雷のエネルギーはどのようにして計算しているの？

インターネットで「雷のエネルギーは１億ボルト、電流を20万アンペアとして計算すると、200億キロワットにもなる。東京電力の1日の電力供給量が3850万キロワットだとすると、単純計算で1.4年分になる」などと紹介されている。
しかしながら、その根拠がいまいち分からない。
分からないとなると知りたくなるのが人情。
いろいろ調べてみたけれど、これだという説明に行き当たらない。
そこで、博学な諸氏にお尋ねしたい。
気象条件などから蓄積される電荷量、帯電電圧が計算する方法はありませんか？
厄介な質問かもしれませんが、よろしくお願いいたします。

No.8 回答者： pooh2016 回答日時： 2022/11/21 08:40

>それらは測定の実際に起こっている雷の測定結果から導き出しています。

落雷時の電流を計測する最も確実な方法は鉄塔等を流れる電流を観測する方法です。
それ以外に電界、磁界を観測することで雷雲内の電荷量が測定されています。
落雷時の電荷量変化から放電された電荷が推定され落雷エネルギーを推定します。

>例えば雲の量とか高度とか温度でも、
雷雲量はドップラーレーダーで観測されていますので、定性的には雷雲量に加え地域特性や季節等の経験情報を加えて推定されますが、定量的には実測定無しでは無理だと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
実測なしでは推定できませんか？
定性的と言えばドップラーレーダで観測して大型の落雷が起こる、という具合で、定量的では何ｋV、何ｋAの落雷があるというようなことですね。
ただ、雨量に関しては常に毎時何ｍｍの降雨があると、定量的ですね。
なぜ、雷では定量的な予測ができないのでしょうか？
思うに、それを推定しても実用化値が乏しいからではないのですか？
だから、定量化しようという機運が湧いてこないのでは、と思ってしまいました。

お礼日時：2022/11/21 16:33

No.7 回答者： isoworld 回答日時： 2022/11/20 22:05

もうひとつ間違っていました。

数10Aではなくて、数10kAです。

余計なことですが、落雷と言われるように雷は上（空）から下（地上）に落ちて来るものという印象がありますが、必ずしもそうではありません。下（地上の突起物）から雷雲に向かって伸び上がって行くものもあるんです。

一連の雷撃で、上から地上に雷撃電流が流れ、すぐそれに続いて下（地上）から上に雷撃電流が流れるという、行ったり来たりの電流が流れることがあるのも、その調査で判りました。
空気の絶縁が破れていったん放電路が出来ると、そこを通して雷撃電流が流れやすくなるんでしょうね。

この回答へのお礼

訂正、ありがとうございます。

行ったり来たりする雷もあるのですか！
随分前ですが、宇宙に向かって放電する雷があるとTVで放送していました。
自然現象にはまだまだ分かっていないことが沢山ありそうですね。
研究者は新しい発見があるのではないかと、ワクワクしながら没頭しているように見えます。

お礼日時：2022/11/21 07:46

No.6 回答者： isoworld 回答日時： 2022/11/20 19:30

おっと、失礼。

100kA×100kA×10Ωでした。

No.5 回答者： isoworld 回答日時： 2022/11/20 19:29

ずっとむかし（４０年ほど前）、某電力会社に協力して某火力発電所の150mの煙突（避雷針）に落雷する雷撃電流の測定（極性と波形と電流値）をしたことことがあります（実測です）。

当時としては画期的でして、米国で学会発表されました。

その結果は、大きなもので100kA（ピーク値）はありました。数10Aならふつうにあります。

電位（電圧）は分かりませんね。接地抵抗を10Ωとすると、ピーク電力は100kA×100kA÷10Ωになりますね。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
随分前から、測定などがされていたのですね。
昔、山仲間から球雷に遭った話を聞きました。
雷が山小屋の中に球のように転がりながら侵入してきたとか
雷にもいろんなものがあるんだな、と思った記憶があります。

お礼日時：2022/11/20 21:44

No.4 回答者： m-jiro 回答日時： 2022/11/20 10:34

他の方が書いておいでのように雷は放電の時間はごく短いので電力量としてはさほど大きなものではないです。

何億ボルトの電圧なんて、どうやって測っているのでしょうね？　疑問。
落雷電流は正確に測ることができます。避雷針から地面への電線に特殊な金属板を入れておきます。電流によって発生した磁気が残るようになっていて、後にこの磁気量を測って電流値を出します。
近時は、ロゴスキーコイルというセンサーを使っていて、リアルタイムでわかるらしい。多くの風力発電施設には設置してあるとか。
東京のスカイツリーは雷の研究をしています。高さが600mもあれば落雷は頻繁にあるでしょうね。
https://www.gov-online.go.jp/eng/publicity/book/ …
関連施設は横須賀や群馬県の赤城にもあるのだとか。

この回答へのお礼

引用紹介、ありがとうございます。
やっぱり、観測データからしかエネルギー量は推定できないのでしょうか？
例えば雲の量とか高度とか温度でも、やっぱり測定が不可欠だと思いますが・・・。

お礼日時：2022/11/20 16:47

No.3 回答者： pooh2016 回答日時： 2022/11/20 08:06

電力(kW)と電力量(kWh)を混同される方が多く、このような誤解が生まれます。

>東京電力の1日の電力供給量が3850万キロワットだとすると、
違います、3850万kWは最大発電"電力"です。１日の最大発電"電力量"は約10億kWhです。

ちなみに雷の電力は200億kWですが、持続時間が長くて1m秒くらいですから、電力量は5,000kWhくらい。東京電力の発電電力を0.5秒分くらいに相当します。1ｍ秒間最大値が続くわけじゃないので、半分くらいと考えると0.25秒ですか。それでも住宅の１年分くらいになりますか。

落雷のエネルギーは発生する電磁波を観測することで推定されてます。
当然理論的な裏付けも行われています。
電力会社も積極的に雷の研究・観測を行っていますが、目的はエネルギー利用ではなく雷被害の防止です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
仰るとおり、ｋWとｋWhでは3600倍も違います。
そのことは今回の質問では無視しています。
要するに最後に仰った理論が知りたいのです。
先にも言いましたが電力系の研究機関が落雷の被害防止に論文を載せているのも承知ですが、それらは測定の実際に起こっている雷の測定結果から導き出しています。
何か推定するのに適正な因子が分かるといいなと思います。

お礼日時：2022/11/20 16:43

No.2 回答者： 銀鱗 回答日時： 2022/11/20 01:52

測っているわけではありません。

放電に至る絶縁破壊の限界から導き出している場合もあります。

温度・湿度・気圧・空気層の厚さ
これらから計算できます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
測っている訳ではないのですか？
確かに絶縁破壊の限界という考え方もありそうですね。
ある電力関係の研究者が測定から推定できる、架線への影響を調べる方法を紹介した文献もありました。
ただ、それでは測定が不可欠ですので、測定せずに推定する方法が知りたいのです。

お礼日時：2022/11/20 07:06

No.1 回答者： stomachman 回答日時： 2022/11/19 23:06

まずは雷の測定以前の話ですが、

> 東京電力の1日の電力供給量が3850万キロワット

単位がおかしいから変だと分かります。おそらく、引っ張ってくるべきデータ項目を間違えたんでしょうね。そういえば、

> 雷のエネルギーは１億ボルト

というのも、単位が変です。

> などと紹介されている

のをうっかり鵜呑みにしちゃいかんですねー。

> 帯電電圧

　地表と雲との間の電位差は、高さ1mあたりの電位差Eを実測し（空中電位。容易に測れます。平常時には1mあたり100Vほどです）、雲までの高さhを測定すればEhと計算できます。落雷の電力量は、誘雷実験や人工雷実験と比較すれば大体推定できそうです。電力量がわかれば、電流は落雷の継続時間を測定すれば計算できます。落雷回数は電磁ノイズをカウントして調べられるでしょう。
　詳しくは「雲と雷の科学」孫野長治 など。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
なるほど、見たデータをそのまま鵜呑みは、ダメですね。
でも、多くの論評が似たようなもので大抵の人は、そうだと思いますね。
ただ、小生は物事、曖昧なままでは納得できない性格でなのでお尋ねしました。
教えていただいた文献、探してみてみます。

お礼日時：2022/11/20 07:00