レールスイーパー（アース線付）の試験

レールスイーパーの用途

当社製品のレールスイーパーには、標準タイプ、アース線付タイプ、フェルトタイプの3種類があります。
標準タイプは、レール表面の異物や粉塵、レールの酸化被膜等を除去する用途で、粉塵がブラシの隙間を通り抜けないように、斜めのスクレーパーが付いているのが特徴です。
アース線付タイプは、主にクレーン本体に帯電した静電気や漏電をアースベルトの付いたブラシからレール（地面）に放電する役割を持っています。
フェルトタイプは、ステンレスブラシの代わりに、フェルトを用いて、レール表面に付着した油分や水分を拭い、車輪のスリップを防ぎます。

アース線付タイプは、1982年に東京都立工業技術センター（現、東京都立産業技術センター）において、５ｔの天井走行クレーン実機にセットし、電流波形試験でその接地性能が確認されました。
以来、各業界・業種で使用されるクレーンの帯電防止用として、今日までその役割を果たしてきています。

あるお客様から、帯電防止用のレールスイーパー（アース線付）で落雷対策に応用できないかとのご相談を受け、中部大学工学部電気電子システム工学科山本和男教授監修のもと、疑似的落雷によるレールスイーパー（アース線付）の能力を測定する試験を行いました。
また、それと同時に、1982年に行った電流波形試験の裏付けおよび更新を行うために、低電圧通電試験も行いました。

Ⅰ．レールスイーパー（アース線付）の耐雷試験

試験場所

中部大学　工学部　電気電子システム工学科　高電圧実験室

試験対象物

品名：レールスイーパー小型（アース線付）

目的

雷は高電圧、大電流、大電荷量ですが、落雷による機器の損傷の程度は電荷量（C：クーロン）に比例して大きくなります。よって、電荷量を変化させ、長波尾大電流がレールスイーパー（アース線付）のブラシからレールへ通電した時、ブラシ端面に与える損傷度合いと大地への通電の検証を目的としました。

試験方法

長波尾大電流発生装置を用い、レールスイーパー（アース線付）に長波尾大電流を通電させ、ブラシからレールへの放電の様子とその波形、ブラシ端面の損傷度合いを測定しました。

試験回数は、1 kV充電(6 kA)～4 kV充電(24 kA)の間で各1回、計4回行いました。

試験装置、治具等

試験結果

１．１kV充電　：　波高値4.8ｋA　電荷量46.9 C（クーロン）

2．2kV充電　：　波高値10.2ｋA　電荷量106.0 C

3．3kV充電　：　波高値15.7ｋA　電荷量169.8 C

4．4kV充電　：　波高値21.2ｋA　電荷量224.4 C

考察
（中部大学工学部電気電子システム工学科山本和男教授　報告書より引用）

今回、長波尾大電流発生装置を用い、レールスイーパー（アース線付）に長波尾大電流を通電させた。試験結果より電流はブラシから接地へ確実に通電できていることから、レールスイーパーが設置されているクレーンなどに落雷があったとしてもその雷電流を安全に大地に通電できるものと考える。

参考文献(1)に示されている「冬の日本海沿岸に落ちる冬季雷の電荷量累積頻度分布図」には、冬の日本海沿岸に落ちる冬季雷の電荷量累積頻度分布が示されている。冬の雷は夏の雷に比べて電荷量がかなり大きく、高構造物に雷が集中する特性を有しているため、夏の雷よりも危険である。本実験は、夏の雷よりもより条件の厳しい冬の雷にも耐え得るのかを確認するための実験を行っている。今回の試験で最も大きい電荷量である224.4 Cを超える落雷は、冬の雷のおよそ5 %程度である⁽¹⁾。つまり、今回の試験は冬の雷の95 %の冬の雷に対しても耐え得ることを証明した試験である。ちなみに、試験結果後のブラシの状況を見るとさらに大きな電荷量の雷でも問題なく雷を大地に放出できると考えられる。

参考文献

(1)独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構：「風力等自然エネルギー技術研究開発／次世代風力発電技術研究開発／自然環境対応技術等（落雷保護対策）」，p.34

放電動画

46.9C

106.0C

169.8C

224.4C