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JP7680757B2 - Lightning-suppressed wind power generation equipment and wind turbines for wind power generation - Google Patents
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Lightning-suppressed wind power generation equipment and wind turbines for wind power generation Download PDF

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Description

本発明は、風力発電設備への落雷を抑制して、風力発電設備を雷害から保護する機能を備えた落雷抑制型風力発電設備、及び風力発電用風車に関するものである。 The present invention relates to a lightning-suppression wind power generation facility that has the function of suppressing lightning strikes on the wind power generation facility and protecting the wind power generation facility from lightning damage, and a wind turbine for wind power generation.

落雷は大気中で起こる放電現象であり、雷放電には雲内放電、雲間放電、雲-大地間放電等があり、雷放電で大きな被害を出すのは雲-大地間放電(以下、落雷)である。
落雷(対地放電)は、通常、積乱雲(いわゆる雷雲と呼ばれる雲)の下で発生し、雲内の電荷量が大きくなり、地上との間の空気の絶縁破壊を超えるような強い電場が形成された時に発生する。
ここで、落雷のメカニズムについて、下記により詳述する。
Lightning is an electrical discharge that occurs in the atmosphere. There are various types of lightning discharge, including intracloud discharge, intercloud discharge, and cloud-to-ground discharge. Of these, it is cloud-to-ground discharge (hereafter referred to as lightning) that causes the most damage.
Lightning (electrical discharge to the ground) usually occurs under cumulonimbus clouds (clouds commonly known as thunderclouds) when the amount of electric charge inside the cloud becomes so large that a strong electric field is formed that exceeds the electrical breakdown of the air between the cloud and the ground.
The mechanism of lightning strikes will now be described in more detail below.

雲内には正負の電荷が生成し蓄積されるが、これは上昇気流と様々な大気中の温度帯を通過する粒子(あられ、氷晶、水滴など)の相互作用によって大きくなる。
即ち、まず、地表付近の湿潤な大気が上昇気流により上空に輸送され、高度とともに大気の温度が下がるため、やがて水蒸気の飽和状態となる。
そして、-10度を境に、あられは負に、氷晶は正に帯電し、軽い氷晶は上昇気流により上方へ、重いあられは下方に位置することになり、雲内に正・負の電荷が分布することになる。
一方、地表では、雲底の電荷に対応した反対極性の電荷(正電荷)が静電誘導作用によって集まり、蓄積されるにつれ、雲と大地間の電圧が高まり、最終的には大気による絶縁を破壊して電気的に結びつくことで地表との間で放電が起こる。
Positive and negative charges are generated and accumulated within clouds by the interaction of rising air currents and particles (e.g., hail, ice crystals, water droplets) passing through various atmospheric temperature zones.
First, moist air near the ground surface is transported upward by rising air currents, and as the temperature of the air decreases with altitude, it eventually becomes saturated with water vapor.
And at the -10 degree mark, hail becomes negatively charged and ice crystals become positively charged, with the lighter ice crystals being transported upward by the updraft and the heavier hail being transported downward, resulting in a distribution of positive and negative charges within the cloud.
Meanwhile, on the ground, charges of the opposite polarity (positive charges) corresponding to the charge at the cloud base gather and accumulate due to electrostatic induction, and as this accumulates, the voltage between the cloud and the ground increases. Eventually, the insulation by the atmosphere is broken down, forming an electrical connection, causing a discharge between the cloud and the ground.

また、地表付近の電場が晴天電場(1メートルあたり+100~200ボルト程度)の100~150倍程度大きくならないと落雷は発生しない。なお、冬季雷の場合には、もう一桁大きく、地表付近の電場が晴天電場の1000倍以上に大きくなることもある。
そして、強い電場が地表付近に形成されると、地面から突起しているものからは、全て「コロナ放電」という正負のイオンが、上空の異符号の雷雲底に向けて放出されるようになる。これが、落雷直前に発生する、所謂「お迎え放電」という現象である。
In addition, lightning does not occur until the electric field near the ground is 100 to 150 times greater than the clear-weather electric field (approximately +100 to 200 volts per meter). In the case of winter lightning, the electric field near the ground can be an order of magnitude greater, more than 1,000 times greater than the clear-weather electric field.
When a strong electric field is formed near the ground, any protruding part of the ground will emit positive and negative ions called "corona discharge" toward the bottom of the thundercloud with the opposite charge in the sky. This is the phenomenon known as the "welcoming discharge" that occurs just before a lightning strikes.

このような落雷現象に対し、従来の雷保護概念では、落雷は防止できないものとの観点から、落雷を突針型避雷針(フランクリンロッド)で受けて大地に流す方式が大半であった。
即ち、従来の避雷針は、上記のお迎え放電現象を増長することで、避雷針自体に「積極的に」落雷(誘雷)させてしまう、というものであった。
In the conventional lightning protection concept, it was considered impossible to prevent lightning strikes, and so most methods involved receiving the lightning strike with a needle-type lightning rod (Franklin rod) and directing it to the ground.
In other words, conventional lightning rods exacerbate the above-mentioned phenomenon of backscattering, thereby "actively" inducing lightning to strike the rod itself.

これに対し、本発明者等は、落雷の発生を極力抑制することによって被保護体を保護すべく、特許文献1に示される落雷抑制装置を提案した。 In response to this, the inventors proposed a lightning strike suppression device, as shown in Patent Document 1, to protect the object to be protected by minimizing the occurrence of lightning strikes.

この落雷抑制装置は、電気絶縁体を挟んで配置される上部電極体及び下部電極体を有し、下部電極体のみを接地して構成したものである。 This lightning suppression device has an upper electrode and a lower electrode that are placed with an electrical insulator between them, with only the lower electrode being grounded.

そして、例えばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷(プラス電荷)が大地の表面に分布し、接地されている下部電極体もプラス電荷に帯電する。
この下部電極体の上には、空気層を含む絶縁体を介して上部電極体が配置されているため、これら上部電極体と下部電極体は、下部電極体が接地されたキャパシタとして機能することになる。
For example, when a thundercloud with negative charges distributed at its base approaches, the opposite charge (positive charges) is distributed on the surface of the earth, and the grounded lower electrode body also becomes positively charged.
An upper electrode body is placed on top of this lower electrode body via an insulator containing an air layer, so that the upper electrode body and the lower electrode body function as a capacitor with the lower electrode body grounded.

これにより、お迎え放電を発生する電荷が大地の表面から上部電極体の上面まで流れることを、キャパシタの放電破壊が発生するまで抑え込み、落雷の発生原因となるお迎え放電を抑制する。
この結果として、落雷抑制装置を中心とした保護領域において落雷を抑制できるようになった。
This prevents the charge that generates the lightning discharge from flowing from the ground surface to the top surface of the upper electrode body until discharge breakdown of the capacitor occurs, thereby suppressing the lightning discharge that causes lightning strikes.
As a result, it has become possible to suppress lightning strikes in a protected area centered around the lightning suppression device.

特許第5839331号公報Patent No. 5839331

ところで、近年、再生可能エネルギーによる発電装置として、風力発電設備が取り上げられている。 In recent years, wind power generation equipment has been gaining attention as a form of power generation using renewable energy.

この風力発電設備は、支柱の上部に、ナセルによって覆われた発電機を設置し、この発電機に、この発電機を回転駆動するための複数のブレードを装着した構成となっている。
また、上記ブレードは、大型のものでは、100mを超える長さを有しているものもある。
This wind power generation facility is configured such that a generator covered by a nacelle is installed on the top of a support column, and a plurality of blades are attached to this generator for rotating the generator.
Furthermore, some of the larger blades have a length of more than 100 m.

このように、風力発電設備の上部が、雷雲に近い位置に位置させられ、特にブレードの先端は、回転することにより雷雲に最も近い位置に近づくことから、このブレード先端に落雷しやすい。 In this way, the top of the wind power generation equipment is positioned close to the thunderclouds, and the tips of the blades in particular are closest to the thunderclouds as they rotate, making them more susceptible to lightning strikes.

このため、本発明者等は、風力発電設備への落雷の抑制ために、ブレードの先端に前述した落雷抑制機能を付与することが効果的である、という考えに至った。
一方で、ブレードの先端に前述した落雷抑制機能を付与した場合であっても、得られる効果は、飽くまでも落雷の「抑制」であり、落雷してしまう場合もある。
この場合、過渡的な所謂雷サージにより、ブレードや風力発電設備自体が損傷してしまう恐れがある。
For this reason, the inventors have come to the conclusion that it would be effective to impart the above-mentioned lightning suppression function to the tips of the blades in order to suppress lightning strikes on wind power generation facilities.
On the other hand, even if the tip of the blade is given the above-mentioned lightning suppression function, the effect obtained is merely to "suppress" lightning strikes, and there are cases in which lightning strikes may still occur.
In this case, there is a risk that the blades or the wind power generation facility itself may be damaged by a transient so-called lightning surge.

本発明は上記のような実状に鑑みてなされたものであり、ブレードに対する落雷抑制効果を付与すると共に、落雷した場合であっても、これによるブレード等の損傷を抑制することが可能な、落雷抑制型風力発電設備、及び風力発電用風車を提供することを課題とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a lightning-suppression type wind power generation facility and a wind turbine for wind power generation that can suppress lightning strikes on the blades and also suppress damage to the blades, etc., even if lightning strikes.

上記課題を解決するために、本発明は、風力発電用風車を備え、
前記風力発電用風車は、立設された支柱と、前記支柱の上部に設けられた発電機と、前記発電機を回転駆動する駆動軸に設けられたハブと、前記ハブに前記駆動軸を中心として放射状に設けられた複数のブレードと、前記ブレードの先端に設けられた帯電体と、前記ハブの内部空間に設けられたキャパシタと、前記ブレードをレセプタとする落雷の放電エネルギーの一部を熱エネルギーに変換する電気抵抗体と、を有し、
前記キャパシタは、接地された第1電極体と、前記第1電極体に電気絶縁層を介して対峙された第2電極体と、を含み、
前記第2電極体は、前記電気抵抗体を介して前記帯電体に接続されている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a wind turbine for wind power generation,
The wind turbine for wind power generation comprises an upright support, a generator attached to the top of the support, a hub attached to a drive shaft that rotates and drives the generator, a plurality of blades radially attached to the hub around the drive shaft, charged bodies attached to the tips of the blades, a capacitor provided in the internal space of the hub, and an electrical resistor that converts a portion of the discharge energy of a lightning strike, with the blades acting as receptors, into thermal energy;
The capacitor includes a first electrode body that is grounded, and a second electrode body that faces the first electrode body via an electrical insulating layer,
The second electrode body is connected to the charged body via the electrical resistor.

本発明によれば、例えば、支柱を地面に立設した場合、風力発電設備に、マイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷(プラス電荷)が地面の表面に分布し、同様に、接地されてキャパシタの一部を構成する第1電極体も、プラス電荷に帯電する。 According to the present invention, for example, if a support pillar is erected on the ground, when a thundercloud with negative charges distributed at the cloud base approaches the wind power generation facility, the opposite charge (positive charge) is distributed on the surface of the ground, and similarly, the first electrode body that is grounded and forms part of the capacitor is also positively charged.

この第1電極体には、電気絶縁層(空気層)を介して第2電極体が対峙させられているため、キャパシタの機能により第2電極体がマイナス電荷に帯電する。
そして、マイナス電荷に帯電した第2電極体に電気的に接続された帯電体もマイナス電荷に帯電する。
Since the second electrode body faces the first electrode body via an electrically insulating layer (air layer), the second electrode body is negatively charged by the function of a capacitor.
Then, the charged body electrically connected to the negatively charged second electrode body also becomes negatively charged.

このように、ブレード先端と雲底が同一電荷となると、落雷の発生原因となる、ブレード先端から雷雲に向かうお迎え放電を、キャパシタの放電破壊が発生するまで抑え込む。
このような作用により、最高位置に位置させられるブレードの先端周辺からの上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、ブレードおよびその周辺部への落雷が抑制される。
In this way, when the blade tip and the cloud base become the same charge, the oncoming discharge from the blade tip toward the thundercloud, which is the cause of lightning strikes, is suppressed until discharge breakdown of the capacitor occurs.
Due to this action, the generation of upward streamers around the tips of the blades positioned at the highest positions is reduced, and lightning strikes on the blades and their surrounding areas are suppressed.

ここで、本発明では、第2電極体は、電気抵抗体を介して帯電体に接続されている。
これにより、ブレードに落雷した場合であっても、雷撃時の電圧および放電エネルギーを、電気抵抗体及び接地線に分散させることができ、この結果、ブレードを含む風力発電設備の損傷を低減することができる。
また、雷撃時の発熱を電気抵抗体に亘って分散させることができ、この結果、ブレードの局所加熱を防止することができる。
Here, in the present invention, the second electrode body is connected to the charged body via an electric resistor.
This means that even if lightning strikes a blade, the voltage and discharge energy from the lightning strike can be dispersed to the electrical resistor and the ground wire, thereby reducing damage to the wind power generation equipment, including the blades.
In addition, heat generated during a lightning strike can be dispersed over the electrical resistor, thereby preventing localized heating of the blade.

この他、本発明では、前述したお迎え放電の発生を押さえ込む機器の主要部を構成するキャパシタを、ハブの内部空間に設置している。
これにより、ハブの内部空間のデッドスペースを活用して、機器の設置に際し、新たな設置スペースを設けることなく、且つブレードへの加工を行なうことなく設置することができる。
また、落雷抑制のための機器を、ハブ、即ちブレードによって回転させられる駆動軸の回転中心線上に位置させることができるので、機器の回転中心と駆動軸の回転中心を容易に一致させることができる。
In addition, in the present invention, the capacitor that constitutes the main part of the device for suppressing the occurrence of the aforementioned return discharge is installed in the internal space of the hub.
This makes it possible to utilize the dead space inside the hub, and equipment can be installed without providing new installation space or requiring any processing on the blades.
In addition, since the lightning suppression equipment can be positioned on the center line of rotation of the drive shaft that is rotated by the hub, i.e., the blades, the center of rotation of the equipment can easily be aligned with the center of rotation of the drive shaft.

本発明の好ましい形態では、前記電気抵抗体は、前記ブレードの略全長に亘って延びる略細長形状を呈している。 In a preferred embodiment of the present invention, the electrical resistor has a generally elongated shape that extends along substantially the entire length of the blade.

このような構成とすることで、雷撃時にブレードが受ける電圧や放電エネルギー、ブレードの発熱を、より効果的に分散させることができる。 This configuration makes it possible to more effectively disperse the voltage, discharge energy, and heat generated by the blades during a lightning strike.

本発明の好ましい形態では、前記電気抵抗体は、その両端部で前記帯電体及び前記第2電極体に接続される支持筒と、前記支持筒の内部に封入される非金属発熱体と、により形成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the electrical resistor is formed by a support tube connected at both ends to the charged body and the second electrode body, and a non-metallic heating element enclosed inside the support tube.

このような構成とすることで、電気抵抗体の製造において、設置場所の環境等に合わせて、封入される非金属発熱体として適切な素材を選択することができ、製造上の利便性が向上する。 This configuration allows the manufacturer to select an appropriate material for the non-metallic heating element to be enclosed in the electrical resistor, depending on the environment of the installation location, improving manufacturing convenience.

本発明の好ましい形態では、前記第1電極体及び前記第2電極体は、導電性材料によって、それぞれ径の異なる筒状体として形成され、且つ略同軸上に配置され、前記第1電極体及び前記第2電極体の間に、前記電気絶縁層が形成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the first electrode body and the second electrode body are formed as cylindrical bodies of different diameters from a conductive material and are arranged approximately coaxially, and the electrical insulation layer is formed between the first electrode body and the second electrode body.

このような構成とすることで、電気絶縁層として絶縁効果の高い空気を用いることにより、電荷を各電極体へ確実に帯電させることができると共に、キャパシタの構成部材を少なくし、キャパシタのコスト低減を図ることができる。 With this configuration, air, which has a high insulating effect, is used as the electrical insulation layer, which ensures that each electrode body is charged with electric charge, while also reducing the number of components that make up the capacitor, thereby reducing the cost of the capacitor.

本発明の好ましい形態では、前記第1電極体と前記第2電極体との間に、単位キャパシタが複数配置されている。 In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of unit capacitors are disposed between the first electrode body and the second electrode body.

このような構成とすることで、第1電極体と第2電極体との間隔を均一かつ強固に連結して、電気絶縁層を確実に形成することができるとともに、キャパシタの剛性を高めることができる。 This configuration allows the first electrode body and the second electrode body to be connected uniformly and firmly, reliably forming an electrical insulation layer and increasing the rigidity of the capacitor.

本発明の好ましい形態では、前記複数の単位キャパシタは、前記第1電極体と前記第2電極体との間に、これらの中心線を中心として放射状に配置されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of unit capacitors are arranged radially between the first electrode body and the second electrode body, with the center line of the first electrode body as the center.

このような構成とすることで、単位キャパシタの重量を駆動軸の回転中心周りに容易に均一に配分して、ブレードや駆動軸の回転を円滑なものとすることができる。 This configuration makes it easy to distribute the weight of the unit capacitors evenly around the center of rotation of the drive shaft, ensuring smooth rotation of the blades and drive shaft.

また、本発明は、風力発電用風車であって、
ブレードの先端に設けられた落雷抑制手段と、前記ブレードをレセプタとする落雷の放電エネルギーの一部を熱エネルギーに変換する電気抵抗体と、を有し、
前記落雷抑制手段は、内部空間を有する略球殻状に形成された第1電極体と、前記内部空間に前記第1電極体と間隔をおいて配置された第2電極体と、前記第1電極体と前記第2電極体との間に介装された電気絶縁体と、を含み、
前記電気抵抗体は、前記ブレードの延びる方向に沿って延びる略細長形状を呈し、
前記第1電極体の殻壁の一部には、前記内部空間を外部へ連通させる開口部が形成されていると共に、この開口部の縁部から外方へ向かう連結筒が突設され、
前記第2電極体には、前記連結筒および前記開口部に挿通させられた前記電気抵抗体の一端が固定され、
前記電気絶縁体は、前記連結筒の内外面および前記電気抵抗体を覆って設けられていると共に、電気絶縁材料によって形成された連結手段によって、前記連結筒と共に前記電気抵抗体に固定され、
前記電気抵抗体の他端は、接地された接地線に電気的に接続されている。
The present invention also provides a wind turbine for wind power generation,
The lightning suppression means is provided at the tip of the blade, and an electric resistor converts a part of the discharge energy of the lightning, which uses the blade as a receptor, into thermal energy,
the lightning suppression means includes a first electrode body formed in a substantially spherical shell shape having an internal space, a second electrode body arranged in the internal space at a distance from the first electrode body, and an electrical insulator interposed between the first electrode body and the second electrode body;
The electrical resistor has a generally elongated shape extending along the extension direction of the blade,
An opening is formed in a part of a shell wall of the first electrode body to connect the internal space to the outside, and a connecting tube is provided protruding outward from an edge of the opening,
One end of the electrical resistor inserted through the connecting tube and the opening is fixed to the second electrode body,
the electrical insulator is provided to cover the inner and outer surfaces of the connecting tube and the electrical resistor, and is fixed to the connecting tube and the electrical resistor by a connecting means formed of an electrical insulating material;
The other end of the electrical resistor is electrically connected to a ground wire.

本発明によれば、ブレードから雷雲へ向かう上向きストリーマの発生が起こりにくくし、落雷の発生を抑制することができると共に、電気抵抗体により、ブレードへの落雷時における、ブレードを含む風力発電設備の損傷を低減し、ブレードの局所加熱を防止することができる。 The present invention makes it difficult for upward streamers to form from the blades toward the thunderclouds, suppressing the occurrence of lightning strikes, while the electrical resistor reduces damage to the wind power generation equipment, including the blades, when lightning strikes the blades, and prevents localized heating of the blades.

本発明によれば、ブレードに対する落雷抑制効果を付与すると共に、落雷した場合であっても、これによるブレード等の損傷を抑制することが可能な、落雷抑制型風力発電設備、及び風力発電用風車を提供することができる。 The present invention provides a lightning-suppression wind power generation facility and a wind turbine for wind power generation that can suppress lightning strikes on the blades and also suppress damage to the blades, etc., even if lightning strikes.

本発明の実施形態に係る落雷抑制型風力発電設備を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a lightning-suppressed wind power generation facility according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る風力発電用風車の上部を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an upper portion of a wind turbine for wind power generation according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るブレードを示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view showing a blade according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る電気抵抗体を示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view showing an electric resistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るナセル及びハブを示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a nacelle and a hub according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るキャパシタを示すものであって、(a)単位キャパシタの縦断面図、(b)キャパシタのPP´線断面図である。1A and 1B are diagrams showing a capacitor according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view of a unit capacitor, and FIG. 1B is a sectional view of the capacitor taken along line PP'. 本発明の実施形態に係るキャパシタの変更例を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating a modified example of a capacitor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る風力発電用風車の変更例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the wind turbine for wind power generation according to the embodiment of the present invention.

以下、図1~図6を用いて、本発明の実施形態に係る落雷抑制型風力発電設備(以下、単に風力発電設備)について説明する。
なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、これらの図において、符号Xは、本実施形態に係る風力発電設備を示す。
A lightning-suppressed wind power generation facility (hereinafter simply referred to as wind power generation facility) according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to Figs. 1 to 6 .
The embodiment described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment described below. In these drawings, the symbol X indicates a wind power generation facility according to this embodiment.

<構成>
図1に示すように、風力発電設備Xは、発電を行なう風力発電用風車1(以下、単に風車1)と、この風車1において発電された電力を、送電線2を介して送電する送電設備3と、を備えている。
<Configuration>
As shown in FIG. 1 , a wind power generation facility X includes a wind turbine 1 (hereinafter simply referred to as wind turbine 1) that generates electricity, and a power transmission facility 3 that transmits the electricity generated by the wind turbine 1 via a power transmission line 2.

図1~図3に示すように、風車1は、地面Gに立設された支柱11と、支柱11の上部に設けられた発電機12と、発電機12を回転駆動する駆動軸13に設けられたハブHと、ハブHに駆動軸13を中心として放射状に設けられた複数のブレードBと、ブレードBの先端に設けられた帯電体Eと、ハブHの内部空間に設けられ、帯電体Eに電荷を供給するキャパシタCと、ブレードBをレセプタとする落雷の放電エネルギーの一部を熱エネルギーに変換する電気抵抗体Rと、を有している。 As shown in Figures 1 to 3, the wind turbine 1 has a support 11 erected on the ground G, a generator 12 attached to the top of the support 11, a hub H attached to a drive shaft 13 that rotates and drives the generator 12, a number of blades B arranged radially around the drive shaft 13 on the hub H, a charged body E attached to the tip of the blade B, a capacitor C provided in the internal space of the hub H and supplying an electric charge to the charged body E, and an electrical resistor R that converts part of the discharge energy of a lightning strike, with the blade B acting as a receptor, into thermal energy.

この他、風車1は、変速機14や回転電気接点15を有している。
変速機14は、発電機12は、駆動軸13の一部と共にナセルNに格納されている。
回転電気接点15は、ナセルNとハブHとの間に介装されている。
なお、上記したナセルN(発電機12、駆動軸13、変速機14)やハブH、回転電気接点15の構成は、既知の風力発電用風車の構成と同様である。
In addition, the wind turbine 1 has a transmission 14 and a rotating electrical contact 15 .
The transmission 14 , the generator 12 , and a portion of the drive shaft 13 are housed in the nacelle N.
A rotating electrical contact 15 is interposed between the nacelle N and the hub H.
The configurations of the nacelle N (the generator 12, the drive shaft 13, the transmission 14), the hub H, and the rotary electrical contacts 15 are similar to those of known wind turbines for wind power generation.

図3に示すように、ブレードBは、その内部のほぼ全長にわたって中空部kが形成されている。
また、ブレードBには、その基部にフランジf1が設けられており、フランジf1が、ハブHに設けられているフランジf2に、多数の締結部材t(ボルト・ナット)によって締結されることにより、ブレードBがハブHに固定されている。
なお、ブレードBは、既知の風力発電用風車と同様に、グラスファイバー等の繊維強化プラスチックによって形成されている。
As shown in FIG. 3, the blade B has a hollow portion k formed therein over almost the entire length.
In addition, blade B has a flange f1 at its base, and flange f1 is fastened to flange f2 provided on hub H by a number of fastening members t (bolts and nuts), thereby fixing blade B to hub H.
The blades B are formed of fiber-reinforced plastic such as fiberglass, similar to known wind turbines for wind power generation.

帯電体Eは、ブレードB内部に設けられた電気抵抗体Rを介して、キャパシタCの一方の電極体に電気的に接続されている。
また、帯電体Eは、電気絶縁体Iを介してブレードBの先端に設けられている。
The charged body E is electrically connected to one electrode of the capacitor C via an electric resistor R provided inside the blade B.
The charged body E is provided at the tip of the blade B via an electrical insulator I.

図4に示すように、電気抵抗体Rは、ブレードBの略全長に亘って延びる細長の略円柱形状を呈しており、本実施形態においては、支持筒R1と、支持筒R1の内部に封入される非金属発熱体R2と、を含む。 As shown in FIG. 4, the electrical resistor R has an elongated, generally cylindrical shape that extends over the entire length of the blade B, and in this embodiment includes a support tube R1 and a non-metallic heating element R2 that is enclosed inside the support tube R1.

支持筒R1は、両端が開口された支持筒本体R11と、支持筒本体R11の各開口を閉塞する蓋部R12と、により構成される。
なお、この場合、支持筒本体R11を絶縁体で、蓋部R12を導体で、それぞれ形成することができる。
The support tube R1 is composed of a support tube main body R11 having both ends open, and a cover portion R12 that closes each opening of the support tube main body R11.
In this case, the support tube body R11 can be made of an insulator, and the cover portion R12 can be made of a conductor.

非金属発熱体R2は、支持筒R1に充填されており、例えば、SiC、MoSiO2、および、ZrO2を含む群から選択される材料を主成分とするセラミクスで形成することができる。
また、非金属発熱体R2の形態は、粉末や焼結体、多孔質体であっても良く、その材料および比率に制限はない。
なお、非金属発熱体R2の材料としては、この他、グラファイトを主成分とするセラミクスにより黒鉛電極の態様をとって良く、導電性ゲル、導電性ゴム、及び導電性エラストマー等の可撓性を有する導電性構造物であっても良い。
The non-metallic heating element R2 is filled in the support cylinder R1 and can be made of ceramics containing, as a main component, a material selected from the group including, for example, SiC, MoSiO2, and ZrO2.
Furthermore, the non-metallic heating element R2 may be in the form of a powder, a sintered body, or a porous body, and there are no limitations on the materials and their ratios.
In addition, the material of the non-metallic heating element R2 may also be a graphite electrode made of ceramics whose main component is graphite, or it may be a flexible conductive structure such as a conductive gel, conductive rubber, or conductive elastomer.

ここで、電気抵抗体Rは、その両端部に雄ネジ部mが形成されており、この雄ネジ部mと固定手段Tとにより、電気抵抗体Rが、中空部kに固定支持されている。 Here, the electrical resistor R has male threads m formed on both ends, and the electrical resistor R is fixed and supported in the hollow portion k by the male threads m and the fixing means T.

詳述すれば、固定手段Tは、特に、図3に示すように、中空部kに設けられ、帯電体Eの基端部に当接された第1プレートT1と、ブレードBの基端部に掛け止めされた第2プレートT2と、各雄ネジ部mに螺合する複数のナットT3と、により形成されている。
なお、第1プレートT1及び第2プレートT2は、絶縁体として構成することができ、それぞれに電気抵抗体Rが貫通している。
More specifically, as shown in FIG. 3, the fixing means T is formed by a first plate T1 provided in the hollow portion k and abutted against the base end of the charged body E, a second plate T2 hooked onto the base end of the blade B, and a plurality of nuts T3 screwed into each male thread portion m.
The first plate T1 and the second plate T2 may be configured as insulators, with an electrical resistor R passing through each of them.

そして、帯電体E側の雄ネジ部mは、帯電体Eに形成され、中空部kと連通するネジ穴hに螺合されている。
また、帯電体E側のナットT3が、帯電体Eとで第1プレートT1を挟持する態様で雄ネジ部mに螺合されることで、帯電体Eと電気抵抗体Rとが連結されている。
さらに、ハブH側のナットT3が、電気抵抗体Rが貫通して設けられた金属プレートjを第2プレートT2との間で挟持固定し、電線Wが、金属プレートjに取付られている。
The male screw portion m on the charged body E side is screwed into a screw hole h formed in the charged body E and communicating with the hollow portion k.
In addition, the nut T3 on the charged body E side is screwed onto the male thread portion m in such a manner that the nut T3 and the charged body E sandwich the first plate T1, thereby connecting the charged body E and the electrical resistor R.
Furthermore, a metal plate j, through which an electric resistor R is provided and passes, is clamped and fixed between the nut T3 on the hub H side and the second plate T2, and an electric wire W is attached to the metal plate j.

上記構成により、第2電極体C2は、電気抵抗体R(及び固定手段T、電線W)を介して帯電体Eに電気的に接続されている。 With the above configuration, the second electrode body C2 is electrically connected to the charged body E via the electrical resistor R (and the fixing means T and the electric wire W).

図5に示すように、キャパシタCは、ハブHの内部空間に、ハブHと同軸上に組み込まれている。
詳述すれば、キャパシタCは、第1電極体C1及び第2電極体C2と、絶縁性材料によって形成され、各電極体C1、C2を、所定間隔をおいて連結する複数の単位キャパシタC3と、絶縁性材料によって形成され、各電極体C1、C2をハブHに固定するスペーサC4と、を含む。
As shown in FIG. 5, the capacitor C is incorporated in the internal space of the hub H coaxially with the hub H.
In detail, the capacitor C includes a first electrode body C1 and a second electrode body C2, a plurality of unit capacitors C3 formed of an insulating material and connecting each of the electrode bodies C1, C2 at a predetermined interval, and a spacer C4 formed of an insulating material and fixing each of the electrode bodies C1, C2 to the hub H.

第1電極体C1及び第2電極体C2は、導電性材料によって円筒状に形成されており、第1電極体C1の径が、第2電極体C2の径よりも小さく形成されている。
また、これらの間に各単位キャパシタC3が介装されて各電極体C1、C2が固定されることにより、所定間隔でかつそれぞれの軸線が一致するように保持されている。
The first electrode body C1 and the second electrode body C2 are formed into a cylindrical shape from a conductive material, and the diameter of the first electrode body C1 is smaller than the diameter of the second electrode body C2.
Furthermore, each unit capacitor C3 is interposed between these and each electrode body C1, C2 is fixed, so that they are held at a predetermined interval and their respective axes are aligned.

第2電極体C2の外周にはスペーサC4が取り付けられており、このスペーサC4をハブHの内面にボルトや接着剤等を利用して固定することにより、各電極体C1、C2がハブHの内部空間内に装着されている。 A spacer C4 is attached to the outer periphery of the second electrode body C2, and each electrode body C1, C2 is mounted in the internal space of the hub H by fixing this spacer C4 to the inner surface of the hub H using bolts, adhesive, etc.

このように装着された第1電極体C1及び第2電極体C2は、その中心軸線が、駆動軸13の回転軸線と一致させられている。
また、第1電極体C1には回転電気接点15が取り付けられており、この回転電気接点15を介して接地線Lへ電気的に接続されている。
さらに、第2電極体C2は、電線Wを介して帯電体Eに電気的に接続されている。
なお、第1電極体C1及び第2電極体C2の側面には、これらの内部とキャパシタCの外部とを連通する点検口dが形成されている。
The first electrode body C1 and the second electrode body C2 thus mounted have their central axes aligned with the rotational axis of the drive shaft 13.
In addition, a rotary electrical contact 15 is attached to the first electrode body C1, and the first electrode body C1 is electrically connected to the ground line L via this rotary electrical contact 15.
Furthermore, the second electrode body C2 is electrically connected to a charged body E via an electric wire W.
In addition, an inspection hatch d that connects the inside of the first electrode body C1 and the second electrode body C2 to the outside of the capacitor C is formed on the side surface of each of the first electrode body C1 and the second electrode body C2.

図6(a)に示すように、単位キャパシタC3は、セラミックス等の電気絶縁性材料によって形成された円筒状の保持体C31と、保持体C31の上端及び下端に設けられた単位電極体C32、C33と、を備えている。 As shown in FIG. 6(a), the unit capacitor C3 includes a cylindrical holder C31 made of an electrically insulating material such as ceramics, and unit electrodes C32 and C33 provided at the upper and lower ends of the holder C31.

保持体C31は、円筒状に形成され、その周壁には防爆用の通気口C31aが設けられている。 The holder C31 is cylindrical and has an explosion-proof vent C31a on its peripheral wall.

単位電極体C32、C33は、導電性素材により形成され、その上下の面には突起C32a、C32b、C33a、C33bがそれぞれ設けられている。また、突起C32b、C33bには、ねじ穴C32c、C33cがそれぞれ設けられている。 The unit electrode bodies C32 and C33 are made of a conductive material, and have projections C32a, C32b, C33a, and C33b on their upper and lower surfaces, respectively. Furthermore, the projections C32b and C33b have screw holes C32c and C33c, respectively.

図6(b)に示すように、上記構成の単位キャパシタC3は、第1電極体C1と第2電極体C2との間に形成されている空間部に、放射状に複数配置される。 As shown in FIG. 6(b), multiple unit capacitors C3 of the above configuration are arranged radially in the space formed between the first electrode body C1 and the second electrode body C2.

そして、外側の単位電極体C32を第2電極体C2にネジ止めし、また、内側の単位電極体C33を第1電極体C1にネジ止めすることにより、各電極体C1、C2を同軸上にかつ所定間隔を保持した状態で固定して、キャパシタCが構成されている。
なお、図6(b)では、スペーサC4の図示を省略している。
Then, the outer unit electrode body C32 is screwed to the second electrode body C2, and the inner unit electrode body C33 is screwed to the first electrode body C1, thereby fixing each of the electrodes C1 and C2 coaxially and maintaining a predetermined gap between them, thereby forming the capacitor C.
In FIG. 6B, the spacer C4 is omitted.

<効果>
上記のように構成された本実施形態に係る風力発電設備Xでは、風力エネルギーを複数のブレードBによって回転運動に変換し、この回転運動によって発電機12を駆動することにより発電を行なう。
<Effects>
In the wind power generation facility X according to this embodiment configured as described above, wind energy is converted into rotational motion by the plurality of blades B, and this rotational motion drives the generator 12 to generate power.

このとき、図1に示すように、マイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷(プラス電荷)が地面Gの表面に分布し、キャパシタCの、地面Gに接地された第1電極体C1もプラス電荷に帯電する。 At this time, as shown in Figure 1, when a thundercloud with negative charges distributed at its base approaches, the opposite charge (positive charge) is distributed on the surface of the ground G, and the first electrode C1 of the capacitor C, which is grounded to the ground G, also becomes positively charged.

これに伴い、第1電極体C1に電気絶縁層(本実施形態では空気層)を介して対峙させられている第2電極体C2が、キャパシタCの作用によりマイナス電荷を帯びる。
また、第2電極体C2に、電気抵抗体Rを介して電気的に接続され、地面Gに対し電気絶縁状態に保持されている帯電体Eもマイナス電荷を帯びる。
As a result, the second electrode body C2, which faces the first electrode body C1 via an electrical insulating layer (an air layer in this embodiment), is negatively charged by the action of the capacitor C.
Further, the charged body E, which is electrically connected to the second electrode body C2 via the electrical resistor R and is maintained in an electrically insulated state with respect to the ground G, also becomes negatively charged.

このように、帯電体Eがマイナス電荷を帯びると、ブレードBの先端回り、すなわち風力発電設備X上部にマイナス電荷が分布した領域が形成されると共に、雷雲の雲底に分布するマイナス電荷に対峙させられる。 In this way, when the charged body E becomes negatively charged, an area of negative charge is formed around the tip of the blade B, i.e., above the wind power generation equipment X, and is confronted by the negative charges distributed at the base of the thundercloud.

これによって、最高位置に位置させられるブレードBの先端周辺からの上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、ブレードBおよびその周辺部への落雷が抑制される。
そして、電気抵抗体Rが、ブレードBの略全長に亘って延びる略細長形状を呈していることで、雷撃時にブレードBが受ける電圧や放電エネルギー、ブレードBの発熱を、より効果的に分散させることができる。
This makes it difficult for upward streamers to occur around the tip of blade B, which is positioned at the highest position, and suppresses lightning strikes on blade B and its surrounding area.
Furthermore, since the electrical resistor R has an approximately elongated shape extending over almost the entire length of the blade B, the voltage and discharge energy that the blade B receives during a lightning strike, as well as the heat generated by the blade B, can be more effectively dispersed.

また、電気抵抗体Rが、支持筒R1と非金属発熱体R2と、により形成されていることで、電気抵抗体Rの製造において、設置場所の環境等に合わせて、封入される非金属発熱体R2として適切な素材を選択することができ、製造上の利便性が向上する。 In addition, because the electrical resistor R is formed from a support tube R1 and a non-metallic heating element R2, when manufacturing the electrical resistor R, an appropriate material can be selected for the enclosed non-metallic heating element R2 according to the environment of the installation location, improving manufacturing convenience.

また、第1電極体C1及び第2電極体C2の形状・配置により、電気絶縁層として絶縁効果の高い空気を用いて、電荷を各電極体C1、C2へ確実に帯電させることができると共に、キャパシタCの構成部材を少なくし、キャパシタCのコスト低減を図ることができる。 In addition, the shape and arrangement of the first electrode body C1 and the second electrode body C2 allow the use of air, which has a high insulating effect, as an electrical insulating layer to reliably charge each electrode body C1, C2, while also reducing the number of components of the capacitor C and reducing the cost of the capacitor C.

また、単位キャパシタC3により、第1電極体C1と第2電極体C2との間隔を均一かつ強固に連結して、電気絶縁層を確実に形成することができるとともに、キャパシタCの剛性を高めることができる。 In addition, the unit capacitor C3 can connect the first electrode body C1 and the second electrode body C2 uniformly and firmly, reliably forming an electrical insulation layer and increasing the rigidity of the capacitor C.

また、複数の単位キャパシタC3が放射状に配置されていることで、単位キャパシタC3の重量を駆動軸13の回転中心周りに容易に均一に配分して、ブレードBや駆動軸13の回転を円滑なものとすることができる。 In addition, by arranging multiple unit capacitors C3 radially, the weight of the unit capacitors C3 can be easily and uniformly distributed around the center of rotation of the drive shaft 13, making the rotation of the blade B and the drive shaft 13 smooth.

以下、図7及び図8を用いて、本発明の実施形態に係る風車1´及びキャパシタC´の変更例について説明する。
なお、図7は、風車1´のブレードBの要部の拡大縦断面図である。
また、図8(a)は、キャパシタC´を含むナセルN及びハブHを示す縦断面図、図8(b)は、キャパシタC´のQQ´線断面図であり、第1電極体C1及び第2電極体C2を、二点鎖線で概略的に示している。
Hereinafter, modified examples of the wind turbine 1' and the capacitor C' according to the embodiment of the present invention will be described with reference to Figs.
FIG. 7 is an enlarged vertical cross-sectional view of a main portion of a blade B of the wind turbine 1'.
Also, Figure 8(a) is a longitudinal cross-sectional view showing a nacelle N and hub H including a capacitor C', and Figure 8(b) is a cross-sectional view of the capacitor C' taken along line QQ', in which the first electrode body C1 and the second electrode body C2 are roughly shown by dashed double-dotted lines.

<構成(風車1´)>
図7に示すように、風車1´は、ブレードBの先端に設けられた落雷抑制手段Aと、ブレードBをレセプタとする落雷の放電エネルギーの一部を熱エネルギーに変換する電気抵抗体Rと、を有している。
<Configuration (wind turbine 1')>
As shown in FIG. 7, the wind turbine 1' has a lightning suppression means A provided at the tip of the blade B, and an electric resistor R that converts a part of the discharge energy of the lightning, which uses the blade B as a receptor, into thermal energy.

落雷抑制手段Aは、内部空間Vを有する略球殻状に形成された第1電極体A1と、内部空間Vの中央に、第1電極体A1と間隔をおいて配置された第2電極体A2と、第1電極体A1と第2電極体A2との間に介装された電気絶縁体A3と、を含む。 The lightning suppression means A includes a first electrode body A1 formed in a generally spherical shell shape having an internal space V, a second electrode body A2 arranged in the center of the internal space V at a distance from the first electrode body A1, and an electrical insulator A3 interposed between the first electrode body A1 and the second electrode body A2.

電気抵抗体Rは、図4等を用いて説明したように、支持筒R1と、支持筒R1の内部に封入される非金属発熱体R2と、を含む。
また、電気抵抗体Rは、先端側に2か所の環状溝g1、g2が形成され、基端部にのみ雄ネジ部mが形成されている。
As described with reference to FIG. 4 and other figures, the electrical resistor R includes a support cylinder R1 and a non-metallic heating element R2 enclosed within the support cylinder R1.
The electrical resistor R has two annular grooves g1 and g2 formed on the tip side, and a male thread portion m formed only on the base end portion.

固定手段Tは、電気抵抗体Rを第2電極体A2に連結するための第1連結手段T1、電気抵抗体Rを電気絶縁体A3及び連結筒A13に連結するための第2連結手段T2、電気抵抗体RをブレードBに連結するための第3連結手段T3と、第3連結手段T3とブレードBの基端部とで挟持されるプレートT4と、により形成されている。 The fixing means T is formed by a first connecting means T1 for connecting the electrical resistor R to the second electrode body A2, a second connecting means T2 for connecting the electrical resistor R to the electrical insulator A3 and the connecting tube A13, a third connecting means T3 for connecting the electrical resistor R to the blade B, and a plate T4 that is clamped between the third connecting means T3 and the base end of the blade B.

第1電極体A1は、略球殻状の第1電極体本体A11と、第1電極体本体A11の殻壁の一部に形成され、内部空間Vを外部へ連通させる開口部A12と、開口部A12の縁部から外方へ向かって突設された連結筒A13と、により構成されている。
また、第1電極体本体A11は、ステンレス等の導電性材料によって、断面が真円状の球殻に形成され、その一部が切りかかれることにより、開口部A12が形成されている。
開口部A12の縁部には、外方へ向かう連結筒A13が一体に連設されている。
The first electrode body A1 is composed of a first electrode body main body A11 having an approximately spherical shell shape, an opening A12 formed in part of the shell wall of the first electrode body main body A11 and connecting the internal space V to the outside, and a connecting tube A13 protruding outward from the edge of the opening A12.
The first electrode body A11 is made of a conductive material such as stainless steel and is formed into a spherical shell having a perfectly circular cross section, with a portion of the shell being cut away to form an opening A12.
An outwardly extending connecting tube A13 is integrally provided on the edge of the opening A12.

第2電極体A2には、連結筒A13及び開口部A12に挿通させられた電気抵抗体Rの一端が固定されている。
また、第2電極体A2は、導電性材料によって形成された充実の球体であり、第1電極体本体A11内に挿入された電気抵抗体Rの挿入端部に、第1連結手段T1によって固定されている。
One end of an electrical resistor R is fixed to the second electrode body A2 and inserted through the connecting tube A13 and the opening A12.
In addition, the second electrode body A2 is a solid sphere formed of a conductive material and is fixed by a first connecting means T1 to the insertion end of the electrical resistor R inserted into the first electrode body main body A11.

電気絶縁体A3は、連結筒A13の内外面および電気抵抗体Rを覆って設けられていると共に、電気絶縁材料によって形成された第2連結手段T2によって連結筒A13と共に電気抵抗体Rに固定されている。
また、電気絶縁体A3は、電気抵抗体Rの先端部を覆い、電気抵抗体Rと連結筒A13との隙間を埋める第1電気絶縁体A31と、第1電気絶縁体A31の下部周面および下面を覆って設けられる第2電気絶縁体A32と、によって構成されている。
第1電気絶縁体A31と連結筒A13との重畳部分には、補強リングrが介装されている。
The electrical insulator A3 is provided to cover the inner and outer surfaces of the connecting tube A13 and the electrical resistor R, and is fixed to the electrical resistor R together with the connecting tube A13 by a second connecting means T2 formed from an electrically insulating material.
In addition, the electrical insulator A3 is composed of a first electrical insulator A31 that covers the tip of the electrical resistor R and fills the gap between the electrical resistor R and the connecting tube A13, and a second electrical insulator A32 that is provided to cover the lower peripheral surface and underside of the first electrical insulator A31.
A reinforcing ring r is interposed between the overlapping portion of the first electrical insulator A31 and the connecting tube A13.

電気抵抗体Rの雄ネジ部mが形成された部位は、ブレードBの基端部に形成された係止段部に係止されたプレートT4を貫通し、この貫通部分に第3連結手段T3(ナット)が螺着されている。 The portion of the electrical resistor R where the male thread portion m is formed passes through the plate T4 which is engaged with the engagement step formed at the base end of the blade B, and the third connecting means T3 (nut) is screwed into this penetration portion.

そして、第3連結手段T3がプレートT4に圧接させられて、この第3連結手段T3と電気抵抗体Rに固定された電気絶縁体A3とで、ブレードBが長さ方向から挟持することにより、電気抵抗体R、第1電極体A1、第2電極体A2及び電気絶縁体A3が、ブレードBに固定されるようになっている。
なお、接地された接地線Lは、プレートT4に電気的に接続されている。
Then, the third connecting means T3 is pressed against the plate T4, and the blade B is clamped lengthwise between this third connecting means T3 and the electrical insulator A3 fixed to the electrical resistor R, so that the electrical resistor R, the first electrode body A1, the second electrode body A2 and the electrical insulator A3 are fixed to the blade B.
The grounded wire L is electrically connected to the plate T4.

また、上方の第2連結手段T2は、電気絶縁材料によって形成されており、第1電気絶縁体A31貫通状態で螺着されて、電気抵抗体Rの環状溝g1内に圧接されている。
また、下方の第2連結手段T2は、第2電気絶縁体A32、補強リングr、及び第1電気絶縁体A31を貫通して螺着されて、電気抵抗体Rの環状溝g2内に圧接されている。
The upper second connecting means T2 is made of an electrically insulating material, and is screwed in a state in which it penetrates the first electrical insulator A31 and is pressed into the annular groove g1 of the electrical resistor R.
The lower second connecting means T2 is screwed through the second electrical insulator A32, the reinforcing ring r, and the first electrical insulator A31, and is pressed into the annular groove g2 of the electrical resistor R.

これによって、落雷抑制手段Aが、ブレードBの長さ方向の相対移動が拘束された状態で、ブレードBに固定されている。 As a result, the lightning suppression means A is fixed to the blade B with the relative movement of the blade B in the longitudinal direction being restricted.

<効果(風車1´)>
本変更例によれば、風車1と同様の原理で、マイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、接地線Lを介して電気的に接続された第2電極体A2は、プラス電荷に帯電し、絶縁体を介して配置されている第1電極体A1は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
ここで、風車の回転により、第1電極体A1が雷雲と対峙させられるが、これらが同一のマイナス電荷に帯電させられていることから、ブレードBから雷雲へ向かう上向きストリーマの発生が起こりにくく、これによって、落雷の発生を抑制することができる。
<Effect (Windmill 1')>
According to this modified example, using the same principle as wind turbine 1, when a thundercloud with negative charges distributed at the cloud base approaches, the second electrode body A2 electrically connected via the ground wire L becomes positively charged, and the first electrode body A1 arranged via an insulator becomes negatively charged due to the action of the capacitor.
Here, as the windmill rotates, the first electrode body A1 faces the thundercloud, and because they are charged with the same negative charge, the generation of upward streamers from the blade B toward the thundercloud is unlikely, thereby suppressing the occurrence of lightning strikes.

そして、本変更例でも、ブレードB内部に設けられた電気抵抗体Rにより、ブレードBへの落雷時における、ブレードBを含む風力発電設備Xの損傷を低減し、ブレードBの局所加熱を防止することができる。 In this modified example, the electrical resistor R provided inside the blade B can reduce damage to the wind power generation equipment X, including the blade B, and prevent localized heating of the blade B when lightning strikes the blade B.

また、本変更例によれば、第1電極体A1を球形とし、ブレードBの先端部を第1電極体A1の連結筒A13の基部に位置する構成としていることから、第1電極体A1をブレードBから極力露出させることができる。
これによって、落雷抑制手段Aが下方へ移動させられた状態においても、第1電極体A1の上方へ露出する領域を大きくすることができ、雷雲へ対峙させられるマイナス電荷の領域を拡大することができる。
この結果、上向きストリーマの発生抑制作用を高めて、落雷を効果的に抑制することができる。
In addition, according to this modified example, the first electrode body A1 is spherical and the tip of the blade B is positioned at the base of the connecting tube A13 of the first electrode body A1, so that the first electrode body A1 can be exposed as much as possible from the blade B.
This allows a larger area of the first electrode body A1 exposed upward even when the lightning suppression means A is moved downward, thereby expanding the area of negative charge that faces the thundercloud.
As a result, the effect of suppressing the generation of upward streamers is enhanced, and lightning strikes can be effectively suppressed.

<構成(キャパシタC´)>
図8に示すように、キャパシタC´は、2枚の円板状の導電性プレートを互いに間隔をおいて配置するとともに、一方を第1電極体C1、他方を第2電極体C2となるように、ハブH内に絶縁体を介して固定した構造としたものである。
この場合、円板状の第1電極体C1と第2電極体C2は、図示例のように駆動軸13と同軸配置とするのが回転バランスの点で好ましい。
<Configuration (Capacitor C')>
As shown in Figure 8, capacitor C' has a structure in which two circular conductive plates are arranged at a distance from each other and fixed within hub H via an insulator so that one serves as a first electrode body C1 and the other serves as a second electrode body C2.
In this case, it is preferable from the viewpoint of rotational balance that the disk-shaped first electrode body C1 and second electrode body C2 are arranged coaxially with the drive shaft 13 as in the illustrated example.

なお、第1電極体C1及び第2電極体C2の重心位置や回転中心位置などを調整することで、各電極体C1、C2を円板状に限らず、矩形状や多角形状、あるいは楕円状などに形成することもできる。 In addition, by adjusting the center of gravity and center of rotation of the first electrode body C1 and the second electrode body C2, the shape of each electrode body C1, C2 is not limited to a disk shape, but can also be rectangular, polygonal, or elliptical.

第1電極体C1及び第2電極体C2を、このようにハブH内に配置する構造においても、それら第1電極体C1及び第2電極体C2の間に、単位キャパシタC3を複数配置する構成を採用することができる。
そして、単位キャパシタC3を複数配置する場合には、第1電極体C1及び第2電極体C2の中心軸周りに環状に配置することで、多数配置とすることができる。
Even in a structure in which the first electrode body C1 and the second electrode body C2 are arranged within the hub H in this manner, a configuration in which multiple unit capacitors C3 are arranged between the first electrode body C1 and the second electrode body C2 can be adopted.
When a plurality of unit capacitors C3 are arranged, a large number of them can be arranged by arranging them in a ring shape around the central axis of the first electrode body C1 and the second electrode body C2.

<効果(キャパシタC´)>
本変更例によれば、キャパシタCとほぼ同様の効果を得ることができるが、特に、キャパシタ自体をシンプルにかつ、より低コストで制作することが可能になる。
<Effect (Capacitor C')>
According to this modification, substantially the same effects as those of the capacitor C can be obtained, but in particular, the capacitor itself can be produced simply and at lower cost.

なお、上述の実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。 The shapes and dimensions of each component shown in the above embodiment are merely examples and can be modified based on design requirements, etc.

例えば、電気抵抗体Rは、上記構成に限られず、全体として、上記に例示した、非金属発熱体R2に用いられる種々の素材でもって、中実の棒状体として形成されても良い。
また、電気抵抗体Rは、例えば、Fe、Cr、Al、Cu、Ni、Cu-Ni合金、Cu-Mn合金、Ni-Al合金、Ni-Cr合金、および、Fe-Cr-Al合金を含む群から選択される、金属発熱体により全体が構成されていても良い。
さらに、電気抵抗体Rの形状は、円柱形状に限られず、例えば、箔状や線状、帯状、平編状であって良く、その形状に制限はなく、その先端に、接続のための丸形やL字型などの端子を備えていても良い。
For example, the electrical resistor R is not limited to the above configuration, and may be formed as a solid rod-shaped body using various materials used for the non-metallic heating element R2 exemplified above.
In addition, the electrical resistor R may be entirely composed of a metal heating element selected from the group including, for example, Fe, Cr, Al, Cu, Ni, a Cu-Ni alloy, a Cu-Mn alloy, a Ni-Al alloy, a Ni-Cr alloy, and an Fe-Cr-Al alloy.
Furthermore, the shape of the electrical resistor R is not limited to a cylindrical shape, but may be, for example, a foil, wire, strip, or flat braid, and there is no restriction on its shape. It may be provided with a round or L-shaped terminal at its tip for connection.

X 風力発電設備
1、1´ 風力発電用風車
2 送電線
3 送電設備
E 帯電体
B ブレード
R 電気抵抗体
R1 支持筒
R2 非金属発熱体
C、C´ キャパシタ
C1 第1電極体
C2 第2電極体
C3 単位キャパシタ
C4 スペーサ
A 落雷抑制手段
A1 第1電極体
A2 第2電極体
A3 電気絶縁体
G 地面
X Wind power generation equipment 1, 1' Wind turbine for wind power generation 2 Power transmission line 3 Power transmission equipment E Charged body B Blade R Electric resistor R1 Support cylinder R2 Non-metallic heating body C, C' Capacitor C1 First electrode body C2 Second electrode body C3 Unit capacitor C4 Spacer A Lightning suppression means A1 First electrode body A2 Second electrode body A3 Electric insulator G Ground

Claims (5)

風力発電用風車を備え、
前記風力発電用風車は、立設された支柱と、前記支柱の上部に設けられた発電機と、前記発電機を回転駆動する駆動軸に設けられたハブと、前記ハブに前記駆動軸を中心として放射状に設けられた複数のブレードと、前記ブレードの先端に設けられた帯電体と、前記ハブの内部空間に設けられたキャパシタと、前記ブレードをレセプタとする落雷の放電エネルギーの一部を熱エネルギーに変換する電気抵抗体と、を有し、
前記キャパシタは、接地された第1電極体と、前記第1電極体に電気絶縁層を介して対峙された第2電極体と、を含み、
前記第2電極体は、前記電気抵抗体を介して前記帯電体に接続され
前記電気抵抗体は、前記ブレードの略全長に亘って延びる略細長形状を呈し、その両端部で前記帯電体及び前記第2電極体に接続される支持筒と、前記支持筒の内部に封入される非金属発熱体と、を含む、落雷抑制型風力発電設備。
Equipped with wind turbines for wind power generation,
The wind turbine for wind power generation comprises an upright support, a generator attached to the top of the support, a hub attached to a drive shaft that rotates and drives the generator, a plurality of blades radially attached to the hub around the drive shaft, charged bodies attached to the tips of the blades, a capacitor provided in the internal space of the hub, and an electrical resistor that converts a portion of the discharge energy of a lightning strike, with the blades acting as receptors, into thermal energy;
The capacitor includes a first electrode body that is grounded, and a second electrode body that faces the first electrode body via an electrical insulating layer,
The second electrode body is connected to the charged body via the electrical resistor ,
The electrical resistor has a roughly elongated shape extending over roughly the entire length of the blade, and includes a support tube connected to the charged body and the second electrode body at both ends, and a non-metallic heating element sealed inside the support tube .
前記第1電極体及び前記第2電極体は、導電性材料によって、それぞれ径の異なる筒状体として形成され、且つ略同軸上に配置され、
前記第1電極体及び前記第2電極体の間に、前記電気絶縁層が形成されている、請求項1に記載の落雷抑制型風力発電設備。
the first electrode body and the second electrode body are formed as cylindrical bodies having different diameters from each other using a conductive material, and are arranged substantially coaxially;
The lightning-suppressed wind power generation facility according to claim 1 , wherein the electrical insulating layer is formed between the first electrode body and the second electrode body.
前記第1電極体と前記第2電極体との間に、単位キャパシタが複数配置されている、請求項2に記載の落雷抑制型風力発電設備。 The lightning-suppressed wind power generation facility according to claim 2 , wherein a plurality of unit capacitors are arranged between the first electrode body and the second electrode body. 前記複数の単位キャパシタは、前記第1電極体と前記第2電極体との間に、これらの中心線を中心として放射状に配置されている、請求項3に記載の落雷抑制型風力発電設備。 The lightning-suppressed wind power generation facility according to claim 3 , wherein the plurality of unit capacitors are disposed between the first electrode body and the second electrode body, radially arranged around a center line thereof. ブレードの先端に設けられた落雷抑制手段と、前記ブレードをレセプタとする落雷の放電エネルギーの一部を熱エネルギーに変換する電気抵抗体と、を有し、
前記落雷抑制手段は、内部空間を有する略球殻状に形成された第1電極体と、前記内部空間に前記第1電極体と間隔をおいて配置された第2電極体と、前記第1電極体と前記第2電極体との間に介装された電気絶縁体と、を含み、
前記電気抵抗体は、前記ブレードの延びる方向に沿って延びる略細長形状を呈し、その一端部で前記第2電極体に接続される支持筒と、前記支持筒の内部に封入される非金属発熱体と、を含み、
前記第1電極体の殻壁の一部には、前記内部空間を外部へ連通させる開口部が形成されていると共に、この開口部の縁部から外方へ向かう連結筒が突設され、
前記第2電極体には、前記連結筒および前記開口部に挿通させられた前記電気抵抗体の一端が固定され、
前記電気絶縁体は、前記連結筒の内外面および前記電気抵抗体を覆って設けられていると共に、電気絶縁材料によって形成された連結手段によって、前記連結筒と共に前記電気抵抗体に固定され、
前記電気抵抗体の他端は、接地された接地線に電気的に接続されている、風力発電用風車。
The lightning suppression means is provided at the tip of the blade, and an electric resistor converts a part of the discharge energy of the lightning, which uses the blade as a receptor, into thermal energy,
the lightning suppression means includes a first electrode body formed in a substantially spherical shell shape having an internal space, a second electrode body arranged in the internal space at a distance from the first electrode body, and an electrical insulator interposed between the first electrode body and the second electrode body;
the electrical resistor has a generally elongated shape extending along the extension direction of the blade, and includes a support tube connected to the second electrode body at one end thereof, and a non-metallic heating element enclosed inside the support tube,
An opening is formed in a part of a shell wall of the first electrode body to connect the internal space to the outside, and a connecting tube is provided protruding outward from an edge of the opening,
One end of the electrical resistor inserted through the connecting tube and the opening is fixed to the second electrode body,
the electrical insulator is provided to cover the inner and outer surfaces of the connecting tube and the electrical resistor, and is fixed to the connecting tube and the electrical resistor by a connecting means formed of an electrical insulating material;
The other end of the electrical resistor is electrically connected to a ground wire.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2022047911A (en) 2020-09-14 2022-03-25 株式会社落雷抑制システムズ Wind power generation facility, lightning surge absorption device and lightning surge absorption method
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