JP5246506B2 - Wind power generator rotor blade lightning damage prevention structure - Google Patents
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Description
本願発明は、風力発電設備のロータブレードに着雷した場合のロータブレードの損傷を最小限にするための雷害防止構造に関するものである。 The present invention relates to a lightning damage prevention structure for minimizing damage to a rotor blade when lightning strikes a rotor blade of a wind power generation facility.
世界の化石燃料枯渇不安から燃料費の高騰に加え、東日本大震災による原子力エネルギーの利用の制約等から、自然エネルギー利用への機運がいっそう高まり、中でも最も期待されているのが風力発電であることには異論のないところであり、国内においても相当数の設置実績に加えて、より多数のしかも大型の風力発電設備の導入が進められている。In addition to rising fuel costs due to concerns about the depletion of fossil fuels around the world, the use of nuclear energy due to the Great East Japan Earthquake has further increased momentum for the use of natural energy, with wind power being the most promising There is no objection, and in addition to a considerable number of installations in Japan, more and larger wind power generation facilities are being introduced.
しかしながら、風力発電設備のなかでも大型の風力発電設備ともなるとロータブレードの長さが優に45m近くになるため、その最高部は地上高さ100mにも達することとなり、当然落雷に伴う雷害対策が急務でありかつ重要である。However, in the case of large-scale wind power generation equipment among the wind power generation equipment, the length of the rotor blade is close to 45 m, so the highest part reaches 100 m above the ground, and naturally measures against lightning damage caused by lightning strikes. Is urgent and important.
しかも、一般的に風力発電設備は高所いわゆる山頂部又は海浜近くの山岳頂部など風況上有利な場所に設けられるため、最も落雷しやすい自然環境に曝されることは周知の事実である。近年、各種の避雷対策を講じた風力発電設備においてもロータブレードに落雷しその損傷が絶えない状況において、取得可能なエネルギー損失はもとよりその修復費用の膨大さに抜本的な雷害防止対策技術が求められている。In addition, it is a well-known fact that wind power generation facilities are generally exposed to natural environments that are most likely to strike lightning, because they are installed in places that are advantageous in terms of wind conditions, such as high so-called mountain peaks or mountain peaks near the beach. In recent years, even in wind power generation facilities that have taken various lightning protection measures, lightning strikes on rotor blades have caused permanent damage to lightning damage, as well as the energy loss that can be acquired, Demanded .
先行技術を見ると、ロータブレード全体を導電性の樹脂又は全面を電気導体で覆うことが提唱されている(特許文献1及び特許文献2)が、導電性を機能させるのであればG‐FRPとすることで解決できる。しかし、全面を導電性とすることにより新たに電波障害が起こり得ること、また重量的にも問題があることも考えられるので実用的とは言い難い。 Looking at the prior art, it is proposed that the entire rotor blade is covered with a conductive resin or the entire surface with an electric conductor (
また、ロータブレードの先端に耐熱性材の避雷突出針を設け、落雷した際突出針が溶融することでそのエネルギーを吸収させるとの提案(特許文献3)がされているが、特にエネルギー量の大きい冬期雷では、近くに避雷針等が存在してもロータブレードに落雷し、損傷を与える事例が多々あることを念頭に置く必要がある。 In addition, a proposal has been made (Patent Document 3) that a lightning arresting needle made of a heat-resistant material is provided at the tip of the rotor blade, and the energy is absorbed by melting the protruding needle when a lightning strike occurs. It is necessary to keep in mind that there are many cases of lightning strikes and damage to rotor blades even if there are lightning rods nearby in the case of large winter lightning.
前記の如く、風力発電装置のロータブレードへの落雷被害に対する種々の対応策やその構造が提案され、また他の手法として円板結合器方式、翼先端金属翼、放電ピン付き翼のほか、風力発電装置の近傍に該風力発電装置の最上部よりも構造的に高い金属性のタワー(独立避雷針)を建設し、そのタワーへの落雷、誘雷を優先させてロータブレードへの落雷損傷を防止しようとの試みもあるが、何れも目的を達成できていない。しかも金属製避雷タワーの建設費は極めて高価である。 As described above, various countermeasures and structures for lightning strike damage to rotor blades of wind turbine generators have been proposed, and other methods include a disk coupler system, blade tip metal blades, blades with discharge pins, wind power A metallic tower (independent lightning rod), which is structurally higher than the top of the wind power generator, is constructed near the power generator, and lightning damage to the rotor blades is given priority to prevent lightning damage to the rotor blades. There are also attempts to do so, but none of them have achieved their objectives. Moreover, the construction cost of a metal lightning protection tower is extremely expensive.
発明者は、これまで山頂付近に施設される無線中継所や遠隔地にあるモニタリングポストの機器等を直撃雷サージから保護するための対策並びに該設備設置工事を通じ、絶大なる効果をもたらす避雷装置並びにその施工方法を数多く手掛けてきた実績に基づき、風力発電装置のロータブレードに対する効果的な落雷被害防止構造を提案するものである。
本願発明の効果は、風力発電設備のロータブレードの先端部に落雷が集中していること、損傷も該先端部付近が最も損害が激しいことに着目し、微少時間内に効率よく雷エネルギーを放電減衰させ、併せて対地電圧に同位させるための構造に関して提案するものである。The inventor has taken measures to protect radio relay stations installed near the summit of the mountain and monitoring post equipment at remote locations from direct lightning surges, and a lightning arrester that has a tremendous effect through the installation of the equipment, based on the construction methods have worked many achievements and proposes an effective lightning damage prevention structure against the rotor blades of the wind turbine generator.
Effect of the present invention, Rukoto the tip of a rotor blade of a wind power installation are concentrated lightning damage also noted that near the distal end and most damage is severe, discharge efficiently lightning energy within short time It proposes a structure for attenuating and isolating to ground voltage.
請求項1に記載の本願発明は、風力発電設備におけるロータブレードの先端部に、該先端部を跨ぐように着雷導電性帯が固着され、該着雷導線性帯には複数本の放電・犠牲電極(航空機の翼の後方部位に固着されスタティックディスチャージャーと呼ばれている電極棒に代表される電極であり以下「放電・犠牲電極」と表記する)が固着され、該着雷導電性帯と該ロータブレード先端近傍に取り付けられた結合素子と電気的に接続され、該結合素子に接続されたダウンコンダクタを経由して該ロータブレードの軸受け基部で接地線に接続してロータブレードの雷害を防止する手段において、前記複数本の放電・犠牲電極をトレイリングエッジ側にのみ設けかつ該放電・犠牲電極の先端部をロータブレードの回転方向の風下側方向に向けたことを特徴とするロータブレード雷害防止構造に関するものである。 The present invention described in
本願発明の構造においては、ロータブレードの先端部に集中する雷害による該ロータブレードの損傷を防止するため、前記放電・犠牲電極をトレイリングエッジ側に設けかつロータブレードの回転方向の風下側方向に向けて固着したことにより、着雷に際して該放電・犠牲電極に着雷エネルギーを集中させ微少時間内に空中に放電・減衰させ、併せて着雷エネルギーをロータブレード先端近傍に取り付けられた結合素子と、該結合素子に接続されたダウンコンダクタを経由して該ロータブレードの軸受け基部で接地線を通じて対地電圧に同位させることを可能としたものである。In the structure of the present invention, in order to prevent damage to the rotor blade due to lightning damage concentrated on the tip of the rotor blade, the discharge / sacrificial electrode is provided on the trailing edge side and the leeward direction in the rotational direction of the rotor blade When the lightning strikes, the lightning energy is concentrated on the discharge / sacrificial electrode so that the lightning energy is discharged and attenuated in the air within a very short time, and the lightning energy is attached near the rotor blade tip. In addition, it is possible to cause the ground voltage to pass through the ground line at the bearing base of the rotor blade via the down conductor connected to the coupling element .
請求項1について図1及び図2を用いて説明する。
図1(A)は本願発明の基本形の斜視図であり、(B)は該ロータブレード1先端部の拡大図である。
風力発電装置のロータブレード1の先端部に該先端部をリーディングエッジ2からトレイリングエッジ3に跨って、その厚さが1〜10mm、幅が30〜100mm、長さが300〜1,000mmの導電性の着雷導電性帯4が該ロータブレード1の表面に固着されたロータブレード1において、更に該着雷導電性帯4には該ロータブレード1の先端部よりトレイリングエンジ3側の位置に太さ5〜20mm、長さ50〜300mmの放電・犠牲電極5を適当な間隔を保持して複数本(3〜5本が最適)固着させる構造とする。
FIG. 1A is a perspective view of the basic form of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of the tip of the
The leading edge of the
本願発明の構造において、複数本の前記放電・犠牲電極5の固着位置とその方向が最大の特徴である。
即ち、複数本の該放電・犠牲電極5はロータブレード1先端部のトレイリングエッジ2側にのみ設けられ、かつ該放電・犠牲電極5の先端部をロータブレード1の回転方向の風下側方向に向けてそれぞれを同じ方向に平行するように固着することにある。
なお、図2(A)は本願発明の他の実施例の斜視図であり、(B)は該ロータブレード1先端部の拡大図である。 In the structure of the present invention, the position where the plurality of discharge /
That is, the plurality of discharge /
2A is a perspective view of another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of the tip of the
本願発明の構造において、前記複数本の放電・犠牲電極5に用いる素材は、高速度となるロータブレード1の先端部に取り付けられるものであることに鑑み、導電性を保有することに加え、風切りに伴う揺動に対する耐久性を有する素材であれば良く、本願発明においてはその素材について特定しない。
また、該複数本の放電・犠牲電極5を着雷導電性帯4に固着する方法はリベット止めやネジ止めのほか接着方法等を用いることで可能であるが、堅固に固着する方法であれば良く、本願発明においてはその方法を特定しない。 In the structure of the present invention, material to be used for discharge-
In addition, the method of fixing the plurality of discharge /
前記に基づき、ロータブレード1の先端部に固着された着雷導電性帯4は。既設として取り付けられている結合素子6に高導電性の導線7を用いて電気的に接続し、該結合素子6に接続されダウンコンダクタ10(接地導体)を経由して。ロータブレード1の軸受け基部9において大地に接続された接地線(図示せず)へと電気的に接続を行わせる構造となっている。 Based on the above, the lightning conductive strip 4 fixed to the tip of the
なお、本願発明は風力発電設備の新規製作時は勿論のこと、既設の設備における雷害防止構造と併用することにより、より一層雷撃サージによるロータブレード1の損壊防止や損傷の軽減を図ることができる。In addition, the invention of the present application can prevent damage to the
1 ロータブレード
2 リーディングエッジ
3 トレイリングエッジ
4 着雷導電性帯
5 放電電極
6 受雷部(レセプター)
7 導線
8 導電性帯
9 軸受け基部
10 ダウンコンダクタ1
7 Conductor 8 Conductive band 9
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