JP2020121596A - 浮構造体及び落雷検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】落雷を検知することが可能な浮構造体と、その浮構造体を用いた落雷検知システムを提供する。【解決手段】浮構造体１０は、受雷部２０と、受雷部２０と導通し、水面と接触して受雷部２０で受けた雷により流れる雷電流を水面に流す電極部３０と、雷電流を検知して雷電流検知信号を発生する雷電流検知部４１と、雷電流検知信号に基づく情報を無線送信可能な送信部４５と、受雷部２０と電極部３０と雷電流検知部４１と送信部４５とが取付けられるブイ５０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、浮構造体及び落雷検知システムに関し、詳しくは、洋上に浮かべられて落雷の検知を行う浮構造体及びこの浮構造体を用いた落雷検知システムに関するものである。

近年、自然エネルギーの活用として風力発電装置が注目され、その普及が急速に拡大しつつある。風力発電設備は障害物のない風通しのよい場所に高く設置されることから、雷の目標になりやすい。動作している風力発電設備に落雷すると、ブレードの破損や電気系統の故障が生じて事故に繋がる可能性が高くなる。このため、予め雷雲の接近を検知し、風力発電設備に落雷の恐れがある場合には、風力発電設備の動作を停止するなどの安全措置を取ることが望まれている。特に、日本においては、日本海沿岸で冬季雷が多く発生することが知られている。冬季雷の原因となる雷雲は季節風により日本海側から陸に向かって移動し、沿岸部や洋上に設置された風力発電設備に落雷する。このため、海側から到来する雷雲を検知して設備への落雷を防止する必要がある。

しかし、海側から到来する落雷を洋上において検知する機器はこれまで提案されておらず、洋上に設置されるものとしては、例えば特許文献１に示すような気象観測用のブイや、いわゆるラジオブイと呼ばれる位置標示用のブイが提案されているにすぎない。

特開２００４−１９１２６８号公報

しかし、特許文献１に記載の気象観測用ブイは、有義波高などの波浪情報や、水温、気温、気圧などの気象情報を計測し、位置標示用のブイは位置情報を示す電波を発信するだけのものであり、落雷の恐れのある雷雲が海側から風力発電設備に接近するのを検知することはできず、風力発電設備に落雷の恐れがある場合に、風力発電設備の動作を停止するなどの安全措置を取ることができない。

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、落雷を検知することが可能な浮構造体と、その浮構造体を用いた落雷検知システムを提供することを課題としている。

本発明による浮構造体は、受雷部と、前記受雷部と導通し、水面と接触して前記受雷部で受けた雷により流れる雷電流を水面に流す電極部と、前記雷電流を検知して雷電流検知信号を発生する雷電流検知部と、前記雷電流検知信号に基づく情報を無線送信可能な送信部と、前記受雷部と前記電極部と前記雷電流検知部と前記送信部とが取付けられるブイとを備える。

上記の構成によれば、浮構造体は、雷電流検知部により受雷部への落雷を検知し、送信部により他の機器に雷電流検知信号に基づく情報を送信することができる。このため、浮構造体を、沿岸部や洋上に設置された風力発電設備等の電気設備の近くに設けることで、雷雲が電気設備の付近に近づいていることを検知することができ、雷電流検知信号に基づく情報を受け取った作業者やサーバは、電機設備の動作を停止するなどの安全措置を取って落雷による事故を防止することができる。

好ましい実施形態においては、前記電極部は、前記ブイの周囲に放射状に設けられる複数の棒状の導体である。

上記の実施形態においては、隣り合う前記導体の間を連結する連結部材をさらに有し、前記連結部材にはフロートが取付けられていることが好ましい。

好ましい実施形態においては、前記受雷部は、中央突針と、前記中央突針の周囲に、前記中央突針に対して同じ角度だけ傾いて設けられる複数の第１の突針とを有する。

上記の実施形態においては、前記受雷部は、前記中央突針の周囲に、前記中央突針に対して同じ角度だけ傾いて設けられる複数の第２の突針をさらに有し、前記第２の突針の傾く角度は、前記第１の突針の傾く角度と異なっていてもよい。

好ましい実施形態においては、前記ブイは、少なくとも外面が導電性を有する材質からなり、前記ブイの外面を介して前記受雷部と前記電極部とが導通する。

本発明の他の形態である落雷検知システムは、陸上または洋上に位置する電気設備と、上記のいずれかの形態の浮構造体と、前記浮構造体から前記雷電流検知信号に基づく情報を受信して、前記情報に基づき前記電気設備を制御する電気設備制御装置とを備える。

本発明によれば、雷電流検知部により浮構造体への落雷を検知し、送信部により他の機器に雷電流検知信号に基づく情報を送信することができる。このため、浮構造体を風力発電設備等の電気設備の近くに設けることで、雷雲が電気設備の付近に近づいていることを検知することができ、電機設備の動作を停止するなどの安全措置を取って落雷による事故を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る浮構造体の斜視図である。 受雷部の（Ａ）平面図、（Ｂ）Ｘ１−Ｘ１線に沿う断面図である。 電極部の構成を示す平面図である。 浮構造体の回路構成図である。 本発明の一実施形態に係る落雷検知システムの全体構成を示す図である。 落雷検知システムの回路構成図である。 電気設備制御装置の動作を示すフローチャートである。 電気設備制御装置の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態の浮構造体１０を示すもので、受雷部２０と、電極部３０と、雷電流検知装置４０と、ブイ５０とを備える。電極部３０は、受雷部２０と導通し、水面と接触して受雷部２０で受けた雷により流れる雷電流を水面に流す。雷電流検知装置４０は、雷電流を検知して雷電流検知信号を発生する雷電流検知部４１と雷電流検知信号に基づく情報を無線送信可能な送信部４５とを有する。ブイ５０は、受雷部２０と電極部３０と雷電流検知装置４０と送信部４５とが取付けられる。

ブイ５０は、内部に中空部を有する円筒形状を呈し、上端及び下端が閉塞されている。本実施形態では、ブイ５０は、アルミニウムを含む電導性の金属から形成されているが、少なくともブイ５０の上面５０ａ及び外周面５０ｂが導電性の金属から形成されていればよい。本実施形態では、ブイ５０の直径は約１ｍとし、作業員が上面５０ａに乗って作業ができる程度の大きさとしている。

ブイ５０の上面５０ａには、雷電流検知装置４０が取付けられている。雷電流検知装置４０は既知の装置を用いることができ、雷電流検知部４１と送信部４５とを有し、雷電流検知部４１により雷電流を検知し、送信部４５により雷電流検知信号を発信できればどのような構成の装置でもよい。本実施形態では、雷電流検知部４１はコイルセンサ等の磁束を検知するセンサを有し、受雷部２０が雷を受けた時に、後述する引き下げ導体２４を介してブイ５０の外面に流れる雷電流の周囲に発生する磁束を検知している。なお、雷電流検知装置４０は、ブイ５０の上面５０ａ及び外周面５０ｂを含む外面に流れる雷電流により発生する磁束を検知できればブイ５０のいずれの位置に取付けられていてもよく、ブイ５０の外周面５０ｂに取付けられていてもよい。また、雷電流検知装置４０は引き下げ導体２４に流れる雷電流により発生する磁束を検知してもよい。

ブイ５０の上面５０ａには、受雷部２０を支持するための支持部材５１が立設されている。支持部材５１は、円柱状の基部５１ａと、基部５１ａよりも径が小さい断面円形の棒状部５１ｂとからなり、棒状部５１ｂの先端に受雷部２０が取付けられている。支持部材５１は絶縁体であり、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）により形成されている。基部５１ａの上面には、ブイ５０へ落雷があったことを示す落雷表示灯５２が取付けられており、落雷時から所定時間（例えば３時間）点灯して、浮構造体１０に近づいた作業者や船舶に、浮構造体１０が落雷を受けており、この付近の海域に落雷の恐れがあることを知らせる。

支持部材５１の高さ（長さ）は、ブイ５０が設置される洋上の自然条件によって設定され、本実施形態では１０ｍとしているが、これに限定されず、波が発生しても支持部材５１の先端に設けられた受雷部２０が海面より上方に位置するように、ブイ５０が設置される洋上の平均的な波の高さに対して１〜３ｍ程度長く設定されていればよい。例えば、日本の日本海の沖合の波の高さは、観測データによると平均的に７ｍ程度であるため、浮構造体１０を日本海の沖合に設置する場合には、支持部材５１の高さを８〜１０ｍに設定する。基部５１ａの高さは、船舶等から作業者が落雷表示灯５２を見やすい高さに設定される。

受雷部２０は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、中央突針２１と、３つの第１の突針２２Ａ〜２２Ｃと、３つの第２の突針２３Ａ〜２３Ｃとを備えている。中央突針２１は、支持部材５１の棒状部５１ｂの先端に溶接やボルト等の図示しない固定手段により固定されている。３つの第１の突針２２Ａ〜２２Ｃは、それぞれ中央突針２１に対して所定の角度αだけ傾けられて下端が中央突針２１の下端側に溶接やボルト等の固定手段（図示せず）で固定されており、本実施形態では角度αは３０度に設定されている。また、３つの第１の突針２２Ａ〜２２Ｃは、中央突針２１の周囲に１２０度ずつ等間隔に設けられている。

３つの第２の突針２３Ａ〜２３Ｃは、それぞれ中央突針２１に対して、角度αとは異なる所定の角度βだけ傾けられて下端が中央突針２１の下端側に溶接やボルト等の固定手段（図示せず）で固定されており、本実施形態では角度βは６０度に設定されている。また、３つの第２の突針２３Ａ〜２３Ｃは、中央突針２１の周囲に１２０度ずつ等間隔に設けられており、図２（Ａ）に示すように、平面視において隣り合う第１の突針２２Ａ〜２２Ｃとの間であって、両隣りの第１の突針２２Ａ〜２２Ｃとの間の角度が等しい位置、すなわち、両隣りの第１の突針２２Ａ〜２２Ｃとの間の角度が６０度となる位置に設けられている。

なお、第１の突針２２Ａ〜２２Ｃの数と第２の突針２３Ａ〜２３Ｃの数はそれぞれ３つに限定されず、４つであってよく、５つ以上であってもよい。また、角度α、角度βはそれぞれ３０度、６０度に限定されず、ブイ５０が設置される洋上の自然条件により任意の角度が選択され、例えば１５度、４５度、７５度としてもよい。また、第２の突針２３Ａ〜２３Ｃは設けられていなくてもよい。さらに、中央突針２１に対して角度α及び角度βと異なる角度で傾く第３の突針が設けられていてもよい。

中央突針２１の下端部には、引き下げ導体２４が溶接により導通接続されている。引き下げ導体２４は、絶縁被膜が施された導線であり、支持部材５１の棒状部５１ｂの外面に沿って結束バンド、フック、金具等の任意の固定手段（図示せず）により固定され、下端がブイ５０の上面５０ａに溶接により導通接続されている。なお、引き下げ導体２４と中央突針２１との接続及び引き下げ導体２４とブイ５０の上面５０ａとの接続は、電気的に接続されていればいずれの方法で接続されていてもよく、例えば、ブイ５０の上面５０ａ及び中央突針２１の下端部にボルト穴を形成し、ボルトの軸部に引き下げ導体２４の両端に接続した圧着端子を嵌めて、ボルトをボルト穴にねじ込んで接続してもよい。

電極部３０は、図１、図３に示すように、ブイ５０の外周面５０ｂに放射状に溶接された複数の棒状の導体３０Ａ〜３０Ｈからなる。なお、図３においては、説明の便宜上、導体３０Ａ〜３０Ｈ、ブイ５０、後述する連結部材３１、フロート３２のみを示している。本実施形態では、導体３０Ａ〜３０Ｈの材質をアルミニウムとし、ブイ５０の外周面５０ｂに周方向に等間隔を開けて８本の導体３０Ａ〜３０Ｈが溶接されている。導体３０Ａ〜３０Ｈは、浮構造体１０を洋上（海）に浮かべたときに導体３０Ａ〜３０Ｈが水面に接触する高さ位置に設けられる。なお、「導体３０Ａ〜３０Ｈが水面に接触する」とは、導体３０Ａ〜３０Ｈが水中にあるが水面に近い位置にある場合も含む。水面に近い位置とは、水面から５０ｃｍ程度までの深さ位置を言う。

隣り合う導体３０Ａ〜３０Ｈの先端部は、連結部材３１により連結されている。本実施形態においては、連結部材３１は、平面から見た形状が正方形状のフレームであり、電極部３０と同じアルミニウムからなる。連結部材３１の中央部にブイ５０が位置しており、ブイ５０の外周面５０ｂから放射状に延びる導体３０Ａ〜３０Ｈのうち、導体３０Ａ〜３０Ｄは連結部材３１の正方形状の角部に溶接され、導体３０Ｅ〜３０Ｈは連結部材３１の正方形状の各辺の中央部に溶接されている。

フロート３２は、浮構造体１０に浮力を与えるものであり、例えば合成樹脂の発泡体からなる。フロート３２は中央部に貫通穴に形成されており、この貫通穴に連結部材３１を貫通させることで、フロート３２が連結部材３１に取付けられている。

なお、連結部材３１は平面から見た形状が長方形状であってもよく、円形状であってもよい。また、連結部材３１を電極部３０とは異なる材質で構成してもよく、絶縁体から構成してもよい。

電極部３０は、ブイ５０の外面及び引き下げ導体２４を介して受雷部２０と導通している。受雷部２０で受けた雷により発生する雷電流は、引き下げ導体２４及びブイ５０の上面５０ａ、外周面５０ｂを通って電極部３０に達し、電極部３０の各導体３０Ａ〜３０Ｈから水面に流れる。また、雷電流は連結部材３１に達し、連結部材３１から水面に流れる場合もある。

ブイ５０の中空部には、ＧＰＳ装置５３、チャージコントローラ及びインバータを有する蓄電池等の機器が収容されている。図示しないが、ブイ５０の上面５０ａまたは外周面５０ｂには、中空部に収容された機器にアクセスして保守点検を行うための開口部が設けられ、開口部には内部に水が浸入しないように開口部を開閉可能に塞ぐ扉が設けられている。

ブイ５０の上面５０ａには太陽光発電用パネル５４が設けられており、太陽光発電用パネル５４はブイ５０の中空部に収容された蓄電池に接続されて蓄電池に電力を貯める。蓄電池は、雷電流検知装置４０、落雷表示灯５２、ＧＰＳ装置５３などのブイ５０に配置された機器と接続され、これらの機器の電源となる。

ブイ５０の下面には、ロープ等の繋留具５５が連結され、繋留具５５の下端には海底に配置される錘部材５６が連結される。錘部材５６は、浮構造体１０を所望の係留位置に留めるものであり、本実施形態では、自身の重さによって抵抗力を生じるシンカーである。錘部材５６として、爪等が海底に刺さることで抵抗力（把駐力）を生じるアンカーを用いてもよい。繋留具５５の途中には、浮構造体１０の揺れ防止のために重量物５７が設けられている。

図４に浮構造体１０の回路構成を示す。浮構造体１０は、雷電流検知装置４０と、ＧＰＳ装置５３と、落雷表示灯５２と、電源部５８とを有する。電源部５８は上述した蓄電池であってもよい。雷電流検知装置４０は、雷電流検知部４１と、制御装置４２とを備え、制御装置４２は、演算部４３と、記憶部４４と、送信部４５と、入出力部４６とを備える。

演算部４３はＣＰＵから構成され、記憶部４４に記憶されたプログラムを実行し、ＧＰＳ装置５３、落雷表示灯５２などの各部の動作を制御する。入出力部４６は、Ａ／Ｄ変換部等から構成され、雷電流検知部４１、ＧＰＳ装置５３、落雷表示灯５２と有線により接続されてＧＰＳ装置５３、落雷表示灯５２との間で信号の入出力を行う。記憶部４４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ，ハードディスク等により構成され、演算部４３が実行するプログラムを記憶するととともに、落雷表示灯５２の点灯時間等の各部の制御に用いるパラメータや浮構造体１０固有の識別情報（ＩＤ）等を記憶している。送信部４５は、通信ネットワークを介した通信を行うための通信装置などから構成され、通信ネットワークを介してサーバや他の機器と通信する。

なお、制御装置４２と、雷電流検知部４１、ＧＰＳ装置５３、落雷表示灯５２との間の通信はトランシーバなどの無線機を用いた無線伝送や通信ネットワークを介して行われてもよい。また、送信部４５によるサーバや他の機器との通信においても、無線伝送より行われてもよい。さらに、制御装置４２は受信部を備えていてもよく、送信部４５が受信機能を備えていてもよい。この場合、制御装置４２は、パラメータを変更するための信号や、ＧＰＳ装置５３をリセットするための信号など、各部の動作を制御するための信号を通信ネットワークや無線伝送を介して受信することができる。

浮構造体１０が雷を受けた時の動作について説明する。受雷部２０が雷を受けると、雷電流が発生する。雷電流は受雷部２０から引き下げ導体２４、ブイ５０の上面５０ａ、外周面５０ｂを介して電極部３０の導体３０Ａ〜３０Ｈに流れ、導体３０Ａ〜３０Ｈから水面に流れる。このとき、引き下げ導体２４を介してブイ５０の上面５０ａに流れる雷電流により磁束が発生し、雷電流検知部４１はこの磁束を検知して雷電流検知信号を発生する。演算部４３は入出力部４６を介してこの雷電流検知信号を受け取る。演算部４３は、内部に設けられた時計またはＧＰＳ装置５３から雷電流検知信号を受け取った時の時刻である時刻情報を読み取るとともに、ＧＰＳ装置５３から浮構造体１０の緯度と経度とを含む位置情報を読み込む。演算部４３は、雷電流検知信号に基づく情報、例えば、落雷の発生を示す雷情報、時刻情報、位置情報、識別情報を落雷情報として送信部４５を介して外部の装置に無線送信する。また、演算部４３は、記憶部４４に記憶された所定の時間だけ落雷表示灯５２を点灯させる。

上記の構成によれば、浮構造体１０は、雷電流検知部４１により浮構造体１０への落雷を検知することができ、送信部４５により他の機器に雷電流検知信号に基づく情報（落雷情報）を送信することができる。

受雷部２０が中央突針２１に加えて複数の第１の突針２２Ａ〜２２Ｃ、複数の第２の突針２３Ａ〜２３Ｃを備える多芯構造となっており、第１の突針２２Ａ〜２２Ｃ、第２の突針２３Ａ〜２３Ｃを中央突針２１の周方向に複数配置しているので、ブイ５０が波により一方向に傾いたとしても、中央突針２１、第１の突針２２Ａ〜２２Ｃ、第２の突針２３Ａ〜２３Ｃのいずれかが上方を向き、受雷部２０は雷を受けることができる。また、第１の突針２２Ａ〜２２Ｃを中央突針２１に対して角度αで傾かせ、第２の突針２３Ａ〜２３Ｃを、角度αより大きい角度βで傾かせているので、波の大きさによってブイ５０の傾きが異なっても、中央突針２１、第１の突針２２Ａ〜２２Ｃ、第２の突針２３Ａ〜２３Ｃのいずれかが上方を向き、受雷部２０は雷を受けることができる。

連結部材３１を設け、連結部材３１にフロート３２を取付けているので、浮構造体１０に浮力を与えることができ、フロート３２を設けずにブイ５０だけで浮構造体１０に浮力を与える場合に比べて安定性が増し、ブイ５０を小型化できる。また、ブイ５０の周囲に連結部材３１とフロート３２が設けられているので、洋上に浮かぶ漂流物がブイ５０に衝突するのを防ぐことができる。さらに、連結部材３１を電極部３０と同じアルミニウムから構成しているので、連結部材３１においても、電極部３０と同様に雷電流を水面に流すことができる。

また、引き下げ導体２４を支持部材５１の外面に沿わせて配置することで、作業者が外部から引き下げ導体２４を視認して断線等を発見しやすくなる。

また、落雷情報は時刻情報、位置情報を含んでいるので、落雷発生場所と時刻を正確に特定できる。さらに、浮構造体１０はＧＰＳ装置５３を備えているので、繋留具５５が切断されて浮構造体１０が漂流した場合でも、位置情報から浮構造体１０を探し出すことができる。

なお、浮構造体１０に、温度、湿度、風向、風速などの気象情報を検知するためのセンサをさらに取付け、これらのセンサから得た情報を落雷情報に含んで送信してもよい。

なお、電流検知装置４０は、本実施形態のように演算部４３，記憶部４４を備えず、雷電流検知部４１と、雷電流検知部４１に接続された無線装置である送信部４５とを備え、落雷発生時に雷電流検知部４１が発生した雷電流検知信号を無線装置により送信する構成であってもよく、落雷発生時に雷電流検知部４１が発生した雷電流検知信号に基づく情報を送信できればどのような形態であってもよい。

図５，図６に本発明の他の実施形態である落雷検知システム１００を示す。落雷検知システム１００は、陸上または洋上に位置する電気設備と、上記の実施形態に示す複数の浮構造体１０Ａ〜１０Ｏと、浮構造体１０から雷電流検知信号に基づく情報（落雷情報）を受信して、落雷情報に基づき電気設備を制御する電気設備制御装置１１０とを備える。本実施形態では、電気設備を陸上の沿岸付近に設けられた風力発電設備１２０としている。

一例においては、図５に示すように、沿岸線２００より下側が陸２０１、上側が海２０２を示し、陸２０１の沿岸に風力発電設備１２０が設置され、沖合には複数の浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが設けられている。例えば、日本の日本海側の沿岸では、これまでの気象観測により、冬季に北西の風向の季節風により発生する雷雲により落雷が生じることが多いことが知られている。本実施形態では、浮構造体１０Ａ〜１０Ｏは、季節風の風向（図５における矢印Aの方向）に沿って、風力発電設備１２０に対して風上に、複数の浮構造体１０（本実施形態では３つの浮構造体１０Ａ〜１０Ｃ）が設けられている。さらに、季節風の風向に多少のずれが生じることを考慮して、各浮構造体１０Ａ〜Ｃの両側に、季節風の風向に直交する方向に沿って複数（本実施形態では１２の浮構造体１０Ｄ〜１０Ｏ）設けられている。

図６に示すように、各浮構造体１０Ａ〜１０Ｏは、電気設備制御装置１１０とインターネット等の通信ネットワーク１３０を介して接続される。通信ネットワーク１３０は、例えば無線ＬＡＮ，仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）等の通信媒体であるが、電気設備制御装置１１０と各浮構造体１０Ａ〜１０Ｏとの間で通信を行うことができるものであれば限定されない。電気設備制御装置１１０には、風力発電設備１２０が接続されている。

電気設備制御装置１１０は、通信ネットワーク１３０を介して浮構造体１０Ａ〜１０Ｏから落雷情報を受信する。電気設備制御装置１１０は、演算部１１１と、記憶部１１２と、送受信部１１３と、警告部１１４とからなる。演算部１１１はＣＰＵから構成され、記憶部１１２に記憶されたプログラムを実行し、各部の動作を制御する。記憶部１１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ，ハードディスク等により構成され、演算部１１１が実行するプログラムを記憶するとともに、風力発電設備１２０を制御するために必要なパラメータや、風力発電設備１２０の地理的な位置情報等を記憶している。送受信部１１３は、通信ネットワーク１３０を介した通信を行うための通信装置などから構成され、通信ネットワーク１３０を介して風力発電設備１２０や浮構造体１０Ａ〜１０Ｏ等と通信する。警告部１１４は、ディスプレイやモニター等から構成され、従業員に、浮構造体１０Ａ〜１０Ｏのいずれかから落雷情報を受信したことや、風力発電設備１２０の動作を停止したことを知らせ、注意喚起を行う。警告部１１４はスピーカーなどの音声手段であってもよい。警告部１１４で警告された内容は、電気設備制御装置１１０により別の場所に配置された他の監視サーバ（図示せず）に送信されてもよい。風力発電設備１２０は通信ネットワーク１３０を介して電気設備制御装置１１０と接続され、電気設備制御装置１１０によりその動作が制御される。なお、電気設備制御装置１１０は風力発電設備１２０内に設けられていてもよい。

次に、落雷検知システム１００の動作の一例について説明する。浮構造体１０Ａ〜１０Ｏにおいては、制御装置４２の演算部４３は、所定のサンプリング時間毎に雷電流検知部４１から雷電流検知信号を受け取ったか否かを検知する。受け取った場合には、時刻情報、位置情報、落雷の発生を示す雷情報、各浮構造体１０Ａ〜１０Ｏの識別情報等を落雷情報として送信部４５から通信ネットワーク１３０を介して電気設備制御装置１１０に送信する。なお、サンプリング時間は例えば１μｓｅｃ〜１００μｓｅｃ 程度に設定されており、落雷検知システム１００は雷電流検知信号を受け取るとすぐに落雷情報を電気設備制御装置１１０に送信できる。

電気設備制御装置１１０は、風力発電設備１２０が動作中の場合に、例えば、図７、図８のフローチャートに示す動作を実行する。図７に示すように、電気設備制御装置１１０は、浮構造体１０Ａ〜１０Ｏのいずれかから落雷情報を受信したか否かを判断する（ステップＳＴ１０）。受信していない場合は、ステップＳＴ１０を繰り返す。受信した場合は、電気設備制御装置１１０は、いずれの浮構造体１０Ａ〜１０Ｏから落雷情報を受信したかを、落雷情報に含まれる識別情報を元に特定し（ステップＳＴ１１）、警告部１１４に特定された浮構造体１０Ａ〜１０Ｏから落雷情報を受信したことを表示する。次に、電気設備制御装置１１０は、予め記憶部１１２に記憶した風力発電設備１２０の位置情報と落雷情報に含まれる位置情報とから、特定した浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが風力発電設備１２０に最も近いものであるか否かを判断する（ステップＳＴ１２）。最も近い浮構造体１０Ａ〜１０Ｏである場合には、電気設備制御装置１１０は、風力発電設備１２０の動作を停止させ（ステップＳＴ１３）、警告部１１４により風力発電設備１２０の動作を停止させたことを表示した後、動作を終了する。最も近い浮構造体１０Ａ〜１０Ｏではない場合には、図８に示すステップＳＴ２０に進む。

電気設備制御装置１１０は、さらに浮構造体１０Ａ〜１０Ｏのいずれかから落雷情報を受信したか否かを判断する（ステップＳＴ２０）。受信した場合は、いずれの浮構造体１０Ａ〜１０Ｏから落雷情報を受信したかを特定し（ステップＳＴ２１）、警告部１１４に特定された浮構造体１０Ａ〜１０Ｏから落雷情報を受信したことを表示する。次に、電気設備制御装置１１０は、予め記憶部１１２に記憶した風力発電設備１２０の位置情報と落雷情報に含まれる位置情報とから、ステップＳＴ２１で特定した浮構造体１０Ａ〜１０ＯがステップＳＴ１１で特定した浮構造体１０Ａ〜１０Ｏよりも風力発電設備１２０に対して遠い位置にあるか否かを判断する（ステップＳＴ２２）。すなわち、二回目に落雷があった浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが最初に落雷があった浮構造体１０Ａ〜１０Ｏよりも風力発電設備１２０に対して遠い位置にあるか否かを判断している。遠い位置にある場合には、風力発電設備１２０に対して雷雲が遠ざかっているものとして風力発電設備１２０の動作を継続させる。遠い位置にない場合、すなわち、近い位置にある場合や、同じ浮構造体１０Ａ〜１０Ｏに落雷があった場合には、風力発電設備１２０に対して雷雲が近づいているか近づく可能性が高いものとして風力発電設備１２０の動作を停止させ（ステップＳＴ２３）、警告部１１４により風力発電設備１２０の動作を停止させたことを表示した後、一連の動作を終了し、改めて図７のフローチャートの動作を開始する。

ステップＳＴ２０に戻って、電気設備制御装置１１０が、さらに浮構造体１０Ａ〜１０Ｏのいずれかから落雷情報を受信していない場合は、所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳＴ２４）。所定時間が経過していない場合は、ステップＳＴ２０に戻り、浮構造体１０Ａ〜１０Ｏのいずれかから落雷情報を受信したか否かを判断する。所定時間が経過した場合は、落雷情報の受信が一度のみであることから風力発電設備１２０の動作は継続させた状態で警告部１１４に作業者に向けて「注意」の表示を出す（ステップＳＴ２５）。そして、一連の動作を終了し、改めて図７のフローチャートの動作を開始する。

図７、図８の動作においては、電気設備制御装置１１０は、ステップＳＴ１２において特定した浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが風力発電設備１２０に最も近いものであると判断した場合に、ステップＳＴ１３に進んで風力発電設備１２０の動作を停止させているが、ステップＳＴ１２とステップＳＴ１３との間に、特定した浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが風力発電設備１２０に最も近いものである旨の通知を警告部１１４により示すステップと、通知を認識した作業者から風力発電設備１２０の動作を停止させる指示を受けたか否かを判断し、受けていない場合には指示を受けるまで判断を繰り返し、指示を受けた場合には、ステップＳＴ１３に進むステップとを行ってもよい。

同様に、図７、図８の動作においては、ステップＳＴ２２において、二回目に落雷があった浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが最初に落雷があった浮構造体１０Ａ〜１０Ｏよりも風力発電設備１２０に対して遠い位置にないと判断した場合に、ステップＳＴ２３に進んで風力発電設備１２０の動作を停止させているが、ステップＳＴ２２とステップＳＴ２３との間に、二回目に落雷があった浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが最初に落雷があった浮構造体１０Ａ〜１０Ｏよりも風力発電設備１２０に対して遠い位置にない旨の通知を警告部１１４により示すステップと、通知を認識した作業者から風力発電設備１２０の動作を停止させる指示を受けたか否かを判断し、受けていない場合には指示を受けるまで判断を繰り返し、指示を受けた場合には、ステップＳＴ２３に進むステップとを行ってもよい。

ステップＳＴ１３、ステップＳＴ２３において、風力発電設備１２０の動作を停止させた後、作業員は、目視や気象庁などから得られる気象情報に基づき、風力発電設備１２０に落雷の危険性が低くなったか否かを判断し、落雷の危険性が低くなった場合には、風力発電設備１２０の動作を再開させる。なお、電気設備制御装置１１０の動作は、上記の図７，図８に示す動作に限定されず、浮構造体１０から前記雷電流検知信号に基づく情報を受信して、前記情報に基づき前記電気設備１２０を制御する動作であればどのような動作を行ってもよい。

本実施形態の落雷検知システム１００によれば、雷雲が電気設備の付近に近づいていることを検知することができ、電機設備の動作を停止するなどの安全措置を取って落雷による事故を防止することができる。

本実施形態では、陸上の沿岸付近に１つの風力発電設備１２０が設けられているが、複数の風力発電設備１２０が設けられていてもよい。この場合、複数の風力発電設備１２０が通信ネットワーク１３０を介して電気設備制御装置１１０に接続され、電気設備制御装置１１０は各風力発電設備１２０の地理的な位置情報を記憶している。落雷が検知された浮構造体１０Ａ〜１０Ｏの位置情報と各風力発電設備１２０の地理的な位置情報とから、落雷地点に近い位置にある風力発電設備１２０を特定するとともに、落雷が検知された浮構造体１０Ａ〜１０Ｏが特定された風力発電設備１２０に最も近い浮構造体１０Ａ〜１０Ｏか否かを判断する。最も近い浮構造体１０Ａ〜１０Ｏである場合には、電気設備制御装置１１０は、特定された風力発電設備１２０や複数の風力発電設備１２０の動作を停止させる等の安全措置を取る。

また、電気設備は、陸上の沿岸ではなく、洋上（海、川、湖の上を含む）に設置されていてもよく、海、川、湖の陸に近い部分に設置されていてもよい。電気設備は、例えば、洋上風力発電設備１２０であってもよい。季節風により運ばれる雲から落雷が生じる地域の洋上に風力発電設備１２０が設置されている場合は、浮構造体１０Ａ〜１０Ｏは、季節風の風上に設けられることが好ましい。季節風により運ばれる雲から落雷が生じにくい地域の洋上に風力発電設備１２０が設置されている場合は、浮構造体１０Ａ〜１０Ｏは、風力発電設備１２０を一周にわたって取り囲むように設けられていることが好ましい。

さらに、洋上または陸上の海沿い（沿岸）に風力発電設備１２０が１又は複数設置されている場合に、風力発電設備１２０の近傍の洋上に浮構造体１０を設置し、浮構造体１０の海抜高さ（海面から受雷部２０の先端までの高さ）を、風力発電設備１２０の海抜の高さよりも高く設定することで、浮構造体１０に落雷しやすくなり、風力発電設備１２０への落雷を防ぐことができる。このように、浮構造体１０は、いわゆる「独立避雷針」として機能することができる。この場合、浮構造体１０は風力発電設備１２０の数よりも少なくても良いが、多くても良い。

また、電気設備は風力発電設備１２０に限定されず、例えば、建物内のパソコン、電化製品等の電気設備であってもよい。この場合、安全措置として電気設備の動作を停止するのではなく、電気設備に電力を供給する電源を電力系統から自家発電装置に切替える等の動作を行う。

本明細書において、季節風とは、ある地域において落雷の原因となる雷雲を運ぶ風をいう。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

２０ 受雷部
３０ 電極部
３０Ａ〜３０Ｈ 導体
４１ 雷電流検知部
４５ 送信部
５０ ブイ
１０ 浮構造体
３１ 連結部材を
３２ フロート
１０ 浮構造体
２１ 中央突針
２２Ａ〜２２Ｃ 第１の突針
２３Ａ〜２３Ｃ 第２の突針
１２０ 電気設備（風力発電設備）
１１０ 電気設備制御装置

Claims (7)

1. 受雷部と、
   前記受雷部と導通し、水面と接触して前記受雷部で受けた雷により流れる雷電流を水面に流す電極部と、
   前記雷電流を検知して雷電流検知信号を発生する雷電流検知部と、
   前記雷電流検知信号に基づく情報を無線送信可能な送信部と、
   前記受雷部と前記電極部と前記雷電流検知部と前記送信部とが取付けられるブイとを備える浮構造体。
2. 前記電極部は、前記ブイの周囲に放射状に設けられる複数の棒状の導体である請求項１に記載の浮構造体。
3. 隣り合う前記導体の間を連結する連結部材をさらに有し、
   前記連結部材にはフロートが取付けられている請求項２に記載の浮構造体。
4. 前記受雷部は、
   中央突針と、
   前記中央突針の周囲に、前記中央突針に対して同じ角度だけ傾いて設けられる複数の第１の突針とを有する請求項１から３のいずれかに記載の浮構造体。
5. 前記受雷部は、前記中央突針の周囲に、前記中央突針に対して同じ角度だけ傾いて設けられる複数の第２の突針をさらに有し、
   前記第２の突針の傾く角度は、前記第１の突針の傾く角度と異なる請求項４に記載の浮構造体。
6. 前記ブイは、少なくとも外面が導電性を有する材質からなり、前記ブイの外面を介して前記受雷部と前記電極部とが導通する請求項１から５のいずれかに記載の浮構造体。
7. 陸上または洋上に位置する電気設備と、
   請求項１から６のいずれかに記載の浮構造体と、
   前記浮構造体から前記雷電流検知信号に基づく情報を受信して、前記情報に基づき前記電気設備を制御する電気設備制御装置とを備える落雷検知システム。

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