JP2017150828A - 雷撃の推測方法及び推測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、構造物への雷撃を容易に推測することができる雷撃の推測方法及び推測装置を提供する。
【解決手段】風力発電設備１２の塔体１４への雷撃の推測方法は、雷撃時に塔体１４を流れる雷撃電流の一部が塔体１４外へ流れ出た流出電流に基づいて、その流出電流を直接測定するか、又は流出電流に基づく電位差を測定することにより行われる。また、雷撃電流の推測方法は、塔体１４に注入される既知の注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差に関する既知の周波数特性と、塔体１４への雷撃時の流出電流の周波数特性とに基づいて行われる。或いは、前記注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差に関する既知の周波数特性と、塔体１４への雷撃時の電位差の周波数特性とに基づいて行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば風力発電設備等の構造物に雷撃が発生したことを推測できるとともに、その構造物に流れる雷撃電流を推測するための雷撃の推測方法及び推測装置に関する。

風力発電設備等の高層の構造物には雷撃（落雷）が生じやすく、その場合には風力発電設備の運転が停止を余儀なくされることから、その分発電量の低下を招く。この場合、雷撃を受けた風力発電設備に流れた雷撃電流を推測し、雷撃を受けた風力発電設備の点検、修理等を迅速に進めなければならない。

電子機器における電流検出装置が例えば特許文献１に開示されている。この電流検出装置は、電流の発する磁界を検出する磁界検出手段と、磁界検出手段からの信号に基づいて電流値を演算する演算手段と、演算した電流値を出力する出力手段とを備えている。前記磁界検出手段は第１及び第２の磁界センサを備え、演算手段は前記磁界センサにより検出された磁界信号に基づいて電流値の演算を行うようになっている。この電流検出装置によれば、磁界センサの位置による測定誤差を抑えて、電流を精度良く測定することができる。

特開２０１３−２１０２１６号公報

前述した特許文献１に記載されている従来構成の電流検出装置では、電子機器における配線を流れる電流の測定に際して磁界センサの位置による測定誤差を抑制し、電流を精度良く測定するものである。このため、風力発電設備等の構造物に雷撃があったときにその構造物に急激に流れる過大な雷撃電流を検出するものではない。

風力発電設備等の構造物に流れる雷撃電流を直接測定するためには、風力発電設備の塔体外周を囲むロゴスキーコイルが必要になったり、風車ブレード（翼）のレセプターにＣＴ（変流器）を取付けたりしなければならない。このため、従来構成の電流検出装置では、構造が大がかりなものになり、取付けや保守、管理が煩雑になるという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、簡易な構成で、構造物への雷撃を容易に推測することができる雷撃の推測方法及び推測装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の雷撃の推測方法は、雷撃を受ける構造物に雷撃が生じたことを推測する方法であって、前記構造物に雷撃が生じたとき、構造物に雷撃電流が流れ、その雷撃電流により構造物から周囲へ流れ出る流出電流に基づいて構造物に雷撃が生じたことを推測するものである。

前記流出電流を直接測定するか、又は流出電流に基づいて生ずる電位差を測定し、流出電流の存在を検出して構造物に雷撃が生じたことを推測することが好ましい。
前記構造物に注入される既知の注入電流の大きさに対する構造物の周囲へ流れ出る流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差又は前記注入電流の大きさに対する流出電流により生ずる電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差に関する既知の周波数特性と、構造物が雷撃を受けたときの流出電流又は流出電流により生ずる電位差の周波数特性とに基づいて構造物に流れる雷撃電流を推測することが好ましい。

前記構造物への注入電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における注入電流の大きさと位相を求めるとともに、前記流出電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における流出電流の大きさと位相を求め、前記注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差を予め算出するとともに、雷撃時における流出電流を測定して得られた測定電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における測定電流の大きさ及び位相と、前記注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差とに基づいて雷撃電流の大きさと位相を算出し、逆フーリエ変換を行って雷撃電流を推測することが好ましい。

前記構造物への注入電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における注入電流の大きさと位相を求めるとともに、前記電位差をフーリエ変換して得られる周波数領域における電位差の大きさと位相を求め、前記注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差を予め算出するとともに、雷撃時における電位差を測定して得られた測定電位差をフーリエ変換して得られる周波数領域における測定電位差の大きさ及び位相と、前記注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差とに基づいて雷撃電流の大きさと位相を算出し、逆フーリエ変換を行って雷撃電流を推測することが好ましい。

前記雷撃の推測方法に用いられる雷撃の推測装置は、前記構造物の外周部に接続され、構造物への雷撃電流により構造物から流れ出る流出電流を得るための電流補助線を備えるものである。

前記電流補助線は、構造物を中心とする円の径方向に延びていることが好ましい。
また、前記雷撃の推測方法に用いられる雷撃の推測装置は、前記構造物の周囲の地表を流れる流出電流によって生ずる電位差を測定する電圧プローブを備えるものである。

前記電圧プローブは、構造物を中心とする円の径方向に配置されていることが好ましい。

本発明の雷撃の推測方法及び推測装置によれば、簡易な構成で、構造物への雷撃を容易に推測することができるという効果を奏する。

第１実施形態において、雷撃を受ける構造物としての風力発電設備の塔体の下端部に電流補助線を接続した状態を示す概略説明図。 塔体の下端部から塔体の径方向に電流補助線を接続した状態を示す概略平面図。 塔体から接地線へ流れる注入電流の波形を示すグラフ。 電流補助線を流れる流出電流の波形を示すグラフ。 注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比の周波数特性を示すグラフ。 注入電流と流出電流の位相差の周波数特性を示すグラフ。 塔体への雷撃時に電流補助線を流れる流出電流の波形の一例を示すグラフ。 塔体への雷撃時に電流補助線を流れる流出電流の波形の他の例を示すグラフ。 流出電流の波形が図７に示す波形である場合に推測される雷撃電流の波形を示すグラフ。 流出電流の波形が図８に示す波形である場合に推測される雷撃電流の波形を示すグラフ。 雷撃電流の推測方法の手順を示すブロック図。 第２実施形態において、風力発電設備の塔体の下端部外方に電圧プローブを配置した状態を示す概略説明図。 塔体の下端部から塔体の径方向外方に電圧プローブを配置した状態を示す概略平面図。 塔体から接地線へ流れる注入電流の波形を示すグラフ。 電圧プローブにより測定された電位差の波形を示すグラフ。 注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比の周波数特性を示すグラフ。 注入電流と電位差の位相差を示すグラフ。 雷撃電流の推測方法の手順を示すブロック図。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図１１に基づいて詳細に説明する。
この第１実施形態では、風力発電設備における雷撃の推測装置を用い、電流補助線を流れる流出電流を測定することによって風力発電設備の塔体に雷撃があったことを推測する方法及びその塔体に流れた雷撃電流を推測する方法について説明する。

図１に示すように、地盤１１には雷撃を受ける構造物としての風力発電設備１２の基礎部１３が埋設され、その基礎部１３から円筒状の塔体１４が鉛直方向の上方へ延びている。この塔体１４の頂部には図示しない複数枚の風車羽根が取付けられ、その風車羽根が風を受けて回転することにより、風力発電設備１２による発電が行われるように構成されている。前記塔体１４の下端部には接地線１５が接続され、その接地線１５は基礎部１３を包むように延び、塔体１４に雷撃があったとき雷撃電流Ｉを塔体１４から地盤１１中へ逃がすようになっている。

図１及び図２に示すように、塔体１４の下端外周部には電流補助線１６が塔体１４の径方向の外方へ延びるように接続され、雷撃時に塔体１４を流れる雷撃電流Ｉの一部が分岐した流出電流Ｉｂが流れるようになっている。この流出電流Ｉｂは図示しない電流計、クランプメータ等の電流測定器で測定され、出力装置（表示装置）により電流波形が出力される。

次に、雷撃の推測装置の電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂに基づいて、塔体１４への雷撃を推測する方法について説明する。
前記塔体１４には電流補助線１６が接続され、電流測定器により電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂを常時測定できるようになっている。

そして、塔体１４に雷撃が発生したときには、雷撃電流Ｉは塔体１４の頂部から塔体１４内を通って接地線１５から大地へと流れる。このとき、雷撃電流Ｉの一部は分岐し、流出電流Ｉｂとなって電流補助線１６へ流れる。このため、電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂを測定することにより、流出電流Ｉｂの存在の有無を検出することができる。その結果、流出電流Ｉｂの存在が認識できたときには、その塔体１４に雷撃があったものと推測することができる。

このように、電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂを直接測定することにより、塔体１４への雷撃を容易かつ迅速に推測することができる。
次に、電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂに基づいて塔体１４を流れる雷撃電流Ｉを推測する方法について説明する。

図３に示すように、前記塔体１４に既知の注入電流Ｉａを流すと、その注入電流Ｉａの波形は６０Ａで略一定の直線である。そして、図４に示すように、塔体１４から分岐した電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂの波形は、初期に電流値が上昇してピークに達し、その後電流値が徐々に低下する曲線を示す。

前記注入電流Ｉａの大きさに対する流出電流Ｉｂの大きさの比（振幅比）Ｍｉ〔（Ｉｂ／Ｉａ）％〕と周波数（Ｈｚ）との関係を表す周波数特性は図５に示す曲線で表され、注入電流Ｉａと流出電流Ｉｂとの位相差Ｎｉ（θｂ−θａ）（°）と、周波数（Ｈｚ）との関係を示す周波数特性は図６に示す曲線で表される。このように、予め塔体１４から接地線１５に所定の注入電流Ｉａを流したときの流出電流Ｉｂを測定し、その周波数特性を得ておく。

その後、塔体１４への雷撃時に塔体１４を流れる雷撃電流Ｉにより電流補助線１６を流れる測定電流（流出電流）Ｉｘを測定する。この測定電流Ｉｘ（１）の波形が例えば図７に示すように、なだらかな山形の曲線の場合には、後述する方法により雷撃電流Ｉの波形を予測することができる。その予測される雷撃電流Ｉの波形は、図９に示すように、前半には電流値が上昇し、後半には電流値の上昇が鈍化する成長曲線となる。

同様に、測定される測定電流Ｉｘ（２）の波形が例えば図８に示すように、頂部が尖った山形の曲線の場合には、後述する方法により雷撃電流Ｉの波形を予測することができる。その予測される雷撃電流Ｉの波形は、図１０に示すように、初期にピークを示し、その後は略一定の電流値を示す曲線となる。

前記測定電流Ｉｘから雷撃電流Ｉを予測する具体的手順について説明する。
図１１に示すように、前記注入電流Ｉａに窓関数（補正関数）を乗じたものをフーリエ変換し、注入電流Ｉａの各周波数における大きさ（振幅）と位相を求める。ここで窓関数は、周期関数でないものを周期関数に変換し、フーリエ変換を可能にするためのものである。また、フーリエ変換は、時間信号が周波数領域でどのような式で表されるかを示すものである。

一方、前記流出電流Ｉｂに窓関数を乗じたものをフーリエ変換し、流出電流Ｉｂの各周波数における大きさと位相を求める。そして、既知の周波数特性のデータとして、注入電流Ｉａの大きさに対する流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ（Ｉｂ／Ｉａ）と、注入電流Ｉａの位相θａと流出電流Ｉｂの位相θｂとの位相差Ｎｉ（θｂ−θａ）を求める。

そして、塔体１４に雷撃が発生したとき、塔体１４に流れる雷撃電流Ｉにより電流補助線１６を流れる測定電流Ｉｘを測定する。得られた測定電流Ｉｘに窓関数を乗じた後フーリエ変換し、フーリエ変換後の測定電流Ｉｘの大きさ及び位相（θｘ）を求める。得られた測定電流Ｉｘの大きさ及び位相と、前記注入電流Ｉａの大きさと流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ及び位相差Ｎｉに基づいてフーリエ変換後の雷撃電流Ｉの各周波数での大きさと位相（θ）を算出する。

すなわち、周波数領域における雷撃電流Ｉの大きさは測定電流Ｉｘを前記注入電流Ｉａと流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉで除することにより得られ、周波数領域における雷撃電流Ｉの位相（θ）は測定電流Ｉｘの位相（θｘ）から前記位相差Ｎｉを差し引くことにより得られる。

次いで、得られた周波数領域における雷撃電流Ｉの大きさと位相を用いて逆フーリエ変換することで、時間領域における雷撃電流Ｉに窓関数を乗じた波形を得ることができる。最後に、窓関数を除することにより、雷撃電流Ｉの波形を推測することができる。

なお、前記注入電流Ｉａの大きさと流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ及び位相差Ｎｉの算出、雷撃電流Ｉの算出等は演算装置により実施され、得られたデータは記憶装置に記憶される。前記塔体１４に接続された電流補助線１６、電流測定器、出力装置、演算装置、記憶装置等により雷撃の推測装置が構成されている。

次に、前記のように構成された雷撃の推測装置を用いた雷撃電流Ｉの推測方法を作用とともに説明する。
さて、前記塔体１４に雷撃が生じたときに塔体１４を流れる雷撃電流Ｉの波形を推測する場合には、予め塔体１４へ既知の注入電流Ｉａを流すとともに、電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂを測定する。なお、流出電流Ｉｂは、設備等での実測や、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain）のような数値電磁界解析で得ることができる。

そして、注入電流Ｉａに窓関数を乗じた後フーリエ変換し、注入電流Ｉａの各周波数における大きさと位相を算出するとともに、流出電流Ｉｂに窓関数を乗じた後フーリエ変換し、流出電流Ｉｂの各周波数における大きさと位相を算出する。続いて、注入電流Ｉａの大きさに対する流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ、及び注入電流Ｉａと流出電流Ｉｂの位相差Ｎｉを求める。このように、事前に大きさの比Ｍｉと位相差Ｎｉの周波数特性のデータを既知情報として取得しておく。

その後、実際に塔体１４に雷撃電流Ｉが流れたとき、電流補助線１６を流れる測定電流Ｉｘを測定する。得られた測定電流Ｉｘに窓関数を乗じた後フーリエ変換し、測定電流Ｉｘの各周波数における大きさと位相を算出する。

そして、得られた測定電流Ｉｘの値を前述の大きさの比Ｍｉで除することにより周波数領域における雷撃電流Ｉの大きさを算出することができるとともに、測定電流Ｉｘの位相θｘから前記位相差Ｎｉを差し引くことにより、周波数領域における雷撃電流Ｉの位相を算出することができる。算出された雷撃電流Ｉの値を逆フーリエ変換した後窓関数を除することにより、目的とする時間領域における雷撃電流Ｉの波形を簡単に求めることができる。

以上の第１実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）第１実施形態の雷撃の推測方法は、塔体１４に雷撃が生じたとき、塔体１４中を雷撃電流Ｉが流れ、その雷撃電流Ｉにより塔体１４から周囲へ流れ出る流出電流Ｉｂに基づいて塔体１４に雷撃が生じたことを推測するものである。このため、流出電流Ｉｂの存在を検出することにより、塔体１４への雷撃を速やかに推測することができる。

従って、第１実施形態の雷撃の推測方法によれば、簡易な構成で、塔体１４への雷撃を容易に推測することができる。
（２）前記雷撃の推測は、流出電流Ｉｂを直接測定することにより行われる。そのため、流出電流Ｉｂの測定結果により、流出電流Ｉｂの存在を検出でき、塔体１４への雷撃を直ちに推測することができる。

（３）雷撃電流Ｉを推測する場合には、塔体１４への既知の注入電流Ｉａの大きさに対する流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ及び注入電流Ｉａと流出電流Ｉｂの位相差Ｎｉに関する既知の周波数特性と、塔体１４への雷撃時の測定電流Ｉｘの周波数特性とに基づいて雷撃電流Ｉを推測するものである。このため、事前に注入電流Ｉａの大きさと流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉと位相差Ｎｉの周波数特性を得ておくことにより、塔体１４への雷撃時に測定電流Ｉｘを測定し、その測定電流Ｉｘの大きさ及び位相の周波数特性と、前記大きさの比Ｍｉ及び位相差Ｎｉの周波数特性とに基づいて雷撃電流Ｉの波形を速やかに推測することができる。

従って、簡易な構成で、雷撃電流Ｉの波形を容易に推測することができる。
（４）雷撃電流Ｉの具体的な推測方法は、塔体１４への注入電流Ｉａをフーリエ変換して得られる周波数領域における注入電流Ｉａの大きさと位相を求めるとともに、流出電流Ｉｂをフーリエ変換して得られる周波数領域における流出電流Ｉｂの大きさと位相を求める。そして、注入電流Ｉａの大きさに対する流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ及び位相差Ｎｉを予め算出する。その後、雷撃時において得られた測定電流Ｉｘをフーリエ変換して得られる変換後の測定電流Ｉｘの大きさ及び位相と、前記大きさの比Ｍｉ及び位相差Ｎｉとに基づいて周波数領域における雷撃電流Ｉの大きさと位相を算出する。次いで、逆フーリエ変換を行うことにより時間領域における雷撃電流Ｉの波形を推測する。

従って、既知の注入電流Ｉａの大きさと流出電流Ｉｂの大きさの比Ｍｉ及び位相差Ｎｉの周波数特性と、雷撃時の測定電流Ｉｘの大きさと位相の周波数特性に基づいて雷撃電流Ｉの波形を精度良く推測することができる。

（５）雷撃の推測装置は、塔体１４の外周部に接続され、塔体１４への雷撃電流Ｉを分流して流出電流Ｉｂ、Ｉｘを得るための電流補助線１６を備えている。そのため、塔体１４に電流補助線１６を接続し、その電流補助線１６を流れる電流を測定するだけで、流出電流Ｉｂ、Ｉｘの大きさ及び位相を簡単に知ることができる。

さらに、電流補助線１６は、塔体１４を中心とする円の径方向に延びている。このため、塔体１４を流れる雷撃電流Ｉから分流した測定電流Ｉｘを最も有効に電流補助線１６へ分流することができ、測定電流Ｉｘの測定を効果的に行うことができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を図１２〜図１８に基づいて詳細に説明する。この第２実施形態においては、風力発電設備１２の塔体１４に雷撃電流Ｉが流れたとき、雷撃電流Ｉは接地線１５を介して地盤１１へ流れ出すが、一部は塔体１４の周囲の地表へ分流する。この塔体１４の周囲の地表を流れる流出電流Ｉｂによって生ずる電位差Ｖｂに基づいて塔体１４への雷撃の推測方法及び塔体１４に流れる雷撃電流Ｉの推測方法について主に説明し、第１実施形態と重複する部分については説明を省略する。

図１２及び図１３に示すように、塔体１４の下端部外方には、塔体１４の径方向に沿い、複数の電圧プローブ１７が一定間隔をおいて配置されている。これらの電圧プローブ１７により、地表を流れる流出電流Ｉｂによって生ずる電位差Ｖｂを測定できるように構成されている。複数の電圧プローブ１７により、各電圧プローブ１７と塔体１４（基礎部１３）との間の電位差Ｖｂを測定することができ、出力装置により電位差の波形が出力される。

なお、電位差Ｖｂは、設備等での実測や、前述したＦＤＴＤ法のような数値電磁界解析で得ることができる。
次に、塔体１４周囲の地表を流れる流出電流Ｉｂにより生ずる電位差Ｖｂに基づいて塔体１４への雷撃の推測方法について説明する。

さて、塔体１４の外方には電圧プローブ１７が配置され、地表を流れる流出電流Ｉｂよって生ずる電位差Ｖｂを常時測定できるようになっている。
そして、塔体１４に雷撃が発生したときには、雷撃電流Ｉは塔体１４の頂部から塔体１４内を通って接地線１５から大地へと流れる。このとき、雷撃電流Ｉの一部は流出電流Ｉｂとして地表を流れ、その流出電流Ｉｂに基づいて塔体１４との間に電位差Ｖｂが発生する。

このため、その電位差Ｖｂを電圧プローブ１７で測定することにより、流出電流Ｉｂの存在の有無を検出することができる。その結果、電位差Ｖｂが検出され、流出電流Ｉｂの存在が認識できたときには、その塔体１４に雷撃があったことを推測することができる。

このように、塔体１４周囲の地表における電位差Ｖｂを測定することにより、流出電流Ｉｂの存在を検出し、塔体１４への雷撃を容易に推測することができる。
次に、前記電位差Ｖｂに基づいて塔体１４への雷撃電流Ｉの推測方法について説明する。

図１４に示すように、まず塔体１４から接地線１５に既知の注入電流Ｉａを流す。この注入電流Ｉａの波形は、初期に±数Ａの振幅はあるが、その後６０Ａで略一定の直線である。そのとき、図１５に示すように、例えば塔体１４に最も近い電圧プローブ１７により測定される電位差Ｖａの波形は、初期に±数十Ｖの振幅が見られるが、その後は略０Ｖで推移する直線であった。その他の電圧プローブ１７で測定される電位差Ｖａの波形も略同様の波形であった。

図１６に示すように、前記注入電流Ｉａ及び電位差Ｖａをフーリエ変換して得られた前記注入電流Ｉａの大きさに対する電位差Ｖａの大きさの比Ｍｖ（Ｖａ／Ｉａ）は、周波数の増大に伴い指数関数的に増大する曲線であった。その他の電圧プローブ１７の場合についても、大きさの比Ｍｖは略同じ傾向の曲線であった。また、図１７に示すように、注入電流Ｉａと電位差Ｖａの位相差Ｎｖ（θＶａ−θＩａ）は、周波数の増大に伴って次第に増大してピークを迎え、その後位相差が小さくなる曲線であった。その他の電圧プローブ１７の場合についても、位相差Ｎｖは略同じ傾向を示す曲線であった。

そして、図１８に示すように、塔体１４に雷撃が発生したとき、塔体１４に流れる雷撃電流Ｉにより塔体１４周囲の地表を流れる流出電流Ｉｂによって生ずる測定電位差Ｖｘを電圧プローブ１７により測定する。得られた測定電位差Ｖｘに窓関数を乗じた後フーリエ変換し、周波数領域における測定電位差Ｖｘの大きさ及び位相を求める。得られた周波数領域における測定電位差Ｖｘの大きさ及び位相と、前記大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖに基づいて周波数領域における雷撃電流Ｉの各周波数での大きさと位相を算出する。

すなわち、周波数領域における雷撃電流Ｉは測定電位差Ｖｘを前記大きさの比Ｍｖで除することにより得られ、周波数領域における雷撃電流Ｉの位相（θ）は測定電位差Ｖｘの位相（θｘ）から前記位相差Ｎｖを差し引くことにより得られる。

次いで、得られた周波数領域における雷撃電流Ｉの大きさと位相を逆フーリエ変換することで、時間領域における雷撃電流Ｉに窓関数を乗じた波形を得ることができる。最後に、窓関数を除することにより、雷撃電流Ｉの波形を推測することができる。

なお、前記大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖの算出、雷撃電流Ｉの算出等は演算装置により実施され、得られたデータは記憶装置に記憶される。前記電圧プローブ１７、出力装置、演算装置、記憶装置等により雷撃の推測装置が構成されている。

以上の第２実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（６）第２実施形態の雷撃の推測方法は、塔体１４に雷撃が生じたとき、塔体１４に流れる雷撃電流Ｉにより塔体１４から周囲へ流れ出る流出電流Ｉｂによる電位差Ｖｂに基づいて塔体１４に雷撃が生じたことを推測するものである。このため、電位差Ｖｂを測定して流出電流Ｉｂの存在を検出することにより、塔体１４への雷撃を簡単に推測することができる。

従って、第２実施形態の雷撃の推測方法によれば、簡易な構成で、塔体１４への雷撃を容易に推測することができる。
（７）前記雷撃の推測は、電圧プローブ１７により電位差Ｖｂを測定することにより行われる。そのため、電位差Ｖｂを測定することにより、流出電流Ｉｂの存在を検出でき、塔体１４への雷撃を直ちに推測することができる。

（８）雷撃電流Ｉを推測する場合には、塔体１４に注入される注入電流Ｉａの大きさに対する流出電流Ｉｂによる電位差Ｖｂの大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖに関する既知の周波数特性と、塔体１４への雷撃時の測定電位差Ｖｘの周波数特性とに基づいて雷撃電流Ｉを推測するものである。このため、事前に前記大きさの比Ｍｖと位相差Ｎｖの周波数特性を取得しておくことにより、塔体１４の周囲の地表を流れる流出電流によって生ずる測定電位差Ｖｘを測定し、その大きさ及び位相の周波数特性と、前記既知の大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖの周波数特性とに基づいて雷撃電流Ｉの波形を迅速に推測することができる。

従って、簡易な構成で、雷撃電流Ｉの波形を容易に推測することができる。
（９）雷撃電流Ｉの具体的な推測方法は、塔体１４への注入電流Ｉａをフーリエ変換して得られる変換後の注入電流Ｉａの大きさと位相を求めるとともに、前記電位差Ｖｂをフーリエ変換して得られる変換後の電位差Ｖｂの大きさと位相を求め、注入電流Ｉａの大きさに対する電位差Ｖｂの大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖを予め算出する。その後、雷撃時に得られた測定電位差Ｖｘをフーリエ変換して得られる変換後の測定電位差Ｖｘの大きさ及び位相と、前記大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖとに基づいて周波数領域における雷撃電流Ｉの大きさと位相を算出し、逆フーリエ変換を行って時間領域における雷撃電流Ｉの波形を推測する。

従って、既知の注入電流Ｉａの大きさに対する電位差Ｖｂの大きさの比Ｍｖ及び位相差Ｎｖの周波数特性と、雷撃時の電位差の大きさと位相の周波数特性に基づいて雷撃電流Ｉの波形を精度良く推測することができる。

（１０）前記電位差Ｖｂ、Ｖｘは、塔体１４の周囲の地表を流れる流出電流によって生ずる電位差を電圧プローブ１７で測定して得られるものである。そのため、電圧プローブ１７を塔体１４周囲の地表に差し込んで電位差Ｖｂや測定電位差Ｖｘを簡単に測定することができる。

さらに、電圧プローブ１７は、塔体１４を中心とする円の径方向に配置されている。このため、塔体１４周囲の地表を流れる流出電流Ｉｂによる電位差Ｖｂ、Ｖｘを最も有効に得ることができ、電位差Ｖｂ、Ｖｘの測定を安定して行うことができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・第１実施形態において、前記電流補助線１６に所定の電気抵抗値を有する電気抵抗線を接続し、電流補助線１６を流れる流出電流Ｉｂに基づいて電気抵抗線の両端に生ずる電位差Ｖｂを測定し、第２実施形態と同様にして雷撃電流Ｉの波形を推測するようにしてもよい。

・前記電流補助線１６を複数設けて複数の測定電流Ｉｘを測定し、それらの測定電流Ｉｘを利用して雷撃電流Ｉの波形を推測してもよい。
・前記電圧プローブ１７を複数方向に設けて複数の測定電位差Ｖｘを得、それらの測定電位差Ｖｘを利用して雷撃電流Ｉの波形を推測してもよい。

１２…構造物としての風力発電設備、１４…塔体、１６…電流補助線、１７…電圧プローブ、Ｉ…雷撃電流、Ｉａ…注入電流、Ｉｂ…流出電流、Ｉｘ…流出電流としての測定電流、Ｍｉ…注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比、Ｎｉ…位相差、Ｖａ…電位差、Ｖｘ…測定電位差、Ｍｖ…注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比、Ｎｖ…位相差。

Claims (9)

1. 雷撃を受ける構造物に雷撃が生じたことを推測する方法であって、
   前記構造物に雷撃が生じたとき、構造物に雷撃電流が流れ、その雷撃電流により構造物から周囲へ流れ出る流出電流に基づいて構造物に雷撃が生じたことを推測する雷撃の推測方法。
2. 前記流出電流を直接測定するか、又は流出電流に基づいて生ずる電位差を測定し、流出電流の存在を検出して構造物に雷撃が生じたことを推測する請求項１に記載の雷撃の推測方法。
3. 前記構造物に注入される既知の注入電流の大きさに対する構造物の周囲へ流れ出る流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差又は前記注入電流の大きさに対する流出電流により生ずる電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差に関する既知の周波数特性と、構造物が雷撃を受けたときの流出電流又は流出電流により生ずる電位差の周波数特性とに基づいて構造物に流れる雷撃電流を推測する請求項１又は請求項２に記載の雷撃の推測方法。
4. 前記構造物への注入電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における注入電流の大きさと位相を求めるとともに、前記流出電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における流出電流の大きさと位相を求め、前記注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差を予め算出するとともに、雷撃時における流出電流を測定して得られた測定電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における測定電流の大きさ及び位相と、前記注入電流の大きさに対する流出電流の大きさの比及び注入電流と流出電流の位相差とに基づいて雷撃電流の大きさと位相を算出し、逆フーリエ変換を行って雷撃電流を推測する請求項３に記載の雷撃の推測方法。
5. 前記構造物への注入電流をフーリエ変換して得られる周波数領域における注入電流の大きさと位相を求めるとともに、前記電位差をフーリエ変換して得られる周波数領域における電位差の大きさと位相を求め、前記注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差を予め算出するとともに、雷撃時における電位差を測定して得られた測定電位差をフーリエ変換して得られる周波数領域における測定電位差の大きさ及び位相と、前記注入電流の大きさに対する電位差の大きさの比及び注入電流と電位差の位相差とに基づいて雷撃電流の大きさと位相を算出し、逆フーリエ変換を行って雷撃電流を推測する請求項３に記載の雷撃の推測方法。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の雷撃の推測方法に用いられる雷撃の推測装置であって、
   前記構造物の外周部に接続され、構造物への雷撃電流により構造物から流れ出る流出電流を得るための電流補助線を備える雷撃の推測装置。
7. 前記電流補助線は、構造物を中心とする円の径方向に延びている請求項６に記載の雷撃の推測装置。
8. 請求項１から請求項３及び請求項５のいずれか１項に記載の雷撃の推測方法に用いられる雷撃の推測装置であって、
   前記構造物の周囲の地表を流れる流出電流によって生ずる電位差を測定する電圧プローブを備える雷撃の推測装置。
9. 前記電圧プローブは、構造物を中心とする円の径方向に配置されている請求項８に記載の雷撃の推測装置。

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