JP2017082689A - 風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置、並びに、風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電設備に落雷した場合に当該風力発電設備のブレードに着雷したか否かを判別することができると共にブレードに着雷したときには当該ブレードの何れの部位に着雷したのかを特定することができるようにする。
【解決手段】ブレード２３の先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流を検知すると共に、塔体２１の下端側位置において当該塔体２１に流れる電流を検知するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置、並びに、風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、風力発電設備に落雷した際にブレードに着雷したか否かを判別すると共にブレードに着雷した場合に当該ブレードへの着雷部位を特定することに用いて好適な技術に関する。

落雷によって風力発電設備が損傷する事例が多く発生し、特に定量的なデータに基づく合理的な、ブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策が重要になっている。

風力発電設備への落雷による電流を計測する従来の手法として、風力発電設備が有する塔体の根元部が貫通するように装着されてこの塔体の根元部の外周面と絶縁体を介して内接する円環状電流センサと、円環状電流センサから出力される電流を演算処理して波高値データを外部監視装置へ出力する波高値計測用観測装置と、円環状電流センサから出力される電流を演算処理して波形データを外部監視装置へ出力する波形計測用観測装置とを備える雷撃電流観測装置がある（特許文献１）。

特開２００５−６２０８０号公報

しかしながら、特許文献１の雷撃電流観測装置では、風力発電設備全体としての落雷電流（雷撃電流）の波高値及び波形を計測することはできても、風力発電設備のうちのブレードに着雷したか否かを判別することや更に具体的にブレードの何れの部位が雷撃されたのかを特定することはできない。このため、風力発電設備への落雷に関する分析及び評価や風力発電設備（特にブレード）の維持管理に必要とされるデータ収集のための手法として十全であるとは言い難い。

具体的には、風力発電設備の落雷保護対策として、例えばアルミニウム等の金属によって形成されてブレード先端部に設けられるレセプター、及び、当該レセプターを接地させるための引下げ導体（ダウンコンダクターとも呼ばれる）などによって構成される仕組みがある。そして、この仕組みに関連し、着雷位置はブレードに設けられたレセプターであること、及び、落雷電流は引下げ導体のみに流れることが、風力発電設備の設計条件とされている。

しかしながら、上記のレセプターを含む仕組みを備える風力発電設備においても、実際には落雷による損傷が多発し、特にブレードの折損や焼損が発生し、さらに、大規模な事故として風力発電設備全体の焼損なども発生している。このような事実から、必ずしも、設計条件の通りにレセプター及び引下げ導体が機能していないと考えられる。

そして、上述のことに鑑みると、例えば以下のような分析及び評価が行われ、その分析及び評価の結果がブレード設計にフィードバックされてブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策が定量的なデータに基づいて合理的に行われることが重要である。
１）ブレードのレセプターへの着雷は、風力発電設備への全落雷に対してどの程度の比率であるか。
２）ブレードのうちのレセプター以外の部位への着雷は、風力発電設備への全落雷に対して、また、ブレードへの着雷の合計に対して、どの程度の比率であるか。
３）ブレードのレセプターに着雷した場合に、引下げ導体に流れる電流はどの程度であるか。
４）ブレードのレセプター以外に着雷した場合に、アークが二次的放電でレセプターに転移してブレードに損傷を引き起こすことがあるか否か。

しかしながら、特許文献１の雷撃電流観測装置では、風力発電設備への全落雷のみが計測対象であるため、例えば上記のような分析及び評価に必要とされるデータ収集のための手法として十全であるとは言い難い。

そこで、本発明は、風力発電設備に落雷した場合に当該風力発電設備のブレードに着雷したか否かを判別することができると共にブレードに着雷したときには当該ブレードの何れの部位に着雷したのかを特定することができる風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置、並びに、風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置を提供することを目的とする。本発明は、また、必要に応じて落雷電流の大きさ（即ち、電流値、或いは、電流量）を定量的に計測することができる風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置、並びに、風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の風力発電設備への落雷の検出方法は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷を検出する方法であり、ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知するようにしている。

また、本発明の風力発電設備への落雷の検出装置は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷を検出する装置であり、ブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、ブレードの基端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部とを備えるようにしている。

したがって、これらの風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置によると、ブレードの先端側位置における電流が検知されると共に基端側位置における電流が検知され且つ塔体の下端側位置における電流が検知されるので、ブレード先端のレセプターから大地へと流れる電流の検知の有無，ブレード基端部を通って大地へと流れる電流の検知の有無，及び塔体を通って大地へと流れる電流の検知の有無の組み合わせに基づいて、ブレードのレセプター，ブレードのうちのレセプター以外の部位，及び風力発電設備のうちのブレード以外の部位のうちの何れに着雷したのかが特定される。

また、本発明の風力発電設備への落雷の検出方法は、塔体に流れる電流を検知するものとしてロゴスキーコイルが設置され、当該ロゴスキーコイルとともに内部積分回路を構成して当該内部積分回路の低域カット周波数が第一の周波数になるように選定された抵抗体をロゴスキーコイルの両端に接続して得られる信号と、低域カット周波数が第二の周波数であると共に高域カット周波数が第一の周波数である外部積分回路でロゴスキーコイルからの信号を積分して得られる信号とを加算するようにしても良い。

本発明の風力発電設備への落雷の検出装置は、落雷検知部が、塔体に対して設置されるロゴスキーコイルを含み、当該ロゴスキーコイルとともに内部積分回路を構成して当該内部積分回路の低域カット周波数が第一の周波数になるように選定された抵抗体をロゴスキーコイルの両端に接続して得られる信号と、低域カット周波数が第二の周波数であると共に高域カット周波数が第一の周波数である外部積分回路でロゴスキーコイルからの信号を積分して得られる信号とを加算するようにしても良い。

これらの場合には、外部積分回路の垂下特性を積極的に利用して落雷電流のうちの限りなく直流に近い成分を含むテール部が高い精度で検知されると共に、外部積分回路はロゴスキーコイルの内部積分機能の低域カット周波数までの帯域を補正するだけで済むために広帯域の積分回路が不要となって安価に且つ高い性能（感度）で落雷電流が検知される。

また、本発明の風力発電設備への落雷状況の分析方法は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する方法であり、ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知し、さらに、分析対象期間内にブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数を、塔体に流れる電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備への落雷の総回数に対するブレードのレセプターへの着雷回数の比率を求めるようにしている。

本発明の風力発電設備への落雷状況の分析装置は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する装置であり、ブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、ブレードの基端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部と、分析対象期間内にブレード先端側着雷検知部によって電流が検知された回数を、落雷検知部によって電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備への落雷の総回数に対するブレードのレセプターへの着雷回数の比率を算出する算出部とを備えるようにしている。

したがって、これらの風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置によると、風力発電設備への落雷の総回数に対するブレードのレセプターへの着雷回数の比率が求められるので、ブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策を合理的に行うために有用であると考えられる定量的なデータが提供される。

また、本発明の風力発電設備への落雷状況の分析方法は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する方法であり、ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知し、さらに、分析対象期間内にブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流が検知されていない一方でブレードの基端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数を、塔体に流れる電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備への落雷の総回数に対するレセプターを除くブレードへの着雷回数の比率を求めるようにしている。

本発明の風力発電設備への落雷状況の分析装置は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する装置であり、ブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、ブレードの基端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部と、分析対象期間内にブレード先端側着雷検知部によって電流が検知されていない一方でブレード基端側着雷検知部によって電流が検知された回数を、落雷検知部によって電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備への落雷の総回数に対するレセプターを除くブレードへの着雷回数の比率を算出する算出部とを備えるようにしている。

したがって、これらの風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置によると、風力発電設備への落雷の総回数に対するレセプターを除くブレードへの着雷回数の比率が求められるので、ブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策を合理的に行うために有用であると考えられる定量的なデータが提供される。

また、本発明の風力発電設備への落雷状況の分析方法は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する方法であり、ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知し、さらに、分析対象期間内にブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流が検知されていない一方でブレードの基端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数を、当該回数とブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数との合計回数で除することにより、ブレードへの着雷の合計回数に対するレセプターを除くブレードへの着雷回数の比率を求めるようにしている。

本発明の風力発電設備への落雷状況の分析装置は、ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共にブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する装置であり、ブレードの先端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、ブレードの基端側位置においてブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部と、分析対象期間内にブレード先端側着雷検知部によって電流が検知されていない一方でブレード基端側着雷検知部によって電流が検知された回数を、当該回数とブレード先端側着雷検知部によって電流が検知された回数との合計回数で除することにより、ブレードへの着雷の合計回数に対するレセプターを除くブレードへの着雷回数の比率を算出する算出部とを備えるようにしている。

したがって、これらの風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置によると、ブレードへの着雷の合計回数に対するレセプターを除くブレードへの着雷回数の比率が求められるので、ブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策を合理的に行うために有用であると考えられる定量的なデータが提供される。

本発明の風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置によれば、ブレードのレセプター，ブレードのうちのレセプター以外の部位，及び風力発電設備のうちのブレード以外の部位のうちの何れに着雷したのかを特定することができるので、ブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策を合理的に行うために有用であると考えられる定量的なデータを提供することを可能にし、風力発電設備への落雷に関する分析及び評価や風力発電設備（特にブレード）の維持管理に必要とされるデータ収集のための手法としての有為性の向上を図ることが可能になる。

さらに、本発明の風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置は、塔体に流れる電流を検知するものとしてロゴスキーコイルが用いられると共に内部積分回路の低域カット周波数と外部積分回路の高域カット周波数とが一致するように設定されたうえでそれぞれで積分された信号が加算されるようにした場合には、落雷電流のうちの限りなく直流に近い成分を含むテール部を高い精度で検知することができると共に外部積分回路は広帯域の積分回路が不要となって安価に且つ高い性能（感度）で落雷電流を検知することができるので、落雷電流の検出技術としての高性能化を図ると共に汎用性の向上を図ることが可能になる。

また、本発明の風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置によれば、ブレードを含む風力発電設備の落雷保護対策を合理的に行うために有用であると考えられる定量的なデータを提供することができるので、当該定量的なデータをブレード設計にフィードバックすることにより、落雷保護対策の検討手法の合理性の向上を図り、延いては落雷保護対策の適確性及び信頼性の向上を図ることが可能になる。

本発明の風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置並びに風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。 風力発電設備への落雷の検出装置並びに風力発電設備への落雷状況の分析装置の一例を説明する機能ブロック図である。 風力発電設備への落雷の検出装置並びに風力発電設備への落雷状況の分析装置の他の例を説明する機能ブロック図である。 実施形態の着雷検知部に纏わる回路構造を説明する図である。 実施形態の落雷検知部に纏わる回路構造を説明する図である。 ブレードへのレセプター及び着雷検知部の設置態様の他の例を示すブレード部分の概略構成図である。 ブレードへのレセプター及び着雷検知部の設置態様の更に他の例を示すブレード部分の概略構成図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

なお、以下の説明において、単位であることを明確にするために単位としての記号や文字を［ ］で括って表記する場合がある。

図１乃至図４に、本発明の風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置並びに風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置の実施形態の一例を示す。なお、図１は、本発明の構成を説明するためのあくまでも概念図・模式図であり、したがって各部の形態や相互の寸法関係などは厳密なものではない。

本実施形態では、図１に示す風力発電設備２０に風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置並びに風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置が適用される場合を例に挙げて説明する。

風力発電設備２０は、塔体２１と、当該塔体２１の頂部に設置されるナセル２２と、当該ナセル２２に回転軸が軸回転可能に支持されるロータヘッド２４を含む風車とを有する。

なお、図１に示す例では塔体２１が基礎２７を備えて風力発電設備２０が地上に設置される場合を想定しているが、風力発電設備２０は海上・水上に設置されるようにしても良い。

ナセル２２には、主軸が風車のロータヘッド２４の回転軸と変速機を介して連結される発電機などが収容される。

また、風車のロータヘッド２４には、放射方向に延出する複数枚（図１に示す例では三枚）のブレード２３が取り付けられる。

そして、各ブレード２３に風が当たると、これらブレード２３と共にロータヘッド２４が回転し、当該ロータヘッド２４の回転軸の軸回転が変速機を介して発電機の主軸に伝達されて発電が行われる。

各ブレード２３の先端部に、耐雷対策として、落雷電流（雷撃電流）を大地に流すためのレセプター２５が設けられる。なお、ブレード２３の、ロータヘッド２４側の端のことを「基端」と呼び、当該基端と反対側の端のことを「先端」と呼ぶ。

各レセプター２５は、当該レセプター２５と電気的に接続すると共に各ブレード２３内に基端に向けて配設されるブレード内引下げ導体２６ａと、当該ブレード内引下げ導体２６ａと電気的に接続すると共に塔体２１内に基礎２７（即ち、下端；言い換えると、大地）に向けて配設される塔体内引下げ導体２６ｂとにより、接地するように設けられる（なお、引下げ導体はダウンコンダクタとも呼ばれる）。

そして、レセプター２５に着雷した場合には、落雷電流はブレード内引下げ導体２６ａ及び塔体内引下げ導体２６ｂを経由して地絡する（言い換えると、大地へと流れる）、という条件で設計されている。

そして、本実施形態の風力発電設備への落雷の検出方法は、ブレード２３の先端のレセプター２５と、当該レセプター２５と接続すると共にブレード２３内に配設されるブレード内引下げ導体２６ａと、当該ブレード内引下げ導体２６ａと接続すると共に塔体２１内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体２６ｂとを有する風力発電設備２０への落雷を検出する方法であり、ブレード２３の先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流を検知すると共に、塔体２１の下端側位置において塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１に流れる電流を検知するようにしている。

また、本実施形態の風力発電設備への落雷の検出装置は、ブレード２３の先端のレセプター２５と、当該レセプター２５と接続すると共にブレード２３内に配設されるブレード内引下げ導体２６ａと、当該ブレード内引下げ導体２６ａと接続すると共に塔体２１内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体２６ｂとを有する風力発電設備２０への落雷を検出する装置であり、ブレード２３の先端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部１と、ブレード２３の基端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部２と、塔体２１の下端側位置において塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１に流れる電流を検知する落雷検知部７とを備えるようにしている。

ブレード先端側着雷検知部１は、各ブレード２３の先端寄りの位置における、各ブレード２３の先端のレセプター２５からロータヘッド２４側へと向かってブレード内引下げ導体２６ａを流れる電流を検知するためのものである。

ブレード基端側着雷検知部２は、各ブレード２３の基端寄りの位置における、各ブレード２３からロータヘッド２４側へと向かってブレード内引下げ導体２６ａを流れる電流を検知するためのものである。

なお、ブレード先端側着雷検知部１及びブレード基端側着雷検知部２は、ブレード内引下げ導体２６ａに電流が流れたこと（言い換えると、レセプター２５を含むブレード２３に着雷したこと）を少なくとも検知するものであり、ブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流の大きさ（即ち、電流値、或いは、電流量）は計測しなくても良い。

ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２は、ブレード内引下げ導体２６ａを流れる電流を検知し得るもの、言い換えると、ブレード内引下げ導体２６ａに電流が流れたことを少なくとも検知し得るものであれば、特定の方式や仕組みに限定されない。

ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２としては、例えば、巻線ＣＴ（Ｃurrent Ｔransformer の略；変流器）や光ファイバＣＴ、或いはロゴスキーコイル等の環状の電流センサが用いられ得る。なお、光ファイバＣＴは、シングルモード光ファイバを導体の周りに巻き付けてファラデー効果を利用して光によって電流を測定するセンサである。

ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２（これらを纏めて「着雷検知部１，２」と表記する）は、図３に示す、カレントトランスを含む回路構造を備える装置として構成されるようにしても良い。なお、図３において、符号Ｒは回路素子(部品)としての抵抗、符号Ｃはコンデンサ、さらに符号Ｌはインダクタをそれぞれ表す。

図３に示す回路構造を備える装置は、具体的には以下のように動作する。

レセプター２５に着雷すると、着雷検知部１，２を構成するものとしてレセプター２５の近傍位置に配設されたカレントトランス３１に誘導電圧が誘起される。

ダイオードブリッジ３２で全波整流された落雷電流は、抵抗Ｒ1を通ってコンデンサＣ1に充電される。また、抵抗Ｒ2を経由してコンデンサＣ2にも充電される。ここで、コンデンサＣ1，Ｃ2に充電される電荷は、コンデンサＣ2の方が遅くて電荷量が大きい。

ＰＵＴ３３（Ｐrogrammable Ｕnijunction Ｔransistor の略）のゲートは、抵抗Ｒ4及び抵抗Ｒ5で決まる分圧比で設定される。

そして、コンデンサＣ2の充電電圧がＰＵＴ３３のゲート電圧を超えるとＬＥＤ３４に電流が流れて発光する。

ＬＥＤ３４は、光通信用の光ファイバケーブルと接続されており、以下に述べる第一の信号送出部３と信号中継部４との間の信号伝送の仕組みとして光ファイバが用いられる信号送受の仕組み（即ち、光通信）が用いられる場合に前記第一の信号送出部３の一部として機能する。

着雷検知部１，２及び第一の信号送出部３(の一部)として上述の図３に示す仕組みが用いられることにより、着雷による落雷電流からＬＥＤ３４を発光させるための電源が得られるので、着雷検知部１，２及び第一の信号送出部３を自立的に作動させることが可能になる。

ブレード先端側着雷検知部１及びブレード基端側着雷検知部２のそれぞれに第一の信号送出部３が備えられる（言い換えると、信号の伝達が可能であるように接続される）。そして、当該第一の信号送出部３により、着雷検知部１，２によって検知された電流（言い換えると、電流が流れたこと）に対応する信号（具体的には、電気信号や光信号など）が取り込まれ、所定の処理が行われて検出電流データＤＣとして送出される。

第一の信号送出部３の仕組みは、電流に対応する電気信号や光信号等を取り込むと共に当該信号を伝送可能なデータ・信号に変換して送出（出力）し得るものであれば、特定の方式や機序に限定されない。

第一の信号送出部３としては、例えば、入力された電気信号を光信号に変換して出力（出射）する電気−光変換器（Ｅ／Ｏコンバータなどとも呼ばれる），入力された電気信号を無線信号に変換して出力する無線信号送信機，または入力（入射）された光信号を光信号として出力する光コネクタが用いられたり、或いは、これら種々の機器の組み合わせが用いられたりされ得る。

第一の信号送出部３から送出された検出電流データＤＣは、ロータヘッド２４やナセル２２に設置される信号中継部４を経由し、例えば塔体２１の基礎２７やその近傍に設置される通信部８へと伝送される。

第一の信号送出部３と信号中継部４との間の信号伝送の仕組みは、特定の方式や機序に限定されない。

第一の信号送出部３と信号中継部４との間の信号伝送の仕組みとしては、例えば、第一の信号送出部３として電気−光変換器や光コネクタが用いられる場合には光ファイバが用いられる有線による信号送受の仕組み（即ち、光通信）や、第一の信号送出部３として無線信号送信機が用いられる場合には無線による信号送受の仕組み（即ち、無線通信）が用いられたり、或いは、これら種々の信号送受の仕組みが組み合わされて用いられたりされ得る。

信号中継部４の仕組み、並びに、当該信号中継部４と通信部８との間の信号伝送の仕組みは、特定の方式や機序に限定されない。

信号中継部４としては、例えば、入力（入射）された光信号を電気信号に変換して出力する光−電気変換器（Ｏ／Ｅコンバータなどとも呼ばれる），入力された無線信号を電気信号に変換して出力する無線信号受信機，入力された電気信号を光信号に変換して出力（出射）する電気−光変換器，または入力された電気信号を無線信号に変換して出力する無線信号送信機が用いられたり、或いは、これら種々の機器の組み合わせが用いられたりされ得る。

なお、各ブレード２３それぞれに設けられてこれらブレード２３と一緒に回転する第一の信号送出部３から固定的に設置された通信部８へと信号を伝送するためには、信号中継部４において、回転する部位（具体的には、各ブレード２３及びロータヘッド２４）と回転しない部位（具体的には、ナセル２２）との間での信号伝送を行う必要がある。このため、信号中継部４は、例えば、無線による信号送受の仕組みを含むものとして構成されたり、スリップリングを含むものとして構成されたりすることが考えられる。

ここで、検出電流データＤＣが複数枚のブレード２３のそれぞれに設けられたブレード先端側着雷検知部１及びブレード基端側着雷検知部２のうちの何れから出力されたもの（言い換えると、何れで検知された電流に関するもの）であるのかを識別できるようにする必要がある。着雷検知部１，２を識別するための仕組みは、特定の方式や機序に限定されるものではなく、例えば信号伝送の方式や信号伝送のために備えられる機器なども考慮された上で、適当なものが適宜選択される。

着雷検知部１，２を識別するための仕組みとしては、例えば、第一の信号送出部３若しくは信号中継部４により、ブレード先端側着雷検知部１とブレード基端側着雷検知部２との各々に予め割り当てられた固有の識別子が識別子データＩＤとして付加された上で検出電流データＤＣが送出・伝送されるように構成されることが考えられる。

また、信号中継部４と通信部８との間の信号伝送の仕組みとしては、例えば、各々に接続されて敷設された光ファイバが用いられる有線による信号送受の仕組み（即ち、光通信）や、各々に接続された無線信号送受信機が用いられる無線による信号送受の仕組み（即ち、無線通信）が用いられたり、或いは、これら種々の信号送受の仕組みが組み合わされて用いられたりされ得る。

なお、第一の信号送出部３として電気−光変換器や光コネクタが用いられる場合には、信号中継部４が、各第一の信号送出部３に対応する（言い換えると、第一の信号送出部３毎に設けられる）光−電気変換器と、これら複数の光−電気変換器からの出力が入力される電気−光変換器とを含むものとして構成されるようにしても良い。そして、信号中継部４と通信部８とが光ファイバによって接続され、信号中継部４から通信部８へと検出電流データＤＣが光通信によって伝送されるようにしても良い。

以上を踏まえ、あくまで一例として挙げると、ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２として巻線ＣＴが用いられる場合には、これら巻線ＣＴで検知された電流に関する信号（具体的には、検出電流データＤＣ，識別子データＩＤ）を通信部８へと伝送する仕組みが、図２Ａに示すように構成されることが考えられる。

具体的には、以下のように構成される。
ｉ）第一の信号送出部３として電気−光変換器(Ｅ／Ｏ)が用いられる。
ii）第一の信号送出部３と信号中継部４との間の信号伝送の仕組みとして光ファイバによる光通信が用いられる。
iii)信号中継部４が、光−電気変換器(Ｏ／Ｅ)，スリップリング(ＳＲ)，及び電気−光変換器(Ｅ／Ｏ)を有するものとして構成される。
iv）信号中継部４と通信部８との間の信号伝送の仕組みとして光ファイバによる光通信が用いられる。
ｖ）通信部８が光−電気変換器(Ｏ／Ｅ)を含むものとして構成される。

なお、図２Ａに示す例の場合には、回転する部位（具体的には、各ブレード２３及びロータヘッド２４）と回転しない部位（具体的には、ナセル２２）との間での信号伝送が、信号中継部４のスリップリング(ＳＲ)によって行われる。

また、ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２として光ファイバＣＴが用いられる場合には、これら光ファイバＣＴで検知された電流に関する信号（具体的には、検出電流データＤＣ，識別子データＩＤ）を通信部８へと伝送する仕組みが、図２Ｂに示すように構成されることが考えられる。

具体的には、以下のように構成される。
ｉ）第一の信号送出部３として光コネクタ(ＯＣ)が用いられる。
ii）第一の信号送出部３と信号中継部４との間の信号伝送の仕組みとして光ファイバによる光通信が用いられる。
iii)信号中継部４が、光−電気変換器(Ｏ／Ｅ)，無線信号送信機(ＲＴ)，無線信号受信器(ＲＲ)，及び電気−光変換器(Ｅ／Ｏ)を有するものとして構成される。
iv）信号中継部４と通信部８との間の信号伝送の仕組みとして光ファイバによる光通信が用いられる。
ｖ）通信部８が光−電気変換器(Ｏ／Ｅ)を含むものとして構成される。

なお、図２Ｂに示す例の場合には、回転する部位（具体的には、各ブレード２３及びロータヘッド２４）と回転しない部位（具体的には、ナセル２２）との間での信号伝送が、信号中継部４の無線信号送信機(ＲＴ)と無線信号受信器(ＲＲ)とによって行われる。

ここで、特に第一の信号送出部３と信号中継部４との間並びに信号中継部４と通信部８との間における信号（具体的には、検出電流データＤＣ，識別子データＩＤ）の伝送の仕組みとして電気的に絶縁された光ファイバによる光通信が用いられるようにすることにより、外部磁界の影響、具体的には落雷によるサージ電流や電気ノイズの影響を受け難くなるので、データ伝送の確実性を向上させることが可能であり、また、電流測定の精度を向上させると共にダイナミックレンジを十分に大きくすることが可能であり、延いては風力発電設備への落雷の検出手法や落雷状況の分析手法としての信頼性を向上させることが可能になる。

また、ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２として光ファイバＣＴが用いられるようにすることによっても、外部磁界の影響を受け難くなるので、上述と同様の作用効果が得られる。

さらに、風力発電設備２０の塔体２１の基礎２７寄り（即ち、下端寄り）の位置に落雷検知部７が設けられる。

落雷検知部７は、塔体２１の下端寄りの位置における、塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１から大地へと流れる電流を検知するためのものである。

なお、落雷検知部７は、塔体内引下げ導体２６ｂに電流が流れたことを少なくとも検知し得るものであれば良いものの、塔体内引下げ導体２６ｂに流れる電流の大きさ（即ち、電流値、或いは、電流量）を計測し得るものであることが好ましい。

落雷検知部７は、塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１を流れる電流を検知し得るもの、言い換えると、塔体内引下げ導体２６ｂに電流が流れたことを少なくとも検知し得るものであれば、特定の方式や機序に限定されない。しかしながら、落雷検知部７は、塔体内引下げ導体２６ｂに流れる電流の大きさを計測し得るものであることが好ましい。

落雷検知部７としては、例えば、巻線ＣＴや光ファイバＣＴ、或いはロゴスキーコイル等の環状の電流センサが用いられ得る。

落雷検知部７は、図４に示す、ロゴスキーコイルを含む回路構造を備える装置として構成されるようにしても良い。なお、図４において、符号Ｒは回路素子(部品)としての抵抗を表す。

落雷検知部７の一例としての、図４に示す回路構造を備える電流検出装置は、内部積分回路１１と外部積分回路１４とを有し、ロゴスキーコイル１１ａとともに内部積分回路１１を構成して当該内部積分回路１１の低域カット周波数が第一の周波数ｆaになるように選定された抵抗体１１ｂをロゴスキーコイル１１ａの両端に接続して得られる信号と、低域カット周波数が第二の周波数ｆbであると共に高域カット周波数が第一の周波数ｆaである外部積分回路１４でロゴスキーコイル１１ａからの信号を積分して得られる信号とを加算回路１６によって加算するようにしている。

内部積分回路１１は、ロゴスキーコイル１１ａと、当該ロゴスキーコイル１１ａの両端に接続される抵抗体１１ｂとを有する。図４において、ロゴスキーコイル１１ａは、インダクタンスＬとコイルの内部抵抗Ｒとを含むものとして表される。

抵抗体１１ｂとしては、ロゴスキーコイル１１ａのインダクタンスＬ及びコイルの内部抵抗Ｒとともに内部積分回路１１を構成した場合に、低域カット周波数が第一の周波数ｆa［Ｈｚ］となるものが選定される。

ロゴスキーコイル１１ａの電気的特性は、例えば、インダクタンスＬが５００［μＨ］であると共に、ロゴスキーコイル１１ａの内部抵抗Ｒとの合成抵抗値が１［Ω］になるように抵抗体１１ｂが選定されることが考えられる。この場合には、内部積分回路１１は、５００〜７００［Ｈｚ］程度から０．１［Ｈｚ］程度までの領域において−２０［ｄｂ／ディケード］の垂下特性を有するものとして構成される。

ロゴスキーコイル１１ａと抵抗体１１ｂとの接続点には起電力検知用の抵抗１２が接続される。そして、当該抵抗１２を介して内部積分回路１１の起電力が内部積分回路バッファ１３を介して加算回路１６の一方の入力端子に入力される。

抵抗１２には外部積分回路１４が接続される。そして、当該外部積分回路１４から出力された積分出力信号は外部積分回路バッファ１５を介して加算回路１６の他方の入力端子に入力される。

外部積分回路１４は、高域カット周波数が、内部積分回路１１の低域カット周波数（即ち、第一の周波数ｆa［Ｈｚ］）に一致するように調整される。

なお、外部積分回路１４は、積分回路を構成する演算増幅器の利得が７０〜８０［ｄｂ］程度に設定されることが考えられる。

外部積分回路１４は、また、低域カット周波数が、第一の周波数ｆa［Ｈｚ］よりも小さい第二の周波数ｆb［Ｈｚ］（即ち、ｆa＞ｆb）に設定される。

上述の図４に示す回路構造を備える装置として落雷検知部７が構成されるようにした場合には、ロゴスキーコイル１１ａとともに内部積分回路１１を構成して当該内部積分回路１１の低域カット周波数が第一の周波数ｆa［Ｈｚ］になるように選定された抵抗体１１ｂをロゴスキーコイル１１ａの両端に接続して得られる信号と、低域カット周波数が第二の周波数ｆb［Ｈｚ］であると共に高域カット周波数が第一の周波数ｆa［Ｈｚ］である外部積分回路１４でロゴスキーコイル１１ａからの信号を積分して得られる信号とが加算回路１６によって加算されることにより、周波数に大きく依存するロゴスキーコイルからの信号の利得が安定的に補正されて出力される。したがって、加算回路１６のゲイン−周波数特性を、直流成分がカットされ、且つ、第二の周波数ｆb［Ｈｚ］以上が平坦であるようにすることができる。

そして、図４に示す回路構造を備える装置として落雷検知部７が構成された場合、ロゴスキーコイル１１ａが風力発電設備の塔体２１に装着された状態で当該の風力発電設備に落雷すると、ロゴスキーコイル１１ａの起電力として落雷電流が検知される。

上記起電力は、ロゴスキーコイル１１ａのインダクタンスＬ及びコイルの内部抵抗Ｒと抵抗体１１ｂとの合成抵抗により形成される内部積分回路１１によって積分されて落雷電流値（言い換えると、落雷電流量）に比例した信号として抵抗１２へと出力される。

抵抗１２を通過した信号は、内部積分回路バッファ１３を経由して加算回路１６の一方の入力端子に入力され、また、外部積分回路１４で積分された信号は外部積分回路バッファ１５を経由して加算回路１６の他方の入力端子に入力される。

ここで、落雷電流の低周波成分では、ロゴスキーコイル１１ａのリアクタンスがあまり大きくは作用しないので、電流はコイルの内部抵抗Ｒと抵抗体１１ｂとで決まることになり、インダクタンスＬの両端電圧が落雷電流を微分した電圧になる。

また、落雷電流のテール部は、ロゴスキーコイル１１ａのインダクタンスＬ及びコイルの内部抵抗Ｒと抵抗体１１ｂとの合成抵抗により形成される内部積分回路１１の低域カット周波数（即ち、第一の周波数ｆa）よりも低い周波数の成分を多く含む。

このため、内部積分回路１１での積分利得は非常に小さく、実質的にはロゴスキーコイル１１ａで検知された落雷電流による起電力、つまり抵抗体１１ｂに印加した信号だけが外部積分回路１４に入力されることになる。

そして、外部積分回路１４は、低域カット周波数（即ち、第二の周波数ｆb）と高域カット周波数（即ち、第一の周波数ｆa；但し、ｆa＞ｆb）とを有し、ロゴスキーコイル１１ａのインダクタンスＬ及びコイルの内部抵抗Ｒと抵抗体１１ｂとの合成抵抗により形成される内部積分回路１１の垂下特性とは相反する垂下特性を有する。これにより、外部積分回路１４は、第二の周波数ｆbから第一の周波数ｆaまでの範囲では平坦化した信号を出力する。

一方、落雷電流の高周波成分では、ロゴスキーコイル１１ａのインダクタンスＬが大きく作用するので、インダクタンスＬの両端電圧は落雷電流の微分に比例したものが誘起されて入力とほぼ釣り合っているため、直列に繋いだ抵抗体１１ｂの両端電圧が積分値になる。

以上により、高い周波数成分の電流はロゴスキーコイル１１ａの内部積分機能によって電圧信号に変換され、また、継続時間が長く低い周波数成分の電流は外部積分回路１４によって電圧信号に変換され、これらの信号成分が加算回路１６によって合成され、結果として、落雷電流全体の波形パターンが正確に再現された電圧信号が得られる。

ここで、第一の周波数ｆa［Ｈｚ］及び第二の周波数ｆb［Ｈｚ］は、特定の値に限定されるものではなく、落雷電流の特性などが考慮された上で適当な値にそれぞれ適宜設置される。

第一の周波数ｆaは、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、０．１［Ｈｚ］程度に設定され得る。

また、第二の周波数ｆbは、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、５００〜７００［Ｈｚ］程度に設定され得る。

落雷検知部７に第二の信号送出部５が備えられる（言い換えると、信号の伝達が可能であるように接続される）。そして、当該第二の信号送出部５により、落雷検知部７によって検知された電流に対応する信号（具体的には、電気信号や光信号など）が取り込まれ、所定の処理が行われて落雷電流データＬＣとして送出される。

第二の信号送出部５の仕組みは、電流に対応する電気信号や光信号等を取り込むと共に当該信号を伝送可能なデータ・信号に変換して送出（出力）し得るものであれば、特定の方式や機序に限定されない。

第二の信号送出部５としては、例えば、入力された電気信号を光信号に変換して出力（出射）する電気−光変換器，入力された電気信号を無線信号に変換して出力する無線信号送信機，または入力（入射）された光信号を光信号として出力する光コネクタが用いられたり、或いは、これら種々の機器の組み合わせが用いられたりされ得る。

なお、落雷電流データＬＣが落雷検知部７から出力されたもの（言い換えると、落雷検知部７によって検知された電流に関するもの）であることを識別できるようにする必要がある場合には、例えば、第二の信号送出部５により、落雷検知部７に予め割り当てられた固有の識別子が識別子データＩＤとして付加された上で落雷電流データＬＣが送出されるように構成されても良い。

第二の信号送出部５から送出された落雷電流データＬＣ（及び、必要に応じ、識別子データＩＤ）は、通信部８へと伝送される。

第二の信号送出部５と通信部８との間の信号伝送の仕組みは、特定の方式や機序に限定されない。

第二の信号送出部５と通信部８との間の信号伝送の仕組みとしては、例えば、第二の信号送出部５として電気−光変換器や光コネクタが用いられる場合には光ファイバが用いられる有線による信号送受の仕組み（即ち、光通信）や、第二の信号送出部５として無線信号送信機が用いられる場合には無線による信号送受の仕組み（即ち、無線通信）が用いられたり、或いは、これら種々の信号送受の仕組みが組み合わされて用いられたりされ得る。

以上を踏まえ、あくまで一例として挙げると、落雷検知部７としてロゴスキーコイルが用いられる場合には、当該ロゴスキーコイルで検知された電流に関する信号（具体的には、落雷電流データＬＣ、及び、必要に応じ、識別子データＩＤ）を通信部８へと伝送する仕組みが、図２Ａや図２Ｂに示すように構成されることが考えられる。

具体的には、以下のように構成される。
ｉ）第二の信号送出部５として電気−光変換器(Ｅ／Ｏ)が用いられる。
ii）第二の信号送出部５と通信部８との間の信号伝送の仕組みとして光ファイバによる光通信が用いられる。
iii)通信部８が光−電気変換器(Ｏ／Ｅ)を含むものとして構成される。

通信部８は、ブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２から出力されて第一の信号送出部３及び信号中継部４を介して入力された検出電流データＤＣ及び識別子データＩＤ、並びに、落雷検知部７から出力されて入力された落雷電流データＬＣを、例えば風力発電設備の運転制御所や風力発電設備に関するデータの管理センターなどに設置された、データを記録・保存するためのサーバ等（「記録装置９」と呼ぶ）へと伝送するためのものである。

通信部８と記録装置９との間の信号伝送の仕組みとしては、例えば、種々の有線による信号送受の仕組みや無線による信号送受の仕組みが用いられたり、或いは、これら種々の信号送受の仕組みが組み合わされて用いられたりされ得る。

あくまで一例として挙げると、図２Ａや図２Ｂに示すように、通信部８が無線信号送信機(ＲＴ)を含むものとして構成されて記録装置９へと無線通信によって信号が伝送されるように構成されることが考えられる。

上述した風力発電設備への落雷の検出装置の動作を以下に説明する。

風力発電設備２０に落雷すると、塔体２１に設けられた落雷検知部７によって風力発電設備２０への落雷が検知され、具体的には落雷検知部７によって検知された電流に対応する信号が出力され、当該信号が第二の信号送出部５によって処理されて落雷電流データＬＣとして通信部８へと伝送される。

この際、必要に応じ、例えば第二の信号送出部５によって識別子データＩＤが付加された上で落雷電流データＬＣと識別子データＩＤの組み合わせデータとして通信部８へと伝送される。

そして、通信部８へと伝送された落雷電流データＬＣ（及び、必要に応じ、識別子データＩＤ）が通信部８によって記録装置９へと伝送される。

また、風力発電設備２０への落雷が複数枚のブレード２３のうちの何れかに着雷したものである場合には、各ブレード２３に設けられたブレード先端側着雷検知部１とブレード基端側着雷検知部２とのうちの一つ以上の着雷検知部１，２によってブレードへの着雷が検知され、具体的にはブレード先端側着雷検知部１やブレード基端側着雷検知部２によって検知された電流に対応する信号が出力され、当該信号が第一の信号送出部３によって処理されると共に信号中継部４を介して検出電流データＤＣとして通信部８へと伝送される。

この際、例えば第一の信号送出部３若しくは信号中継部４によって識別子データＩＤが付加された上で検出電流データＤＣと識別子データＩＤの組み合わせデータとして通信部８へと伝送される。

そして、通信部８へと伝送された検出電流データＤＣと識別子データＩＤとの組み合わせデータが通信部８によって記録装置９へと伝送される。

記録装置９では、落雷電流データＬＣ、及び、伝送されている場合には検出電流データＤＣと識別子データＩＤとの組み合わせデータが記録・保存される。

この際、落雷電流データＬＣや検出電流データＤＣの日付及び時刻がこれらデータと対応づけられて落雷日時データとして記録される。なお、落雷日時データは、例えば、落雷電流データＬＣや検出電流データＤＣが通信部８によって伝送される時を基準として当該通信部８によって付加されて当該データと一緒に伝送されて記録されるようにしても良く、或いは、落雷電流データＬＣや検出電流データＤＣが記録装置９に入力された時を基準として当該記録装置９によって付加されて当該データと一緒に記録されるようにしても良い。

以上のように構成された風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置によって取得されたデータによれば、例えば以下のような分析が可能になる。

１）全落雷に対するブレードのレセプターへの着雷の比率
識別子データＩＤとして各ブレード先端側着雷検知部１の識別子のうちの何れかが付加された検出電流データＤＣが記録されている場合は、ブレード２３の先端のレセプター２５へと着雷したと考えられる。

したがって、或る落雷日時データが付加された落雷電流データＬＣが記録されていると共に前記落雷日時データに対応するブレード先端側着雷検知部１の検出電流データＤＣが記録されている場合には、風力発電設備２０への落雷があり且つ当該落雷はブレード２３のレセプター２５へと着雷したと考えられる。

これに対し、或る落雷日時データが付加された落雷電流データＬＣが記録されているものの前記落雷日時データに対応するブレード先端側着雷検知部１の検出電流データＤＣが記録されていない場合には、風力発電設備２０への落雷があり且つ当該落雷はブレード２３のレセプター２５以外（なお、ブレード２３以外も含む）に着雷したと考えられる。

なお、「前記落雷日時データに対応する検出電流データＤＣ」とは、落雷電流データＬＣに付加されている或る落雷日時データと完全に一致している落雷日時データが付加されている検出電流データＤＣ、若しくは、或る落雷日時データと完全には一致していないものの同一の落雷であると判断され得る程度には十分に近い落雷日時データが付加されている検出電流データＤＣという意味である。具体的には例えば、付加されている落雷日時データの差違が数ミリ秒程度であれば、これら落雷日時データが付加されている落雷電流データＬＣと検出電流データＤＣとは同一の落雷に関するデータであると判断され得る。

したがって、風力発電設備２０への落雷の総回数に対するブレード２３のレセプター２５への着雷の回数の比率が求められる。

なお、風力発電設備２０への落雷の総回数とは、分析対象期間内に、落雷検知部７によって電流が検知された回数であり、即ち落雷検知部７から信号が出力された回数であり、言い換えると、記録装置９に記録された落雷電流データＬＣの個数である。

また、ブレード２３のレセプター２５への着雷の回数とは、分析対象期間内に、ブレード先端側着雷検知部１によって電流が検知された回数であり、即ちブレード先端側着雷検知部１から信号が出力された回数であり、言い換えると、記録装置９に記録された、各ブレード先端側着雷検知部１の識別子のうちの何れかが識別子データＩＤとして付加されている検出電流データＤＣの個数である。

そして、上記１）の分析が、以下の処理を含む風力発電設備への落雷状況の分析方法として行われるようにしても良い。

具体的には、風力発電設備への落雷状況の分析方法は、上述の風力発電設備への落雷を検出する方法としての処理に加え、分析対象期間内にブレード２３の先端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流が検知された回数を、塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１に流れる電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備２０への落雷の総回数に対するブレード２３のレセプター２５への着雷回数の比率を求める処理を含む。

上記風力発電設備への落雷状況の分析方法は、風力発電設備への落雷状況の分析装置によって行われるようにしても良い。風力発電設備への落雷状況の分析装置は、具体的には、上述の風力発電設備への落雷を検出する装置としての構成に加え、分析対象期間内にブレード先端側着雷検知部１によって電流が検知された回数を、落雷検知部７によって電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備２０への落雷の総回数に対するブレード２３のレセプター２５への着雷回数の比率を算出する算出部１０を有する。

２）ブレードのうちのレセプター以外の部位への着雷の比率
識別子データＩＤとして各ブレード基端側着雷検知部２の識別子のうちの何れかが付加された検出電流データＤＣが記録されている一方で識別子データＩＤとして各ブレード先端側着雷検知部１の識別子のうちの何れかが付加された検出電流データＤＣが記録されていない場合は、ブレード２３への着雷ではあるものの、レセプター２５への着雷ではなく、レセプター２５を除くブレード２３の何れかの部位へと着雷したと考えられる。

したがって、或る落雷日時データが付加されたブレード基端側着雷検知部２の検出電流データＤＣが記録されていると共に前記落雷日時データに対応する（言い換えると、同一の落雷に関するデータであると判断され得る）ブレード先端側着雷検知部１の検出電流データＤＣが記録されていない場合には、風力発電設備２０への落雷があり且つ当該落雷はレセプター２５を除くブレード２３の何れかの部位へと着雷したと考えられる。

一方、或る落雷日時データが付加された落雷電流データＬＣが記録されている場合には、風力発電設備２０への落雷があったと考えられる。

したがって、風力発電設備２０への落雷の総回数に対するレセプター２５を除くブレード２３への着雷の回数の比率が求められる。

なお、レセプター２５を除くブレード２３への着雷の回数とは、分析対象期間内に、ブレード先端側着雷検知部１によって電流が検知されていない一方でブレード基端側着雷検知部２によって電流が検知された回数であり、即ちブレード先端側着雷検知部１から信号が出力されていない一方でブレード基端側着雷検知部２から信号が出力された回数であり、言い換えると、記録装置９に記録された、各ブレード基端側着雷検知部２の識別子のうちの何れかが識別子データＩＤとして付加されている検出電流データＤＣのうち、対応する落雷日時に関する各ブレード先端側着雷検知部１の識別子のうちの何れかが識別子データＩＤとして付加されている検出電流データＤＣが存在しないものの個数である。

そして、上記２）の分析が、以下の処理を含む風力発電設備への落雷状況の分析方法として行われるようにしても良い。

具体的には、風力発電設備への落雷状況の分析方法は、上述の風力発電設備への落雷を検出する方法としての処理に加え、分析対象期間内にブレード２３の先端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流が検知されていない一方でブレード２３の基端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流が検知された回数を、塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１に流れる電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備２０への落雷の総回数に対するレセプター２５を除くブレード２３への着雷回数の比率を求める処理を含む。

上記風力発電設備への落雷状況の分析方法は、風力発電設備への落雷状況の分析装置によって行われるようにしても良い。風力発電設備への落雷状況の分析装置は、具体的には、上述の風力発電設備への落雷を検出する装置としての構成に加え、分析対象期間内にブレード先端側着雷検知部１によって電流が検知されていない一方でブレード基端側着雷検知部２によって電流が検知された回数を、落雷検知部７によって電流が検知された回数で除することにより、風力発電設備２０への落雷の総回数に対するレセプター２５を除くブレード２３への着雷回数の比率を算出する算出部１０を有する。

また、上記１）において述べた考え方によってブレード２３のレセプター２５への着雷の回数が求められる。これにより、ブレード２３への着雷の合計回数に対するレセプター２５を除くブレード２３への着雷の回数の比率が求められる。

この場合には、風力発電設備への落雷状況の分析方法は、上述の風力発電設備への落雷を検出する方法としての処理に加え、分析対象期間内にブレード２３の先端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流が検知されていない一方でブレード２３の基端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流が検知された回数を、当該回数とブレード２３の先端側位置においてブレード内引下げ導体２６ａに流れる電流が検知された回数との合計回数で除することにより、ブレード２３への着雷の合計回数に対するレセプター２５を除くブレード２３への着雷回数の比率を求める処理を含む。

上記風力発電設備への落雷状況の分析方法は、風力発電設備への落雷状況の分析装置によって行われるようにしても良い。風力発電設備への落雷状況の分析装置は、具体的には、上述の風力発電設備への落雷を検出する装置としての構成に加え、分析対象期間内にブレード先端側着雷検知部１によって電流が検知されていない一方でブレード基端側着雷検知部２によって電流が検知された回数を、当該回数とブレード先端側着雷検知部１によって電流が検知された回数との合計回数で除することにより、ブレード２３への着雷の合計回数に対するレセプター２５を除くブレード２３への着雷回数の比率を算出する算出部１０を有する。

３）着雷部位の把握と落雷電流の大きさ

上記１），２）において述べた考え方により、レセプター２５とレセプター２５を除くブレード２３の何れかの部位とのうちのどちらに着雷したのかが特定され得る。

また、検出電流データＤＣに付加されている落雷日時データに対応する（言い換えると、同一の落雷に関するデータであると判断され得る）落雷電流データＬＣが演算処理されることにより、塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１を流れる電流の電流値（言い換えると、電流量）が算出される。

したがって、着雷した部位が把握されると共に、落雷電流の大きさが求められる。

特に、ロゴスキーコイルを含む回路構造を備える装置として落雷検知部７が構成されるようにした場合には、落雷電流の大きさが正確に把握されると共に、落雷電流全体の波形パターンやエネルギーの大きさなどが正確に把握される。

以上のように構成された風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置によれば、ブレード２３の先端のレセプター２５から大地へと流れる電流の検知（即ち、ブレード先端側着雷検知部１による電流の検知）の有無，ブレード２３の基端部を通って大地へと流れる電流の検知（即ち、ブレード基端側着雷検知部２による電流の検知）の有無，及び塔体２１を通って大地へと流れる電流の検知（即ち、落雷検知部７による電流の検知）の有無の組み合わせに基づいて、風力発電設備２０へと落雷した場合に、ブレード２３のレセプター２５，ブレード２３のうちのレセプター２５以外の部位，及び風力発電設備２０のうちのブレード２３以外の部位のうちの何れに着雷したのかを特定することができる。このため、ブレード２３を含む風力発電設備２０の落雷保護対策を合理的に行うために有用であると考えられる定量的なデータを提供することを可能にし、風力発電設備への落雷に関する分析及び評価や風力発電設備（特にブレード）の維持管理に必要とされるデータ収集のための手法としての有為性の向上を図ることが可能になる。

以上のように構成された風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置によれば、また、ブレード２３のレセプター２５，ブレード２３のうちのレセプター２５以外の部位，及び風力発電設備２０のうちのブレード２３以外の部位という着雷部位別に落雷電流の累積を定量的に把握（計測）することができる。このため、落雷電流の累積値とブレード２３の各部やその他部位の損傷の程度との関係を実績として整理することにより、着雷部位別の落雷電流の累積値に基づいて風力発電設備２０の各部の損傷の程度を評価（推定）することができる。したがって、風力発電設備に関する管理・保守を定量的に行うことができ、例えば各部部品の最適な保守時期や交換時期などを見極めて決定することが可能になり、延いては風力発電設備の管理・保守の効率を向上させると共に信頼性を向上させることが可能になる。

以上のように構成された風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置は、特に、塔体２１に流れる電流を検知するものとしてロゴスキーコイル１１ａが用いられると共に内部積分回路１１の低域カット周波数と外部積分回路１４の高域カット周波数とが一致するように設定されたうえでそれぞれで積分された信号が加算されるようにした場合には、外部積分回路１４の垂下特性を積極的に利用して落雷電流のうちの限りなく直流に近い成分を含むテール部を高い精度で検知することができると共に、外部積分回路１４はロゴスキーコイル１１ａの内部積分機能の低域カット周波数までの帯域を補正するだけで済むために広帯域の積分回路が不要となって安価に且つ高い性能（感度）で落雷電流を検知することができる。このため、落雷電流の検出技術としての高性能化を図ると共に汎用性の向上を図ることが可能になる。

なお、上述の形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。

例えば、上述の実施形態では落雷検知部７がロゴスキーコイルを含む回路構造を備える装置として構成されるようにしているが、落雷検知部７の構成はこれに限られるものではなく、塔体内引下げ導体２６ｂを含む塔体２１を流れる電流を検知し得るものであればどのようなものであっても構わない。

また、上述の実施形態では通信部８が設置されるようにしているが、通信部８が設置されることは本発明において必須の構成ではなく、例えば塔体２１の基礎２７やその近傍に通信部８に代わって記録装置９が設置されるようにし、各種データが記録装置９に一旦保存・記録されたうえで種々の記録媒体によって算出部１０（具体的には、算出部１０として機能する計算機や演算装置）へと移されたり分析処理に用いられたりするようにしても良い。

また、上述の実施形態では記録装置９が設置されるようにしているが、記録装置９が設置されることは本発明において必須の構成ではなく、記録装置９が設置されないようにし、各種データが通信部８から算出部１０（具体的には、算出部１０として機能する計算機や演算装置）へと直接伝送されて算出部１０に記録・保存されたり分析処理に用いられたりするようにしても良い。

さらに言えば、上述の実施形態のように着雷検知部１，２及び第一の信号送出部３(の一部)として図３に示す仕組みが用いられることが好ましいものの、信号中継部４，第二の信号送出部５，通信部８，記録装置９，及び算出部１０がどのような態様のものであるかは、それぞれがそもそも設けられるか否かを含めて本発明として特定のものには限定されない。

また、上述の実施形態では、レセプター及び着雷検知部が各ブレード２３の先端部にそれぞれ一個ずつ設けられるようにしているが、各ブレード２３に設けられるレセプター及び着雷検知部の個数は、一個ずつに限定されるものではなく、複数個ずつ設けられるようにしても良い。具体的には例えば、図５に示すように、ブレード２３の先端部のレセプター２５及びブレード先端側着雷検知部１に加えてブレード２３の幅方向における縁部に複数個の縁部レセプター２５Ａ乃至２５Ｄ及びブレード縁部着雷検知部１Ａ乃至１Ｄが設けられるようにしても良い。

図５に示すようにレセプター及び着雷検知部が配設された場合には、先端部のレセプター２５または縁部レセプター２５Ａ乃至２５Ｄのうちの何れかに着雷（図５に示す例では一例として縁部レセプター２５Ｂに着雷；符号Ｃ−１）すると、落雷電流はブレード内引下げ導体２６ａへと直接誘導される。したがって、ブレード先端側着雷検知部１またはブレード縁部着雷検知部１Ａ乃至１Ｄのうちの何れか（図５に示す例ではブレード縁部着雷検知部１Ｂ）とブレード基端側着雷検知部２との両方において電流が検知される。

一方、先端部のレセプター２５および縁部レセプター２５Ａ乃至２５Ｄを除くブレード２３のいずれかの部位に着雷（図５に示す例では符号Ｃ−２）すると、落雷電流は二次放電点２９からブレード内引下げ導体２６ａへと誘導される。したがって、ブレード先端側着雷検知部１およびブレード縁部着雷検知部１Ａ乃至１Ｄの何れにおいても電流は検知されず、ブレード基端側着雷検知部２のみにおいて電流が検知される。

また、図６に示すように、ブレード内引下げ導体２６ａのブレード先端側着雷検知部１とブレード基端側着雷検知部２との間にブレード中間着雷検知部が適宜設けられるようにしても良い（図６に示す例では一例としてブレード中間着雷検知部１Ｘ，１Ｙの二個）。ブレード内引下げ導体２６ａに対してブレード中間着雷検知部１Ｘ，１Ｙが設けられることにより、特に先端部のレセプター２５および縁部レセプター２５Ａ乃至２５Ｄを除くブレード２３のいずれかの部位に着雷した場合の着雷部位を一層詳細に特定することが可能になる。

具体的には例えば図６に示す例のように落雷電流が二次放電点２９からブレード内引下げ導体２６ａへと誘導される場合には、ブレード中間着雷検知部１Ｘでは電流は検知されずにブレード中間着雷検知部１Ｙのみで電流が検知されるので、これらの情報に基づいて着雷部位を詳細に特定することが可能になる。そして、着雷部位を詳細に特定することにより、ブレード２３の点検作業等において特に注意すべき箇所が予め把握されるので、点検作業等の効率化や確実性の向上を図ることなどが可能になる。

本発明の風力発電設備への落雷の検出方法及び検出装置、並びに、風力発電設備への落雷状況の分析方法及び分析装置は、風力発電設備に落雷した際の着雷部位を特定すると共に必要に応じて落雷電流の大きさ（電流値）を定量的に計測することができるので、特に風力発電設備の維持，管理，保守等の分野で利用価値が高い。

１ ブレード先端側着雷検知部
２ ブレード基端側着雷検知部
３ 第一の信号送出部
４ 信号中継部
５ 第二の信号送出部
７ 落雷検知部
８ 通信部
９ 記録装置
１０ 算出部
１１ 内部積分回路
１１ａ ロゴスキーコイル
１１ｂ 抵抗体
１２ 抵抗
１３ 内部積分回路バッファ
１４ 外部積分回路
１５ 外部積分回路バッファ
１６ 加算回路
２０ 風力発電設備
２１ 塔体
２２ ナセル
２３ ブレード
２４ ロータヘッド
２５ レセプター
２６ａ ブレード内引下げ導体
２６ｂ 塔体内引下げ導体
２７ 基礎
ＤＣ 検出電流データ
ＩＤ 識別子データ
ＬＣ 落雷電流データ

Claims (10)

1. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷を検出する方法であり、前記ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいて前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知することを特徴とする風力発電設備への落雷の検出方法。
2. 前記塔体に流れる電流を検知するものとしてロゴスキーコイルが設置され、当該ロゴスキーコイルとともに内部積分回路を構成して当該内部積分回路の低域カット周波数が第一の周波数になるように選定された抵抗体を前記ロゴスキーコイルの両端に接続して得られる信号と、低域カット周波数が第二の周波数であると共に高域カット周波数が前記第一の周波数である外部積分回路で前記ロゴスキーコイルからの信号を積分して得られる信号とを加算することを特徴とする請求項１記載の風力発電設備への落雷の検出方法。
3. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する方法であり、前記ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいて前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知し、さらに、分析対象期間内に前記ブレードの前記先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数を、前記塔体に流れる電流が検知された回数で除することにより、前記風力発電設備への落雷の総回数に対する前記ブレードの前記レセプターへの着雷回数の比率を求めることを特徴とする風力発電設備への落雷状況の分析方法。
4. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する方法であり、前記ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいて前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知し、さらに、分析対象期間内に前記ブレードの前記先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流が検知されていない一方で前記ブレードの前記基端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数を、前記塔体に流れる電流が検知された回数で除することにより、前記風力発電設備への落雷の総回数に対する前記レセプターを除く前記ブレードへの着雷回数の比率を求めることを特徴とする風力発電設備への落雷状況の分析方法。
5. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する方法であり、前記ブレードの先端側位置と基端側位置とのそれぞれにおいて前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知すると共に、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知し、さらに、分析対象期間内に前記ブレードの前記先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流が検知されていない一方で前記ブレードの前記基端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数を、当該回数と前記ブレードの前記先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流が検知された回数との合計回数で除することにより、前記ブレードへの着雷の合計回数に対する前記レセプターを除く前記ブレードへの着雷回数の比率を求めることを特徴とする風力発電設備への落雷状況の分析方法。
6. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷を検出する装置であり、前記ブレードの先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、前記ブレードの基端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部とを備えることを特徴とする風力発電設備への落雷の検出装置。
7. 前記落雷検知部が、前記塔体に対して設置されるロゴスキーコイルを含み、当該ロゴスキーコイルとともに内部積分回路を構成して当該内部積分回路の低域カット周波数が第一の周波数になるように選定された抵抗体を前記ロゴスキーコイルの両端に接続して得られる信号と、低域カット周波数が第二の周波数であると共に高域カット周波数が前記第一の周波数である外部積分回路で前記ロゴスキーコイルからの信号を積分して得られる信号とを加算することを特徴とする請求項６記載の風力発電設備への落雷の検出装置。
8. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する装置であり、前記ブレードの先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、前記ブレードの基端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部と、分析対象期間内に前記ブレード先端側着雷検知部によって電流が検知された回数を、前記落雷検知部によって電流が検知された回数で除することにより、前記風力発電設備への落雷の総回数に対する前記ブレードの前記レセプターへの着雷回数の比率を算出する算出部とを備えることを特徴とする風力発電設備への落雷状況の分析装置。
9. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する装置であり、前記ブレードの先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、前記ブレードの基端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部と、分析対象期間内に前記ブレード先端側着雷検知部によって電流が検知されていない一方で前記ブレード基端側着雷検知部によって電流が検知された回数を、前記落雷検知部によって電流が検知された回数で除することにより、前記風力発電設備への落雷の総回数に対する前記レセプターを除く前記ブレードへの着雷回数の比率を算出する算出部とを備えることを特徴とする風力発電設備への落雷状況の分析装置。
10. ブレードの先端のレセプターと、当該レセプターと接続すると共に前記ブレード内に配設されるブレード内引下げ導体と、当該ブレード内引下げ導体と接続すると共に塔体内に配設され且つ接地する塔体内引下げ導体とを有する風力発電設備への落雷状況を分析する装置であり、前記ブレードの先端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード先端側着雷検知部と、前記ブレードの基端側位置において前記ブレード内引下げ導体に流れる電流を検知するブレード基端側着雷検知部と、前記塔体の下端側位置において当該塔体に流れる電流を検知する落雷検知部と、分析対象期間内に前記ブレード先端側着雷検知部によって電流が検知されていない一方で前記ブレード基端側着雷検知部によって電流が検知された回数を、当該回数と前記ブレード先端側着雷検知部によって電流が検知された回数との合計回数で除することにより、前記ブレードへの着雷の合計回数に対する前記レセプターを除く前記ブレードへの着雷回数の比率を算出する算出部とを備えることを特徴とする風力発電設備への落雷状況の分析装置。

Images