される局舎、各種産業の工場敷地内に建設される建物、あるいは鉄道路線の側近に建設される建物等は、必然的に電気的ノイズが大きい環境下におかれることになる。
【００２１】
このシステムは、微弱な電流を注入する方式であるところ、電気的ノイズが大きい環境下におかれる建造物では、満足に試験が行えない。即ち、測定器において注入電流の分流波形を測定したとしても、測定波形はノイズによる影響を大きく受けてしまうため、目的の測定波形を得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明のうちの請求項１に係る発明の雷電流分布推定システムは、建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入する電流注入器と、前記接地系統の他の地点に設置され、前記接地系統における前記分岐路を経由した前記注入電流の分流電流を非接触にて検出する電流検出器と、検出された前記分流電流から前記所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段と、前記ピーク値から前記所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する演算部とを備えている。そして、前記所定の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記電流注入器は、前記注入電流を前記一地点に注入するカレントインジェクションプローブにより構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記電流検出器は、前記分流電流を検出する変流器により構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記ピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段と、を有する第１系統のピーク値検出手段であることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記ピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部と、を有する第２系統のピーク値検出手段であることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記ピーク値検出手段は、第１系統のピーク値検出手段と、第２系統のピーク値検出手段とを備えている。
【００２８】
前記第１系統のピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段とを有している。更に、前記第２系統のピーク値検出手段は、少なくとも、検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部とを有することを特徴とする。
【００２９】
請求項７に係る発明は、請求項４又は６記載の雷電流分布推定システムにおいて、前記フィルタ処理手段は、前記信号増幅部の出力信号に対してデジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタ処理部により構成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム前記所定の周波数は、略１０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲の周波数、前記所定の電流値は、交流の略１０ｍＡ〜５００ｍＡの範囲の電流値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の雷電流分布推定システムによれば、以下の（１）、（２）のような効果がある。
【００３２】
（１） 微弱電流を用いても分流波形を精度よく測定できる効果
（１・１） 接地系統の各地点（各測定ポイント）における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。即ち、測定の際に注入する電流が微弱である場合、当該微弱電流にノイズ（周波数や大きさ等の異なる種々のノイズ）が混入すると、通常は当該微弱電流の分流波形を測定することは極めて困難であるが、請求項１〜８に係る発明によれば、前記のようにシステムを構成したので、注入する電流が微弱であっても効果的にノイズを処理（除去）し、目的の分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。
【００３３】
特に、請求項６、７に係る発明のように、ピーク値検出手段を、デジタルフィルタ処理を行う第１系統のピーク値検出手段と、同期検波処理を行う第２系統ピーク値検出手段との両方により構成した場合には、両系統により検出すると共に、両系統の検出結果を比較することも可能となるため、更に精度良く接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を検出することができる。
【００３４】
（１・２） 前記のように効果的にノイズを処理できるので、変電所や発電所等の建造物（電気的ノイズが大きい環境下におかれる建造物）においても、微弱電流を用いて何ら不都合なく測定を行うことができる。
【００３５】
（１・３） 従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、測定の際に大きな電圧を印加するので、建造物内への影響（例えば、建造物内の設備機器やＳＰＤの損傷又は停電等）が懸念される。これに対し、本発明によれば、測定の際、微弱電流を用いるため、建造物内の設備機器へ与える影響を少なくすることができると共に、感電等の危険性が少ないため、作業者が安全に作業することができる。従って、本発明によれば、従来の懸念を解決でき、運用中（稼働中）の建造物に対して何ら問題なく測定を行うことができる。
【００３６】
（１・４） 非接触の測定方式であるため、線の取り外し等を行う必要がなく、効率的に測定を行える。更に、操作性が簡便であり、１人で測定することも可能である。よって、従来のようなインパルス電圧を印加するシステムに比べ、準備等にかかる費用と時間を大幅に節約できる。
【００３７】
（１・５） 測定対象の建造物が高層ビル等の場合、建造物の容積が大きいため（階層が多層で、各階層の面積も大きいため）、分流波形を測定したい地点が、場合によっては数十カ所に及ぶこともある。従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、多箇所の同時測定は実質不可能である。これに対し、本発明によれば、注入電流を単発的な雷インパルス波形ではなく連続的な交流（以下「ＡＣ」という。）波形にしているので、長時間にわたる連続的な測定が可能であると共に、多箇所の同時測定が可能となる。
【００３８】
（１・６） 前記のように接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができると共に、多箇所の同時測定も可能であるため、接地系統の各地点における分流（分布）の割合（対注入電流比）の算出も、精度良く可能となる。
【００３９】
（２） 雷電流の分流波形について精度良く推定できる効果
請求項１に係る発明によれば、注入する高周波微弱電流の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数としたので、流入電流が高周波微弱電流の場合における接地系統の各地点における分流割合と、流入電流が雷電流の場合の分流割合とを、同等であると推定できる。そのため、分流割合を本発明の高周波微弱電流にて測定することにより、雷電流が侵入した場合の分流割合を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は本発明の実施例１における雷電流分布推定システムを示す概略の構成図である。
【図２】図２は図１中の電流注入器３０を示す概略の構成図である。
【図３】図３は図１中の電流検出器５０を示す概略の構成図である。
【図４】図４は図１中の同期検波部６６の構成を示す概略の回路図である。
【図５】図５は図１中の表示部７１の構成例を示す概略の図である。
【図６】図６は変電所における無線鉄塔の局舎を例にした電流注入ポイント及び電流検出ポイントを示す模式図である。
【図７−１】図７−１は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図７−２】図７−２は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図７−３】図７−３は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図７−４】図７−４は図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【図８】図８は図４の同期検波部６６における入出力波形を示す図である。
【図９−１】図９−１は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ１における信号波形図である。
【図９−２】図９−２は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ２における信号波形を示す図である。
【図９−３】図９−３は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ３における信号波形を示す図である。
【図９−４】図９−４は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ４における信号波形を示す図である。
【図９−５】図９−５は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ５における信号波形を示す図である。
【図９−６】図９−６は試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ６における信号波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００４２】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における雷電流分布推定システムを示す概略の構成図である。
【００４３】
この雷電流分布推定システムは、高周波微弱電流からなる注入電流を接地系統における一地点から注入する電流注入装置１０と、接地系統の他の地点（電流検出ポイント）における分流電流の分布（分流の割合）を測定する計測装置４０とを備えている。
【００４４】
電流注入装置１０は、注入電流を発生する信号発生装置２０と、この出力側に接続された電流注入器３０とを備えている。電流注入器３０は、信号発生装置２０で発生された注入電流に基づき、建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入するものである。
【００４５】
注入対象箇所として接地系統の一地点に注入する電流特性としては、設置されている設備機器に対し、悪影響（誤動作等）を及ぼさないよう、注入電流は小さい値であることが望ましい。しかし、一方で、計測装置４０側の電流検出器で読み取ることになる分流電流があまりにも小さい値であると読み取り不可能である。そのため、注入電流は、前記両条件を満足するよう、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流としている。所定の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であり、例えば、略１０〜１５０ｋＨｚの範囲の周波数であり、好ましくは１００ｋＨｚ程度が望ましい。更に、所定の電流値は、ＡＣの略１０〜５００ｍＡの範囲の電流値であることが望ましい。
【００４６】
電流注入器３０に対して注入電流を与えるための信号発生装置２０は、例えば、所定周波数で発振する水晶発振器等の信号発生部２１と、この信号発生部２１の出力側に接続された信号増幅部２２と、条件設定部２３と、これらの信号発生部２１、信号増幅部２２及び条件設定部２３を制御するための制御部２４とを有している。
【００４７】
信号増幅部２２は、信号発生部２１の出力信号を所定の増幅率で増幅して電流注入器３０へ供給する回路である。これらの信号発生部２１及び信号増幅部２２により、注入電流が結果的にＡＣ１０〜５００ｍＡ程度となるよう調整を行う構成になっている。例えば、信号発生部２１から出力する信号波形を以下のようにすると共に、信号増幅部２２の増幅率を以下のようにしている。そうすることで、ＡＣ１０〜５００ｍＡ程度の電流が注入対象箇所に注入されることとなる。
電圧；ＡＣ１Ｖ、増幅率；１０倍、周波数；１００ｋＨｚ
【００４８】
条件設定部２３は、信号発生部２１の出力電圧や周波数を設定するために種々の値の入力が可能で、更に、信号増幅部２２の増幅率を設定するために種々の値の入力が可能になっており、設定用ボタン等により構成されている。制御部２４は、制御信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂ，Ｓ２４ｃにより信号発生部２１、信号増幅部２２及び条件設定部２３をそれぞれ制御し、条件設定部２３に入力された各値を読み取り、信号発生部２１に対して出力電圧や周波数をセットし、信号増幅部２２に対して増幅率をセットする機能を有し、中央処理装置（以下「ＣＰＵ」という。）等により構成されている。
【００４９】
なお、注入対象箇所に注入される電流の値は、諸条件（例えば、接地系統の特性、電流注入器３０の特性等）により変化するものであって、一様に定まるものではない。そのため、結果的に注入電流の値がＡＣ１０〜５００ｍＡ程度になるよう、信号発生部２１及び信号増幅部２２で原電圧波形及び増幅率を設定している。それぞれの設定は、条件設定部２３及び制御部２４で行う。
【００５０】
電流注入器３０は、信号増幅部２２からの出力電圧を受けて、非接触で接地系統の一地点に電流を注入するものであり、本実施例１では、例えば、カレントインジェクションプローブを用いている。
【００５１】
計測装置４０は、電流検出ポイントに設置されて非接触にて分流電流を検出する電流検出器５０と、その検出された分流電流を解析してピーク値及び分流割合等を求める解析装置６０とを備えている。
【００５２】
電流検出器５０は、例えば、ＣＴにより構成され、この出力側に、解析装置６０が接続されている。
【００５３】
解析装置６０は、電流検出器５０で検出された分流電流から所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段と、そのピーク値から所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する演算部６９等とを備えている。
【００５４】
前記ピーク値検出手段は、原波形に対してフィルタ処理（例えば、デジタルフィルタ処理）を行う第１系統のピーク値検出手段と、原波形及び参照波形を入力して同期検波処理を行う第２系統のピーク値検出手段とを有している。
【００５５】
第１系統のピーク値検出手段は、少なくとも、電流検出器５０の出力側に接続された第１フィルタ６１、信号増幅部６２、及びフィルタ処理手段（例えば、デジタルフィルタ処理部７０）により構成されている。この第１系統のピーク値検出手段には、検出精度を向上させるための第２フィルタ６３や、デジタル処理を行うためのアナログ／デジタル変換部（以下「Ａ／Ｄ変換部」という。）６４等を設けることが望ましい。
【００５６】
第２系統のピーク値検出手段は、少なくとも、第１フィルタ６１、信号増幅部６２、信号発生部６５、及び同期検波部６６により構成されている。この第２系統のピーク値検出手段には、検出精度を向上させるための第２フィルタ６３及び第３フィルタ６７や、デジタル処理を行うためのアナログ／デジタル変換部（以下「Ａ／Ｄ変換部」という。）６４等を設けることが望ましい。
【００５７】
第１系統のピーク値検出手段において、第１フィルタ６１は、電流検出器５０で検出された分流電流から、所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断するものであり、例えば、ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）により構成されている。分流波形は、接地系統をたどってきたものであり、ノイズが含まれているため（特に、変電所等の建造物における分流波形は大きなノイズが含まれている場合が多いため）、第１フィルタ６１を構成するＬＰＦにより、一定の周波数帯の信号成分を遮断（カット）する。例えば、注入電流が１００ｋＨｚである場合は、抽出したい分流波形の周波数も１００ｋＨｚなので、５００ｋＨｚ以上の周波数成分をカットする。この第１フィルタ６１の出力側には、信号増幅部６２が接続されている。
【００５８】
信号増幅部６２は、注入電流が微弱な電流（例えば、ＡＣ１０〜５００ｍＡ程度）であってその注入電流の分流である分流電流が更に微弱なものとなるため、第１フィルタ６１の出力信号を所定の増幅率で増幅するものである。電流注入装置１０側の信号増幅部２２と同様に、信号増幅部６２の増幅率は可変である。この信号増幅部６２の出力側には、第２フィルタ６３が接続されている。第２フィルタ６３は、信号増幅部６２で増幅した信号に対して、念のためフィルタリングするためのものであり、第１フィルタ６１と同様に、例えば５００ｋＨｚ以上の周波数成分をカットして、このアナログ出力信号Ｓ６３をＡ／Ｄ変換部６４の第１チャネルＣｈ１へ与える構成になっている。
【００５９】
第２系統のピーク値検出手段において、信号発生部６５は、所定の周波数を有するパルス信号からなる参照信号Ｓ６５を発生するものであり、水晶発振器等で構成されている。この信号発生部６５の出力側には、同期検波部６６が接続されている。同期検波部６６は、参照信号Ｓ６５に同期して、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３からその参照信号Ｓ６５と等しい周波数成分を検波して所定の周波数の電流成分を出力する回路であり、この出力側に、第３フィルタ６７が接続されている。第３フィルタ６７は、同期検波部６６から出力される同期検波波形の出力信号Ｓ６６を念のためにフィルタ処理し、このアナログ出力信号Ｓ６７をＡ／Ｄ変換部６４の第２チャネルＣｈ２へ与える構成になっている。
【００６０】
Ａ／Ｄ変換部６４は、第１チャネルＣｈ１から入力された第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３をデジタル信号に変換すると共に、第２チャネルＣｈ２から入力された第３フィルタ６７のアナログ出力信号をデジタル信号に変換し、これらのデジタル信号を演算部６９へ与える機能を有している。
【００６１】
演算部６９は、Ａ／Ｄ変換部６４の出力信号、及びデジタルフィルタ処理部７０の出力信号等を入力し、検出された分流電流のピーク値から所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する機能の他に、信号増幅部６２、信号発生部６５、条件設定部６８、及びデータ出力手段（例えば、表示部７１）を制御するための制御信号Ｓ６９ａ，Ｓ６９ｂ，Ｓ６９ｃ，Ｓ６９ｄ等を出力する機能も有しており、ＣＰＵ等で構成されている。
【００６２】
条件設定部６８は、信号発生部６５の電圧や周波数を設定するための種々の値が入力可能であると共に、信号増幅部６２の増幅率を設定するための種々の値が入力可能であり、且つ、表示部７１の表示内容（例えば、リアルタイム表示、１秒更新表示、５秒更新表示等）の設定を行うものであり、設定用ボタン等により構成されている。条件設定部６８で設定された条件は、演算部６９により把握され、この演算部６９から出力される制御信号Ｓ６９ａ，Ｓ６９ｂ，Ｓ６９ｃ，Ｓ６９ｄにより、信号増幅部６２、信号発生部６５、条件設定部６８、及び表示部７１が所定の動作を行う構成になっている。
【００６３】
デジタルフィルタ処理部７０は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３をＡ／Ｄ変換部６４及び演算部６９を介して入力し、目的の周波数帯の信号（例えば、１００ｋＨｚ帯の分流波形）を抽出してこの抽出結果を演算部６９へ与える機能を有している。このデジタルフィルタ処理部７０は、数学的なアルゴリズムを用いて高速演算（例えば、高速フーリエ変換やＺ変換）することにより、目的の周波数帯の信号成分を抽出するものであり、アナログフィルタ処理に比べて信号対雑音比（ＳＮ比）が高く、目的の周波数帯以外の周波数帯の信号をほとんどカットできるメリットがある。
【００６４】
前記演算部６９は、具体的には次の（ｉ）〜（ｉｖ）のような機能を有している。
（ｉ） 演算部６９は、デジタルフィルタ処理部７０の出力信号が入力されると、デジタルフィルタ処理部７０で抽出された目的の周波数帯の波形を把握し、ピーク値についても把握する。これにより、第１系統による波形測定が完了する。一方、演算部６９は、Ａ／Ｄ変換部６４における第２チャネルＣｈ２の出力信号が入力されると、Ａ／Ｄ変換部６４でＡ／Ｄ変換された同期検波波形を把握し、同期検波波形のピーク値についても把握する。なお、同期検波部６６の回路特性上、同期検波後の波形の周波数は変形される場合もあるが、同期検波後の波形のピーク値は、目的の周波数帯の波形のピーク値と等しい値となる。そのため、同期検波後の波形のピーク値を、目的の周波数帯の波形のピーク値と見做すことができる。これにより、第２系統による波形測定が完了する。そして、演算部６９は、第１系統で測定された分流波形のピーク値及び／又は第２系統で測定された分流波形のピーク値を表示するよう表示部７１へ命令する。
【００６５】
（ｉｉ） 上述したように、演算部６９は、目的の周波数帯の波形のピーク値を把握する一方、条件設定によって注入電流値についても把握しているので、これらの値を基に、分流比についても算出し、この算出結果を表示するよう表示部７１へ命令する。
【００６６】
（ｉｉｉ） 演算部６９は、流入電流が雷電流であった場合の分流比について推定する。この推定の原理は、本実施例１において、注入する高周波微弱電流の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であるので、流入電流が高周波微弱電流の場合における接地系統の各地点における分流割合と、流入電流が雷電流の場合の分流割合とを、同等と推定できる、ことに基づくものである。又、予め条件設定により、演算部６９に対して一般的な雷電流の電流値を記憶させておけば（例えば、直撃雷時の雷電流値を数種類、誘導雷時の雷電流値を数種類記憶させておけば）、これらの一般的な雷電流値と、先程推定した分流比とに基づき、接地系統の各地点における雷電流の分流電流のピーク値を推定することもできる。そして、演算部６９は、この推定結果を表示するよう表示部７１に命令する。
【００６７】
（ｉｖ） 演算部６９は、測定又は推定した分流波形のピーク値又は分流比が所定のレベル以上の場合には、表示部７１へ警報表示する旨の命令を出力することも可能である。
【００６８】
表示部７１は、液晶、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）、ブザー部品等により構成されており、演算部６９からの命令を受けて、第１系統で測定された分流波形のピーク値、第２系統で測定された分流波形のピーク値、分流比、雷電流分流比（推定）、雷電流の分流電流のピーク値（推定）等を表示する。又、演算部６９から警報表示する旨の命令を受けた場合には、ＬＥＤを点灯させたり、あるいはブザー部品から警報音を発するようにする。なお、表示部７１には、分流波形そのものを表示させるような機能をもたせても良い。
【００６９】
図２は、図１中の電流注入器３０を示す概略の構成図である。
図２の電流注入器３０は、接地系統の一地点（例えば、導波管８１）から非接触にて注入電流を注入するものであり、例えば、カレントインジェクションプローブにより構成されている。カレントインジェクションプローブは、導波管８１の外側から着脱可能な２分割構造をしており、ドーナツ状のトロイダルコア３１に導線３２を巻き付けたものである。ＡＣの注入電流を導線３２に入力すると、トロイダルコア３１を貫通する導波管８１に起電力が誘導され、注入電流に対応した電流が導波管８１に注入される構造になっている。
【００７０】
本実施例１では、カレントインジェクションプローブのように非接触で注入電流を注入できる測定器具を採用したため、線の取り外しや結線等の作業を必要とせず、対象箇所に容易に効率的に測定器具をセットすることが可能になる。
【００７１】
図３は、図１中の電流検出器５０を示す概略の構成図である。
電流検出器５０は、接地系統の他の地点（例えば、接地線８３）における分流電流を非接触で検出するものであり、２分割型のＣＴで構成され、ドーナツ状のトロイダルコア５１に導線５２を巻き付けたものである。トロイダルコア５１を貫通する接地線８３に分流電流が流れると、起電力が誘導され、その分流電流に対応した電流が導線５２から出力される構造になっている。
【００７２】
本実施例１では、ＣＴのように非接触で分流電流を抽出できる測定器具を採用したため、電流注入器３０と同様に、線の取り外しや結線等の作業を必要とせず、対象箇所に容易に効率的に測定器具をセットすることが可能になる。
【００７３】
図４は、図１中の同期検波部６６の構成を示す概略の回路図である。
同期検波部６６は、例えば、掛け算手段６６ａ及びＬＰＦ６６ｂより構成されている。第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３と参照信号Ｓ６５とが掛け算手段６６ａにより乗算され、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３に含まれる各種の信号の内、参照信号Ｓ６５の周波数と等しい成分が検出され、ＬＰＦ６６ｂを通過する。これにより、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３から参照信号Ｓ６５と等しい周波数成分が検出され、この出力信号Ｓ６６が第３フィルタ６７へ出力される。
【００７４】
なお、上述した通り、同期検波部６６の回路特性上、同期検波後の波形の周波数は変形される場合もあるが、同期検波後の波形のピーク値は、目的の周波数帯の波形のピーク値と等しい値となる。
【００７５】
図５は、図１中の表示部７１の構成例を示す概略の図である。
この表示部７１では、抽出された分流波形のピーク値（数字）だけを表示する簡易型の構造のものが示されている。表示内容の更新は、例えば、１秒毎に更新する等、自由に設定可能である。
【００７６】
（実施例１の動作）
例えば、変電所等における無線設備の雷害被害が発生しており、接地の最適化が課題となっている。特に、無線鉄塔への落雷に伴い、無線鉄塔に近接する局舎内の設備への被害が多い。そのため、変電所における無線鉄塔に近接する局舎の最適な接地を行うために、本実施例１の雷電流分布推定システムを用いた場合の動作について、測定波形を図示しつつ具体的に説明すると、以下の通りである。
【００７７】
図６は、変電所における無線鉄塔の局舎を例にした電流注入ポイント及び電流検出ポイントを示す模式図である。
【００７８】
無線鉄塔７５の近傍には局舎９０が設置されており、無線鉄塔７５と局舎９０との間には、通信線路８０が布設されている。ここで、通信線路８０は例えば導波管８１であり、局舎９０の１階の引き込み口８２より局舎９０の内部に引き込まれている。導波管８１は、送信機から送信アンテナへ、受信アンテナから受信機へ、マイクロ波、ミリ波帯の高周波電力を伝送するための伝送損失の小さな線路であり、この導波管８１の外管部は、外部接地導体の役割も有している。一方、局舎９０内には接地系統（接地線８３、複数の接地線８３を集合接続するための集合板８４−１等、鉄骨等の接地構造体、信号線の外部接地導体等より形成される系統）が存在し、導波管８１の外管部は前記接地系統と電気的に接続されている。
【００７９】
局舎９０の１階及び２階の内、１階には、設備機器として複数の集合板８４−１，８４−２、配線盤８５、変電設備８６等が設置され、更に、２階には、設備機器として複数の集合板８４−３、観測装置８７、制御装置８８等が設置されている。１階の引き込み口８２付近では、導波管８１の外管部と接地線８３ａとが接続されており、接地線８３ａは集合板８４−１に接続されている。又、１階に設けられた接地線８３及び集合板８４−１，８４−２により形成された複数の分岐路を介して、複数の配線盤８５及び変電設備８６等が電気的に接続されている。同様に、２階に設けられた接地線８３及び集合板８４−３により形成された複数の分岐路を介して、複数の観測装置８７及び制御装置８８等が電気的に接続され、これらが１階の集合板８４−２を介して、大地に埋設された接地体８９に接続されている。
【００８０】
ここで、図６のように、導波管８１における１地点（電流注入ポイントＰ０の地点）から雷電流が流入し、局舎９０の引き込み口８２から内部の接地系統の分岐路を介して矢印方向へ分流電流が流れると仮定し、この場合の（Ｉ）電流注入ポイントＰ０における波形、（ＩＩ）電流検出ポイントＰ１における波形、及び、（ＩＩＩ）電流検出ポイントＰ２〜Ｐ６における波形について説明する。
【００８１】
（Ｉ） 電流注入ポイントＰ０における波形
図７−１〜図７−４は、図１の試験結果例である注入電流波形を示す図である。
【００８２】
導波管８１における電流注入ポイントＰ０に、図２に示す電流注入器３０を装着すると共に、局舎９０内に設置された各設備機器の近傍の接地線８３の各電流検出ポイントＰ１〜Ｐ６に、図３に示す電流検出器５０を装着する。
【００８３】
電流注入ポイントＰ０において、図１の電流注入装置１０の図示しない電源スイッチをオン状態にすると、条件設定部２３で設定された電圧、周波数、及び増幅率を読み取った制御部２４の制御信号Ｓ２４ａ，Ｓ２４ｂ，Ｓ２４ｃにより、信号発生部２１の電圧（例えば、ＡＣ１Ｖ）や周波数（例えば、１００ｋＨｚ）がセットされると共に、信号増幅部２２の増幅率（例えば、１０倍）がセットされる。
【００８４】
すると、信号発生部２１が発振して電圧ＡＣ１Ｖ、周波数１００ｋＨｚの発振信号が出力され、これが信号増幅部２２において増幅率１０倍で増幅される。そのため、電流注入器３０により、ＡＣ１０〜５００ｍＡの注入電流が電流注入ポイントＰ０に注入される。
【００８５】
図７−１の上側の注入波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２００ｍＶであり、信号発生部２１から出力される電圧波形Ｖ２１（ＡＣ１Ｖ、１００ｋＨｚ）を示している。
【００８６】
図７−１の下側の注入波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２０ｍＡであり、電流注入ポイントＰ０付近（引き込み口８２側）における電流波形Ｉ８２を示している。この電流波形Ｉ８２は、接地系統（導波管８１の外管部）に注入された電流波形であり、参考として電流検出器５０で読み取ったものを示したものである。電流波形Ｉ８２は接地系統を辿った電流波形であるため、ノイズ成分が含まれているが、ＡＣ１００ｍＡ、１００ｋＨｚの波形であることが概ね把握でき、従って予定された注入電流波形が接地系統に注入されたことが把握できる。この電流波形Ｉ８２が、接地系統（接地線８３等）の各所に分流することとなる。
【００８７】
ここで、本実施例１が上述したような周波数の注入電流波形を採用した背景・理由について説明すると、次の（ａ）〜（ｄ）の通りである。
【００８８】
（ａ） 注入電流波形を雷インパルス波形と同様の波形にすることも考えられるが、雷インパルス波形や方形波等の単一でない波形（複数の種類の周波数成分により形成される波形）にした場合、この分流波形（電流検出器側で抽出する目的の波形）を検出することは容易でないという問題がある。つまり、複数の種類の周波数成分により形成されている雷インパルスのような波形を抽出することは、信号処理（ノイズ除去等）が複雑となるため困難である。そのため、注入電流波形は、単一波であるＡＣ波形を採用できるのであれば都合が良い。
【００８９】
（ｂ） 同期検波部６６は、同期処理の特性上、特に単一波のＡＣ波形については極めて精度良く抽出することができる一方、雷インパルスのような波形（複数の種類の周波数成分により形成される波形）を抽出することは困難である。そのため、注入電流波形は、単一波であるＡＣ波形を採用できるのであれば都合が良い。
【００９０】
（ｃ） 接地改修工事についてであるが、接地改修工事着手前、接地改修工事中、接地改修工事後の一連の工事時間帯において、リアルタイム（連続的）に測定及び推定が可能であれば、例えば第１回目の接地線の引き回し変更後に測定及び推定し、第１回目の接地線引き回し変更の効果が十分でない場合は、その後直ぐに第２回目の同様の作業を行うといったように、接地改修工事を効率的に行うことができ、接地系統の最適化を短時間で行うことができる。このように、リアルタイム（連続的）に測定できるようにするためには、注入電流は、雷インパルス波形のような単発的な波形ではなく、ＡＣ波形のような連続的な波形であることが望まれる。そのため、注入電流波形は、連続的な波形であるＡＣ波形を採用できるのであれば都合が良い。
【００９１】
（ｄ） 前記（ａ）〜（ｃ）の通りであるから、単純に注入電流波形をＡＣ波形とすれば良さそうであるが、当然のことながらＡＣ波形は雷インパルス波形と異なるので、注入電流をＡＣ波形にした場合、はたして雷電流分布の推定を精度良く行えるのかという疑問が生じる。つまり次の通りである。ＡＣは、周波数が高ければ線路を伝搬する際にインダクタンスが高くなり、周波数が低ければインダクタンスが低くなる特性を有する。そのため、接地系統にインダクタンスの相違するＡＣ波形を注入した場合、その相違により分流様相（各地点における分流比や減衰量等）が相違してしまう可能性が多分にある。そうすると、雷電流分布の推定精度に多大な影響を及ぼすという懸案が生じる。そこで、本発明者は、雷インパルス波形の分流様相と同等の分流様相を示すＡＣ波の周波数について試験・研究した結果、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数」とすることが最適であることを突き止めた。
【００９２】
以上の背景・理由により、本実施例１の注入電流波形（換言すれば高周波微弱電流）が決定されたものである。前記の波形の近似について図示すると、図７−２〜図７−４の通りである。
【００９３】
本願の雷インパルス電流波形とは、社団法人電気学会内の電気規格調査会（略称ＪＥＣ：Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）の標準規格である「ＪＥＣ−０２０２−１９９４ インパルス電圧・電流試験一般」で定義された波形のことである。雷インパルス電流波形には直撃雷の波形や誘導雷の波形があり、その一般的な波形は、２／７０μＳ、８／２０μＳ、１０／３５０μＳのように表される。
【００９４】
図７−２は、最高値に達するまでの時間（立ち上がり時間）が早い雷インパルス電流波形とこれに近似する注入電流波形を示す図である。横軸の１目盛は、１０μＳである。
【００９５】
図７−２において、上側の波形は雷インパルス電流波形であり、最高値に達する時間が２μＳで、最高値の５０％にまで減少する時間が７０μＳである。
【００９６】
ここで、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形（本図では２μＳの部分波形）に近似する波形とすることにより算出される周波数」として算出すると、周波数は略１２５ｋＨｚとなり、このＡＣ電流波形は図７−２の下側の通りとなる。このようにして、立ち上がり時間が早い雷インパルス電流波形に対応する、ＡＣの注入電流波形を算出したものである。
【００９７】
図７−３は、最高値に達するまでの時間（立ち上がり時間）が比較的遅い雷インパルス電流波形とこれに近似する注入電流波形を示す図である。横軸の１目盛は、５μＳである。
【００９８】
図７−３において、上側の波形は雷インパルス電流波形であり、最高値に達する時間が８μＳで、最高値の５０％にまで減少する時間が２０μＳである。ここで、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形（本図では８μＳの部分波形）に近似する波形とすることにより算出される周波数」として算出すると、周波数は略３１．２５ｋＨｚとなり、このＡＣ電流波形は図７−３の下側の通りとなる。このようにして、立ち上がり時間が比較的遅い雷インパルス電流波形に対応する、ＡＣの注入電流波形を算出したものである。
【００９９】
図７−４は、最高値に達するまでの時間（立ち上がり時間）が遅い雷インパルス電流波形とこれに近似する注入電流波形を示す図である。横軸の１目盛は、５０μＳである。
【０１００】
図７−４において、上側の波形は雷インパルス電流波形であり、最高値に達する時間が１０μＳで、最高値の５０％にまで減少する時間が３５０μＳである。ここで、ＡＣ波の周波数を「一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形（本図では１０μＳの部分波形）に近似する波形とすることにより算出される周波数」として算出すると、周波数は略２５ｋＨｚとなり、このＡＣ電流波形は図７−４の下側の通りとなる。このようにして、立ち上がり時間が遅い雷インパルス電流波形に対応する、ＡＣの注入電流波形を算出したものである。
【０１０１】
これらの図７−２〜図７−４から分かるように、注入電流の周波数は、雷インパルス電流波形の立ち上がり時間に基づいて算出され、一般的な雷インパルス電流波形は上述した通りであるから、注入電流の周波数は１０〜１５０ｋＨｚであることが望ましいこととなる。そこで、本実施例１においては、図７−１に示すように、信号発生部２１から出力されるＡＣ電圧波形Ｖ２１の周波数を１００ｋＨｚとし、電流注入ポイントＰ０に注入される注入電流のＡＣ波形の周波数が１００ｋＨｚとなるようにしたものである。
【０１０２】
（ＩＩ） 電流検出ポイントＰ１における波形
図８は、図４の同期検波部６６における入出力波形を示す図である。
【０１０３】
図９−１（ａ）、（ｂ）は、試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ１における信号波形図である。
【０１０４】
図９−１（ａ）の上側の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２０ｍＡであり、電流検出ポイントＰ１における電流波形Ｉ５０を示している。この電流波形Ｉ５０は、参考として電流検出器５０で読み取ったものを示した所謂生波形である。電流波形Ｉ５０は接地系統を辿ってきた電流波形であるため、ノイズ成分が含まれているが、ピーク値はＡＣ９５ｍＡ程度で、周波数は１００ｋＨｚであることが概ね把握できる。これより、電流波形Ｉ５０は、注入電流波形（電流波形Ｉ８２）の分流波形であると共に、分流比は９５％（＝ＡＣ９５ｍＡ／ＡＣ１００ｍＡ×１００）であることが概ね把握できる。この電流波形Ｉ５０が、解析装置６０に入力され、デジタルフィルタ処理部７０や同期検波部６６にて信号処理されることとなる。なお、このように参考として生波形の電流波形Ｉ５０を把握した理由は、解析装置６０にて処理した後の波形と照らし合わし精度を確認するためである。そのため、実際にはこのような生波形を表示部７１に表示する必要はない。
【０１０５】
図９−１（ａ）の下側の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が２０ｍＡであり、デジタルフィルタ処理部７０で処理されたデジタルフィルタ処理後の電流波形Ｉ７０を示している。電流波形Ｉ７０はノイズ成分が無いＡＣ波形（単一波）であり、ピーク値はＡＣ９５ｍＡで、周波数は１００ｋＨｚであることが確認できる。即ち、ノイズ成分が含まれた分流電流である電流波形Ｉ５０について、ノイズを効率的且つ確実にカットし、目的の分流電流（注入電流波形Ｉ８２の分流電流）を精度良く抽出できたことが分かる。
【０１０６】
従って、電流検出ポイントＰ１における分流波形のピーク値は９５ｍＡであり、分流比は９５％であると算出される。そして、仮に同様に雷電流が侵入した場合、雷電流の分流比も９５％であると推定される（理由は上述した通り）。なお、想定される侵入する雷電流値（ピーク値）を予め設定しておけば、前記推定された雷電流の分流比に基づき、侵入する雷電流の分流値（ピーク値）も推定できることとなる。例えば、一般的な事例に基づき、侵入する雷電流値（ピーク値）を３０ｋＡと仮定し、この数値を予め設定しておけば、ポイントＰ１における雷電流の分流値（ピーク値）は２８．５ｋＡであることが推定されることとなる。もっとも、このような過大な電流が実際に接地系統に流れると、設備機器が損傷する可能性が極めて高いため、実際には局舎内の適切な場所にＳＰＤを設けるのが通例である。
【０１０７】
図９−１（ｂ）の上段の波形図は、縦軸のスケールの関係により外観は相違するが、上述した電流検出ポイントＰ１における電流波形Ｉ５０であるので、当該波形の説明は省略する。
【０１０８】
図９−１（ａ）の中段の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が５Ｖであり、同期検波部６６に入力される参照信号Ｓ６５を示している。周波数が１００ｋＨｚの信号を抽出したいため、参照信号Ｓ６５は１００ｋＨｚで周期を繰り返すパルス波を採用している。なお、ピーク値は５Ｖの電圧波形である。
【０１０９】
図９−１（ａ）の下段の波形図は、横軸の１目盛が５μＳ、縦軸の１目盛が４０ｍＡであり、同期検波部６６で処理された後、更に第３フィルタで処理された後の電流波形Ｉ６７を示している。電流波形Ｉ６７はノイズ成分が無いＡＣ波形（単一波）であり、ピーク値はＡＣ９５ｍＡであることが確認できる。即ち、ノイズ成分が含まれた分流電流である電流波形Ｉ５０について、ノイズを効率的且つ確実にカットし、目的の分流電流（注入電流波形Ｉ８２の分流電流）のピーク値を精度良く抽出できたことが分かる。なお、上述した通り、同期検波によれば、信号処理の特性上、同期検波後の波形の周波数は、必ずしも目的の波形の周波数に一致するものではないが、目的の波形のピーク値については精度良く算出するものであり、この点については同図のＩ６７の波形が示す通りである。
【０１１０】
従って、電流検出ポイントＰ１における分流波形のピーク値は９５ｍＡであり、分流比は９５％であると算出される。そして、仮に同様に雷電流が侵入した場合、雷電流の分流比も９５％であると推定される（理由は上述した通り）。なお、想定される侵入する雷電流値（ピーク値）を予め設定しておけば、前記推定された雷電流の分流比に基づき、侵入する雷電流の分流値（ピーク値）も推定できることとなる。例えば、一般的な事例に基づき、侵入する雷電流値（ピーク値）を３０ｋＡと仮定し、この数値を予め設定しておけば、ポイントＰ１における雷電流の分流値（ピーク値）は２８．５ｋＡであることが推定されることとなる。もっとも、このような過大な電流が実際に接地系統に流れると、設備機器が損傷する可能性が極めて高いため、実際には局舎内の適切な場所にＳＰＤを設けるのが通例である。
【０１１１】
次に、解析装置６０における信号処理動作を含めて更に説明すると、以下の通りである。
図６の電流検出ポイントＰ１に装着された図３の電流検出器５０では、電流検出ポイントＰ１に流れる分流電流を検出する。この検出された分流電流の電流波形Ｉ５０は、図９−１（ａ）、（ｂ）に示すように、接地系統をたどってきてノイズが含まれているため、第１フィルタ６１により、一定の周波数帯の信号成分がカットされる。注入電流が１００ｋＨｚである場合は、抽出したい分流波形の周波数１００ｋＨｚよりも大きな例えば５００ｋＨｚ以上の周波数成分がカットされる。
【０１１２】
注入電流は微弱電流（本実施例１ではＡＣ１００ｍＡ）であり、この注入電流から分流される分流電流は更に微弱なものとなる。そのため、第１フィルタ６１の出力信号は、条件設定部６８及び演算部６９で設定された増幅率に基づき、信号増幅部６２で増幅される。増幅された信号は、念のため、第２フィルタ６３によりフィルタリングされる。第２フィルタ６３では、第１フィルタ６１と同様に、例えば、５００ｋＨｚ以上の周波数成分がカットされ、このアナログ出力信号Ｓ６３が、デジタルフィルタ処理部７０側の第１系統と同期検波部６６側の第２系統とに分岐される。
【０１１３】
第１系統側において、Ａ／Ｄ変換部６４は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３を第１チャネルＣｈ１に入力してデジタル信号に変換し、演算部６９を介してデジタルフィルタ処理部７０へ送る。デジタルフィルタ処理部７０は、演算部６９により制御され、変換されたデジタル信号に対してデジタルフィルタ処理を行い、図９−１（ａ）に示すような目的の周波数帯の電流波形Ｉ７０（即ち、１００ｋＨｚ帯の分流波形）を抽出し、その分流波形（ピーク値を含む。）を把握し、演算部６９に伝える。
【０１１４】
演算部６９は、デジタルフィルタ処理部７０で抽出された電流波形Ｉ７０を把握するため、電流波形Ｉ５０のピーク値が９５ｍＡであることを認識する。演算部６９は、このように分流波形のピーク値を認識するので、分流波形の分流比について９５％と算出すると共に、この算出結果に基づき、分流電流が雷電流であった場合の分流比についても９５％であると推定する。更に、演算部６９は、分流電流が雷電流であった場合の分流比を９５％と推定するので、分流電流が雷電流であった場合の雷電流値（ピーク値）についても推定する。そして、演算部６９は、条件設定部６８から出力された信号に応じ、これらの値を表示部７１に表示するよう命令する。
【０１１５】
表示部７１は、演算部６９からの表示命令を受け、「分流波形（電流波形Ｉ７０）のピーク値：９５ｍＡ」、「注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比：９５％」、「雷電流の分流比（推定）：９５％」、「雷電流のピーク値（推定）：２８．５ｋＡ」である旨を表示する。
【０１１６】
一方、第２系統側において、同期検波部６６は、図８及び図９−１（ｂ）に示すように、信号発生部６５から出力された参照信号Ｓ６５に同期して、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３から、その参照信号Ｓ６５と等しい周波数成分を検波する。
【０１１７】
ここで、図８に示すように、同期検波部６６に入力される参照信号Ｓ６５は、目的の分流波形と同様の周波数（例えば、１００ｋＨｚ）を有するパルス波形（方形波）である。同期検波部６６は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３が所定の周波数信号（＝参照信号Ｓ６５）を含んでいるか否かを確認するための回路であり、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３と参照信号Ｓ６５とを掛け算手段６６ａでアナログ的に掛け算し、ＬＰＦ６６ｂで高周波成分を除去して同期検波波形の出力信号Ｓ６６を出力する。この出力信号Ｓ６６のピーク値は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３中に含まれる参照信号Ｓ６５のピーク値を表すことになる。
【０１１８】
なお、同期検波波形の出力信号Ｓ６６の周波数は、必ずしも参照信号Ｓ６５の周波数と一致しない。出力信号Ｓ６６のピーク値は、第２フィルタ６３のアナログ出力信号Ｓ６３に含まれる参照信号Ｓ６５の周波数のピーク値である。即ち、出力信号Ｓ６６から、分流波形のピーク値を把握できる。
【０１１９】
出力信号Ｓ６６は、第３フィルタ６７により、念のためフィルタ処理され、このアナログ出力信号Ｓ６７がＡ／Ｄ変換部６４へ出力される。Ａ／Ｄ変換部６４は、第３フィルタ６７から出力されたアナログ出力信号Ｓ６７を第２チャネルＣｈ２に入力し、デジタル信号に変換して演算部６９へ与える。
【０１２０】
演算部６９は、変換されたデジタル信号（同期検波波形：電流波形Ｉ６７）を把握するため、電流波形Ｉ５０のピーク値が９５ｍＡであることを認識する。演算部６９は、このように分流波形のピーク値を認識するので、分流波形の分流比について９５％と算出すると共に、この算出結果に基づき、分流電流が雷電流であった場合の分流比についても９５％であると推定する。更に、演算部６９は、分流電流が雷電流であった場合の分流比を９５％と推定するので、分流電流が雷電流であった場合の雷電流値（ピーク値）についても推定する。そして、演算部６９は、条件設定部６８から出力された信号に応じ、これらの値を表示部７１に表示するよう命令する。
【０１２１】
表示部７１は、演算部６９からの表示命令を受け、「分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値：９５ｍＡ」、「注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比：９５％」、「雷電流の分流比（推定）：９５％」、「雷電流のピーク値（推定）：２８．５ｋＡ」である旨を表示する。
【０１２２】
上述したように、演算部６９は、デジタルフィルタ処理に基づいて算出及び推定した各種の値を表示部７１に表示しても良く、同期検波処理に基づいて算出及び推定した各種の値を表示部７１に表示しても良い。しかし、例えば、双方の処理による各種の値を比較し、誤差がある場合は平均値を算出して、この平均値を表示部７１に表示するようにしても良い。このような演算処理を加えることにより、更に精度を向上することが可能になる。
【０１２３】
（ＩＩＩ） 電流検出ポイントＰ２〜Ｐ６における波形
図９−２（ａ）、（ｂ）〜図９−６（ａ）、（ｂ）は、試験結果例である図６の電流検出ポイントＰ２〜Ｐ６における信号波形を示す図であり、図９−１（ａ）、（ｂ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
【０１２４】
図９−２（ａ）、（ｂ）〜図９−６（ａ）、（ｂ）についての説明は、図９−１（ａ）、（ｂ）についての説明と同様となるため、詳細は省略し、各ポイントにおいて検出された電流波形のピーク値及び分流比について説明する。
【０１２５】
図９−２（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ２における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：４０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に４０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：４０％
雷電流の分流比（推定） ：４０％
雷電流のピーク値（推定） ：１２ｋＡ
【０１２６】
図９−３（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ３における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：３０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に３０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：３０％
雷電流の分流比（推定） ：３０％
雷電流のピーク値（推定） ：９ｋＡ
【０１２７】
図９−４（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ４における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：１０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に１０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：１０％
雷電流の分流比（推定） ：１０％
雷電流のピーク値（推定） ：３ｋＡ
【０１２８】
図９−５（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ５における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：１０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に１０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：１０％
雷電流の分流比（推定） ：１０％
雷電流のピーク値（推定） ：３ｋＡ
【０１２９】
図９−６（ａ）、（ｂ）の通り、ポイントＰ６における分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値等は以下のように算出又は推定される。但し、雷電流が侵入したと仮定した場合の雷電流値（ピーク値）は３０ｋＡと設定されているものとする。
分流波形（電流波形Ｉ５０）のピーク値 ：９０ｍＡ
※デジタルフィルタ処理及び同期検波処理の両方共に９０ｍＡ
注入波形（電流波形Ｉ８２）に対する分流比 ：９０％
雷電流の分流比（推定） ：９０％
雷電流のピーク値（推定） ：２７ｋＡ
【０１３０】
これらの図９−１（ａ）、（ｂ）〜図９−６（ａ）、（ｂ）に示すように、接地線８３において異なる地点に設定される電流検出ポイントＰ１〜Ｐ６毎に、デジタルフィルタ処理後の電流波形Ｉ７０及び同期検波処理後の電流波形Ｉ６７が異なり、その結果、分流比も異なる。
【０１３１】
なお、図７−１〜図７−４、及び図９−１〜図９−６は、試験結果例を示す波形図であるが、これらはイメージを優先させて図示しているので、若干実際とは異なる部分もある。即ち、実際には、電流検出器５０から出力される電流波形は、図１中の各フィルタ６１，６２，６７等の段階で減衰してしまったり、あるいは、信号増幅部６２にて増幅されるため、電流検出器５０から出力された電流波形のピーク値と、Ａ／Ｄ変換部６４の第１チャネルＣｈ１から出力された電流波形のピーク値、あるいは、Ａ／Ｄ変換部６４の第２チャネルＣｈ２から出力された電流波形のピーク値とは、一致しない。これについては、演算部６９で補正することにより、電流検出器５０から出力された電流波形を推定して算出している。
【０１３２】
（実施例１の効果）
本実施例１の雷電流分布推定システムによる効果をまとめれば、以下の（１）〜（５）の通りである。
【０１３３】
（１） 微弱電流を用いても分流波形を精度よく測定できる効果
（１・１） 接地系統の各地点（各測定ポイント）における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。即ち、測定の際に注入する電流が微弱である場合、当該微弱電流にノイズ（周波数や大きさ等の異なる種々のノイズ）が混入すると、通常は当該微弱電流の分流波形を測定することは極めて困難であるが、図１のようにシステムを構成したので、注入する電流が微弱であっても効果的にノイズを処理（除去）し、目的の分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができる。
【０１３４】
特に、ピーク値検出手段を、デジタルフィルタ処理を行う第１系統のピーク値検出手段と、同期検波処理を行う第２系統ピーク値検出手段との両方により構成した場合には、両系統により検出すると共に、両系統の検出結果を比較することも可能となるため、更に精度良く接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を検出することができる。
【０１３５】
（１・２） 前記のように効果的にノイズを処理できるので、変電所や発電所等の建造物（電気的ノイズが大きい環境下におかれる建造物）においても、微弱電流を用いて何ら不都合なく測定を行うことができる。
【０１３６】
（１・３） 従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、測定の際に大きな電圧を印加するので、建造物内への影響（例えば、建造物内の設備機器やＳＰＤの損傷又は停電等）が懸念される。これに対し、本実施例１によれば、測定の際、微弱電流を用いるため、建造物内の設備機器へ与える影響を少なくすることができると共に、感電等の危険性が少ないため、作業者が安全に作業することができる。従って、本実施例１によれば、従来の懸念を解決でき、運用中（稼働中）の建造物に対して何ら問題なく測定を行うことができる。
【０１３７】
（１・４） 非接触の測定方式であるため、線の取り外し等を行う必要がなく、効率的に測定を行える。更に、操作性が簡便であり、１人で測定することも可能である。よって、従来のようなインパルス電圧を印加するシステムに比べ、準備等にかかる費用と時間を大幅に節約できる。
【０１３８】
（１・５） 測定対象の建造物が高層ビル等の場合、建造物の容積が大きいため（階層が多層で、各階層の面積も大きいため）、分流波形を測定したい地点が、場合によっては数十カ所に及ぶこともある。従来のインパルス電圧を印加するシステムであると、多箇所の同時測定は実質不可能である。これに対し、注入電流を単発的な雷インパルス波形ではなく連続的なＡＣ波形にしているので、長時間にわたる連続的な測定が可能であると共に、多箇所の同時測定が可能となる。
【０１３９】
（１・６） 前記のように接地系統の各地点における分流波形の振幅のピーク値を簡易且つ精度良く検出することができると共に、多箇所の同時測定も可能であるため、接地系統の各地点における分流（分布）の割合（対注入電流比）の算出も、精度良く可能となる。
【０１４０】
（２） 雷電流の分流波形について精度良く推定できる効果
注入する高周波微弱電流の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数としたので、流入電流が高周波微弱電流の場合における接地系統の各地点における分流割合と、流入電流が雷電流の場合の分流割合とを、同等であると推定できる。そのため、分流割合を本実施例１の高周波微弱電流にて測定することにより、雷電流が侵入した場合の分流割合を精度良く推定することができる。
【０１４１】
（３） 調査・分析に資する効果
前記のように雷電流が侵入した場合の接地系統の各地点における分流割合を精度良く推定できるので、接地系統の各地点に配設されている設備機器への影響の調査・分析が可能となる。即ち、落雷時に設備機器へ流入する可能性がある雷電流の程度を精度よく推定できるので、接地系統の各地点に配設されている設備機器の耐電圧・耐電流特性と照らし合わせることにより、設備機器への影響（誤動作発生リスク、絶縁破壊の危険性等）を調査・分析することが可能となる。特に、近年は設備機器のＩＣ化が進んでいるところ、ＩＣ機器は一般的に耐電圧や絶縁抵抗の特性が低いため、このような調査・分析は極めて重要であり且つ意義があるところ、このようなニーズに応えることができる。
【０１４２】
（４） 接地系統の見直しに資する効果
（４・１） 前記のように接地系統の各地点に配設されている設備機器への影響の調査・分析が可能となるので、ひいては、接地系統の見直し（接地線の引き回し変更等の構造的な見直し）や設備機器の配置変更といった方策を効果的に講じることができ、建造物全体の耐雷性能の向上を図ることが可能となる。そのため、本実施例１のシステムは、耐雷設計評価装置として利用することも可能である。
【０１４３】
（４・２） 上述のように簡便に測定及び推定を行えるため、接地系統見直し前（接地改修工事前）と接地系統見直し後（接地改修工事後）の効果検証を容易に行うことが可能である。見直し前後の効果は、測定及び推定した分流値から直接的に確認することができる。
【０１４４】
（４・３） 上述のように簡便に測定及び推定を行えるため、接地改修工事着手前、接地改修工事中、接地改修工事後の一連の工事時間帯において、必要の都度或いはリアルタイムで測定及び推定が可能である。そのため、例えば第１回目の接地線の引き回し変更後に測定及び推定し、第１回目の接地線引き回し変更の効果が十分でない場合は、その後直ぐに第２回目の同様の作業を行うといったように、接地改修工事を効率的に行うことができ、接地系統の最適化を短時間で行うことができる。
【０１４５】
（５） その他の効果
従来、落雷により設備機器が損傷した場合には、何らかの方法で原因の探求と検証を行っているが、このような原因の探求と検証を本実施例１にて行うことができる。
【０１４６】
（実施例１の変形例）
本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（Ａ）〜（Ｄ）のようなものがある。
【０１４７】
（Ａ） 図１の雷電流分布推定システム、図２の電流注入器３０、図３の電流検出器５０、及び図４の同期検波部６６は、図示以外の他の回路等で構成しても良い。例えば、Ａ／Ｄ部６４、演算部６９、及びデジタルフィルタ処理部７０は、これらの機能を一体化したワンチップマイクロコンピュータ（以下「ワンチップマイコン」という。）で構成して回路構成を簡単化したり、あるいは、ワンチップマイコン以外の回路で構成しても良い。
【０１４８】
（Ｂ） 精度を気にしなければ、図１の第１系統、第２系統のいずれか一方の系統のみを備えた構成にしても良く、これにより回路構成を簡単化できる。例えば、第１系統のみを設ける場合は、信号発生部６５、同期検波部６６及び第３フィルタ６７を削除してＡ／Ｄ変換部６４を１チャネル型構成に変更すれば良い。又、第２系統のみを設ける場合は、デジタルフィルタ処理部７０を削除する構成に変更すれば良い。
【０１４９】
（Ｃ） 図１の第１系統では、デジタルフィルタの方が検出精度を向上できるので、デジタルフィルタを用いて演算部６９によりデジタルフィルタ処理を行っているが、本発明はこれに限定されず、アナログフィルタを用いてフィルタ処理を行っても良い。
【０１５０】
（Ｄ） 図１の計測装置４０側において、演算部６９により制御される送信手段を追加し、表示部７１に表示させる表示内容をその通信手段により外部へ送信する構成にしても良い。これにより、遠隔監視も可能になる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０ 電流注入装置
２０ 信号発生装置
３０ 電流注入器
４０ 計測装置
５０ 電流検出器
６０ 解析装置
６６ 同期検波部
６９ 演算部
７０ デジタルフィルタ処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入する電流注入器と、
前記接地系統の他の地点に設置され、前記接地系統における前記分岐路を経由した前記注入電流の分流電流を非接触にて検出する電流検出器と、
検出された前記分流電流から前記所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段と、
前記ピーク値から前記所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する演算部とを備え、
前記所定の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であることを特徴とする雷電流分布推定システム。
【請求項２】
前記電流注入器は、前記注入電流を前記一地点に注入するカレントインジェクションプローブにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の雷電流分布推定システム。
【請求項３】
前記電流検出器は、前記分流電流を検出する変流器により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の雷電流分布推定システム。
【請求項４】
前記ピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段と、
を有する第１系統のピーク値検出手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項５】
前記ピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部と、
を有する第２系統のピーク値検出手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項６】
前記ピーク値検出手段は、
第１系統のピーク値検出手段と、第２系統のピーク値検出手段とを備え、
前記第１系統のピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段とを有し、
前記第２系統のピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項７】
前記フィルタ処理手段は、前記信号増幅部の出力信号に対してデジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタ処理部により構成されていることを特徴とする請求項４又は６記載の雷電流分布推定システム。
【請求項８】
前記所定の周波数は、略１０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲の周波数、
前記所定の電流値は、交流の略１０ｍＡ〜５００ｍＡの範囲の電流値であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項１】
建造物における複数の分岐路を有する接地系統の一地点から、所定の周波数及び所定の電流値を有する高周波微弱電流からなる注入電流を非接触にて注入する電流注入器と、
前記接地系統の他の地点に設置され、前記接地系統における前記分岐路を経由した前記注入電流の分流電流を非接触にて検出する電流検出器と、
検出された前記分流電流から前記所定の周波数の電流成分を抽出してピーク値を検出するピーク値検出手段と、
前記ピーク値から前記所定の電流値に対する分流割合を算出して雷電流分流割合又は雷電流分流値を推定する演算部とを備え、
前記所定の周波数は、一周期分の波形のうち、立ち上がり部分である四分の一周期分の部分波形が、雷インパルス電流波形の立ち上がり部分波形に近似する波形とすることにより算出される周波数であることを特徴とする雷電流分布推定システム。
【請求項２】
前記電流注入器は、前記注入電流を前記一地点に注入するカレントインジェクションプローブにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の雷電流分布推定システム。
【請求項３】
前記電流検出器は、前記分流電流を検出する変流器により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の雷電流分布推定システム。
【請求項４】
前記ピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段と、
を有する第１系統のピーク値検出手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項５】
前記ピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部と、
を有する第２系統のピーク値検出手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項６】
前記ピーク値検出手段は、
第１系統のピーク値検出手段と、第２系統のピーク値検出手段とを備え、
前記第１系統のピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部の出力信号に対してフィルタ処理を行い、前記所定の周波数の電流成分を抽出して前記ピーク値を検出するフィルタ処理手段とを有し、
前記第２系統のピーク値検出手段は、少なくとも、
検出された前記分流電流から、前記所定の周波数よりも高い高周波成分を遮断する第１フィルタと、
前記第１フィルタの出力信号を増幅する信号増幅部と、
前記所定の周波数を有する参照信号を発生する信号発生部と、
前記参照信号に同期して、前記信号増幅部の出力信号から前記参照信号と等しい周波数成分を検波し、前記ピーク値を検出する同期検波部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【請求項７】
前記フィルタ処理手段は、前記信号増幅部の出力信号に対してデジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタ処理部により構成されていることを特徴とする請求項４又は６記載の雷電流分布推定システム。
【請求項８】
前記所定の周波数は、略１０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲の周波数、
前記所定の電流値は、交流の略１０ｍＡ〜５００ｍＡの範囲の電流値であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の雷電流分布推定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７−１】
【図７−２】
【図７−３】
【図７−４】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７−１】
【図７−２】
【図７−３】
【図７−４】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【公開番号】特開２０１１−１４９７２９（Ｐ２０１１−１４９７２９Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１７２（Ｐ２０１０−９１７２）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００２２２０３７）東北電力株式会社 (228)
【出願人】（０００１３０８３５）株式会社サンコーシヤ (64)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（０００２２２０３７）東北電力株式会社 (228)
【出願人】（０００１３０８３５）株式会社サンコーシヤ (64)
【Ｆターム（参考）】
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