JP2000265938A - 風力発電の雷保護システム - Google Patents

風力発電の雷保護システム

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JP2000265938A
JP2000265938A JP11072004A JP7200499A JP2000265938A JP 2000265938 A JP2000265938 A JP 2000265938A JP 11072004 A JP11072004 A JP 11072004A JP 7200499 A JP7200499 A JP 7200499A JP 2000265938 A JP2000265938 A JP 2000265938A
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lightning
rotor case
blade
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Shingo Shirakawa
晋吾 白川
Seizo Nakano
清藏 中野
Kazuo Suzuki
和夫 鈴木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

(57)【要約】 【課題】冬場の大電流が長時間流れる特徴のある雷が落
ちても風力発電装置を保護する。 【解決手段】羽根１に導体リング１６を設け、風力発電
機３を内蔵するロータケース６に、導体リングに対向し
てギャップを置いて酸化亜鉛素子を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電の雷保護
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、風力発電機を内蔵するロータケー
スには、避雷針が設けられると共に、低抵抗導体である
羽根に落ちた雷から風力発電機およびその制御装置（以
下、まとめて風力発電装置という。）を保護するために
羽根にスパークリングを設けてこれに対向して放電ギャ
ップを置いて導体を設けて雷保護装置を構成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】クリーンエネルギーを
得るために多くの風力発電設備が設置され、また設置計
画されている。風車は、障害物のない平坦地に、高く設
置されるので、落雷にあうことも多く、十分な避雷対策
が必要とされる。
【０００４】従来、夏場における雷は電圧は高圧である
が雷撃電流値はそれほど大きくなく、また、流れる時間
も短い。このような電撃電流を有する雷に対しては前述
した放電ギャップによる火花放電によって充分に装置を
保護することができた。
【０００５】冬場における雷は雷撃電流値は大きく、ま
た流れる時間も長い。雷撃電流が大きいと装置内部への
誘導過電圧が大きくなって風力発電装置、特に電子部品
を破壊するおそれのあることが判った。
【０００６】本発明は、かかる点に鑑み、雷撃電流値が
大きく、しかも流れる時間も長い雷に対して風力発電装
置を有効に保護することのできる風力発電の雷保護シス
テムを提供することを目的とする。
【０００７】本発明は、多数の風車が１ヵ所に設けられ
る場合に、コスト低減を図ることのできる避雷システム
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、現状の火花放
電ギャップによる保護装置に代えて酸化亜鉛(ＺｎＯ)形
避雷器などの非直線抵抗体からなる避雷器による保護装
置を設置したことを特徴とする。酸化亜鉛形避雷器は、
幅広い電流密度（Ａ／cm２)に対してほぼ一定の電界強
度（Ｖ／cm）を示すような電圧−電流特性を有してい
る。すなわち、過電圧が印加される中電界領域および酸
化亜鉛結晶の固有抵抗に支配される高電界領域における
保護特性および放電耐量特性を有する。
【０００９】本発明は、このような特性を有する酸化亜
鉛形素子に代表される非直線抵抗体を特に選定して冬場
の雷対策を施したことに特徴があり、具体的には次に掲
げる装置を提供する。
【００１０】本発明は、風力によって羽根を回転させ、
回転力を利用して発電する風力発電機に設けられる雷保
護システムにおいて、風力発電機を内蔵するロータケー
スに、羽根に対向して非直線抵抗体を設けた風力発電の
雷保護システムを提供する。
【００１１】本発明は、風力によって羽根を回転させ、
回転力を利用して発電する風力発電機に設けられる雷保
護システムにおいて、羽根に導体リングを設け、風力発
電機を内蔵するロータケースに、前記導体リングに対向
して、ギャップを置いて非直線抵抗体を設けた風力発電
の雷保護システムを提供する。
【００１２】本発明は、風力によって羽根を回転させ、
回転力を利用して発電する風力発電設備に設けられる雷
保護システムにおいて、風力発電機を内蔵するロータケ
ースに羽根に対向して酸化亜鉛形避雷素子を設けた風力
発電の雷保護システムを提供する。
【００１３】本発明は、風力によって羽根を回転させ、
回転力を利用して発電する風力発電設備に設けられる雷
保護システムにおいて、羽根に導体リングを設け、風力
発電機を内蔵するロータケースに、前記導体リングに対
向して、ギャップを置いて酸化亜鉛形避雷素子を設けた
風力発電の雷保護システムを提供する。
【００１４】本発明は、風力によって羽根を回転させ、
回転力を利用して発電する風力発電設備に設けられる雷
保護システムにおいて、一列に配置された複数台の風車
の上方に、それらに亘って避雷針を設けて地上にアース
した風量発電の雷保護システムを提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施例を
図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は、本発明の雷保護システムを適用し
た風力発電設備の全体概略、図２は図１のナセル部分の
拡大図、図３は図１の基礎部分の拡大を示す。
【００１７】これらの図において、風力発電設備は、風
車を構成する羽根１，羽根を保持するロータ軸２，ロー
タ軸に直結された増速器９，該増速器９によって回転さ
せられ、発電を行う発電機３，ロータ軸の軸受装置４，
発電機制御装置５およびロータ軸２，発電機３，軸受装
置４，発電機制御装置５などを内蔵するロータケース
６、これらを支持し、周囲にコンクリートを有する鉄塔
７、並びにロータケース６と鉄塔７との間に設けられる
スリップリング８などからなり、これ自体の構成はよく
知られている。
【００１８】ロータケース６上には避雷針１１が設けら
れ、ロータケース６内および支柱７内に設けられた接地
線１２によって接地リング１３に接続され、これを介し
て接地極１４に接続される。この構成も一般的であり、
よく知られている。
【００１９】羽根１はアルミにより作られ、低抵抗導体
をなし、その先端に金属チップ１５が設けられ、ロータ
ケース６に近接した根本部に導体リング１６が設けられ
る。
【００２０】ロータケース６には、羽根１に対向して、
すなわち導体リング１６に対向してギャップ１７を置い
て酸化亜鉛素子などの非直線抵抗体１８が設けられる。
【００２１】該酸化亜鉛素子１８は、接地線１９を介し
て接地リング１３に接続される。
【００２２】図４は、酸化亜鉛素子１８の設置方法を示
す。図４（１）は、ギャップ１７の下流側に１８（ａ）
および１８（ｂ）の２つの酸化亜鉛素子１８を直列に設
け、１８（ａ）に並列して放電ギャップ回路２０を設け
ている。図４(２)は、１つの酸化亜鉛素子１８を設け、
これに並列して放電ギャップ回路２０を設けている。図
４（３）は、直列に３つの酸化亜鉛素子１８（ａ），１
８（ｂ），１８（ｃ）を設け、１８（ａ）および１８
（ｂ）に並列して放電ギャップ回路２０を設けている。
図４（４）は、直列に４つの酸化亜鉛素子１８（ａ），
１８（ｂ），１８（ｃ），１８（ｄ），１８（ｅ）を設
け、１８（ａ）および１８（ｂ）に並列して放電ギャッ
プ回路２０を設けている。
【００２３】雷撃電流は、金属チップ１５から羽根１を
流れ、ギャップ１７とロータケース６に設けた酸化亜鉛
素子１８によって大地へ放電され、異常電圧は制限され
る。そして、電圧が正常に戻れば直ちに放電を止め、絶
縁を元に戻す。冬場における大きな雷撃電流があっても
酸化亜鉛素子１８は、異常電圧を制限し、前述したよう
に、電子部品等の破壊を防ぐ。
【００２４】図５および図６は、他の実施例を示す。
【００２５】図５は、全体構成を示す。図において、こ
の実施例の場合、３×３＝９台の風車３１（３１ａ，３
１ｂ，３１ｃ）が縦方向および横方向に３台づつ規則正
しく配列されている。縦方向あるいは横方向に複数台規
則正しく配列される場合もある。このような配列におい
て、規則正しく配列された風車の上方に、かつそれに亘
って避雷針３２（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）が配設され
る。配設の状況を図６に示す。
【００２６】図５において、避雷針３２は両側を鉄塔３
３ａ，３３ｂにおいて支持され、地上にアースされる。
【００２７】図５に示すように、規則正しく一配列され
た風車３１の上方を一本の避雷針３２を設けることがコ
スト低減上望ましいが、避雷機能は、一本あるいは複数
本の避雷針が一列の複数の風車上の上方に、それらに亘
って配設され、鉄塔を介して地上にアースされれば足り
る。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、酸化亜
鉛素子などの非直線抵抗体によって夏場における雷ばか
りでなく冬場における大電流が長時間流れる雷について
も異常電圧の発生を制限し、風力発電装置、特にそれに
使用される電子部品を防止することができる。
【００２９】また、第２の実施例のように、複数の風車
の上方に避雷針を設けることによって一つ一つの風車に
避雷素子を設けなくても風車に対する避雷上有効な対策
になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用される風力発電設備の概要を示す
図。
【図２】図１の一部詳細を示し、本発明の実施例の構成
を示す図。
【図３】図１の一部詳細図。
【図４】酸化亜鉛形避雷器を設置する例を示す図。
【図５】他の実施例にかかる全体構成図。
【図６】図５の一部詳細図。
【符号の説明】
１…羽根、２…ロータ軸、３…風力発電機、４…軸受装
置、５…発電機制御装置、６…ロータケース、７…鉄
塔、８…スリップリング、９…増速器、１１…避雷針、
１２…接地線、１３…接地リング、１４…接地極、１５
…金属チップ、１６…導体リング、１７…ギャップ、１
８…酸化亜鉛素子、１９…接地線、２０…放電ギャッ
プ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 清藏 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 鈴木 和夫 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB30 CC22 CC80 5E034 EA07 EB03 EB04 EB07 EB10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】風力によって羽根を回転させ、回転力を利
    用して発電する風力発電設備に設けられる雷保護システ
    ムにおいて、 風力発電機を内蔵するロータケースに羽根に対向して非
    直線抵抗体を設けたことを特徴とする風力発電の雷保護
    システム。
  2. 【請求項２】風力によって羽根を回転させ、回転力を利
    用して発電する風力発電設備に設けられる雷保護システ
    ムにおいて、 羽根に導体リングを設け、 風力発電機を内蔵するロータケースに、前記導体リング
    に対向して、ギャップを置いて非直線抵抗体を設けたこ
    とを特徴とする風力発電の雷保護システム。
  3. 【請求項３】風力によって羽根を回転させ、回転力を利
    用して発電する風力発電設備に設けられる雷保護システ
    ムにおいて、 風力発電機を内蔵するロータケースに羽根に対向して酸
    化亜鉛形避雷素子を設けたことを特徴とする風力発電の
    雷保護システム。
  4. 【請求項４】風力によって羽根を回転させ、回転力を利
    用して発電する風力発電設備に設けられる雷保護システ
    ムにおいて、 羽根に導体リングを設け、 風力発電機を内蔵するロータケースに、前記導体リング
    に対向して、ギャップを置いて酸化亜鉛形避雷素子を設
    けたことを特徴とする風力発電の雷保護システム。
  5. 【請求項５】風力によって羽根を回転させ、回転力を利
    用して発電する風力発電設備に設けられる雷保護システ
    ムにおいて、 一列に配置された複数台の風車の上方に、それらに亘っ
    て避雷針を設けて地上にアースしたことを特徴とする風
    力発電の雷保護システム。
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