JP2020041432A - Blade and wind power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風車用ブレード及び風力発電装置に係り、特に、耐雷性を考慮した風車用ブレード及び風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind turbine blade and a wind power generator, and more particularly to a wind turbine blade and a wind power generator in consideration of lightning resistance.
風力発電装置の大型化に伴い、風力発電装置の落雷被害が頻発している。特に最高点を通過するブレードへの落雷は多く報告されており、その対策が必要である。ブレードの落雷対策に関する技術として、以下に挙げる特許文献に記載される技術が提案されている。特許文献1には、ブレード本体の先端若しくは先端近傍にレセプタを設置すると共に、このレセプタと接続されたダウンコンダクタをブレード本体の内部に配線することで、ブレード本体の雷撃損傷を効果的に防止し得る技術が開示されている。また、特許文献2には、レセプタとブレード本体表面との境界の周囲に限定して、少なくともブレード本体の表面側に導電性材料を被覆することで、レセプタとブレード本体表面との境界やレセプタアンカーへの落雷を抑制し得る技術が記載されている。更にまた、特許文献3には、ブレード本体の表面に金属材料層と非線形抵抗材層とを交互に一部を接触させつつ形成し、且つブレード本体の先端部分に金属材料層を配置する一方、ブレード本体のハブに隣接する部分に非線形抵抗材層を配置することで、雷撃電流によるブレード本体の破損を防止し得る技術が開示されている。
With the increase in size of wind power generators, lightning strike damage to wind power generators has frequently occurred. In particular, there have been many reports of lightning strikes on blades passing the highest point, and countermeasures are needed. Techniques described in the following patent documents have been proposed as techniques relating to lightning strike countermeasures for blades. In
特許文献1に記載の方法は、レセプタやレセプタアンカーの端部に電界が集中し、そのことがレセプタ以外の部分への着雷を招いていた。特許文献2に記載の技術によれば、レセプタやレセプタアンカーの端部に集中していた電界を緩和させる効果が見込まれるが、それでもなおブレード本体への雷撃が相次いでいる。一方、特許文献3に記載される技術では、高いピーク電流や大きな電荷量を伴う雷撃が複数回発生した場合に、ブレード本体の表面に被覆された金属材料層及び非線形抵抗材層が焼失する虞がある。このように、特許文献1乃至特許文献3に記載される技術では、未だ風力発電装置に用いられるブレードに対する有効な雷撃対策を実現できていない。
そこで本発明の目的は、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供する。
In the method described in
Therefore, an object of the present invention is to provide a blade and a wind power generator capable of suppressing lightning damage to the blade body.
上記課題を解決するため、本発明に係るブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され、前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを有するブレードであって、前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a blade according to the present invention includes a blade body, at least one receptor attached to a tip portion or near a tip portion of the blade body, and the blade is electrically connected to the receptor. A blade having a down conductor installed inside the main body, having a non-linear resistance material layer on an outer surface or an inner surface of the blade main body, wherein the non-linear resistance material layer has an electric field of a predetermined electric field value or more. When the electric field is applied, the electric resistance is low and the electric field becomes conductive. When an electric field lower than the predetermined electric field is applied, the electric resistance is high and the electric field becomes resistive.
また、本発明に係る風力発電装置は、少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置であって、前記ブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを備え、前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする。 Further, a wind power generator according to the present invention is a wind power generator having at least a rotor having blades that rotate by receiving wind, and a nacelle that houses a generator that generates electric power by using the rotational energy of the rotor. The blade comprises a blade body, at least one receptor attached at or near the tip of the blade body, and a down conductor electrically connected to the receptor and installed inside the blade body. Having a non-linear resistance material layer on the outer surface or the inner surface of the blade body, the non-linear resistance material layer has a low electric resistance value when an electric field of a predetermined electric field value or more acts, and becomes conductive, When an electric field lower than the predetermined electric field value acts, the electric resistance value is high and the electric resistance is high.
本発明によれば、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the blade and the wind power generator which can suppress the lightning damage of a blade main body can be provided.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例に係る実施例1のブレード及び風力発電装置の全体概略構成図である。図1に示すように、風力発電装置50は、接地極5を備えた地上若しくは洋上に設置されるタワー4、タワー4の頂部に取り付けられたナセル3、及び、ナセル3の内部の主軸(図示せず)に取り付けられたハブ2とハブ2に取り付けられた複数のブレード1とで構成される回転可能なロータを備えている。ここで、ロータを構成するブレード1は風車用ブレードとも称される。また、主軸には増速機(図示せず)を介して発電機(図示せず)が連結されており、ロータの回転力が増速機を介して発電機に伝達するよう構成されている。ブレード1が風を受けることでロータが回転し、ロータの回転力で発電機を回転させて電力を発生させている。ブレード1は、繊維強化プラスチック(FRP)製の外皮(外表面と称する場合もある)と、この外皮の内側に配置される主桁(図示せず)とを備えて構成される。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a blade and a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
また、図示しないが、ナセル3上には風向や風速を計測する風向風速センサが設置されており、発電機(図示せず)内には、回転速度を検出するための回転速度センサや、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサなども設置されている。風力発電装置50は、個々のブレード1毎に、風に対するブレード1の角度(ピッチ角)を調整するピッチ角調整装置(図示せず)を備えている。ピッチ角調整装置がブレード1のピッチ角を変更することによりブレード1の受ける風力(風量)を調整して、風に対するロータの回転エネルギーを変更するよう構成されている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。また、ナセル3の向きはヨー角と称され、風力発電装置50は、このナセル3の向き、すなわち、ロータの回転面の向きを制御するヨー角調整装置(図示せず)を備えている。なお、図1ではブレード1の数が3枚である風力発電装置50の例を示しているが、ブレードの数は3枚に限定されるものではない。
Although not shown, a wind direction and wind speed sensor for measuring a wind direction and a wind speed are installed on the
図2は、図1に示す風車用ブレードを構成する1つのブレードを示す図である。図2に示すように、ブレード1の先端部の近傍には雷保護装置としてレセプタ6が設置されている。レセプタ6は、ダウンコンダクタ7により接地極5と電気的に接続されている。ブレード1の大きさに応じて中間レセプタ(図示せず)が設けられる場合がある。この場合、中間レセプタも同様にダウンコンダクタ7により接地極5に接続される。
FIG. 2 is a diagram showing one blade constituting the wind turbine blade shown in FIG. As shown in FIG. 2, a
レセプタ6は、雷のエネルギー(電荷量)を考慮して材質や大きさが設計される。主要な導電体のうち、レセプタ6の材質としてアルミニウムが好適である。レセプタ6をアルミニウムで構成すれば、アルミニウムは導電性に優れることから、雷撃に伴う電流による内部発熱を小さくすることができる。また、アルミニウムは熱伝導性にも優れることから、内部発熱を速やかに分散することができる。さらにアルミニウムは他の主要な導電体に比べて軽量であるため、レセプタ6に作用する遠心力を小さくすることができる。
The material and size of the
ダウンコンダクタ7もレセプタ6と同様に、雷のエネルギー(電荷量)を考慮して材質や太さが設計される。主要な導電体のうち、ダウンコンダクタ7の材質としてアルミニウム線が好適である。アルミニウム線は銅線と比べて導電率は低いものの、主要な構造材にも使用される構造用軽量素材である。このため、銅と同程度の導電性を確保するために大径化しても、軽量素材であることから、風車用ブレードの重量を増加させることがない。寧ろ大径化したことと相俟って、構造用素材という特徴により、レセプタ6に作用する遠心力に十分に耐える強度を有するダウンコンダクタとすることができる。
Like the
レセプタ6に落雷した場合、その雷電流はレセプタ6、ダウンコンダクタ7を介して接地極5へと導かれる。図1に示すように、ダウンコンダクタ7から接地極5までの通電経路には、ナセル3及びタワー4が存在するが、雷電流はナセル3及びタワー4を通電する場合もあるし、ナセル内避雷導線(図示せず)及びタワー内避雷導線(図示せず)を通電する場合もある。ナセル内避雷導線の一端はダウンコンダクタ7と電気的に接続され、ナセル内避雷導線の他端はタワー内避雷導線と電気的に接続される。タワー内避雷導線の一端はナセル内避雷導線と電気的に接続され、タワー内避雷導線の他端は接地極5と電気的に接続される。ナセル3及びタワー4が雷電流の導電体として十分な処理能力を備えている場合には、ナセル内避雷導線及び/又はタワー内避雷導線の設置を省略しても良い。
When a lightning strike occurs on the
図3は、図2に示すブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図2に示すブレード1を上方(図2のブレード1を紙面に垂直な方向)より見た図である。図3に示すように、ブレード1の先端部の近傍に取り付けられたレセプタ6は、レセプタアンカー9、締結部10、接着剤11によってブレード1の先端部の近傍に固定されている。レセプタ6とレセプタアンカー9とを含めた総称としてレセプタと称される場合もある。以下では、雷を受けるためのレセプタ6と、レセプタ6を保持するためのレセプタアンカー9とに分けて説明する。レセプタ6とレセプタアンカー9をそれぞれ別の部品として構成しても良く、鋳型成型や削り出し或いは3Dプリンターなどによりレセプタ6とレセプタアンカー9を一体成型としても良い。また、雷撃によりレセプタ6が損耗し、レセプタ6の交換が必要となる場合がある。容易にレセプタ6を交換するために、レセプタ6に雄ねじとなる部分、レセプタアンカー9に雌ねじとなる部分をそれぞれ設けてレセプタ6をレセプタアンカー9にねじ込んで接続すると良い。なお、本実施例では、レセプタアンカー9を設ける場合について説明するが、レセプタアンカー9は必ずしも必須ではなく、レセプタ6とダウンコンダクタ7の一端とが電気的に接続されていれば良い。換言すれば、レセプタ6とダウンコンダクタ7の一端とが機械的に直接接続されている場合、或いは、レセプタ6と他の部材(例えば、レセプタアンカー9)を介してダウンコンダクタ7の一端とが機械的に直接接続されている場合も含まれ、いずれにせよレセプタ6とダウンコンダクタ7の一端とが電気的に接続されていれば良い。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a tip portion of the
また、図3に示すように、レセプタアンカー9とブレード1との空隙の一部または全部は、接着剤11で充填されている。接着剤11の材質としては、例えば、エポキシをはじめとする樹脂が選定されるが、これに限られるものではない。
Further, as shown in FIG. 3, a part or all of the gap between the
締結部10は、レセプタアンカー9とダウンコンダクタ7を電気的、機械的に接続している。締結部10のレセプタアンカー9側の端子は、レセプタアンカー9、およびレセプタ6と一体成型しても良い。締結部10の締結方法として、例えば、圧着端子或いは圧縮端子が用いられる。圧着端子で締結する場合、締結部10を安価にすることができる。圧縮端子で締結する場合、端子全体を圧縮して接続するため、ダウンコンダクタ7の素線に作用する機械的な負担を小さくできる。これにより、素線が切れる可能性を低減でき、ダウンコンダクタ7の信頼性を高めることができる。
The
ブレード1において、レセプタ6に着雷することが期待されるが、実際にはレセプタ6を外してブレード1の本体に着雷する場合がある。図4を用いてこの原理を説明する。図4は、図2に示すブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図2に示すブレード1を横方向から見た図であり、ブレード本体に落雷する原理を説明する図である。図3と同一構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。ブレード1に雷雲が接近すると、雷雲からブレード1に向かって階段状の正ストリーマ15が進展する。正ストリーマ15の進展に伴い、ブレード1の周囲の電界強度は高くなる。これによりダウンコンダクタ7の周囲の電界強度も高くなり、ダウンコンダクタ7の各部から負ストリーマ16が発生する。この負ストリーマ16はブレード1の内表面に向けて成長し、ブレード1の内表面には負電荷が蓄積される。一方、ブレード1の外表面にはこの負電荷に引き寄せられるように正電荷が蓄積される。この間、レセプタ6の周囲の電界強度も高くなっており、レセプタ6からも負ストリーマ16が発生する。レセプタ6から発生した負ストリーマ16は、ブレード1の外表面に蓄積した正電荷に向けて成長しながら、雷雲から進展してきた正ストリーマ15に向けても成長する。正ストリーマ15と負ストリーマ16が、正ストリーマと負ストリーマの接触点17において接触したとき雷電流が発生する。このとき、正ストリーマ15と接触した負ストリーマ16がブレード1と接触している部分が着雷点18となる。このような原理で、雷雲が接近したとき、レセプタ6を外してブレード1の本体に着雷する場合がある。なお、図4では、雷雲から正ストリーマ15が進展する場合を一例として示すが、雷雲から負ストリーマが進展する場合もある。この場合も基本的な原理は同様であり、上述の説明において正、負をそれぞれ入れ替えれば良い。
In the
以上の説明において、レセプタ6を外してブレード1本体に着雷する事象は、ブレード1の内表面に負電荷が、ブレード1の外表面に正電荷がそれぞれ蓄積されることが一因である。すなわち、ブレード1の外表面、もしくは内表面に蓄積した電荷の影響を緩和、または電荷が蓄積しないようにすれば良い。
In the above description, the lightning strike on the
図5は本実施例に係るブレード1の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。図3における同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。図5において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。ブレード1の外表面に蓄積した電荷の影響を緩和、または電荷が蓄積しないようにするため、ブレード1の外表面には、非線形抵抗材層8が塗布されている。非線形抵抗材は、例えば図6に示すように、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性を示し、所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く絶縁性になるような物質である。非線形抵抗材層8は、非線形抵抗特性を有する酸化亜鉛や炭化珪素の粉末を、エポキシをはじめとする合成樹脂に添加して作製する。添加量を調整することで、非線形抵抗特性を任意に設定することができる。このような非線形抵抗材層8をブレード1の外表面に塗布することで、正ストリーマ15が接近したときに、非線形抵抗材層8の周囲で所定の電界値以上の電界が作用し、非線形抵抗材層8の電気抵抗値が低くなる。これにより、ブレード1の外表面に蓄積した正電荷の影響を緩和、または蓄積した正電荷がレセプタ6へと導かれる。これにより、レセプタ6から発生した負ストリーマ16は正ストリーマ15に向かって進展するため、レセプタ6への着雷確率を高めることができる。ブレード1の外表面の全面に非線形抵抗材層8を塗布すれば、いかなる方向からの雷撃に対してもレセプタ6への着雷確率を高めることができる。なお、非線形抵抗材層8は、ブレード1の外表面に塗布すればよいため、既に運転中の風力発電装置50のブレード1に対しても適用することができる。
FIG. 5 is a view of the
非線形抵抗材層8は、ブレード1の先端部から長手方向に10mの部分に限定して塗布する構成としても良い。例えば、非特許文献1には、508基の風力発電装置が設置されたウィンドファームを対象とし、約5年間の落雷観測を行った結果が開示されている。落雷観測の結果は、304回の雷被害事例のうち301回がブレードの先端から10mの範囲で発生していること、また、304回の雷被害事例のうち90%がブレードの先端から4mの範囲で発生していることが開示されている。従って、ブレード1の先端部から長手方向にかけて10m、好ましくは4mの範囲に限定して非線形抵抗材層8を塗布することで、費用対効果を高めることができる。
なお、非特許文献1では、508基の風力発電装置が備えるブレードの長さは35m以上であって旨記載さている。一方、大出力の風力発電装置のブレードの長さは40m程度であることが一般的である。従って、508基の風力発電装置が備えるブレードの長さは、35m以上40m以下と見做すことができる。従って、ブレードの長さが40mの場合、4mはブレードの長さに対する比率が10%であり、10mは25%である。また、ブレードの長さが35mの場合、4mはブレードの長さに対する比率が11%であり、10mは29%である。よって、ブレードの長さに対する比率が10%以上29%以下となるブレードの先端部から長手方向の範囲に限定して非線形抵抗材層8を塗布することが好ましい。
The nonlinear
In addition,
図7は、図5に示すブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図5に示すブレード1を横方向から見た図である。図4における同様の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。図7に示すように、非線形抵抗材層8は、レセプタ6と接触している。このようにすることで、ブレード1の外表面に蓄積した正電荷を確実にレセプタ6に誘導することができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the tip portion along the longitudinal direction of the
非線形抵抗材層8は、図7に示すように、塗装13の内側にあってもよい。すなわち、ブレード1の外表面に非線形抵抗材層8を塗布し、さらにその外側に塗装13を設ける。風力発電装置50が運転しているとき、すなわちブレード1が回転しているときは、ブレード1は風圧を受けて少しずつ磨耗していく。これを防ぐため、通常、ブレード1には塗装13が施される。ブレード1の外表面に非線形抵抗材層8を塗布し、さらにその外側に塗装13を設けることで、レセプタ6への着雷確率を高めるとともに、風圧によるブレード1、および非線形抵抗材層8の磨耗を防ぐことができる。
The non-linear
以上の通り本実施例によれば、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供することができる。
また、本実施例によれば、ブレードの外表面に塗布された非線形抵抗材層を覆うよう更に塗装が施されることから、風圧によるブレードおよび非線形抵抗材層の磨耗を抑制することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a blade and a wind turbine that can suppress lightning damage to the blade body.
Further, according to this embodiment, since the coating is further applied so as to cover the non-linear resistance material layer applied to the outer surface of the blade, it is possible to suppress the abrasion of the blade and the non-linear resistance material layer due to wind pressure. Become.
図8は、本発明の他の実施例に係る実施例2のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。本実施例では、ブレード1の内表面に非線形抵抗材層8が塗布されている点が実施例1と異なる。図8において、上述の実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a tip portion along a longitudinal direction of a blade according to a second embodiment of the present invention, which is a view of the blade viewed from a lateral direction. This embodiment is different from the first embodiment in that the non-linear
図8に示すように、非線形抵抗材層8は、ブレード1の内表面に塗布されている。このような構成とすることで、ブレード1の内表面に蓄積した負電荷(図4)の影響を緩和、または蓄積した負電荷をレセプタ6へと導くことができる。これにより、レセプタ6から発生した負ストリーマ16は正ストリーマ15に向かって進展するので、レセプタ6への着雷確率を高めることができる。さらに、ブレード1の内表面は風圧の影響を受けないので、非線形抵抗材層8は磨耗しない。このため、非線形抵抗材層8は特別な措置をせずとも長期にわたり効果を発揮することができる。
As shown in FIG. 8, the non-linear
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、非線形抵抗材層の長寿命化を図ることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to extend the life of the nonlinear resistance material layer.
図9は、本発明の他の実施例に係る実施例3のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、非線形抵抗材層8が、締結部10及びレセプタアンカー9を覆いダウンコンダクタ7の少なくとも一部を投影面上で覆うことが可能になるようにブレード1の外表面に塗布された点が実施例1と異なる。図9において、図5における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図9において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。
FIG. 9 is a view of a blade along a longitudinal direction of a blade according to a third embodiment of the present invention as viewed from above. In this embodiment, the non-linear
図9に示すように、非線形抵抗材層8は、ブレード1の圧力面から負圧面を見たときにダウンコンダクタ7が負圧面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の外表面に塗布されている。同様に、非線形抵抗材層8は、ブレード1の負圧面から圧力面を見たときにダウンコンダクタ7が圧力面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の外表面に塗布されている。
このような構成とすることで、特に費用対効果の高い部分に限定して、ダウンコンダクタ7から発生した負ストリーマ16により蓄積された電荷の影響を緩和、または蓄積した電荷をレセプタ6へと導くことができる。
As shown in FIG. 9, the non-linear
With such a configuration, the effect of the charges accumulated by the
また、図9に示すように、非線形抵抗材層8は、ブレード1の圧力面から負圧面を見たときにレセプタアンカー9が負圧面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の外表面に塗布されている。同様に、非線形抵抗材層8は、ブレード1の負圧面から圧力面を見たときにレセプタアンカー9が圧力面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の表面に塗布されている。このようにすることで、レセプタアンカー9から発生した負ストリーマ16により蓄積された電荷の影響を緩和、または蓄積した電荷をレセプタ6へと導くことができる。これにより、レセプタ6への着雷確率をさらに高めることができる。
As shown in FIG. 9, the non-linear
図10は、図9に示すブレードの変形例1を示す図である。図9における同様の構成要素に同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。図10に示すように、非線形抵抗材層8は、図9に示した部分に加えて、レセプタ6からブレード1の先端部にかけての部分に塗布されている。換言すれば、レセプタ6からブレード1の先端部にかけて非線形抵抗材層8が延在するよう塗布されている。このような構成とすることで、図9の構成と比較してさらにレセプタ6への着雷確率を高めることができる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a first modification of the blade illustrated in FIG. 9. The same reference numerals are given to the same components in FIG. 9, and the description thereof will be omitted below. As shown in FIG. 10, the non-linear
図11は、図9に示すブレードの変形例2を示す図である。図10における同様の構成要素に同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。図11に示すように、非線形抵抗材層8は、図10に示した部分に加えて、レセプタ6から前縁側及び後縁側にかけての部分に塗布されている。なお、これに限らず、レセプタ6から前縁側又は後縁側にかけての部分に非線形抵抗材層8が塗布される構成としても良い。換言すれば、レセプタ6から前縁側及び/又は後縁側にかけて非線形抵抗材層8が延在するよう塗布されている。このような構成とすることで、図10の構成と比較してさらにレセプタ6への着雷確率を高めることができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating a second modification of the blade illustrated in FIG. 9. The same reference numerals are given to the same components in FIG. 10, and the description thereof will be omitted below. As shown in FIG. 11, the non-linear
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、特に費用対効果の高い部分に限定して非線形抵抗材層をブレードの外表面に塗布する構成を実現することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to realize a configuration in which the non-linear resistance material layer is applied to the outer surface of the blade limited to a particularly cost-effective portion. .
図12は、本発明の他の実施例に係る実施例4のブレード1の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、ブレード1の外表面にダイバータストリップ12を有する点が実施例1と異なる。図12において、図5における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図12において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。
FIG. 12 is a diagram of a
図12に示すように、ブレード1の外表面にはダイバータストリップ12が貼付されている。ダイバータストリップ12は、ブレード1の外表面に着雷しようとする正ストリーマ15をダイバータストリップ12側に誘導する。しかし、ダイバータストリップ12の耐ピーク電流量、耐電荷量は大きくなく、ピーク電流の大きい雷撃や電荷量の大きい雷撃を複数回受けるとダイバータストリップ12が損耗する問題がある。そこで、ダイバータストリップ12が貼付された周囲のブレード1の外表面に非線形抵抗材層8を塗布する。これにより、非線形抵抗材層8を塗布した効果によりレセプタ6への着雷確率を高めつつ、ブレード1本体の外表面への雷撃に対してはダイバータストリップ12で保護することができる。このようにすることで、ダイバータストリップ12の交換頻度を低減することができる。
As shown in FIG. 12, a
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、レセプタ6への着雷確率を高めつつブレード1本体の外表面への雷撃をより抑制可能となる。
As described above, according to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to further suppress the lightning strike on the outer surface of the
図13は、本発明の他の実施例に係る実施例5のブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。レセプタ6aをブレード1の先端部に設ける構成とした点が実施例1と異なる。図13において、図7における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a tip portion along a longitudinal direction of a
図13に示すように、レセプタ6aは、ブレード1の先端部に取り付けられている。日本では、特に日本海側地域において、冬季雷と呼ばれるエネルギーの高い雷が観測されており、図13に示されるブレード1の先端部に取り付けられた体積の大きいレセプタ6aが用いられることがある。このような構成に対しても、非線形抵抗材層8をブレード1の外表面に塗布することにより、レセプタ6aへの着雷確率を高めることができる。なお、レセプタ6aの形状は、図13に示される形状に限定されるものではなく、所望の形状とすれば良い。
As shown in FIG. 13, the
以上の通り本実施例によれば、実施例1と同様の効果を奏することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to achieve the same effects as those of the first embodiment.
図14は、本発明の他の実施例に係る実施例6のブレード1の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、特性の異なる第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bをブレード1の外表面に塗布する構成とした点が実施例1と異なる。図14において、図5における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図14において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。
FIG. 14 is a diagram of a
図14に示すように、第1の非線形抵抗材層8aは、第2の非線形抵抗材層8bに比べてレセプタ6に近い部分に塗布されている。ここで図15に本実施例に係る第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bの抵抗率と電界との関係をそれぞれ示す。図15に示すように、第1の非線形抵抗材層8aは、第2の非線形抵抗材層8bよりも高い電界において、抵抗率が大きく低下する特性を有する。図14に示すような、ブレード1の外表面に第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bが塗布された構成とすることで、レセプタ6への着雷確率をさらに高めることができる。
なお、本実施例では、第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bを用いる例を示したが、第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bとは異なる抵抗率と電界との関係を有する少なくとも1つ以上の異なる非線形抵抗材層を設けても良い。例えば、レセプタ6から離れるにしたがって抵抗率と電界との関係が連続的に変化するような非線形抵抗材層を設置する構成としても良い。
As shown in FIG. 14, the first nonlinear
In this embodiment, the example in which the first nonlinear
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment.
1…ブレード
2…ハブ
3…ナセル
4…タワー
5…接地極
6、6a…レセプタ
7…ダウンコンダクタ
8、8a、8b…非線形抵抗材層
9…レセプタアンカー
10…締結部
11…接着剤
12…ダイバータストリップ
13…塗装
15…正ストリーマ
16…負ストリーマ
17…正ストリーマと負ストリーマの接触点
18…着雷点
50…風力発電装置
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、
前記レセプタと電気的に接続され、前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを有するブレードであって、
前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、
前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とするブレード。 The blade body,
At least one receptor mounted near the tip or tip of the blade body;
A blade electrically connected to the receptor, having a down conductor installed inside the blade body,
Having a non-linear resistance material layer on the outer surface or inner surface of the blade body,
The non-linear resistance material layer has a low electric resistance value when an electric field of a predetermined electric field value or more acts, and becomes conductive, and has a high electric resistance value when a electric field lower than the predetermined electric field value acts. A blade.
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の外表面又は内表面に塗布されていることを特徴とするブレード。 The blade according to claim 1,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer is applied to an outer surface or an inner surface of the blade body.
前記ブレード本体は、前記非線形抵抗材層を有する部分も含め、又は、前記非線形抵抗材層を有する部分に対応して、塗装されていることを特徴とするブレード。 The blade according to claim 2,
The blade is characterized in that the blade body is painted including a portion having the non-linear resistance material layer or corresponding to a portion having the non-linear resistance material layer.
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の圧力面から負圧面に向かって前記ダウンコンダクタが前記ブレード本体の負圧面側に投影される部分の少なくとも一部と、前記ブレード本体の負圧面から圧力面に向かって前記ダウンコンダクタが前記ブレード本体の圧力面側に投影される部分の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。 The blade according to any one of claims 1 to 3,
The non-linear resistance material layer includes at least a part of a portion where the down conductor is projected from the pressure surface of the blade body toward the suction surface toward the suction surface of the blade body, and a pressure surface from the suction surface of the blade body. Wherein the down conductor is provided so as to cover at least a part of a portion projected onto the pressure surface side of the blade body.
前記レセプタは、前記レセプタと電気的に接続されたレセプタアンカーに固定されており、前記ダウンコンダクタは、前記レセプタアンカーと電気的に接続されており、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の圧力面から負圧面に向かって前記レセプタアンカーが前記ブレード本体の負圧面側に投影される部分の少なくとも一部と、前記ブレード本体の負圧面から圧力面に向かって前記レセプタアンカーが前記ブレード本体の圧力面側に投影される部分の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。 The blade according to claim 4,
The receptor is fixed to a receptor anchor electrically connected to the receptor, and the down conductor is electrically connected to the receptor anchor,
The non-linear resistance material layer includes at least a part of a portion where the receptor anchor is projected from the pressure surface of the blade body toward the suction surface toward the suction surface of the blade body, and a pressure surface from the suction surface of the blade body. The blade is characterized in that the receptor anchor is provided so as to cover at least a part of the portion projected toward the pressure surface side of the blade body toward the blade body.
前記非線形抵抗材層は、前記レセプタから前記ブレード本体の先端部にかけて延在することを特徴とするブレード。 The blade according to claim 5,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer extends from the receptor to a tip portion of the blade body.
前記非線形抵抗材層は、前記レセプタから前記ブレード本体の前縁側及び/又は後縁側にかけて延在することを特徴とするブレード。 The blade according to claim 6,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer extends from the receptor to a front edge side and / or a rear edge side of the blade main body.
レセプタは、前記ブレード本体の先端部に設けられていることを特徴とするブレード。 The blade according to any one of claims 1 to 3,
A blade, wherein the receptor is provided at a tip portion of the blade main body.
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の先端部から長手方向に4m以上10mの範囲に設けられていることを特徴とするブレード。 The blade according to any one of claims 1 to 3,
The blade, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range from 4 m to 10 m in a longitudinal direction from a tip end of the blade main body.
前記非線形抵抗材層は、ブレードの長さに対する比率が10%以上29%以下となる前記ブレード本体の先端部から長手方向の範囲に設けられていることを特徴とするブレード。 The blade according to any one of claims 1 to 3,
The blade, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range in a longitudinal direction from a tip portion of the blade main body in which a ratio to a length of the blade is 10% or more and 29% or less.
前記ブレード本体の外表面に貼付されたダイバータストリップを有し、
前記非線形抵抗材層は、前記ダイバータストリップが貼付されている前記ブレード本体の周囲の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。 The blade according to any one of claims 1 to 3,
Having a diverter strip attached to the outer surface of the blade body,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer is provided so as to cover at least a part of a periphery of the blade body to which the diverter strip is attached.
前記非線形抵抗材層は、第1の非線形抵抗材層と第2の非線形抵抗材層を有し、
前記第1の非線形抵抗材層は前記第2の非線形抵抗材層よりも前記レセプタに近く、前記第1の非線形抵抗材層は第2の非線形抵抗材層よりも高い電界において抵抗率が大きく低下する特性を有することを特徴とするブレード。 The blade according to any one of claims 1 to 3,
The nonlinear resistance material layer has a first nonlinear resistance material layer and a second nonlinear resistance material layer,
The first non-linear resistance material layer is closer to the receptor than the second non-linear resistance material layer, and the first non-linear resistance material layer has a greatly reduced resistivity in an electric field higher than the second non-linear resistance material layer. A blade characterized in that the blade has the following characteristics.
前記ブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを備え、
前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、
前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする風力発電装置。 At least, a wind turbine generator having a rotor having a blade that rotates in response to wind, and a nacelle that houses a generator that generates electric power using the rotational energy of the rotor,
The blade includes a blade body, at least one receptor attached near the tip or the tip of the blade body, and a down conductor electrically connected to the receptor and installed inside the blade body. Prepared,
Having a non-linear resistance material layer on the outer surface or inner surface of the blade body,
The non-linear resistance material layer has a low electric resistance and becomes conductive when an electric field having a predetermined electric field or more acts thereon, and has a high electric resistance when an electric field lower than the predetermined electric field acts. A wind power generator.
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の外表面又は内表面に塗布されていることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 13,
The wind power generator, wherein the non-linear resistance material layer is applied to an outer surface or an inner surface of the blade body.
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の先端部から長手方向に4m以上10mの範囲に設けられていることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 13 or claim 14,
The wind power generator, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range of 4 m or more and 10 m in a longitudinal direction from a tip portion of the blade main body.
前記非線形抵抗材層は、ブレードの長さに対する比率が10%以上29%以下となる前記ブレード本体の先端部から長手方向の範囲に設けられていることを特徴とする風力発電装置。 The wind power generator according to claim 13 or claim 14,
The wind power generator, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range in a longitudinal direction from a tip end of the blade main body in which a ratio to a blade length is 10% or more and 29% or less.
Priority Applications (1)
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