風力発電装置
【課題】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用風車の耐雷装置を提供する。
【解決手段】複数のブレード４の先端部により架空地線または導電帯８が接続され、架空地線または導電帯８は接地されており、例えば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、および架空地線または導電帯８の２辺の架空地線または導電帯が交差する点とブレードの先端の突き出しアームの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。
【解決手段】複数のブレード４の先端部により架空地線または導電帯８が接続され、架空地線または導電帯８は接地されており、例えば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、および架空地線または導電帯８の２辺の架空地線または導電帯が交差する点とブレードの先端の突き出しアームの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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関し、特に風力発電用風車のブレードに落雷するのを防止する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンエネルギーの利用拡大に伴い、風力発電装置が各地に設置されてきており、特に近年では、６００MW、１０００MWといった大型の風力発電装置が導入されてきている。大型の風力発電装置は、風が強い地域や、丘陵地や、風の吹き抜ける場所や、洋上など風を妨げる障害物が少ない場所に設置される（特許文献1を参照。）。
【０００３】
大型の風力発電装置では、地上からブレード頂部までが１００ｍ超の高さとなるため、風力発電装置への落雷の被害が多い。特に、ブレード（羽根）に落雷し、ブレードの損傷、破損などが発生している（非特許文献１を参照。）。従来は、ブレードへの落雷対策として、ブレードに受電部としてのレセプタを取り付けて、落雷をこのレセプタに集中させる方法が採用されてきた。もしくは、風車発電装置への落雷を保護するために、風車を遮蔽する位置に独立避雷鉄塔（避雷鉄塔）を設置している。
【０００４】
また、風力発電装置の上空を遮蔽する目的で、風力発電装置の両側に鉄塔を建設し、その間に架空地線を架線し、風力発電装置を遮蔽する方法も提案されている（特許文献２を参照。）。さらに、風力発電装置のブレードの外周に円環状のアースリングを配置する方法が提案されている（特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４６８１号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電気評論2008.9 特集 自然災害対策の動向 風力発電設備の災害対策 ｐ．47-49」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述したブレードに対してレセプタを取り付ける方式では、落雷のエネルギーが大きい場合にはレセプタが溶断して、ブレードをも損傷や破壊させる場合がある。また、ブレードのどの位置に落雷するか不確定であるため、ブレードに対して複数のレセプタを配置したり、発生地域別に取り付け数量を選定する作業が必要である。
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。
【０００８】
ウィンドファーム等の場合では、すべての風車発電装置を遮蔽するためには、複数の高構造物の避雷鉄塔を建設する必要があるが、完全に全ての風車発電装置を遮蔽することは不可能であり、また、避雷鉄塔の建設コストがかかってしまう。
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。
【０００９】
ブレードの外周に円環状のアースリングを取り付けて、アース端子を介して地面に放流させる場合では、アースリングは頑丈な材料を使用して作られかつ形状維持のための大きさが必要となるために、アースリングの重量も大きくなり風車の回転負荷に影響する。
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解消するために、本発明の風力発電装置は、複数のブレードの先端部により架空地線または導電帯が接続され、前記架空地線または導電帯は、接地されていることを特徴とする。上記構成によれば、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明の風力発電装置では、前記架空地線が、亜鉛めっき鋼より線またはアルミ覆鋼より線、鋼心アルミ合金より線、硬銅より線、または銅合金より線であることを特徴とする。本発明の風力発電装置では、前記硬銅より線または前記銅合金より線の電線サイズが５．５mm2〜１００mm2、前記アルミニウム覆鋼より線の電線サイズが６．５mm2〜１００mm2、前記鋼心アルミ合金より線の電線サイズが２５mm2〜１６０mm2であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の風力発電装置では、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したことを特徴とする。上記構成によれば、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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、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な風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】ブレードの突き出しアームに対する架空地線もしくは導電帯の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
【図３】ブレードの突き出しアームに対する架空地線もしくは導電帯の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
【図４】ブレードの突き出しアームに対する架空地線もしくは導電帯の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
【図５】本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図５（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図５（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【図６】風力発電装置の近傍に、避雷鉄塔を設置した落雷対策例を示す図である。
【図７】本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図７（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図７（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【図８】本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図８（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図８（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【図９】図８に示すクランプの取り付けの具体例を示す図である。
【図１０】本発明の風力発電装置の別の実施形態を示しており、図１０（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図１０（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
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。
【００１９】
図１に示すブレードの基部５には、１２０度毎に、３つのブレード４が半径方向に沿って取り付けられている。３つのブレード４は、風力発電用風車を構成している。これらのブレード４と基部５が回転することで、発電機の出力軸が回転して発電できる。耐雷装置１０は、複数本の架空地線または導電帯８と、３つの複数の突き出しアーム７と、避雷線９，１１，１２を有している。架空地線または導電帯８は、各ブレード４の前側に１条装着されている。
【００２０】
図１に示す各ブレード４は、基部５側から先端部６側に向けて先細りになるように形成されている。各ブレード４の先端部６には、突き出しアーム７が取り付けられている。突き出しアーム７は、金属製もしくは非金属製の部材であり、突き出しアーム７には、架空地線または導電帯８を把持または固定できるクランプまたはその他の固定装置が取り付けられている。
【００２１】
図１に示す突き出しアーム７が非金属製の部材である場合には、突き出しアーム７の内部もしくは突き出しアーム７の表面に、導電線を取り付ける。架空地線または導電帯８は、隣の突き出しアーム７間において直線的になるように配線して取り付けられている。各ブレード４内には避雷線９が長手方向に沿って貫通するようにして内蔵されており、ナセル３内には避雷線１１が内蔵され、タワー２内には避雷線１２が貫通するようにして内蔵されている。架空地線または導電帯８は、避雷線９，１１，１２に電気的に接続されている。例えば避雷線９は、電気ブラシ等の回転接触方式等でナセル３内の避雷線１１に電気的に接続されている。
【００２２】
図１に示す突き出しアーム７が金属製の部材である場合には、架空地線または導電帯８は、金属製の突き出しアーム７を介してブレード４の表面または避雷線９に電気的に接続させ、しかも電気ブラシ等の回転接触方式等でナセル３内の避雷線１１に電気的に接続されている。このナセル３内の避雷線１１は、タワー２内の避雷線１２を通して設置面Ｔに接地されている。
【００２３】
あるいは、突き出しアーム７が非金属製の部材である場合には、架空地線または導電帯８は、非金属製の突き出しアーム７の導電線を介してブレード４の表面または避雷線９に電気的に接続させ、しかも電気ブラシ等の回転接触方式等でナセル３内の避雷線１１に電気的に接続されている。このナセル３内の避雷線１１は、タワー２内の避雷線１２を通して設置面Ｔに接地されている。
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。
【００２４】
架空地線または導電帯８の材質としては、架空地線送電線の架空地線として採用されている亜鉛めっき鋼より線（ＪＩＳ Ｇ １９８８）、アルミニウム覆鋼より線（ＪＣＳ−３８９−１９８４）、鋼心アルミニウム合金より線系電線、または硬銅より線（ＪＩＳ Ｃ ３１０５）または銅合金より線等を使用することができる。導電帯の材質としては、銅、銅合金、鉄、鉄合金を使用することができる。
【００２５】
図１に示すように、風力発電装置１では、風車のブレード４の先端部の突き出しアーム７同士を架空地線または導電帯８で直線的に接続させ、風車が回転してどの位置になっても架空地線または導電帯８がブレード４を遮蔽させる構造となるように、架空地線または導電帯８を接続している。従って、風力発電装置１は、ブレード４を遮蔽するようにブレード４の先端部に架空地線または導電帯８を装備することで、ブレード４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。
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。
【００２６】
本発明の実施形態の場合には、各ブレード４間を架空地線または導電帯８をクランプ等によりブレード４に若干の弛みは出るものの直線的に引き留める方式である。架空地線または導電帯８はブレード４を半径方向とする円環状に形状を維持する必要がないため、架空地線または導電帯８のサイズを小さくすることが可能となる。これにより、本発明の実施形態の風力発電装置１の耐雷装置１０は、通常の円環状のアースリングを取り付ける方式に比べて軽量にすることができ、風車の回転負荷への影響は小さくなる。
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。
【表１】
表１に示すように、本発明の実施形態の架空地線もしくは導電帯８の長さは、通常の円環状の場合のシールドアース長に比べて８３％まで短くして軽量化することができる。
【００２７】
架空地線８は落雷による溶断特性から、架空地線８が亜鉛めっき鋼より線、硬銅より線または銅合金より線の場合の断面積は、５．５mm2から１００ｍｍ2、架空地線８がアルミ覆鋼より線の場合の断面積は、６．５mm2から１００mm2、架空地線８が鋼心アルミ合金より線の場合の断面積は、２５mm2から１６０mm2とする。架空地線に代えて導電帯を使用する場合には、材質としては銅、銅合金、鋼、鉄製の部材を使用する。導電帯のサイズは架空地線と同等のサイズとし、鉄より線の場合の断面積は架空地線亜鉛めっき鋼より線と同じサイズにする。
【００２８】
一般的に高圧架空送電線用の架空地線の断面積は、亜鉛めっき鋼より線の場合には２２mm2から１００mm2、アルミ覆鋼より線の場合には３８mm2から１５０mm2、鋼心アルミ合金より線の場合には、７９mm2から１６０mm2が使用されている。架空送電線は、こう長が長く山間部を通過している線路が多く、また電力輸送の信頼性を必要とするため、想定される落雷電荷量および短絡時容量に耐える設計の電線サイズが必要とされている。また、架空送電鉄塔などの支持物は強度が強いため、太い電線サイズの架空地線を高張力で架線することが可能である。しかし、風力発電装置１に対しては、風車への回転負荷をできるだけ小さくすることが望ましいため、できる限り細い電線が望まれる。
【００２９】
一般的に落雷エネルギー（電荷量）は、夏季雷で大部分が３〜９０クーロン（以下、Ｃと記載）、代表値が２５Ｃ、冬季雷では、２０Ｃ以上と言われている（非特許文献２・・「財団法人電力中央研究所 電力中央研究所報告 １８３５１７ 直流アークによる架空地線の素線溶断特性 ｐ１３ ,３１」を参照）。
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。
【表２】
計算例 (1)の場合 アルミ合金より線外径3.5mmの断面積は9.6mm2である。100Cで必要な断面積は9.6×４本=38.4mm2
25Cでは38.4mm2×25C÷100Ｃ=9.6mm2 の断面積が必要となる。
【００３０】
硬銅より線の溶断特性とアルミ複合アルミ合金より線（ＡＣＡＲ）の溶断時間の比率は表３に示す通り、１００：５７となる（非特許文献３・・「財団法人電力中央研究所 ６９５４７ 技術研究所依頼報告 架空送電線用アルミ合金より線の溶断特性 ｐ２０」を参照。）ことから、アルミ線の耐雷特性の（１００÷５７）倍の耐雷特性を有していると言える（表３）。
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。
【表３】
表２と表３の結果から、２５Cの耐雷特性を有する各電線サイズについて表４に示す。
【表４】
【００３１】
図１（Ａ）に示すように、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，望ましくは片側３５度以下になるように配置する。すなわち、図１（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１（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、３５度以下である。
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。
【００３２】
各ブレード４間に架空地線８を接続する場合には、引き留め方法によっては、架空地線または導電帯８に弛みが生じやすくなる。この弛みがブレード４の回転による遠心力により、ブレード４間の張力の不均一を生じさせ、ブレード４の劣化を進行させる可能性がある。このため、架空地線または導電帯８の取り付け金具には、弛みを調整することが可能な弛み防止治具、もしくは弛みを調整することが可能なクランプを使用する必要がある。
【００３３】
夏季の雷は雷雲が高いため、高構造物に直線的に落雷する。したがって、本発明者は、架空地線または導電帯８の遮蔽角θ１、θ２を３５度以下にすることで、その遮蔽角以内の構造物には落雷を防ぐことが可能であり、本発明の実施形態における風車における遮蔽角θ１、θ２も、３５度以下にすることで、落雷防止効果があることを見出した。
【００３４】
通常の雷であれば、ブレード４の先端に取り付けた架空地線または導電帯８で雷撃を捕捉できるが、冬季の雷は雷雲が低いため、落雷対象物の高さによらず、低構造物にも落雷する。この場合、架空地線または導電帯８の遮蔽角が大きいと架空地線または導電帯８で落雷を捕捉できずに、雷は回り込んで、ブレード４に落雷する。そこで、図７（Ｂ）に示すように、遮蔽角θ１、θ２を１０度以下にすることにより、冬季雷においても架空地線または導電帯８により落雷を捕捉し、ブレード４への落雷防止が可能となることを見出した。
【００３５】
遮蔽角とは、架空地線または導電帯８の下部に配置させた遮蔽対象物とのなす角であり、0度とは架空地線または導電帯８の直下に遮蔽対象物が位置していることを意味する。遮蔽角がプラスの場合は遮蔽対象物が架空地線または導電帯８の線下よりも外側に出た状態（例えば図１(B)）であり、逆に遮蔽角がマイナスの場合は、遮蔽対象物が架空地線または導電帯８よりも内側に遮へいされた状態（例えば図５(B)）である。
【００３６】
次に、図２〜図４を参照して本発明の別の実施形態を説明する。
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。
【００３７】
図３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２３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。避雷線９は、クランプ２３を用いて架空地線または導電帯８に電気的に接続され、かつ避雷線９は、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。
【００３８】
図５は、本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図５（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図５（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
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。
【００３９】
突き出しアーム７に片側２条の架空地線または導電帯８を設置させる。突き出しアーム７は、架空地線または導電帯８を２条取り付け可能な装置とする。ブレード４の先端部には、導電性の突き出しアーム７、または内部に導電線を収納した非導電性の突き出しアーム７を取り付ける。突き出しアーム７には、架空地線または導電材８を装着する構造とする。架空地線または導電帯８の弛みを調整するために治具を使用する場合もある。これにより、風力発電装置１は、ブレード４を遮蔽するようにブレード４の先端部に架空地線または導電帯８を装備することで、ブレード４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。
【００４０】
図６は、風力発電装置１の近傍に、避雷鉄塔３０を設置した落雷対策例を示す図である。
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。
【００４１】
図７は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、図７（Ａ）は、風力発電装置１の正面図であり、図７（Ｂ）は、風力発電装置１を示す側面図である。
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。
【００４２】
図７（Ａ）に示す架空地線または導電帯８がブレード４の幅の中心線と成す遮蔽角θ１と、図７（Ｂ）に示す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遮蔽角θ２がそれぞれ１0度以下となるように、突き出しアーム７の長さを設定して、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。
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。
【００４３】
図８は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、図８（Ａ）は、風力発電装置１の正面図であり、図８（Ｂ）は、風力発電装置１を示す側面図である。
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。
【００４４】
図９は、図８に示すクランプ４５とブレード金具４６の取り付けの具体例を示している。
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。
【００４５】
ブレード４内もしくはブレード４の表面の避雷線９と、ブレード４の外周に架線させた架空地線または導電帯８とを電気的に接続させて、架空地線または導電帯８は、図１に示す本発明の実施形態と同様にして、ナセル３の内部の避雷線１１と、タワー２の避雷線１２を通じて、設置面Ｔに接地されている。これにより、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で避雷対策が可能である。
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。
【００４６】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。例えば、ブレード４の先端部間において、架空地線または導電帯８が、それぞれ３本以上接続されていても良い。ブレードの数は４つ以上であっても良い。架空地線または導電帯は、ブレードの外面全周または一部に配置することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 風力発電装置
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関し、特に風力発電用風車のブレードに落雷するのを防止する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンエネルギーの利用拡大に伴い、風力発電装置が各地に設置されてきており、特に近年では、６００MW、１０００MWといった大型の風力発電装置が導入されてきている。大型の風力発電装置は、風が強い地域や、丘陵地や、風の吹き抜ける場所や、洋上など風を妨げる障害物が少ない場所に設置される（特許文献1を参照。）。
【０００３】
大型の風力発電装置では、地上からブレード頂部までが１００ｍ超の高さとなるため、風力発電装置への落雷の被害が多い。特に、ブレード（羽根）に落雷し、ブレードの損傷、破損などが発生している（非特許文献１を参照。）。従来は、ブレードへの落雷対策として、ブレードに受電部としてのレセプタを取り付けて、落雷をこのレセプタに集中させる方法が採用されてきた。もしくは、風車発電装置への落雷を保護するために、風車を遮蔽する位置に独立避雷鉄塔（避雷鉄塔）を設置している。
【０００４】
また、風力発電装置の上空を遮蔽する目的で、風力発電装置の両側に鉄塔を建設し、その間に架空地線を架線し、風力発電装置を遮蔽する方法も提案されている（特許文献２を参照。）。さらに、風力発電装置のブレードの外周に円環状のアースリングを配置する方法が提案されている（特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４６８１号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電気評論2008.9 特集 自然災害対策の動向 風力発電設備の災害対策 ｐ．47-49」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上述したブレードに対してレセプタを取り付ける方式では、落雷のエネルギーが大きい場合にはレセプタが溶断して、ブレードをも損傷や破壊させる場合がある。また、ブレードのどの位置に落雷するか不確定であるため、ブレードに対して複数のレセプタを配置したり、発生地域別に取り付け数量を選定する作業が必要である。
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。
【０００８】
ウィンドファーム等の場合では、すべての風車発電装置を遮蔽するためには、複数の高構造物の避雷鉄塔を建設する必要があるが、完全に全ての風車発電装置を遮蔽することは不可能であり、また、避雷鉄塔の建設コストがかかってしまう。
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。
【０００９】
ブレードの外周に円環状のアースリングを取り付けて、アース端子を介して地面に放流させる場合では、アースリングは頑丈な材料を使用して作られかつ形状維持のための大きさが必要となるために、アースリングの重量も大きくなり風車の回転負荷に影響する。
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解消するために、本発明の風力発電装置は、複数のブレードの先端部により架空地線または導電帯が接続され、前記架空地線または導電帯は、接地されていることを特徴とする。上記構成によれば、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明の風力発電装置では、前記架空地線が、亜鉛めっき鋼より線またはアルミ覆鋼より線、鋼心アルミ合金より線、硬銅より線、または銅合金より線であることを特徴とする。本発明の風力発電装置では、前記硬銅より線または前記銅合金より線の電線サイズが５．５mm2〜１００mm2、前記アルミニウム覆鋼より線の電線サイズが６．５mm2〜１００mm2、前記鋼心アルミ合金より線の電線サイズが２５mm2〜１６０mm2であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の風力発電装置では、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したことを特徴とする。上記構成によれば、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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、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な風力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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２】ブレードの突き出しアームに対する架空地線もしくは導電帯の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
【図３】ブレードの突き出しアームに対する架空地線もしくは導電帯の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
【図４】ブレードの突き出しアームに対する架空地線もしくは導電帯の異なる取り付け構造例を示す正面図である。
【図５】本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図５（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図５（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【図６】風力発電装置の近傍に、避雷鉄塔を設置した落雷対策例を示す図である。
【図７】本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図７（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図７（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【図８】本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図８（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図８（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【図９】図８に示すクランプの取り付けの具体例を示す図である。
【図１０】本発明の風力発電装置の別の実施形態を示しており、図１０（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図１０（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
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。
【００１９】
図１に示すブレードの基部５には、１２０度毎に、３つのブレード４が半径方向に沿って取り付けられている。３つのブレード４は、風力発電用風車を構成している。これらのブレード４と基部５が回転することで、発電機の出力軸が回転して発電できる。耐雷装置１０は、複数本の架空地線または導電帯８と、３つの複数の突き出しアーム７と、避雷線９，１１，１２を有している。架空地線または導電帯８は、各ブレード４の前側に１条装着されている。
【００２０】
図１に示す各ブレード４は、基部５側から先端部６側に向けて先細りになるように形成されている。各ブレード４の先端部６には、突き出しアーム７が取り付けられている。突き出しアーム７は、金属製もしくは非金属製の部材であり、突き出しアーム７には、架空地線または導電帯８を把持または固定できるクランプまたはその他の固定装置が取り付けられている。
【００２１】
図１に示す突き出しアーム７が非金属製の部材である場合には、突き出しアーム７の内部もしくは突き出しアーム７の表面に、導電線を取り付ける。架空地線または導電帯８は、隣の突き出しアーム７間において直線的になるように配線して取り付けられている。各ブレード４内には避雷線９が長手方向に沿って貫通するようにして内蔵されており、ナセル３内には避雷線１１が内蔵され、タワー２内には避雷線１２が貫通するようにして内蔵されている。架空地線または導電帯８は、避雷線９，１１，１２に電気的に接続されている。例えば避雷線９は、電気ブラシ等の回転接触方式等でナセル３内の避雷線１１に電気的に接続されている。
【００２２】
図１に示す突き出しアーム７が金属製の部材である場合には、架空地線または導電帯８は、金属製の突き出しアーム７を介してブレード４の表面または避雷線９に電気的に接続させ、しかも電気ブラシ等の回転接触方式等でナセル３内の避雷線１１に電気的に接続されている。このナセル３内の避雷線１１は、タワー２内の避雷線１２を通して設置面Ｔに接地されている。
【００２３】
あるいは、突き出しアーム７が非金属製の部材である場合には、架空地線または導電帯８は、非金属製の突き出しアーム７の導電線を介してブレード４の表面または避雷線９に電気的に接続させ、しかも電気ブラシ等の回転接触方式等でナセル３内の避雷線１１に電気的に接続されている。このナセル３内の避雷線１１は、タワー２内の避雷線１２を通して設置面Ｔに接地されている。
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。
【００２４】
架空地線または導電帯８の材質としては、架空地線送電線の架空地線として採用されている亜鉛めっき鋼より線（ＪＩＳ Ｇ １９８８）、アルミニウム覆鋼より線（ＪＣＳ−３８９−１９８４）、鋼心アルミニウム合金より線系電線、または硬銅より線（ＪＩＳ Ｃ ３１０５）または銅合金より線等を使用することができる。導電帯の材質としては、銅、銅合金、鉄、鉄合金を使用することができる。
【００２５】
図１に示すように、風力発電装置１では、風車のブレード４の先端部の突き出しアーム７同士を架空地線または導電帯８で直線的に接続させ、風車が回転してどの位置になっても架空地線または導電帯８がブレード４を遮蔽させる構造となるように、架空地線または導電帯８を接続している。従って、風力発電装置１は、ブレード４を遮蔽するようにブレード４の先端部に架空地線または導電帯８を装備することで、ブレード４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。
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。
【００２６】
本発明の実施形態の場合には、各ブレード４間を架空地線または導電帯８をクランプ等によりブレード４に若干の弛みは出るものの直線的に引き留める方式である。架空地線または導電帯８はブレード４を半径方向とする円環状に形状を維持する必要がないため、架空地線または導電帯８のサイズを小さくすることが可能となる。これにより、本発明の実施形態の風力発電装置１の耐雷装置１０は、通常の円環状のアースリングを取り付ける方式に比べて軽量にすることができ、風車の回転負荷への影響は小さくなる。
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。
【表１】
表１に示すように、本発明の実施形態の架空地線もしくは導電帯８の長さは、通常の円環状の場合のシールドアース長に比べて８３％まで短くして軽量化することができる。
【００２７】
架空地線８は落雷による溶断特性から、架空地線８が亜鉛めっき鋼より線、硬銅より線または銅合金より線の場合の断面積は、５．５mm2から１００ｍｍ2、架空地線８がアルミ覆鋼より線の場合の断面積は、６．５mm2から１００mm2、架空地線８が鋼心アルミ合金より線の場合の断面積は、２５mm2から１６０mm2とする。架空地線に代えて導電帯を使用する場合には、材質としては銅、銅合金、鋼、鉄製の部材を使用する。導電帯のサイズは架空地線と同等のサイズとし、鉄より線の場合の断面積は架空地線亜鉛めっき鋼より線と同じサイズにする。
【００２８】
一般的に高圧架空送電線用の架空地線の断面積は、亜鉛めっき鋼より線の場合には２２mm2から１００mm2、アルミ覆鋼より線の場合には３８mm2から１５０mm2、鋼心アルミ合金より線の場合には、７９mm2から１６０mm2が使用されている。架空送電線は、こう長が長く山間部を通過している線路が多く、また電力輸送の信頼性を必要とするため、想定される落雷電荷量および短絡時容量に耐える設計の電線サイズが必要とされている。また、架空送電鉄塔などの支持物は強度が強いため、太い電線サイズの架空地線を高張力で架線することが可能である。しかし、風力発電装置１に対しては、風車への回転負荷をできるだけ小さくすることが望ましいため、できる限り細い電線が望まれる。
【００２９】
一般的に落雷エネルギー（電荷量）は、夏季雷で大部分が３〜９０クーロン（以下、Ｃと記載）、代表値が２５Ｃ、冬季雷では、２０Ｃ以上と言われている（非特許文献２・・「財団法人電力中央研究所 電力中央研究所報告 １８３５１７ 直流アークによる架空地線の素線溶断特性 ｐ１３ ,３１」を参照）。
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。
【表２】
計算例 (1)の場合 アルミ合金より線外径3.5mmの断面積は9.6mm2である。100Cで必要な断面積は9.6×４本=38.4mm2
25Cでは38.4mm2×25C÷100Ｃ=9.6mm2 の断面積が必要となる。
【００３０】
硬銅より線の溶断特性とアルミ複合アルミ合金より線（ＡＣＡＲ）の溶断時間の比率は表３に示す通り、１００：５７となる（非特許文献３・・「財団法人電力中央研究所 ６９５４７ 技術研究所依頼報告 架空送電線用アルミ合金より線の溶断特性 ｐ２０」を参照。）ことから、アルミ線の耐雷特性の（１００÷５７）倍の耐雷特性を有していると言える（表３）。
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。
【表３】
表２と表３の結果から、２５Cの耐雷特性を有する各電線サイズについて表４に示す。
【表４】
【００３１】
図１（Ａ）に示すように、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，望ましくは片側３５度以下になるように配置する。すなわち、図１（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１（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、３５度以下である。
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。
【００３２】
各ブレード４間に架空地線８を接続する場合には、引き留め方法によっては、架空地線または導電帯８に弛みが生じやすくなる。この弛みがブレード４の回転による遠心力により、ブレード４間の張力の不均一を生じさせ、ブレード４の劣化を進行させる可能性がある。このため、架空地線または導電帯８の取り付け金具には、弛みを調整することが可能な弛み防止治具、もしくは弛みを調整することが可能なクランプを使用する必要がある。
【００３３】
夏季の雷は雷雲が高いため、高構造物に直線的に落雷する。したがって、本発明者は、架空地線または導電帯８の遮蔽角θ１、θ２を３５度以下にすることで、その遮蔽角以内の構造物には落雷を防ぐことが可能であり、本発明の実施形態における風車における遮蔽角θ１、θ２も、３５度以下にすることで、落雷防止効果があることを見出した。
【００３４】
通常の雷であれば、ブレード４の先端に取り付けた架空地線または導電帯８で雷撃を捕捉できるが、冬季の雷は雷雲が低いため、落雷対象物の高さによらず、低構造物にも落雷する。この場合、架空地線または導電帯８の遮蔽角が大きいと架空地線または導電帯８で落雷を捕捉できずに、雷は回り込んで、ブレード４に落雷する。そこで、図７（Ｂ）に示すように、遮蔽角θ１、θ２を１０度以下にすることにより、冬季雷においても架空地線または導電帯８により落雷を捕捉し、ブレード４への落雷防止が可能となることを見出した。
【００３５】
遮蔽角とは、架空地線または導電帯８の下部に配置させた遮蔽対象物とのなす角であり、0度とは架空地線または導電帯８の直下に遮蔽対象物が位置していることを意味する。遮蔽角がプラスの場合は遮蔽対象物が架空地線または導電帯８の線下よりも外側に出た状態（例えば図１(B)）であり、逆に遮蔽角がマイナスの場合は、遮蔽対象物が架空地線または導電帯８よりも内側に遮へいされた状態（例えば図５(B)）である。
【００３６】
次に、図２〜図４を参照して本発明の別の実施形態を説明する。
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。
【００３７】
図３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２３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。避雷線９は、クランプ２３を用いて架空地線または導電帯８に電気的に接続され、かつ避雷線９は、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。
【００３８】
図５は、本発明の風力発電装置のさらに別の実施形態を示しており、図５（Ａ）は、風力発電装置の正面図であり、図５（Ｂ）は、風力発電装置の側面図である。
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。
【００３９】
突き出しアーム７に片側２条の架空地線または導電帯８を設置させる。突き出しアーム７は、架空地線または導電帯８を２条取り付け可能な装置とする。ブレード４の先端部には、導電性の突き出しアーム７、または内部に導電線を収納した非導電性の突き出しアーム７を取り付ける。突き出しアーム７には、架空地線または導電材８を装着する構造とする。架空地線または導電帯８の弛みを調整するために治具を使用する場合もある。これにより、風力発電装置１は、ブレード４を遮蔽するようにブレード４の先端部に架空地線または導電帯８を装備することで、ブレード４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。
【００４０】
図６は、風力発電装置１の近傍に、避雷鉄塔３０を設置した落雷対策例を示す図である。
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。
【００４１】
図７は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、図７（Ａ）は、風力発電装置１の正面図であり、図７（Ｂ）は、風力発電装置１を示す側面図である。
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。
【００４２】
図７（Ａ）に示す架空地線または導電帯８がブレード４の幅の中心線と成す遮蔽角θ１と、図７（Ｂ）に示す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遮蔽角θ２がそれぞれ１0度以下となるように、突き出しアーム７の長さを設定して、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。
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。
【００４３】
図８は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、図８（Ａ）は、風力発電装置１の正面図であり、図８（Ｂ）は、風力発電装置１を示す側面図である。
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。
【００４４】
図９は、図８に示すクランプ４５とブレード金具４６の取り付けの具体例を示している。
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。
【００４５】
ブレード４内もしくはブレード４の表面の避雷線９と、ブレード４の外周に架線させた架空地線または導電帯８とを電気的に接続させて、架空地線または導電帯８は、図１に示す本発明の実施形態と同様にして、ナセル３の内部の避雷線１１と、タワー２の避雷線１２を通じて、設置面Ｔに接地されている。これにより、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で避雷対策が可能である。
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。
【００４６】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。例えば、ブレード４の先端部間において、架空地線または導電帯８が、それぞれ３本以上接続されていても良い。ブレードの数は４つ以上であっても良い。架空地線または導電帯は、ブレードの外面全周または一部に配置することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 風力発電装置
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のブレードの先端部により架空地線または導電帯が接続され、前記架空地線または導電帯は、接地されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
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に記載の風力発電装置。
【請求項３】
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に記載の風力発電装置。
【請求項４】
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１〜３のいずれか１つの項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記架空地線が、亜鉛めっき鋼より線、アルミニウム覆鋼より線、鋼心アルミニウム合金より線、硬銅より線、または銅合金より線であることを特徴とする請求項１〜４に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記亜鉛めっき鋼より線、前記硬銅より線または前記銅合金より線の断面積が５．５mm2〜１００mm2、前記アルミニウム覆鋼より線の断面積が６．５mm2〜１００mm2、前記鋼心アルミ合金より線の断面積が２５mm2〜１６０mm2であることを特徴とする請求項５に記載の風力発電装置。
【請求項７】
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１〜６のいずれか１つの項に記載の風力発電装置。
【請求項１】
複数のブレードの先端部により架空地線または導電帯が接続され、前記架空地線または導電帯は、接地されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
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に記載の風力発電装置。
【請求項３】
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に記載の風力発電装置。
【請求項４】
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１〜３のいずれか１つの項に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記架空地線が、亜鉛めっき鋼より線、アルミニウム覆鋼より線、鋼心アルミニウム合金より線、硬銅より線、または銅合金より線であることを特徴とする請求項１〜４に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記亜鉛めっき鋼より線、前記硬銅より線または前記銅合金より線の断面積が５．５mm2〜１００mm2、前記アルミニウム覆鋼より線の断面積が６．５mm2〜１００mm2、前記鋼心アルミ合金より線の断面積が２５mm2〜１６０mm2であることを特徴とする請求項５に記載の風力発電装置。
【請求項７】
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１〜６のいずれか１つの項に記載の風力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−８０３７４（Ｐ２０１１−８０３７４Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３１３４６（Ｐ２００９−２３１３４６）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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