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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-04
(45)【発行日】2022-01-20
(54)【発明の名称】風力発電装置の避雷性検査方法
(51)【国際特許分類】
   F03D 80/30 20160101AFI20220113BHJP
   F03D 17/00 20160101ALI20220113BHJP
【FI】
F03D80/30
F03D17/00
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2018024020
(22)【出願日】2018-02-14
(65)【公開番号】P2019138261
(43)【公開日】2019-08-22
【審査請求日】2021-01-20
(73)【特許権者】
【識別番号】591027237
【氏名又は名称】コスモエンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002538
【氏名又は名称】特許業務法人あしたば国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩船 修太
(72)【発明者】
【氏名】大平 泰生
(72)【発明者】
【氏名】田阪 直樹
【審査官】山崎 孔徳
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-151018(JP,A)
【文献】特開2016-042087(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F03D 80/30
F03D 17/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力発電装置の避雷性検査方法であって、
前記風力発電装置が、風を受けて回転するブレードと、当該ブレードを支持するナセルと、当該ナセルを回転可能に支持するタワーとを有するとともに、前記ブレードの表面に少なくともその一部が露出するレセプタが設けられ、前記ブレードの長さ方向に前記レセプタと電気的に接続するダウンコンダクターが設けられてなるものであり、
前記ブレードに設けられたレセプタに対し、遠隔操縦式無人飛行体により接触子を運搬し接触させて、通電させ、
前記接触子は、複数の可撓部を有し、横方向に延びる前記ブレードに対して前記レセプタ上の位置で前記複数の可撓部が可撓されてコの字型に引っ掛けられることが可能であること
を特徴とする風力発電装置の避雷性検査方法。
【請求項2】
前記遠隔操縦式無人飛行体がドローンである請求項1に記載の風力発電装置の避雷性検査方法。
【請求項3】
前記接触子が金属板、金属網または金属製ブラシからなる接触部を有するものである請求項1または請求項2に記載の風力発電装置の避雷性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力発電装置の避雷性検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境保護意識の向上に伴って、温室効果ガス等を発生することなく発電可能な大型風力発電装置が急速に普及しつつある。
大型風力発電設備を構成する風車は、障害物のない平坦地や海上において地表面や海面よりも高い位置に設置されるため、落雷を受ける可能性を考慮して避雷対策を施す必要がある。
例えば、大型風力発電設備においては、風車のハブの高さが100m、風車ブレード半径が60mを超えるものも開発されており、上記避雷対策を十分に施す必要がある。
【0003】
風力発電設備全体が金属等の避雷性の高い素材により構成されている場合には、落雷した場合においても大地または海面へ放電することができるが、通常、特に風車のブレード(羽根)は軽量で腐食等を生じ難い繊維強化プラスチック(FRP)等によって構成され、導電性が低いために、係るブレードに落雷した場合には、破損を避け難くなる。
【0004】
このため、上記風車のブレードにレセプタ(受雷器)やダウンコンダクター(雷電流導電線)などを取付けて、風車ブレードに雷撃があった際に、レセプタで受雷し、ダウンコンダクター等を通じて風車タワー内の接地線へ雷撃電流を導く方法が開発されるようになっている(例えば特許文献1参照)。
【0005】
図1は、従来の風力発電装置の全体構造の一例を示す断面図である。図1に示す風力発電装置10においては、タワー11の上部にナセル12が設置されており、ナセル12内にはロータ軸13が回転自在に支持され、ナセル12の外部に設置された風車ブレード14の回転が伝達される。ナセル12内には発電機15が配置され、その回転子にロータ軸13の回転が伝達されて発電が行われる。さらに、ナセル12内には発電機制御装置16等の電力設備や電子機器が設置されている。発電機15により発電された電力は、タワー11の内部を通る電力線20により外部へ供給される。
【0006】
ブレード14は繊維強化プラスチック(FRP)等によって構成されており、当該ブレードにはレセプタ(受雷器)17としてその一部がブレードの外部に露出する金属チップが設けられている。
ブレード14内には、レセプタに電気的に接続するダウンコンダクターがブレードの長さ方向に設けられ、当該ダウンコンダクターはナセル12とタワー11を介してタワー下部の接地線19に電気的に接続し、係る接地線19の端部から大地への接地が行われている。
【0007】
ブレード14に落雷した場合、雷撃電流は、レセプタ17からブレード14内に設けられたダウンコンダクターおよびタワー11の壁面を流れた後、接地線19の端部から大地へ放電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開2013-092072号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、上述した風力発電装置のダウンコンダクター(雷電流導電線)が断線等を生じて損傷している場合には、上記レセプタで受雷しても、接地線19を通じて大地へ放電し難くなるため、定期的に導電性を検査する必要がある。
【0010】
この場合、検査対象となるブレード14を真下に向けた状態で、ナセル12から真下に垂らしたロープを伝って作業者がロープワークでブレード14の長さ方向に沿って下降し、レセプタ17(金属チップ)に通電して導電性を確認する作業を行っており、作業者は高所において各ブレード毎に下降作業を行う必要がある。
【0011】
上記検査は高所作業車で行うことも可能であるが、風力発電装置の大型化に伴って使用し得る高所作業車が限定されてしまい、検査費用の高額化を招いたり、検査スケジュールの柔軟な設定が行い難くなっている。
【0012】
特に、上記ロープワークによる検査は、高所での作業になることからロープ等の検査用具の設置や撤去に時間がかかり、天候の回復や急変に対応した迅速な対応を行い難いばかりか、作業者の作業負担も大きく作業時間が長時間に及んでしまうため、簡便な検査業務を行い難かった。
【0013】
このような状況下、本発明は、風力発電装置の避雷性を簡便、迅速かつ低コストに検査する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記技術課題を解決するために本発明者等が鋭意検討したところ、風力発電装置の避雷性検査方法であって、前記風力発電装置が、風を受けて回転するブレードと、当該ブレードを支持するナセルと、当該ナセルを回転可能に支持するタワーとを有するとともに、前記ブレードの表面に少なくともその一部が露出するレセプタが設けられ、前記ブレードの長さ方向に前記レセプタと電気的に接続するダウンコンダクターが設けられてなるものであり、前記ブレードに設けられたレセプタに対し、遠隔操縦式無人飛行体により接触子を運搬し接触させて、通電することにより、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0015】
(1)風力発電装置の避雷性検査方法であって、
前記風力発電装置が、風を受けて回転するブレードと、当該ブレードを支持するナセルと、当該ナセルを回転可能に支持するタワーとを有するとともに、前記ブレードの表面に少なくともその一部が露出するレセプタが設けられ、前記ブレードの長さ方向に前記レセプタと電気的に接続するダウンコンダクターが設けられてなるものであり、
前記ブレードに設けられたレセプタに対し、遠隔操縦式無人飛行体により接触子を運搬し接触させて、通電すること
を特徴とする風力発電装置の避雷性検査方法、
(2)前記遠隔操縦式無人飛行体がドローンである上記(1)に記載の風力発電装置の避雷性検査方法および
(3)前記接触子が金属板、金属網または金属製ブラシからなる接触部を有するものである上記(1)または(2)に記載の風力発電装置の避雷性検査方法
を提供するものである。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、風力発電装置の避雷性を簡便、迅速かつ低コストに検査する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】検査対象となる風力発電装置の全体構造の一例を示す断面図である。
図2】レセプタを備えたブレードの一例を示す図である。
図3】本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法における実施形態の概念図である。
図4】全体が金属板からなる接触子の形態例を示す図である。
図5】全体が金属板からなる接触子のブレード上(レセプタ上)への配置例を示す図である。
図6】接触部が金属板からなる接触子の形態例を示す図である。
図7】全体が金属板からなる接触子のブレード上(レセプタ上)への配置例を示す図である。
図8】遠隔操縦式無人飛行体に取り付けられたガイドフレームの側面に金属網からなる接触子を取り付けた形態例を示す図(左図が正面図、右図が上面図)である。
図9】遠隔操縦式無人飛行体に取り付けられたガイドフレームの側面に金属網からなる接触子を取り付けた形態例を示す図(左図が正面図、右図が上面図)である。
図10】遠隔操縦式無人飛行体に取り付けられたガイドフレームから延びる支柱の先端に接触子として導電体を取り付けた形態例を示す図(左図が正面図、右図が上面図)である。
図11】接触子である導電体が金属ブラシである場合の形態例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法は、風力発電装置の避雷性を検査する方法であって、前記風力発電装置が、風を受けて回転するブレードと、当該ブレードを支持するナセルと、当該ナセルを回転可能に支持するタワーとを有するとともに、前記ブレードの表面に少なくともその一部が露出するレセプタが設けられ、前記ブレードの長さ方向に前記レセプタと電気的に接続するダウンコンダクターが設けられてなるものであり、前記ブレードに設けられたレセプタに対し、遠隔操縦式無人飛行体により接触子を運搬し接触させて、通電することを特徴とするものである。
【0019】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、検査対象となる風力発電装置としては、風を受けて回転するブレードと、当該ブレードを支持するナセルと、当該ナセルを回転可能に支持するタワーとを有するとともに、前記ブレードの表面に少なくともその一部が露出するレセプタが設けられ、前記ブレードの長さ方向に前記レセプタと電気的に接続するダウンコンダクターが設けられてなるものであれば特に制限されない。
【0020】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、検査対象となる風力発電装置としては、例えば、図1に例示する風力発電装置10を挙げることができる。
図1に示す風力発電装置10においては、タワー11の上部にナセル12が設置されており、ナセル12にはロータ軸13が回転自在に支持され、ナセル12の外部に設置されたブレード14の回転が伝達される。ナセル12内には発電機15が配置され、その回転子にロータ軸13の回転が伝達されて発電が行われる。さらに、ナセル12内には発電機制御装置16等の電力設備や電子機器が設置されており、発電機15により発電された電力は、タワー11の内部を通る電力線20により外部へ供給される。
【0021】
ナセル12はロータ軸13を介してブレード14を回転自在に支持するともに、ナセル12もタワー11に回転可能に支持されており、風向きの変化に応じて風が吹き付ける方角に向かって自在に回転することができるように設計されている。
【0022】
図1に示す風力発電装置10においては、ブレード14の表面に少なくともその一部が露出するレセプタ17が設けられ、ブレードの長さ方向に上記レセプタ17と電気的に接続するダウンコンダクターが設けられている。
【0023】
レセプタ17は、通常導電性を有する金属により構成されており、例えば、銅、アルミニウム等の金属により構成されていることが好ましい。
【0024】
ブレード14は、通常、繊維強化プラスチック(FRP)等によって構成されている。
【0025】
風力発電装置10において、ブレード14には、ブレード14の表面に少なくともその一部が露出するレセプタ17が設けられている。
【0026】
図2は、風力発電装置10において採用し得るレセプタ17を備えたブレード14の一例を示すものである。
【0027】
レセプタ17は、少なくともその一部がブレード14の表面に露出するものであればその設置位置は特に制限されず、図2に示すようにブレード14の先端部において、少なくともその一部がブレード14の表面に露出するように設けられてなるものを挙げることができる。
また、レセプタ17は、ブレード14の複数箇所に設けられていてもよく、
レセプタ17がブレード14の複数箇所に設けられていることにより、ブレード14に受雷したときに効果的に通電してブレード14の破損をより一層抑制し易くなる。
【0028】
図2に例示するように、ブレード14には、レセプタ17とともに、ブレードの長さ方向に上記レセプタ17と電気的に接続するダウンコンダクター18が設けられている。
ダウンコンダクターとしては、通常使用される導電線であれば特に制限されず、例えば、銅線等を挙げることができる。
【0029】
上記ダウンコンダクターはナセル12とタワー11を介してタワー下部の接地線19に電気的に接続し、係る接地線19の端部から大地への接地が行われている。
上記接地線19としても、通常使用される導電線であれば特に制限されず、例えば、銅線等を挙げることができる。
【0030】
ブレード14に落雷した場合、雷撃電流は、レセプタ17からブレード14内に設けられたダウンコンダクター18およびタワー11の壁面を流れた後、接地線19の端部から大地へ放電される。
【0031】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法においては、ブレードに設けられたレセプタに対し、遠隔操縦式無人飛行体により接触子を運搬し接触させて、通電する。
【0032】
図3は、本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、その実施形態の概念図を示すものである。
【0033】
図3に示すように、本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、ブレード14に設けられたレセプタ17に対し、遠隔操縦式無人飛行体40により接触子41を運搬し接触させる。
【0034】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、遠隔操縦式無人飛行体40としては、少なくとも、プロペラと、プロペラに接続された駆動用モーターと、無線通信ユニットとを有するものであれば特に制限されず、ジャイロセンサを有し機体制御を自在に行い得るコントローラを備えたものが好ましく、具体的には、例えばドローン等を挙げることができる。
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法においては、遠隔操縦式無人飛行体を遠隔操作することにより、接触子を所望位置に容易に運搬、配置することができる。
【0035】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、接触子41としては、導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、金属板、金属網または金属ブラシからなる接触部を有するものを挙げることができる。
接触子41が金属板からなる接触部を有するものである場合、当該接触部は複数の穿孔を有するパンチングメタル状のものが好ましく、このように複数の穿孔を有することにより接触子の軽量化を図ることができる。
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、接触子が金属網または金属ブラシからなるものである場合には、避雷性の検査時にブレードまたはレセプタに接触子が接触する際の衝撃を緩和して、ブレードまたはレセプタの破損を効果的に抑制することができる。
【0036】
金属板、金属網または金属ブラシからなる接触部を構成する金属は、導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば銅、アルミニウム等を挙げることができ、接触部全体または接触部の接触面が上記導電性の金属により構成されていればよい。
【0037】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法において、接触子41としては、例えば図3に例示するように、全体が金属網からなる接触子41を挙げることができる。
図3に示す形態においては、接触子41をブレード14に設置されたレセプタ17まで運搬して、レセプタ17上に配置したり巻き付ける等して接触させる。
【0038】
図4図11は、上記接触子の具体的形態および接触子の運搬、配置形態例を示すものである。
【0039】
図4は、全体が金属板(パンチングメタル)からなる接触子41の形態例を示すものであって、図4に示す形態例において、接触子41は、可撓部51、51を有し、ブレード14上(レセプタ上)に配置したときに容易かつ安定に配置し得るように設計されている。
図4に示す例においては、可撓部51には配置時に容易に配置し得るように予め着色等することにより目印を設けておくことが好ましい。
図4に示す例においては、接触子41の長さ方向端部には、錘52,52が固定されており、ブレード14上(レセプタ上)に接触子41を配置したときに安定して配置し得るように設計されている。
また、図4に示す例においては、接触子41の配置時にブレード14の回転軸側に位置する外縁部に、ゴム部材、シリコン製部材等から構成される滑り止め53が設けられており、ブレード14上(レセプタ上)に接触子41を配置したときに安定して配置し得るように設計されている。
【0040】
図5は、図4に示す全体が金属板(パンチングメタル)からなる接触子41のブレード14上(レセプタ上)への配置例を示す図である。
図5(a)に示すように、遠隔操縦式無人飛行体40を用いて、接触子41をブレード14を構成する一方の長手方向外縁部に接近させた後、図5(b)および図5(c)に示すように順次可撓部を可撓させ、図5(d)に示すように、ブレード14上(レセプタ上)に接触子41をコの字型に安定して配置することができる。
【0041】
図5に示す例においては、接触子41を吊りロープ54により遠隔操縦式無人飛行体40から吊り下げており、吊りロープ54としては、絶縁性を有するものが好ましく、接触子41を安定して吊り下げ可能な十分な長さを有するものが好ましい。
【0042】
図6は、少なくとも接触部が金属板(パンチングメタル)からなる接触子41の他の形態例を示すものであって、図6に示す形態例において、接触子41は、可撓部b、bを有し、ブレード14上(レセプタ上)に配置したときに容易かつ安定に配置し得るように設計されている。
図6に示す形態例において、接触子41は、図4図5に示す接触子41と同様に可撓部b、bを有する点において共通している。
図4に示す形態例との関係において、図6に示す形態例においては、接触子41を吊り下げる吊り下げ孔hが4箇所に設けられており、接触子41を予めコの字形に可撓させた状態で運搬、配置し得る点において異なっている。
図6に示す例において、コの字形に可撓して垂直下方に配向する接触子の端片bは、緩衝材により構成されていてもよく、緩衝材としては、例えば、ゴム部材、シリコン製部材等を挙げることができる。
【0043】
図7は、図6に示す少なくとも接触部が金属板からなる接触子41のブレード14上(レセプタ上)への配置例を示す図である。
図7(a)に示すように、遠隔操縦式無人飛行体40を用いて、接触子41を予めコの字形に変形させた状態で運搬し、ブレード14上空に安定して配置した後、図7(b)に示すようにブレード14に対し、スペーサーSを介して導電線42の端部がブレード14(レセプタ)に接触し得るように適宜長さを調整しつつ容易に接触させ、通電させることができる。
【0044】
図7に示す例においても、接触子41を吊りロープ54により遠隔操縦式無人飛行体40から吊り下げており、吊りロープ54としては、絶縁性を有するものが好ましく、接触子41を安定して吊り下げ可能な十分な長さを有するものが好ましい。
【0045】
図4図7に示す態様においては、接触子41の接触部が金属板(パンチングメタル)からなるものを例示しているが、接触子41の接触部は金属板ではなく金属網製のものであってもよい。
【0046】
図8及び図9は、遠隔操縦式無人飛行体に取り付けられたガイドフレームgの側面の少なくとも一部に金属網からなる接触子41を取り付けた形態例を示すものであって、図8の左図が正面図、右図が上面図であり、図9も左図が正面図、右図が上面図である。
図8および図9に示す態様においては、接触子41を吊り下げロープを介することなく遠隔操縦式無人飛行体40と一体として運搬し得るため、ブレードに設けられたレセプタに容易に接触させ得るように設計されている。
ガイドフレームgは、遠隔操縦式無人飛行体のブレード14への衝突を防止する衝突防止ガイドを兼ねたものであってもよい。
ガイドフレームgの構成材料としては、特に制限されないが、軽量かつ軟質なものが好ましく、ポリカーボネート等の各種プラスチック等から選ばれる一種以上を挙げることができる。
図8に例示するように、金属網からなる接触子41は、ガイドフレームgの側面の一部に取り付けていてもよいし、ガイドフレームgの側面全体に取り付けたものであってもよい。
ガイドフレームgの形態は特に制限されず、例えば、図8の右図(平面図)に例示するように、上面視したときに外枠が概略円形状を有するものであってもよいし、図9の右図(平面図)に例示するように、上面視したときに外枠が概略四角形状を有するものであってもよい。
【0047】
図10は、遠隔操縦式無人飛行体に取り付けられたガイドフレームgから延びる支柱pの先端に接触子として導電体dを取り付けた形態例を示すものであり、上記導電体dを遠隔操縦式無人飛行体40と一体として運搬し得るため、ブレード14に設けられたレセプタに容易に接触させ得るように設計されている。
導電体dとしては図11に例示するような接触部が金属ブラシからなる導電体eを挙げることができる。
接触部が金属ブラシからなるものであることにより、所望の導電性と衝撃緩和性を容易に発揮することができる。
図10に示す態様においても、ガイドフレームgは、遠隔操縦式無人飛行体のブレード14への衝突を防止する衝突防止ガイドを兼ねたものであってもよく、ガイドフレームgの構成材料としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。
【0048】
本発明に係る風力発電装置の避雷性検査方法においては、遠隔操縦式無人飛行体により運搬した接触子をレセプタに接触させた状態で、通電する。
図3図10に示す態様においては、接触子に電気的に接続する導電線42が固定されており、当該導電線42の他端は例えば図3に示すように外部に設けた電源装置bに電気的に接続されている。図3に例示するように、電源装置bには、一端が接地線19の端部に電気的に接続された状態で固定されるとともに、他端が電源装置bに電気的に接続するように固定された導電線43も設けられている。
電源装置bは、直流電源であってもよいし、定電流高圧パルス電源等であってもよい。
図3等に示す例においては、電源装置bから通電された電気が、導電線42、接触子41、レセプタ17、ダウンコンダクター18、タワー11の壁面、接地線19および導電線43を介して導通されるか否かを確認することにより、ダウンコンダクター18等の断線、破損の有無、すなわち風力発電装置の避雷性を簡便、迅速かつ低コストに検査することができる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明によれば、風力発電装置の避雷性を簡便、迅速かつ低コストに検査する方法を提供することができる。
【符号の説明】
【0050】
10 風力発電装置
11 タワー
12 ナセル
13 ロータ軸
14 ブレード
15 発電機
16 発電機制御装置
17 レセプタ
18 ダウンコンダクター
19 接地線
20 電力線
40 遠隔操縦式無人飛行体
41 接触子
42、43 導電線
51 目印
52 錘
b 緩衝材
h 吊り下げ孔
g ガイドフレーム
d 導電体
s スペーサ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11