JP2014025428A - Wind-power generation apparatus with lightning protection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、落雷の影響を低減するための避雷システムを備えた風力発電装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a wind turbine generator having a lightning protection system for reducing the effects of lightning strikes.
風力発電装置にはさまざまな形の風車が使われているが、大容量かつ発電効率の良い風車として、ブレード型風車が知られている。 Various types of wind turbines are used in the wind turbine generator, but a blade type wind turbine is known as a wind turbine having a large capacity and good power generation efficiency.
図4に、従来のブレード型風車を用いた風力発電装置の概略構成を示す。
この風力発電装置50は、支柱3の頂部に、発電機の回転子や制御系装置・電子機器等を内蔵したナセル4が設けられ、このナセル4内の発電機の回転子がハブ5を介してナセル外部のブレード2(羽根)と接続されている。このような風車では、ブレード2が風を受けてハブ5を回転させ、その回転が発電機の回転子に伝達され、発電される。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a wind turbine generator using a conventional blade type windmill.
In this
風力発電装置50では、大型発電用の風車を用いた場合、支柱3の高さは50メートルほどとなり、ブレード2の長さも数十メートルと非常に大きいものとなる。この大きさのために、単に発電機というだけでなく、ランドマーク的な価値も生じ、観光の対象になることもある。
In the
ブレード2としては、これまで、風力発電装置50の出力が小さい場合では木材が使用されており、中は軽量化のため空気層となっている。しかし、近年では、大きな出力の風力発電装置が開発されるにつれて、長く風の当たる面積を大きくすべく、繊維強化型プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)が使用されるようになっている。FRPをブレード2に使用することで、軽くても強度の強いものが作製できるようになり、250kWを超えるような大きな風力発電装置50が製造可能になった。
As the
このように、ブレード2は非常に大きく、高い位置にあるものであり、しかも風を受けやすいような広大な土地に設置されることが多い。このため、落雷による被害、例えば、落雷によりブレード2等が破損したり、落雷により制御系装置が故障したりといった被害が多く、故障要因の四分の一を占めるといわれている。
As described above, the
ブレード2の破損は、雷がブレード2を貫通しブレード2内部を大電流が流れることにより、内部の空気層が雷撃電流により発生する熱量で膨張し、短時間で高い圧力を発生することに起因する。また、風力発電装置50が大きいため、ブレード2単体の費用が高価であるだけでなく、ブレード2の交換にも大型クレーンを使用する必要があり、修復コストが莫大となる。
The damage to the
上述した落雷によるブレード2の破損を防ぐために、風力発電装置50のナセル4の部分に避雷針を設置することも考えられているが、落雷によるブレード2の破壊を防ぐことはできたとしても、ナセル4内部の制御系等の電子部品を破壊し、装置の機能を失う可能性がある。
In order to prevent the
また、落雷によるブレード2の破損を防ぐための他の手法として、導電性粒子層を構造物に対し塗布する方法が提案されている。この方法は、図4においてブレード2、ハブ5、ナセル4および支柱3の表面に導電性の避雷補助塗膜を形成することで、構造物を破壊せずに落雷時の雷撃電流を大地へと流す方法である。
As another method for preventing the
しかしながら、上記のように導電性の避雷補助塗膜を塗布して大地まで雷撃電流を流す手法では、雷撃電流が一経路のみを流れ続け、避雷補助塗膜やブレード2本体までも破壊する危険性があった。
However, in the method of applying a lightning protection auxiliary coating film as described above and causing the lightning current to flow to the ground, there is a risk that the lightning current will continue to flow through only one path, and even the lightning protection coating film and the
このような問題に鑑みて、本発明の実施形態は、落雷した際の雷撃電流がブレードを破壊せず、かつナセルを含む支柱側に侵入せずに地面に流すことができる、比較的簡便な避雷システムを備えた風力発電装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, the embodiment of the present invention is relatively simple in that a lightning strike current at the time of a lightning strike can flow to the ground without destroying the blade and without entering the column side including the nacelle. An object of the present invention is to provide a wind turbine generator equipped with a lightning protection system.
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の避雷システムを備えた風力発電装置は、大地に固定して設けられる支柱と、少なくとも発電機の回転子を内蔵して前記支柱の頂部に載置されるナセルと、当該ナセル内に設けられた前記回転子を風力により回転させるためのブレードと、当該ブレード及び前記回転子の回転軸を接続するハブと、を有する風力発電装置において、前記ブレードの表面に、金属材料層と非線形抵抗材料層とを交互に一部を接触させつつ形成し、かつ前記ブレードの先端部分に前記金属材料層を配置する一方、前記ブレードの前記ハブに隣接する部分に非線形抵抗材料層を配置したことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a wind turbine generator having a lightning protection system according to an embodiment of the present invention includes a support column fixed to the ground and at least a generator rotor, and is mounted on the top of the support column. A wind turbine generator comprising: a nacelle installed; a blade for rotating the rotor provided in the nacelle by wind power; and a hub connecting the blade and a rotating shaft of the rotor. The metal material layer and the non-linear resistance material layer are alternately formed on the surface of the blade, and the metal material layer is disposed at the tip portion of the blade while the blade is adjacent to the hub. A non-linear resistance material layer is disposed on the surface.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
(構成)
図1乃至図3に示すように、本実施形態の風力発電装置1は、大地に固定して設けられる支柱3と、発電機の回転子や制御系装置・電子機器等を内蔵して支柱3の頂部に載置されるナセル4と、このナセル4内に設けられた発電機の回転子を風力により回転させるためのブレード(羽根)2a,2b,2cと、ブレード2a,2b,2c及び回転軸(図示せず)を接続するハブ5と、を有している。また、ハブ5は、図2に示すように、リード線8により大地と接続され、後述するように雷撃電流の経路とされる。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
(Constitution)
As shown in FIGS. 1 to 3, the
(ブレード2a,2b,2c)
この風力発電装置1では、ブレード2a,2b,2cが風を受けて回転し、その回転がハブ5等を介して発電機の回転子に伝達され、発電される。これらのブレード2a、2b、2cはFRPで形成されることが好ましい。
(Blade 2a, 2b, 2c)
In the
ブレード2の表面には図3に示すように、金属材料層6a,6b,6cと非線形抵抗材料層7a,7b,7cとが交互に形成される。ここで、非線形抵抗材料層7a,7b,7cは、ZnOを用いて形成することができる。また、ブレード2では、その先端部分に金属材料層6aが形成され、ハブ5と隣接する部分に非線形抵抗材料層7cが形成されている。さらに、非線形抵抗材料層7cとハブ5とは、図示しない部分で電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3,
金属材料層6と非線形抵抗材料層7とは互いの境界線で接触させることが好ましい。また、金属材料層6及び非線形抵抗材料層7の個数は同数であることが好ましい。
The
金属材料層6の幅は、10mm〜1000mmが望ましい。10mm未満では雷撃電流を分散させる効果が充分に表れない可能性があり、1000mmを超えると電波障害の及ぶ範囲が広くなる可能性がある。
The width of the
また、非線形抵抗材料層7の幅は、10mm以上が望ましい。10mm未満では雷撃電流が非線形抵抗材料層7を通過せずに、沿面で放電する可能性があり、非線形抵抗材料層7が破壊され機能を失う危険性がある。また、非線形抵抗材料層7の厚さは、1mm以上が望ましい。1mm未満では雷撃電流により非線形抵抗材料層7が絶縁破壊してブレード2が破壊される危険性がある。
The width of the nonlinear
(作用)
上記構成を備えた風力発電装置1において、例えば、ブレード2先端に落雷が発生すると、非線形抵抗材料層7aに電圧が掛かり、雷撃電流が流れる。次に、金属材料層6bにおいては金属中の電位は全体が同電位になるため非線形抵抗材料層7bには一様に電圧が掛かる。
(Function)
In the
一般的に金属平板間では、金属平板に存在する微小突起に電界が集中し、その突起を起点に放電電流が流れる。しかし、上記構成によれば、平行に配置した金属材料層6間に非線形抵抗材料層7を配置しているため、微小突起が存在したとしても電界が緩和される。このため、金属材料層6間にかかる電界は平等電界に近くなり、非線形抵抗材料層7を一様に電流が流れる可能性が高くなる。
In general, between metal flat plates, an electric field concentrates on minute protrusions existing on the metal flat plates, and a discharge current flows from the protrusions as a starting point. However, according to the above configuration, since the non-linear
このため、風力発電装置1では、雷撃電流がブレード2の先端からハブ5に到達するまで、金属材料層6と非線形抵抗材料層7とを均一に流れ、さらにリード線8を介して大地へと雷撃電流を流すことができる。
Therefore, in the
(効果)
従って、風力発電装置1によれば、比較的簡便な構成で、落雷した際の雷撃電流によってブレード2を破壊することなく、かつナセル4を含む支柱側に雷撃電流を侵入させずに地面に流すことができる。
(effect)
Therefore, according to the
(他の実施形態)
本発明は、次のような他の実施形態も含有する。
(1)ブレード2は、図1に示すように、3枚のブレード2a、2b、2cで構成したが、1〜2枚のブレードを有するものでも良く、また4枚以上を有しても良い。
(Other embodiments)
The present invention also includes other embodiments as follows.
(1) The
(2)図3では、金属材料層6及び非線形抵抗材料層7の個数を3個ずつとしたが、ブレード2の先端部分を金属材料層6、ハブ5と隣接する部分を非線形抵抗材料層7に固定し、それ以外のブレード2の部分において金属材料層6及び非線形抵抗材料層7を交互に配置さえすれば、金属材料層6及び非線形抵抗材料層7の個数、形状は図3に示したものに限られず、適宜変更することができる。
(2) Although the number of the
(3)以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 (3) Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope of the present invention and the gist thereof, and are also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…風力発電装置
2…ブレード
2a,2b,2c…ブレード
3…支柱
4…ナセル
5…ハブ
6…金属材料層
6a,6b,6c…金属材料層
7…非線形抵抗材料層
7a,7b,7c…非線形抵抗材料層
8…リード線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ブレードの表面に、金属材料層と非線形抵抗材料層とを交互に一部を接触させつつ形成し、かつ前記ブレードの先端部分に前記金属材料層を配置する一方、前記ブレードの前記ハブに隣接する部分に非線形抵抗材料層を配置したことを特徴とする避雷システムを備えた風力発電装置。 A support column fixed to the ground, a nacelle at least including a generator rotor and mounted on the top of the support column, and a blade for rotating the rotor provided in the nacelle by wind power And a hub for connecting the blade and the rotating shaft of the rotor,
A metal material layer and a non-linear resistance material layer are alternately formed on the surface of the blade while being in contact with each other, and the metal material layer is disposed at a tip portion of the blade while adjacent to the hub of the blade. A wind power generator equipped with a lightning protection system, wherein a non-linear resistance material layer is disposed on the portion to be operated.
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JP2012166944A JP2014025428A (en) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Wind-power generation apparatus with lightning protection system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2014025428A (en) |
Cited By (1)
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CN112904085A (en) * | 2021-01-15 | 2021-06-04 | 江苏双瑞风电叶片有限公司 | Device and method for automatically measuring resistance value of lightning protection system of wind power blade |
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2012
- 2012-07-27 JP JP2012166944A patent/JP2014025428A/en active Pending
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