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前橋工科大学・宮崎先生のHPより		 誘導雷の現象と被害対策
　(C)数理設計研究所　玉置晴朗　JA1QPY　2002/09/08

目次：
1995年・夏
　古くからハムと雷は因縁の深いものがあります。近ごろはタワーも高くなり雷鳴を耳にすると恐れおののいている方も多いでしょう。アンテナ関係の本に落雷対策の記事があります。おおむねは直撃とアンテナから受信機への大入力対策として考えられているようです。
　私の住んでいる群馬県は雷が多いところです。東京から引っ越してきた人は必ず驚きます。近所のハムに聞いてみても１０年に一度ぐらい、中損害を受けているようです。ＯＭと言われるたぐいの人間はほとんど間違いなく何らかの被害を受けていますし、ＴＶから火を吹いたとかＧＰに落ちて上部がささくれてしまったなどの話しには事欠きません。今年は例年になく大当たりで我が家で２回、近所のＪＲ１ＧＥＳへは直撃がありダイポールを支えていたグラスファイバはささくれてしまいました。		 　直撃は保険を掛け火事にならないように対策する、それ以上のことは望めないようです。大半の被害は誘導による物らしくトランシーバやモデムのＩＣが壊れる程度のことが多いようです。
　現実にある雷の被害は直撃よりも近くへの落雷によるものが数十倍の頻度になると思います。本稿ではこの直撃以外の雷による被害（誘導雷による被害）を主題にしています。
　誘導雷の被害があっても、雷のエネルギーは極度に大きい事が想像され、あきらめの感情を持ってしまいます。大電力だからと言うことで仔細に破壊の筋道を追及したりはしたりしない物でした。ところが最近ではパソコンによるＲＢＢＳやＬＡＮの２４時間運用も多くなりました。かく言う私の設備も例外ではありません。雷が来たときにシャックにいることもありません。この記事は私の設備へ実際にあった２度の被害のくやしさに奮起して、原因を推定し対策の一部をまとめたものです。

発端

　１９９５年７月中頃、梅雨がぐずぐずと続き、前線が北関東の前橋付近を行ったり来たりしている不安定な時期でした。梅雨とはいえ、このような気候のときには雷雲が強烈に発達することがあります。
　稲光を見るのが好きなのでシャックの窓から南方を見ていました。頭の右上にはアンテナケーブルが天井からぶら下げてあります。部屋の模様替えのために５ｍほど余裕が取ってあるのです。
　落雷が激しいときには周囲にまんべんなく落ちます。東京でこのような雷があるとニュースに出るぐらい華々しい物です。ここでは当たり前のことですが・・・。		 　盛りを過ぎたころ、突然ＩＣがはじけるピシッと言うような音、同時に目の前でフラッシュを発光させたような光で落ちました。
　落雷の場所もさだかではなく立ちすくんでしまい、次の瞬間あわてて部屋から逃げ出しました。私の家への落雷では無いことはわかっていましたけれど、アンテナからごっそりケーブルを引き込んである部屋からは逃げ出したくなったのです。

落雷の結果

　シャックにはＰＣが２台、４８６ＤＸ（３３ＭＨｚ）と４８６ＤＸ２（６６ＭＨｚ）があります。以下、このＰＣはＤＸとＤＸ２と書きます。２台のＰＣはイーサネットで接続されていました（注：イーサネットとは２台以上のＰＣをつないでデーターを共有するＬＡＮ）。
　ＤＸはＲＢＢＳの試験のために常時運転中でした。このＲＢＢＳはネットではなく技術データなどを長期保存するためのデータベースとして動かしているシステムで、ＰＣ９８からＤＯＳ／ＶのＷＩＮＤＯＷＳ版として移植試験をしていました。
　ＤＸ２はプログラム作成や仕事に使う物です。ＤＸはサブマシンなので普段は直接操作はしません。人間が対応するマシンと、データ保存やＲＢＢＳのために常時動かしておくサブマシンとに分担させ、ＤＸ２の電源はオフになっていました。
 　雷も去り、心が落ち着いてから電源を入れ直しても２台のＰＣは起動すらしません。ケースを外してあっちこっちと検査した結果、ＤＸ２とＤＸのＩ／Ｏカードが一枚づつ、両方に接続されていたＴＮＣ２台とＦＡＸ・ＭＯＤＥＭが壊れていました。トランシーバには被害はありません。
　ＴＮＣはＲＳ２３２ＣインターフェースＩＣ（ＭＡＸ２３２）とＬＳＩ（ＳＩＯ）が壊れていました。通常はＲＳ２３２ＣインターフェースＩＣだけが壊れるのですが、ＳＩＯのＬＳＩまで波及していたのです。Ｉ／Ｏカードはスロットに差しておくと本体が起動しない状態なのでＬＳＩなどに破壊が及んでいるようでした。どれも見かけは正常で特に焦げたような形跡はありませんでした。

故障箇所からの原因推定

　我が家は鉄骨構造で鉄骨のＨ鋼が部屋内に一部見えているので、そこに保安用のアースが出ています。落雷時にこれは使っていませんでした。
　ＲＢＢＳの周波数は４３５ＭＨｚ、アンテナはコリニアで同軸外皮、屋根上のルーフタワーを介して家の鉄骨に電気的に接続されています。部屋の中から同軸の外側と室内の保安接地までの抵抗を測ると０．２Ωでした。鉄骨は基礎を通じて接地されているので、１０Ω前後の接地抵抗になると想像されます。
　図１を見てみるとＰＣからＲＳ２３２Ｃケーブルで出ている両端のＩＣが破壊しています。直撃ではないので電灯線かＮＴＴの回線から侵入してきたパルスでしょう。ＮＴＴの方は他にも普通のＦＡＸや電話機がつながっている別の回線もあり、それらは全く無傷でした。風呂のコントローラも雷対策用らしきリセットＳＷを押すまでは停止していましたし、近所ではクーラーの被害もありました。		 　したがって、この被害は電灯線から強烈なパルスが到来したと考えて間違いないでしょう。
　電灯線からのパルスだとしても電源部が壊れるのではなくＲＳ２３２Ｃの両端で破壊したのが不可解なのでさらに考えてみました。電灯線からのパルスは電源部に電源フィルターがあり対策されています。だからこそ電源は壊れなかったのですが、システム全体の雷対策としてはまったく効果がなかったのです。つまり電源部にあるノイズフィルタは電源部を守るだけで、他の部分を守る物ではなかったということになります。

ノイズフィルタ


　フィルタはＰＣのＳＷ電源から外に出る高い周波数ノイズ（１００ＫＨｚ以上）を減衰させるのが主な目的です、雷のことはほとんど考えてありません。フィルター部分がコネクタに作りつけになっていることもあります。このフィルタに雷のパルスがくれば、そのエネルギーをケースに流す効果があります。つまり図２Ｂのような電源コンセント型になっているインレットフィルタの場合にはＰＣの電源ＳＷを切っておいてもまったく関係なくケースまで伝わってきます。ちなみに私のシステムで電源フィルタの部分がどうなっているか静電容量を手元のＰＣとＣＲＴについて電源線とケースの間の静電容量を調べてみました。
静電容量
ＰＣ電源OFF 500pF
ＰＣ電源ON 0.01μF
ＣＲＴ電源OFF 0.02μF
ＣＲＴ電源ON 0.01μF
　これから推定するとＰＣは両切りの電源ＳＷの後にノイズフィルタが入っているようです。ＣＲＴのノイズフィルタは２段になっているのか、それとも片切りの電源ＳＷなのでしょう。図２Ｃが電源フィルタ部の推定回路です。このシステムを稼働させた状態にしておくと、電源ＳＷを避雷のためにＯＦＦにしても信号線のグランドへは、０．０１〜０．０３μＦで接続されています。インダクタンスは雷の周波数エネルギーでは無いに等しい物です。
　これを元に誘導電流の電源部からアンテナの接地までの経路を追うと図１の矢印になりました。かなりの大電流が電源部フィルタ→ＲＳ２３２Ｃとイーサネットケーブル（３Ｄ２Ｖ）を介してＩ／ＯカードやＴＮＣ、ＭＯＤＥＭのグランドに流れたのでしょう。
　グランドに電流が流れると信号線には反対向きの電圧が誘起されます。ＲＳ２３２Ｃケーブルにノイズ防止用のトロイダルコアなどが入っていると、まったく効率よく信号線に電圧が出るのかもしれません。

雷現象

　ＴＮＣのＲＳ２３２ＣはＭＡＸ２３２というＩＣが使われていました。データシートによると入力端子は３０Ｖの耐圧、ＳＩＯは５Ｖ系のＬＳＩで普通は７Ｖぐらいまで何とか壊れません。そこで実際にどれぐらいの電圧や電流が発生したのか知りたくなりました。現象を知らなければ対策の立てようもありません。そこで県立図書館や大学の図書館を巡ってみました。
　高圧線への落雷については産業上の要請もあって大量の測定データや研究があります。低い周波数の空電も通信の問題で研究されていました。空電のほとんどは雷が発生源になっていて、これの研究から宇宙電波をジャンスキーが発見したなどとあります。
　雷の直撃については測定が数多くありました。電流のピークは１万Ａから１０万Ａぐらいです。こんな恐ろしいほどの電流測定は数ｍΩの抵抗に流して光に変換して、光ファイバーで測定器にひいてくるそうです。
　時間的には立上り時間が１〜１０μ秒、最大値に達してから電流が半分になるまでに４０μ秒程度で、これが短い時間間隔（数１０ｍ秒）で１〜１０回ほど繰り返し、関東では２〜３回ぐらいが多いようです。自然現象なので数値で見ると１０倍程度の範囲にばらついているようです。総電荷は５〜２００クーロン、稲光部分では１ｍあたり０．２Ωぐらい、数ｃｍの太さ。
一発の雷のエネルギーは１億ジュールほどで、風呂（２００リットル）数回分を適温に沸かすぐらいだそうです。
　高いところだけではなく水田に落ちることも田舎では良く知られています。避雷針を選んで落ちるわけではなく、どちらに落ちるのがお好みかと雷様に聞いてみたら、２〜３ｋｍも上から落ちるので数１０ｍの差は関係ないのだよと言うそうです。（雷を研究している前橋市立工業短大の宮崎先生の話）

　大平洋岸に住んでいる人は、雷は夏のものだと思っています。日本海沿岸、特に北陸では冬に雷が多く、冬の雷は主放電が上向きで枝が上に分岐した形になる割合が多いようです。北関東では年に３０日ぐらい雷の音を聞くそうです。世界的には年に２００日を越える場所もアフリカなどではあります。
　これらの文献調査では、かんじんの電灯線（低圧配電線と言うのだそうです）に発生する異常電圧やＬＡＮで多重接地がある場合の問題について出版物を発見できませんでした。思い余って、赤城山の中腹にある電力中央研究所に電話して子細を話してみると、親切なことに数少ない研究レポートを捜し出して提供していただきました（電力中央研究所、狛江研究所の雷放電グループ横山さん）。電力中央研究所は、電力会社の拠出金による研究機関です。

誘導雷現象の様相

雷放電による周囲への影響にはいくつもの道筋があり、ただひとつの考え方で説明される物ではないようです。 などがあります。落雷地点からの距離によっても主な原因が変わります。大地内電流、静電誘導、電磁波と順に遠方まで伝わりますし、近距離では大地内電流による物が大きな割合を占めます。
　被害を及ぼす誘導雷は家庭の低圧配電線に落雷するものよりも、６ＫＶの高圧配電線かその上に張ってある地線または近所の避雷針に直撃し、その大電流が大地内を流れるとき局地的に大地の電位が非常に高くなり、それが配電線や保安接地のグランドから誘起して高圧のパルスが家庭内のコンセントに現れることが多いのではないでしょうか。この回路的に考えやすい３つ目の大地抵抗による影響が主ではないになると思い計算してみました。

大地抵抗の影響による電圧

雷撃点がどこであれ、大地に流れ込む地点を基準にして周囲への影響を多くの仮定の下に計算したものです。
図４Ａ　地中で流れ出す電流を計算する

図４Ｂの仮定
　（雷は小さめの１万Ａ、大地抵抗は田園、接地抵抗１０Ω）

　接地抵抗が１０Ω、それに１万アンペアですから接地点では１０万Ｖになります。電圧は無限に遠くにある基準からの電圧です。
　１００ｍ離れていても１０００ボルトぐらいになっています。１０ｍでは１万Ｖぐらいですから、そこに立っていれば髪の毛が逆立つかもしれません。


図４Ｃ　ある距離とその距離＋１ｍの間の電圧

　これは同じ条件で、ある距離とその距離＋１ｍの間の電圧です。人間が四つん這いになったとき頭の方向に落雷したときの手と足の間の電圧だと考えてもいいでしょう。
　１００ｍ以上離れていると１５Ｖ未満なので感電はしません。しかし５０ｍぐらいそばになると危なくなってきます。大きな雷だとこれの１０倍ぐらいの物があるのでグラフの電圧も１０倍ぐらいになります。
　私の義理の弟は農業で牛を飼っています。牛舎を建築しているときに地下に金網が埋めてあるのに気がついて理由を聞いたところ、落雷で牛が感電するのだと言っていました。おまけに雷の話しをしていたら、田んぼへの落雷が結構あり、秋になると円形に枯れているのが少なくないとの話などをしてくれました。高いところに落ちるだけではないようです。当時はそんなものかなと思って深く考えなかったのですがこのグラフで見るとわかりますね。野外にいる４つ足のスパンが１ｍと２ｍですし、牛は２０Ｖぐらいで感電するそうです。
　さて、これらのグラフは物知りだということを誇示したいためではありません。実際に役立ちます。ためしに家の周りの配電線を望遠鏡を持って見て歩いてみました。
　配電線は断線の障害などを防止するに区画ごとにループになっているようですが私の家は地方都市のさらに田舎なのでループにはなっていません。

　今回の落雷は近所の回覧板を回している範囲（３００×２００ｍ）のあちこちで障害を起こしました。クーラーや風呂のバーナー、温水器のコントローラーが軒並み被害を受けていました。しかし残念ながら、どこに落ちたのかは誰も見ていません。見ていたはずの私が腰を抜かす寸前だったのですから当たり前ですが・・
　近所に被害が集中しているので、どこかの地線に落ちたのは間違いないでしょう。見て回った限りでは電柱ごとに頂上の地線と単相２００Ｖの中性線は電柱の中を通してアースされていて、電力会社でできる限りの対策は取ってあるようです。ＮＴＴの架線支持ワイヤーもアースされていました。
　何が壊れたかを考えてみると、接地してある物だと言うことに気がつきます。クーラー、温水器などは家の外にある機械に接地を取ってあることが多いですね。ＴＶやステレオは接地が無い場合が多くなかなか壊れないようです。
　パソコンでも単体で使っている限り壊れないようです。ところが無線やパケットと接続しているとどこかで接地されています。特に接地していなくてもＧＰや八木アンテナなどで接地経路が確保されていることがほとんどでしょう。
　私の無線機でもシャックの中にきている同軸の外皮と家（重量鉄骨構造）の鉄骨の間では完全に導通状態（０．２Ω）です。　そこで以下のように推定しています。
  1. 近所への落雷が（電力線にではなくても）、雷撃点の接地を通じて大地に流れるとき、その接地点付近の電圧を持ち上げます。
  2. ついで付近にある電力線、３線式の２００Ｖか２線式の１００Ｖの接地側の電圧を持ち上げます。それが電力線を伝わってくると自分の家の接地との間で大きなパルスを発生します。
  3. 電力線で無くても距離が離れた２つの接地点があると同じ現象が起きます。これはＬＡＮなどで良くある現象です。
　自分の機械が完全に浮いていれば問題ないのですが、どこかで接地していると数ＫＶのパルスがグランドへ流れるというわけです。この意味では雷やノイズ、インターフェア対策のために接地を取るのはまったく逆効果となります。直撃の場合に接地を取ってないと火災を起こす可能性もあり、困った物です。

　ところで、どれぐらいの電流が流れるのか概算してみましょう。図でＡ、Ｂ、Ｃの全てが１０オームの接地抵抗だと仮定して雷撃点Ａからの距離はＢが５０ｍ、Ｃが１００ｍだとします。
　Ａ点に１万Ａが流れ込むとしましょう。図４ＢよりＢ点は２０００Ｖ、Ｃ点は１０００Ｖとなります。Ｂ、Ｃ点の間を電線で短絡したときの電流はテブナン・鳳の定理というもので知られます。
　Ｂ、Ｃの接地抵抗は１０Ωづつなので２０Ω。Ｂ、Ｃの間は短絡していないときに１０００Ｖの差がありますから内部抵抗が２０Ωの１０００Ｖの電圧源に見え、短絡電流は５０Ａとなります。これは小さな雷ですから実際には５０Ａから５００Ａ、もっと近接していれば１０００Ａを軽く越えるでしょう。（いずれにしろ、本稿に書かれている数値は概算もいいところであることに注意しておくことが必要です。）
　たとえば１００Ａ流れたとすると、電流経路にあるＲＳ２３２Ｃケーブルの接触抵抗を含む接地線の両端抵抗が０．５Ωあると５０Ｖの電圧が出ます。１０００Ａだと５００Ｖになります。プリントパターンの中の細い配線なども無視できません。０．０１Ωでも１０００アンペア流れると１０Ｖです。これではＬＳＩなどはひとたまりも無かったでしょう。


コラム
低圧配電線への雷サージ電圧発生頻度（式、表）
１雷雨日当りのサージ電圧発生頻度、１０００Ｖ前後の物が１日雷が鳴ると、５５％
の確率で発生するという風に読み取る。雷雨日とは雷鳴が聞こえた日のことです。

V 　　　　　%　　 １％値で約２万Ｖになる
1000 　55.03
2000 　14.05
4000 　4.35
10000 　1.51
20000 　0.93
40000 　0.64
100000　0.43

サージ電流は１％値で１０ＫＡ程度、１０％値で５ＫＡ程度、５０％値で２ＫＡ程度
引用　日経エレクトロニクス　１９８８／８／２２　４５４号　Ｐ２８６		 電話線への雷サージ電圧発生頻度
１雷雨日当りのサージ電圧発生頻度、１０００Ｖ前後の物が１日雷が鳴ると、２４％の確率で発生するという風に読み取る。

V 　　　　% 　１％値で約６ＫＶになる
1000 　23.9
2000 　6.86
4000 　1.97
10000 0.378
20000 0.109
40000 0.0312

引用　日経エレクトロニクス　
１９８８／８／２２　４５４号　Ｐ２８６

対策

　一番の対策は外部に接続している全ての電源、信号線、アンテナを引っこ抜くことです。しかし、わかっていてもＲＢＢＳやＬＡＮを常時動かしているとそれもかないません。
★既存の対策用品
　対策としてはいくつかの考えがあり市販の対策部品は誘導電流を効率よく接地に向けて流してしまう物と、電源を分離するタイプなどが基本になっています。電源フィルタや信号線に入れるフィルタのたぐいは接地（ケースがほとんど）に電流を流して保護します。
　電源に入れる避雷トランスは捲き線の間にシールドを入れて電源からの衝撃をシールド経由で接地に流します。
　トランスが確実かと思い、値段や性能を調べてみるとだいたい１００Ｗあたり１〜２ｋｇ、１万円でしょうか。最低でも４〜５００Ｗ、短時間は１ｋＷ以上を供給できなくてはあまり実用性がありません。これは消費電力が決まっている機械のためにはいいと思いますが、私のシステムはレーザープリンタなどもあり瞬間的には１ＫＷを越えてしまうので採用はしませんでした。
　信号線の対策用として各種のフィルタもあります。しかし良く考えてみるとグランド線をながれる大電流で破壊しているらしいので信号線そのものをいくら対策しても意味がないようです。
　上の電流経路図を見るとＩＣのグランドがＰＣＢ内で配線されていた位置に重要な意味があることが判ります。さらにＲＳ２３２Ｃにトロイダルコアなどのノイズフィルタを被せてあると信号グランドに流れる電流と逆方向へ電流が流れようとして信号線にも電圧が出てきます。

　結論は機器類の配線を経由して大地接地点へ誘導雷の電流を流させないことだと言えましょう。対策として、できるだけ誘導雷電流を流さないことにします。どうしても流れてしまう電流はシステムの信号配線を通過させないようにします。誘導雷の電流については信号線をノイズフィルタ用のトロイダルコアに通しても、信号線のグランドから信号線そのものに誘導を起こすだけなので被害をひどくするだけでしょう。

　対策装置（誘導雷防止器）を試作して１００Ｖの低圧配電線に入れることにしました。通常の状態で誘導雷防止器からグランドへ漏れる電流が多すぎると漏電遮断機の感度が約３０ｍＡぐらいなので、感電の防止からもそれより十分小さい電流の洩れしか無いように作らなければなりません。
　そのために並列に使うコンデンサ容量の大きさには限界があります。ノイズフィルタには０．０１μＦぐらいが使われていて１ｍＡ以下の漏れ電流になるようにします。


　このような形で近所の直撃点から誘導されて拾い上げた電圧による誘導電流をシャックのアースに流すのがいいでしょう。Ｌ１はパルス電流を抑制し、Ｃはパルス電流を接地に流します。Ｌ２はＣで抑制しきれなかった電圧を阻止します。Ｌ３は機器アースを接地に流れる雷撃誘導電流から切り離します。
　じつはたいていの場合もっと複雑で、以下のようになります。　Ｌ２は誘導電流をＣにより接地に流すべきものがいくらか残り、機器の接地からアンテナ、タワーを介して流れていくのを防止します。ＬＣはシステムの保安接地用でシャックのアースとタワーのアースの間に流れる誘導電流を阻止します。保安接地が必要なければ接続しない方がいいでしょう。
　高周波的にトランシーバなどを接地したければ、別途に運用周波数以上のＨＰＦみたいなものを経由して接地するかカウンターポイズで仮想グランドを作るのがいいでしょう。保安接地を取るのはおすすめではなく、アンテナケーブルに同相トランスのバランを入れて機器の接地を回避した方がよいと思います。有線用のＭＯＤＥＭやＬＡＮで遠くに接続されている場合も、同じことがいえるでしょう。
　基本は信号線の接地線を経由して流れる電流を阻止することにあります。今までの常識と逆のことを書いているようですが、このアプローチは大規模なシステムを組むところでは常識になりつつあります。
　しかし、この常識も部品や製品レベルではまだ実現されていませんし、商品も存在していないので試作してみました。
　雷のエネルギーはＰＣなどで対象としている周波数領域に比べて一桁以上低いので、インダクタンスも同じく一桁以上大きくしてあります。電流容量もできれば１０Ａぐらい欲しく、捜したのですが特注以外ではＴＯＫＩＮの物しか手に入ら３０ｍＨ、４Ａのものにしました。同相巻きのチョークですから銅線の発熱で電流が制限されるので短時間なら１０Ａ以上を流せます。Ｌ３のチョークは同相巻きのコイルを直列になるように接続したので４倍の１２０ｍＨになります。

　グラフＡは実測の減衰特性、ＰＣに使われるノイズフィルタはだいたいＢのグラフになり２００ＫＨｚ以下の周波数帯域ではほとんどスルーになります。一けた以上低い周波数に設計してあります。
　このフィルタに誘導雷そのものを与えて測定はできないので（実は測定しようとしたら停電！）、数値計算でやってみました。　図１２がモデルとした回路です。Ｔ型のフィルタそのままでバリスタなどが無い場合に２ＫＶインパルスを与えてみると図１０になります。
　立ち上がりの早いパルスは無くなりますがＴフィルタの共振周波数で大きな振動が発生し出力には３ＫＶぐらい出てしまいます。これでは何のことやら意味がない。


　そこでコンデンサの部分で２００Ｖを越えないようにリミッタをかけると図１４になります。振動は残りますがピークで４５０Ｖぐらいです、これぐらいならＰＣの電源部で何とか対処できるでしょう。信号グランドに流れる電流も０．２Ａぐらいになります。リミッタには数Ａ流れます。


　さらに大きな誘導を想定して２０ＫＶのパルスを与えると図１５になります。出力に８５０Ｖぐらいが出ます。ＰＣの電源部が耐えられるかどうかわかりませんがグランド電流は１Ａ程度に押さえられます。数少ない実測データからの見積もりでは誘導雷の８０％ぐらいに効果があると推定しています。残念ながら１００％安全というわけにはいきません。

製作と部品

　コイル：　各種のコイルに０．１μＦを並列につなぎ共振周期を測定してインダクタンスを測りました。

ＳＷレギュレータの中にあった物は大きな物でも２ｍＨぐらいしかありません。バーアンテナに巻いた物は気休めにもならないでしょう。インターフェア対策の同相トランスのレベルでは役に立たないと考えられます。
　別途オーディオ用で電源にいれるアイソレーション・トランスなるものが手元にあったので、それも測ってみましたが１ｍＨ程度しかありませんでした。
　最低でも３０ｍＨ、本当は１００ｍＨぐらいを確保したいので通常のトロイダルコアのノイズ用トランスではインダクタンスが少なすぎます。
　各種メーカーにあたってみて、ＴＯＫＩＮの（ＳＣ−０４−２００ＪＶ）が２９ｍＨで４Ａの電流容量を持つので何とか使えるだろうと採用しました。３個で２Ｋでした。
　

コンデンサ

　これは２５０〜５００Ｖ耐圧の物で０．２μＦは内部に直列抵抗が入っているサージ対策用の物です。普通の０．２μＦでもいいでしょう。　０．０４７μＦは普通のセラミックコンデンサです。

リミッタ

　手に入った物は、ＡＣ１００Ｖ用のバリスタです。あまり特性が良くないし破壊したときに短絡モードになるのでおすすめではありません。調べた限りではシリコンサージアブソーバと言う物で２００Ｖ耐圧の物を使う方が性能的にも格段の良さがあります。（例：石塚電子のＺ２１８０）
　これらの耐電流はコイルを経てから電圧制限するので、あまり大きな物である必要はありません。２０Ａもあればいいでしょう。

組み立て

　ＡＣ１００Ｖを扱うので十分注意してください。入力と出力は反対向きに出します。この間に数千Ｖの電圧が瞬間的とは言え発生することをお忘れ無く。接地線は太い線で確実に接続してください。
　フィルタ接地端子と保安用の接地の間のコイルは同相コイルを直列になるように接続します。

使い方

　このフィルタはフィルタ接地端子を接地して使うことを前提とします。接地しなければ効果は非常に少なくなります。

フィルタ接地端子の接続場所

　実はこれが大問題なのです。できれば一点アース、ハムの場合にはタワーの根元が最適です。タワーが近くにない場合、２階屋ぐらいでしたら電線を引いてでも接地してください。私の家は屋根の上に足場材で組んだルーフタワーなので室内に露出しているＨ鋼にタップを切り接続しています。

　それが出来ない場合には、電子レンジなどに附属している５０ｃｍぐらいの接地棒でもかまいません。非常に低い周波数（１ＫＨｚから１ＭＨｚ）なので１０ｍほど引き回してもいいでしょう。
　ビルならば窓枠などですね。とにかく多重接地によるループを作らないように、すでに接地がある（ハムなど）場合にはその接地に近いところがいいでしょう。
　フィルタの役目は電流を流さない、電流をゼロには出来ないので信号線に流さずに始末する所にあります。フィルタ接地を基準点にして電圧を制限しようとします。

保安用グランド

　実は、この端子を使うのはおすすめできません。保安接地が必要な場合に使うだけです。ハムの場合にはアンテナを介してすでに接地されていることが多いので、多重接地を避ける意味で使わない方がいいでしょう。どうしても使う場合のために用意しています。この端子はＡＣ１００Ｖでは保安の役に立ちますが、高周波的には浮いています。

設置例

　無線機からＴＮＣ、ＲＳ２３２Ｃを介してＰＣに流れる電流を流さないようにするのが目的なので、アンテナの５ＤＦＢコネクタの外側にネジつけてＰＣまで直接分流させるようにしています。このバイパス線路は保安設置には接続していません。
　このようにすればアンテナからの電流のかなりの部分はＰＣまで直接流れ、途中で障害を起こしにくいと思います。

直撃雷の保安

正規の保安設備＝避雷針は大掛かりになるので、最低限どれぐらいのものが必要なのでしょう。　直撃はごく短い時間に大電流が流れるので、その間の放熱は無く、すべてのエネルギーが導線を加熱するのに使われます。正確な計算ではありませんが直撃で電線が蒸発しない最低のアース線は直径２ｍｍ程度です。それ以下の太さだと確実に蒸発して無くなります。実際問題５ＤＦＢ程度の外皮に直撃電流が流れると、外側導体はささくれだってしまいます。
　避雷針では主放電電流を安全に流すために素線が２ｍｍぐらい、直径１０〜１５ｍｍ程度の鬼撚り線という専用の裸電線が使われます。電線の太さもありますが、保持が厄介で１０ＫＡもの電流でムチのように踊りますから専用の穴開き碍子を通して固定します。
　アルミのアンテナエレメントも熱か電磁誘導なのか理由は不明ですが１ｃｍぐらいの太さの部分は曲がります。
　直撃雷に対しては火災保険をかけておくのが実際的でしょう。火事にならないようにするためには、２ｍｍ以上の電線を使った簡易接地でも無いよりましだと思います。

　雷が近寄ってくるとケーブル類に近づくことさえ危険なので、ケーブルを外すなどの対策はとっていません。雷撃は雷雲の最初と最後に多く、雷雲の周辺部で放電が多いと思えます。これは気象関係の本でも事実のようです。

ケーブルを外すタイミング（コラムが良い）

　多くの雷は３から５秒の間隔で落雷があります。一度放電すると雲の中の電荷移動に時間がかかるからなのです。ケーブルを外すときには落雷直後の３秒以内ぐらいに外せばＯＫ。
　さらに、毎回の落雷は数ｋｍ離れて落ちます。一度落ちると雲の中の電荷が集まってくるまで時間がかかるからです。近くに落ちたときの直後は安全です。
図１５　ランダムウォークの落雷点と落雷間隔
　離れた落雷の５秒以後は危険なのでてケーブルにさわらない方がいいでしょう。

雷現象の測定

↑　右上の説明にある「１００ｋHz受信機」は間違い、オシロで直接観察する物です。１ＳＳ９９は耐圧５Ｖのショットキーダイオードです。オシロで見たり写真を撮っているだけだと停電で観察できないので、カセットに録音しておいて後で観察しました。
↓　１００ＫＨｚ電波を測定した写真です
　落雷現象に興味を持ち、周囲の先生方の所に押しかけて色々話しをしていたら興味が沸いてきて、ＴＳ４３０Ｖで１５１ＫＨｚの長波を聞いたりオシロで写真を撮ってみました。雷は２〜３ｋｍの放電路を持つので低い周波数領域にほとんどのエネルギーを持っているからです。たしかに良く聞こえます。オシロで見ているとおもしろいものです。５ｋｍ〜１０ｋｍぐらい離れた落雷の波形写真です。
　いずれも非常に受信感度を落とした状態で、２０ｍのロングワイヤーです。

　遠くの雷ではなく、近所の雷を測定したいと思い、電灯線の中性線（接地線）と我が家のアースの間を見ていたら、またまた近所に落雷して停電してしまいました。５〜１０ｋｍ離れているときに２０Ｖぐらいのパルスが出ています。これぐらいの距離になると大地抵抗による物ではなく電波による誘導と思います。
　しかし実験中、近所へ落雷があり、あっというまにダイオードが単なる抵抗に変身してしまいました。この時は漏電ブレーカが落ちてしまいました、製作したフィルタのおかげかＴＮＣのＭＡＸ２３２Ｃだけが破損。オシロを眺めていた限りでは、非常に鋭敏なパルスが出ていておもしろかったのですが・・・
　近所への雷撃を観察するためには高耐圧のＳＷダイオードの方がいいようです。

　雷の研究はまだまだです。なにしろ自然現象、なかなか思い通りには落ちてくれません。測定の環境を整備し、簡単な装置で記録できるようにして多人数でやれば、おもしろいと思います。
　空電の研究から宇宙電波が見つかりました。さて雷様からは何が見つかるでしょう。非常に大エネルギーの現象なので予想もできません。予想できないからおもしろいのでしょうね。

落雷からの退避

一般的なこと

　金属物（ポールなど）を立ててそばにいるのは論外ですが、時計や指輪など金属物を外しても関係ありません。雷電流が金属に集中するので火傷の痕が残りますが、かえって体内を電流が通らないので死亡率が低いという説もあります。
　避雷針がそばにあっても野外ではまったく助けにはなりません、それどころか分岐放電を呼ぶので危険です。自動車はかなり安全ですが、窓アンテナに落雷して人的被害があった場合があるので車体に接地されていないアンテナは危険です。

森林や小屋

　木の下に立つと木への落雷の後、枝や幹から人間に分岐放電が起こりやすいので、木から離れること。小屋の中にいても玄関口や窓から外を見ていると体へ放電しやすい。木よりも人間の方が圧倒的に良導体だということを記憶しておくべきです。

岩石地帯、稜線

　最悪の場所で、人間が並んで歩いていると数珠つなぎに放電が起きます。岩の導電率が非常に低いので人間を飛び石として放電します。山岳での大量遭難はこのパターンが多く３０人ぐらいが一挙に被害に遭うことがあります。
　くぼみを捜して分散するのがいいでしょう。被害に遭っても一人ですみます。金属ポールなどがあればポールと平行になっていれば火傷はしますが死亡率は低い可能性があります。

運用中

　とにかく、もたもたしないで無線機なんぞは放り出して逃げ出すのが最善です。命あってのものだね、くわばらくわばらと唱えて遁走あるのみです。
　少し中途半端な記事になってしまいましたが、現在進行形なので、こんな程度でお許しください。

謝辞：

電力中央研究所、狛江研究所の雷放電グループ横山さん。
前橋工科大学の宮崎先生には貴重なデータを提供していただき、お礼を申し上げます。

参考文献

ＴＯＫＩＮ　ＥＭＣラインフィルタ
電気学会技術報告５２２号　架空線における誘導雷現象
その他、地学、気象、ノイズ、電子回路の文献

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