JP5448690B2 - 風力発電装置 - Google Patents
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Description
また、上述した避雷鉄塔によって落雷を遮蔽させる方式では、風力発電装置を完全に遮蔽する高さの鉄塔が必要となるため、避雷鉄塔の建設コストがかかる。特に、大型の風力発電装置の場合は、従来用いられている避雷鉄塔以上の高い避雷鉄塔が必要となり、高額な建設コストがかかる。また、夏季雷では、雷撃の侵入方向に明確な方向性が認められないため、避雷鉄塔による風力発電装置の避雷保護は万全ではない。
風車発電装置の両側に避雷鉄塔を建設して、その鉄塔間を架空地線で接続させて、風車発電装置を遮蔽角度内に配置させる方式の場合では、落雷の遮蔽は可能となるが、避雷鉄塔の建設が必要となり、建設用地の確保、建設コストが掛かる問題がある。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、ブレードを遮蔽するようにブレード先端に架空地線または導電帯を装備することで、ブレードへの雷撃を防止することができ、避雷鉄塔よりも安価で避雷対策が可能な風力発電装置を提供することを目的とする。
本発明の風力発電装置では、前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの長手方向の先端部より中心側の位置で、取り付け治具により前記ブレード側に引き寄せられて、前記ブレードの先端部の間に前記架空地線または導電帯を略一直線状に取り付けた場合よりも、前記架空地線または導電帯と前記ブレードの幅の中心線のなす遮蔽角θ1が小さくなるように取り付けられていることを特徴とする。
本発明の風力発電装置では、前記架空地線または導電帯とブレードの幅の中心線のなす遮蔽角θ1、および風車側面からみて該遮蔽角θ1をなす角度の頂点とブレードの先端の突き出しアーム先端カドからなる直線とブレードの厚さ方向の中心線のなす遮蔽角θ2が、35度以下であることを特徴とする。
本発明の風力発電装置では、前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの先端部に取り付けた金属製の突き出しアームに取り付けられており、該突き出しアームを介して、前記避雷線に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の風力発電装置では、前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの先端部に取り付けた非金属製の突き出しアームに取り付けられており、該突き出しアームを介さずに、前記避雷線に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の風力発電装置では、前記ブレードの先端部間において、前記架空地線または導電帯が、それぞれ2本以上接続されていることを特徴とする。上記構成によれば、同じ突き出しアーム長の場合には、遮蔽角を小さくすることができるため、落雷防止をさらに向上させた構造となる。
図1は、本発明の風力発電装置の実施形態を示しており、図1(A)は、風力発電装置の正面図であり、図1(B)は、風力発電装置の側面図である。
図1に示す風力発電装置1は、タワー2と、ナセル3と、3つのブレード4と、耐雷装置10を有している。タワー2は設置面Tに対して垂直に立てて設けられており、下部から上部に至るに従って先細りに形成されている。タワー2の上端部にはナセル3が設けられており、ナセル3内には発電機が配置されている。
このように、架空地線または導電帯8は、突き出しアーム7を介して、ブレード4の表面またはブレード4を貫通させた避雷線9と接続され、ナセル3を通過する避雷線11とタワー2を通過する避雷線12を通じて設置面Tに接地されている。これにより、架空地線または導電帯8に落雷した雷撃電流は、避雷線9,11,12を介して設置面Tに流れ込ませるようになっている。
ブレード4の先端部から架空地線または導電帯8の固定用の突き出しアーム7を突き出させており、それぞれのブレード4の突き出しアーム7同士を弛み防止治具22(図2、3参照)を介して架空地線または導電帯8で連結する。
ここで、通常の円環状の場合のシールドアース長と、本発明の実施形態の架空地線または導電帯8の長さを、表1に比較して示す。
そこで、本発明の風力発電装置1に使用する架空地線8は、25Cの耐雷特性を有する電線とした。各種電線の通電電荷量Q=100Cにおける素線の溶断本数(非特許文献2を参照)からQ=25Cの断線本数を算出しその断面積を求めた。素線溶断試特性および電荷量25C時の最小推奨電線サイズを、表2に示す。
25Cでは38.4mm2×25C÷100C=9.6mm2 の断面積が必要となる。
つまり、銅より線の電荷量25Cに対する必要電線サイズは9.6mm2×57÷100 = 5.5mm2となる。
さらには、風力発電装置1のブレード4に取り付ける架空地線または導電帯8は,ブレード4との角度(遮蔽角θ1)が、より望ましくは片側10度以下になるように配置する。すなわち、図7(A)に示すように、架空地線または導電帯8とブレード4の幅の中心線のなす遮蔽角θ1、および図7(B)に示すように、風車側面からみて遮蔽角θ1をなす角度の頂点とブレードの先端の突き出しアーム先端カドからなる直線とブレードの厚さ方向の中心線のなす角度(遮蔽角θ2)が、10度以下である。
図2〜図4は、ブレード4の突き出しアーム7に対する架空地線もしくは導電帯8の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
図2に示す実施形態では、架空地線または導電帯8は、クランプ21と弛み防止治具22により突き出しアーム7の先端部に固定されている。この弛み防止治具22はターンバックル金具である。避雷線9は接地金具26を用いて架空地線または導電帯8に電気的に接続されている。
図4の実施形態では、架空地線または導電帯8は、クランプ25により突き出しアーム7の先端部に固定されている。避雷線9はクランプ25を用いて架空地線または導電帯8に電気的に接続され、かつ接地金具24を用いて突き出しアーム7の先端部に固定されている。
図5の実施形態では、架空地線もしくは導電帯8が、ブレード4の前側と後側に耐雷装置10を2条配置した実施形態を示している。
この場合には、図1に示す実施形態よりも突き出しアーム7の長さを短くして遮蔽角θ2を小さくすることが可能となる。また、同じアーム長の場合には、図1に示す実施形態よりも遮蔽角θ2を小さくすることができるため、落雷防止をさらに向上させた構造となる。
図6に示す風力発電装置1の落雷対策方式の場合には、ウィンドファームのように風力発電装置1が多数は設置される場所では、すべての風力発電装置1を落雷から遮蔽するためには、高構造の避雷鉄塔30が必要となる。また、夏季雷の場合では、雷撃の侵入方向に明確な方向性がないため、避雷鉄塔30による風力発電装置1の避雷保護は万全ではない。架空地線または導電帯8は長手方向に1本ものでなくとも、導電性材料を有する接続材料、例えば銅、銅合金、アルミニウム合金、鋼により電気的に接続されていても良い。これにより、風力発電装置1は、ブレードを遮蔽するようにブレードの先端部に架空地線または導電帯を装備することで、ブレードへの雷撃を防止することができ、避雷鉄塔よりも安価で避雷対策が可能である。
図7に示す風力発電装置1では、架空地線または導電帯8がブレード4の両側の側面部に沿わせようにして配置されている。各ブレード4の先端部は突き出しアーム7を取り付けて、この突き出しアーム7を用いて架空地線または導電帯8を取り付けている。
ブレード4の先端部の取り付け方式としては、すでに説明した図2〜図4の実施形態を採用できる。ブレード4の長手方向の中心近傍には架空地線または導電帯8を固定するためのクランプ44が配置されている。このクランプ44は、3つのブレード4の付け根の位置に装着されている。これにより、風力発電装置1は、ブレードを遮蔽するようにブレード先端に架空地線または導電帯を装備することで、ブレードへの雷撃を防止することができ、避雷鉄塔よりも安価に避雷対策が可能である。
図8に示す風力発電装置1では、架空地線または導電帯8がブレード4の任意の箇所にクランプ45を取り付けて、各ブレード3間を接続することができる。ただし、この場合でも、図8(A)に示す架空地線または導電帯8がブレード4の幅と成す遮蔽角θ1と、図8(B)に示す風車の側面図において、風車側面からみて遮蔽角θ1をなす角度の頂点とブレードの先端の突き出しアーム7先端カドからなる直線とブレードの厚さ方向の中心線のなす遮蔽角θ2がそれぞれ10度以下となるように、クランプ45の取り付け用のブレード金具46の高さを調整して、この突き出しアーム7に対して架空地線または導電帯8が配置されている。
図9に示すように、図8(A)に示す架空地線または導電帯8がブレード4の幅と成す遮蔽角θ1と、図8(B)に示す架空地線または導電帯8がブレード4の厚さとなす遮蔽角θ2がそれぞれ10度以下となるように、ブレード4に対するブレード金具46の高さ位置を調整する。図9の例では、ブレード金具46はブレード4の中間位置に取り付けられている。図8と図9に示すクランプ45は、架空地線または導電帯8を懸垂して保持する懸垂型クランプであるが、クランプ45としては引留構造型のクランプであっても良い。
尚、架空地線または導電帯8は、ブレード4毎に切り離されていてもよいが、その場合には、各架空地線または導電帯8同士は、導電性材料である例えば、銅合金、アルミ合金、鋼材により電気的に接続されていればよい。
図10は、本発明の別の実施形態を示している。図1に示す実施形態では、ブレード4に取り付ける架空地線または導電帯8は,ブレード4との角度(遮蔽角θ1)が30度である。しかし、図10に示す実施形態では、ブレード4に取り付ける架空地線または導電帯8の一端部は,突き出しアーム7の先端部に取り付けられ、架空地線または導電帯8の他端部は,突き出しアーム7の後端部に取り付けられている。これにより、ブレード4に取り付ける架空地線または導電帯8は,ブレード4との角度(遮蔽角θ1)が,30度以上である。また、この場合の遮蔽角θ2は風車側面からみて遮蔽角θ1をなす角度の頂点と突き出しアーム先端カドとの直線とブレード厚さ方向の中心線とのなす角度である。
2 タワー
3 ナセル
4 ブレード
5 基部
7 突き出しアーム
8 架空地線または導電帯
9,11,12 避雷線
10 耐雷装置
T 設置面
Claims (10)
- 複数のブレードの先端部の間に架空地線または導電帯が直線的に取り付けられ、前記架空地線または導電帯は、前記ブレードに内蔵された避雷線に電気的に接続され、接地されていることを特徴とする風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの長手方向の先端部より中心側の位置で、前記ブレード側に引き寄せられていることを特徴とする請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの長手方向の先端部より中心側の位置で、取り付け治具により前記ブレード側に引き寄せられて、前記ブレードの先端部の間に前記架空地線または導電帯を略一直線状に取り付けた場合よりも、前記架空地線または導電帯と前記ブレードの幅の中心線のなす遮蔽角θ1が小さくなるように取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯とブレードの幅の中心線のなす遮蔽角θ1、および風車側面からみて該遮蔽角θ1をなす角度の頂点とブレード先端の突き出しアーム先端カドからなる直線とブレードの厚さ方向の中心線のなす遮蔽角θ2が、35度以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯とブレードの幅の中心線のなす遮蔽角θ1、および風車側面からみて前記遮蔽角θ1をなす角度の頂点とブレードの先端の突き出しアーム先端カドからなる直線とブレードの厚さ方向の中心線のなす遮蔽角θ2が、10度以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯は、弛みを調整するための治具を介して前記ブレードに取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの先端部に取り付けた金属製の突き出しアームに取り付けられており、該突き出しアームを介して、前記避雷線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯は、前記ブレードの先端部に取り付けた非金属製の突き出しアームに取り付けられており、該突き出しアームを介さずに、前記避雷線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記ブレードの先端部間において、前記架空地線または導電帯が、それぞれ2本以上接続されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の風力発電装置。
- 前記架空地線または導電帯が、前記ブレードの外面全周または一部に配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の風力発電装置。
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