JP2013029351A - 風車ブレード用避雷導線の断線検出装置 - Google Patents

風車ブレード用避雷導線の断線検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】風車ブレードに内蔵された避雷導線の断線を電気的かつ簡単に検出できるようにした断線検出装置を提供する。
【解決手段】風車ブレードに内蔵された避雷導線の断線を検出するための断線検出装置において、避雷導線２２の一端から他端のレセプタ２１に向けてステップ波形状の検査信号を注入する検査信号発生器４０と、この検査信号発生器４０の避雷導線側の電圧または電流波形を観測してその波形が避雷導線２２の非断線時における波形と異なることから避雷導線２２の断線を検出する測定器５０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、風車ブレードに内蔵された避雷導線（ダウンコンダクタ）の断線を検出するための断線検出装置に関するものである。
従来、風力発電機における電気回路の断線を検出する先行技術として、特許文献１に記載されたメンテナンス回路が知られている。
このメンテナンス回路は、風力発電機に対して電気的な制動操作を行っているにも関わらず風車ブレードが例えば手動により簡単に回転するような場合には、発電機コイルまたは発電機に接続された電力変換器等の電気回路が断線していると判断する機能を備えている。
特開２００６−２３８５５０号公報（段落[００１１]、図２等）
ここで、図４は、風力発電機の主要部を示す構成図であり、図において１０は発電機等の電気回路が収納されたナセル、２０は風車ブレード、２１は雷を捕捉するための導体からなるレセプタ、２２は風車ブレード２０に内蔵されてレセプタ２１とナセル１０との間を電気的に接続する避雷導線、３０は風車タワーである。なお、ナセル１０は風車タワー３０を介して接地されており、レセプタ２１により捕捉した雷電流は避雷導線２２、ナセル１０、風車タワー３０を介して大地に放流されるようになっている。
さて、前述した特許文献１に記載された先行技術によれば、ナセル１０内の発電機コイルや電気回路等の断線検出が可能であるが、この特許文献１には、避雷導線２２の断線を検出する技術について特に言及されていない。また、上記先行技術では、断線検出のために作業員が風車ブレード２０を手動にて回転させる必要があり、多大な労力が必要であった。
そこで、本発明の解決課題は、風車ブレードに内蔵された避雷導線の断線を簡単に検出できるようにした断線検出装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、風車ブレードに内蔵された避雷導線の断線を検出するための断線検出装置において、前記避雷導線の一端から他端のレセプタに向けてステップ波形状の検査信号を注入する検査信号発生器と、この検査信号発生器の前記避雷導線側の電圧または電流波形を観測してその波形が前記避雷導線の非断線時における波形と異なることから前記避雷導線の断線を検出する測定器と、を備えたものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載した風車ブレード用避雷導線の断線検出装置において、前記測定器が前記避雷導線の断線を検出したときに、前記測定器は、前記電圧または電流波形が変化する時刻と光速とを用いて前記避雷導線の断線位置を求めるものである。
本発明によれば、避雷導線にステップ波形状の検査信号を注入してその応答波形を観察することにより、避雷導線の断線の有無及び断線位置を確実かつ簡単に検出することができる。これにより、避雷導線の断線を事前に検出可能として雷撃による風車ブレードの破損を未然に防止することができる。
本発明の実施形態に係る断線検出装置の主要部を示す構成図である。 図１における検査信号発生器の内部構成図である。 本発明の実施形態の動作説明図である。 風力発電機の主要部を示す構成図である。
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態に係る断線検出装置の主要部を示す構成図である。図１において、４０は検査信号発生器であり、電圧、電流がステップ波形状の検査信号を発生する機能を備えている。この検査信号発生器４０には、図４に示した風車ブレード２０内の避雷導線２２の一端が接続され、その他端は前記レセプタ２１に接続されている。
検査信号発生器４０の筐体は前記ナセル１０の筐体１１に接続（接地）されており、避雷導線２２の検査信号発生器４０側の一端とナセルの筐体１１との間には、避雷導線２２の断線の有無及び断線位置を検出するための測定器５０が接続されている。
図２は、図１における検査信号発生器４０の内部構成図である。
図２に示すように、検査信号発生器４０は、バッテリー等の直流電源４２と、抵抗４３，４６と、コンデンサ４５と、スイッチ４４，４７と、これらの部品を収納する筐体４１とから構成されている。コンデンサ４５を充電するためのスイッチ４４、及び、検査信号出力用のスイッチ４７は人為的な操作により、または所定のシーケンスにより自動的に、開閉可能となっている。なお、スイッチ４４を閉じることにより（このとき、スイッチ４７は開）、コンデンサ４５が直流電源４２によって充電され、スイッチ４７を閉じることにより（このとき、スイッチ４４は開）、コンデンサ４５の電荷が放出されて避雷導線２２にステップ波形状の検査信号が注入されるようになっている。
ここで、検査信号発生器４０の回路構成は図示の例に何ら限定されるものではなく、避雷導線２２の一端からステップ波形状の検査信号を注入できる回路であれば特に限定されない。
また、測定器５０は検査信号発生器４０から出力される検査信号による避雷導線２２の電圧Ｖまたは電流Ｉの波形から避雷導線２２の断線の有無及び断線位置を検出する機能を備えているが、その回路構成も何ら限定されるものではない。
次にこの実施形態の動作を、図３を参照しつつ説明する。
図３は、検査信号発生器４０側の一端からレセプタ２１までの長さがＬの避雷導線２２と、測定器５０により観察される電圧Ｖ及び電流Ｉの概略的な波形を示しており、図３（ａ）は平常時（非断線時）、図３（ｂ）は検査信号発生器４０から長さＬ１の位置で避雷導線２２が断線している場合である。
前述した検査信号発生器４０のコンデンサ４５をスイッチ４４，４７の開閉によって充放電させることにより、検査信号発生器４０から避雷導線２２にステップ波形状の検査信号が注入され、これによって避雷導線２２にはレセプタ２１方向に向かう進行波が発生する。いま、避雷導線２２が断線していない平常時の電圧Ｖは、図３（ａ）に示すように、時刻ｔＬ（＝２Ｌ／ｃ０）においてレセプタ２１から折り返された分が重畳され、電流Ｉは、同じく時刻ｔＬにおいてレセプタ２１から折り返された分だけ減少するような波形となる。なお、上記数式において、ｃ０は光速（電磁波の速度）である。
一方、避雷導線２２が検査信号発生器４０から長さＬ１の位置で断線している場合の電圧Ｖは、同様の原理により、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１（＝２Ｌ１／ｃ０）においてレセプタ２１から折り返された分が重畳され、電流Ｉは、同じく時刻ｔ１において減少する波形となる。
従って、測定器５０によりオシロスコープ等を用いて電圧Ｖまたは電流Ｉの波形を観察し、その値が変化する時刻ｔＸを測定したときにｔＸ＜ｔＬであれば避雷導線２２が断線していると判断でき、同時に、ｔＸ，ｃ０を用いて断線位置ＬＸ（＝ｔＸｃ０／２）を算出することができる。
こうして断線の有無、断線位置が判明したら、これらの断線情報を測定器５０に設けられた周知の表示器等により表示し、または遠方の監視所等に伝送する。これにより、作業員による風車ブレードの点検、修理を促すことが可能になる。
以上のように、この実施形態によれば、避雷導線２２の一端から検査信号を注入してその電圧または電流波形を観察することにより、断線の有無及び断線位置を簡単に検出することができる。
また、必要に応じて、遠方の監視局から伝送路を介して検査信号発生器４０及び測定器５０を遠隔操作すれば、避雷導線２２の導通・断線状態を遠隔監視することも可能である。
１０：ナセル
２０：風車ブレード
２１：レセプタ
２２：避雷導線
３０：風車タワー
４０：検査信号発生器
４１：筐体
４２：直流電源
４３，４６：抵抗
４４，４７：スイッチ
４５：コンデンサ
５０：測定器

Claims (2)

  1. 風車ブレードに内蔵された避雷導線の断線を検出するための断線検出装置において、
    前記避雷導線の一端から他端のレセプタに向けてステップ波形状の検査信号を注入する検査信号発生器と、この検査信号発生器の前記避雷導線側の電圧または電流波形を観測してその波形が前記避雷導線の非断線時における波形と異なることから前記避雷導線の断線を検出する測定器と、を備えたことを特徴とする風車ブレード用避雷導線の断線検出装置。
  2. 請求項１に記載した風車ブレード用避雷導線の断線検出装置において、
    前記測定器が前記避雷導線の断線を検出したときに、前記測定器は、前記電圧または電流波形が変化する時刻と光速とを用いて前記避雷導線の断線位置を求めることを特徴とする風車ブレード用避雷導線の断線検出装置。
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