JP2010043936A - ブレード用落雷検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】風車用の各ブレードに対する落雷を検知し、落雷情報を簡単且つ的確に遠隔監視する。
【解決手段】各ブレード５−１，５−２，５−３から引き出されたロータ４内の各避雷導体６−１，６−２，６−３に、小さなＣＴ１１−１，１１−２，１１−３をそれぞれ取り付け、各避雷導体６−１，６−２，６−３に流れる落雷電流をそれぞれ検出しているので、落雷したブレード５−１，５−２，５−３の落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及び落雷時刻情報ＤＡ４とバッテリ電圧低下情報ＤＡ３とを的確に取得できる。取得した情報ＤＡ１，ＤＡ２，ＤＡ３を、回転しているロータ４内のブレード側ユニット１０から、回転しているナセル３内の中継ユニット３０を中継して、固定されている塔体２内の監視ユニット４０へ、特定小電力無線により伝送する構成にしたので、ブレードの運用状況にかかわらず落雷検出が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に設けられるブレード用落雷検出システム、特に、風車を構成する複数のブレード（羽）に対する落雷を検知し、落雷情報（例えば、落雷箇所情報、落雷電流値情報、落雷時刻情報等）を監視（モニタ）するためのブレード用落雷検出システムに関するものである。

近年、省エネルギー化を背景に、風力発電への取り組みが注目されている。風力発電装置は、塔体及び複数枚のブレード等から構成されており、構造上、落雷の被害に遭うことが多い。特に、最高地点に達しているブレードに落雷することが多い。なお、落雷が生じた場合、落雷電流は、ブレード、塔体及び大地内に設置された接地装置を介し、大地内に放流される。

ブレードへの雷撃が繰り返されると、ブレードが破損に至る場合がある。又、極めて大きな雷撃がブレードへ生じた場合は、１回の雷撃でブレードが破損することもある。そのため、ブレードの状態を定期的に保守したり、破損しているブレードについては交換する必要がある。

このように、ブレードの状態を定常監視することが望まれることから、従来より、風力発電装置には、落雷検出システムが配設されている場合が多い。従来の落雷検出システムは、例えば、下記の特許文献１〜３に記載されているように、風力発電装置における塔体の外周に落雷電流検出用のロゴスキー・コイルを装着し、落雷時の落雷電流値を計測すると共に、落雷時刻を認識し、これらの計測値を遠隔の監視装置に伝送するシステムである。

特開２００５−６２０８０号公報 特開２００６−２７５８４５号公報 特開２００１−３４９７７５号公報

ところが、これらの落雷検出システムでは、複数枚のブレードのうち、何れのブレードに落雷が生じたのかを特定することができない。そのため、保守時に全てのブレードを点検しなくてはならず、時間や多大な労力を要するという問題がある。

そこで、このような問題を解決するための技術として、例えば、下記の特許文献４のような落雷検出システムが知られている。

特開２００８−２５９９３号公報

この特許文献４に記載された落雷検出システムでは、各ブレードにおける根元部の外周に、落雷電流検出用のロゴスキー・コイルをそれぞれ装着して落雷時の落雷電流値を検出し、このブレードが、避雷の虞の無い下死点の位置に移動した時点でその検出結果を外部へ送信する構成になっている。そのため、複数枚のブレードのうち、何れのブレードに落雷が生じたのかを特定することができる。

しかしながら、従来の特許文献４に記載された落雷検出システムでは、次の（ａ）〜（ｃ）のような課題があった。

（ａ） 複数枚のブレードは、それぞれ、例えば、直径が２ｍ、長さが５０ｍ、重さが数ｔ以上あり、毎分３０回程度で回転している。このような太いブレードの根元部外周に、直径が２ｍ以上のロゴスキー・コイルを装着すると、空気抵抗が大きくなって回転効率が低下したり、風切り音が発生する等の運用上の弊害が生じる。

（ｂ） ロゴスキー・コイルは、落雷電流等の大電流の測定に適し、遠方で発生した外部磁界成分を打ち消す性質があるので、ノイズには強いが、電流の微分値（磁束の時間変化）しか検出できないので、その微分値を積分器で積分して落雷電流値を求める必要がある。そのため、検出結果算出時間の遅延や、回路構成の複雑化等の問題が生じる。

（ｃ） ブレードが、避雷の虞の無い下死点の位置に移動した時点で、ロゴスキー・コイルの検出結果を外部へ送信する構成になっているので、送信時に正確にタイミングを取る必要があり、しかも、送信位置が回転しているため、送信ミスが生じる虞がある。そのため、送信の信頼性を向上させることが難しい。

本発明のブレード用落雷検出システムは、避雷導体がそれぞれ形成された複数のブレードと、前記ブレードを支持して前記ブレードと共に回転するロータと、前記ロータにより回転して発電を行う発電機が収容されたナセルと、前記ナセルを回動自在に支持する塔体と、前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体を、前記ロータ、前記ナセル、及び前記塔体内を通して接地する接地手段と、を備えた風力発電装置に設けられるブレード用落雷検出システムであって、前記ロータ内に設けられたブレード側ユニットと、前記ナセル内に設けられた中継ユニットと、前記塔体内に設けられた監視ユニットとを備えている。

ここで、前記ブレード側ユニットは、前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体にそれぞれ取り付けられて前記各避雷導体に流れる落雷電流をそれぞれ検出して検出電流を出力する複数の変流器（以下「ＣＴ」という。）と、前記各検出電流のピーク値を保持し、前記各検出電流が閾値を超えた時にトリガ信号をそれぞれ発生し、前記各トリガ信号に基づき、前記保持された前記ピーク値を読み出し、落雷箇所情報及び落雷電流値情報を出力する制御手段と、前記落雷箇所情報及び前記落雷電流値情報を受信先である前記中継ユニットからの受信確認信号を受信するまで前記中継ユニットに向けて無線送信する送信手段とを有している。

前記中継ユニットは、前記送信手段から無線送信された電波を中継すると共に前記受信確認信号を前記送信手段へ送信する無線中継手段を有している。前記監視ユニットは、前記中継された電波を受信すると、前記落雷電流値情報に対する落雷時刻情報を取得して前記落雷箇所情報、前記落雷電流値情報、及び前記落雷時刻情報を表示すると共に外部へ出力する監視手段を有している。

本発明の他のブレード用落雷検出システムは、避雷導体がそれぞれ形成された複数のブレードと、前記ブレードを支持して前記ブレードと共に回転するロータと、前記ロータにより回転して発電を行う発電機が収容されたナセルと、前記ナセルを回動自在に支持する塔体と、前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体を、前記ロータ、前記ナセル、及び前記塔体内を通して接地する接地手段と、を備えた風力発電装置に設けられるブレード用落雷検出システムであって、前記ロータ内に設けられ、バッテリ電圧で動作するブレード側ユニットと、前記ナセル内に設けられた中継ユニットと、前記塔体内に設けられた監視ユニットとを備えている。

ここで、前記ブレード側ユニットは、前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体にそれぞれ取り付けられて前記各避雷導体に流れる落雷電流をそれぞれ検出して検出電流を出力する複数のＣＴと、前記バッテリ電圧が規定値以下に低下したことを検出してバッテリ電圧検出結果を出力するバッテリ電圧検出手段と、前記各検出電流のピーク値を保持し、前記各検出電流が閾値を超えた時にトリガ信号をそれぞれ発生し、前記各トリガ信号に基づき、前記保持された前記ピーク値を読み出し、落雷箇所情報、及び落雷電流値情報を出力すると共に、前記バッテリ電圧検出結果に基づきバッテリ電圧低下情報を出力する制御手段と、前記落雷箇所情報、前記落雷電流値情報、及び前記バッテリ電圧低下情報を受信先である前記中継ユニットからの受信確認信号を受信するまで前記中継ユニットに向けて無線送信する送信手段とを有している。

前記中継ユニットは、前記送信手段から無線送信された電波を中継すると共に前記受信確認信号を前記送信手段へ送信する無線中継手段を有している。前記監視ユニットは、前記中継された電波を受信すると、前記落雷電流値情報に対する落雷時刻情報を取得して前記落雷箇所情報、前記落雷電流値情報、前記バッテリ電圧低下情報、及び前記落雷時刻情報を表示すると共に外部へ出力する監視手段を有している。

本発明によれば、次の（Ａ）〜（Ｅ）のような効果がある。
（Ａ） 各ブレードから引き出されたロータ内の各避雷導体に、従来のロゴスキー・コイルに比べて非常に小さなＣＴをそれぞれ取り付け、各避雷導体に流れる落雷電流をそれぞれ検出する構成にしたので、ブレードの回転効率を低下させたり、風切り音の発生等といった運用上の弊害を生じることなく、落雷したブレードの落雷箇所情報、落雷電流値情報、及び落雷時刻情報等を的確に取得できる。

（Ｂ） 取得した落雷箇所情報、及び落雷電流値情報等を、回転しているロータ内のブレード側ユニットから、回転しているナセル内の中継ユニットを中継して、固定されている塔体内の監視ユニットへ、無線により伝送する構成にしたので、ブレードの運用状況にかかわらず落雷検出が可能であり、しかも、落雷箇所、落雷電流値、及び落雷時刻等を簡単且つ精度良く遠隔監視することができる。

（Ｃ） 従来のロゴスキー・コイルに代えてＣＴを用いて落雷電流値を直接検出しているので、従来のような積分器で積分して落雷電流値を求める必要がない。そのため、検出速度の向上や、回路構成の簡易化による低コスト化等が可能になる。

（Ｄ） 回転しているブレード側ユニット内の送信手段は、落雷箇所情報、及び落雷電流値情報等を、回転している中継ユニットからの受信確認信号を受信するまで、所定の時間間隔で送信動作を繰り返す構成になっているので、従来のような送信時のタイミングを考慮する必要が無く、しかも、送信ミスが生じても、受信確認が得られるまで、繰り返して送信を行うので、情報を確実に送信できる。

（Ｅ） ブレード用落雷検出システムは、設置場所を考慮してブレード側ユニット、中継ユニット、及び監視ユニットという３つのユニット構成になっているので、設置や保守、点検（メンテナンス）が容易で、低コスト化が可能になる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１の構成）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１におけるブレード用落雷検出システムを示す概略の構成図であり、同図（ａ）は風力発電装置の正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の右側面図、及び、同図（ｃ）は同図（ｂ）中のブレード側ユニットの概略の構成図である。

本実施例１のブレード用落雷検出システムは、風力発電装置に設けられる装置である。風力発電装置は、大地１内に埋設された図示しない基礎部上に設置されたタワーである塔体２を有している。塔体２は、内部空間を有する中空の鋼管等で形成され、この上端部に箱形のナセル３が水平方向に回転自在に軸着されている。ナセル３内には、図示しない変速機及び発電機等が収容され、その発電機に変速機を介して、垂直方向に回転自在に中空のロータ４が軸着されている。ロータ４には、複数枚（例えば、３枚）の風車用ブレード５−１，５−２，５−３の根元部が取り付けられている。各ブレード５−１，５−２，５−３は、ＦＲＰ、グラスファイバ等により羽形に形成され、内部に避雷導体６−１，６−２，６−３がそれぞれ埋設されている。

ブレード５−１，５−２，５−３が回転すると、これに伴ってロータ４も回転し、このロータ４に連結された変速機により回転が変速され、この変速された回転により発電機が発電する構成になっている。又、各ブレード５−１，５−２，５−３から引き出された各避雷導体６−１，６−２，６−３に対して、接地手段が施されている。接地手段は、例えば、ロータ４内に設けられたブラシである回転自在の接触子７−１，７−２，７−３、及び接地線８等を有し、各ブレード５−１，５−２，５−３から引き出された各避雷導体６−１，６−２，６−３が、各接触子７−１，７−２，７−３を介して接地線８に共通に接続されている。接地線８は、ロータ４、ナセル３、及び塔体２内を通り、大地１内に設置された図示しない接地装置に接続されている。

このような風力発電装置に設けられるブレード用落雷検出システムは、ロータ４内に設けられ、落雷検出機能、及びバッテリ電圧低下検出機能を有するブレード側ユニット１０と、ナセル３内に設けられ、落雷・バッテリ電圧低下情報中継機能を有する中継ユニット３０と、塔体２内の例えば下部に設けられ、落雷・バッテリ電圧低下情報表示機能、及び落雷・バッテリ電圧低下情報を外部へ出力する出力機能を有する監視ユニット４０とを備えている。

ブレード側ユニット１０は、例えば、バッテリ電圧で動作する回路であり、各ブレード５−１，５−２，５−３から引き出された各避雷導体６−１，６−２，６−３にそれぞれ取り付けられた３チャンネル分のＣＴ１１−１，１１−２，１１−３と、これらの各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３に信号線１２−１，１２−２，１２−３を介してそれぞれ接続されたブレード側ユニット本体２０とにより構成されている。各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３は、各避雷導体６−１，６−２，６−３に流れる落雷電流をそれぞれ検出（検出電流範囲は例えば２ＫＡ〜５０ＫＡ）して検出電流をブレード側ユニット本体２０へ出力するものである。ブレード側ユニット本体２０は、それらの各検出電流の波高値であるピーク値を保持し、落雷箇所情報、及び落雷電流値情報等を送信するものである。

図２は、図１中のブレード側ユニット１０を示す概略の構成図である。
このブレード側ユニット１０内に設けられたブレード側ユニット本体２０は、直流（以下「ＤＣ」という。）電圧７．２Ｖを出力するバッテリ２１を有している。バッテリ２１は、例えば、１次電池又は２次電池で構成され、この出力側に、電源回路２２が接続されている。電源回路２２は、バッテリ２１から供給されるバッテリ電圧ＤＣ７．２Ｖに基づき一定電圧（例えば、ＤＣ５Ｖ）を生成してブレード側ユニット本体内のＤＣ５Ｖ系の回路へ供給する電源部２２ａと、バッテリ電圧が規定値（例えば、ＤＣ３Ｖ）以下に低下したことを検出して警報（アラーム）用のバッテリ電圧検出結果Ｓ２２を出力するバッテリ電圧検出手段（例えば、バッテリ電圧検出部）２２ｂ等とを有している。

ブレード側ユニット本体２０は、更に、ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３に信号線１２−１，１２−２，１２−３を介して接続された制御手段を有している。この制御手段は、各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３にて検出された各検出電流のピーク値をそれぞれ保持し、その各検出電流が閾値を超えた時にトリガ信号Ｓ２３−１，Ｓ２３−２，Ｓ２３−３をそれぞれ発生し、これらの各トリガ信号Ｓ２３−１，Ｓ２３−２，Ｓ２３−３に基づき、その保持されたピーク値を読み出し、落雷箇所情報ＤＡ１、及び落雷電流値情報ＤＡ２を出力すると共に、バッテリ電圧検出結果Ｓ２２に基づいてバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を出力する機能を有し、例えば、３つのトリガ回路２３−１，２３−２，２３−３、３つのアッテネータ（ＡＴＴ）２４−１，２４−２，２４−３、３つのピークホールド回路２５−１，２５−２，２５−３、及び制御部（例えば、中央処理装置、以下「ＣＰＵ」という。）２６により構成されている。

各トリガ回路２３−１，２３−２，２３−３は、各入力端子が各信号線１２−１，１２−２，１２−３を介して各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３にそれぞれ接続され、これらの各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３にて検出された各検出電流が閾値を超えた時に、起動信号（ウェイクアップ信号）であるトリガ信号Ｓ２３−１，Ｓ２３−２，Ｓ２３−３をそれぞれ発生してＣＰＵ２６へ与える回路である。各アッテネータ２４−１，２４−２，２４−３は、各入力端子が各信号線１２−１，１２−２，１２−３を介して各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３にそれぞれ接続され、これらの各ＣＴ１１−１，１１−２，１１−３にて検出された各検出電流をそれぞれ減衰する回路であり、これらの各出力端子にピークホールド回路２５−１，２５−２，２５−３がそれぞれ接続されている。

各ピークホールド回路２５−１，２５−２，２５−３は、各アッテネータ２４−１，２４−２，２４−３から出力される各検出電流のピーク値をそれぞれ保持する回路であり、この回路にＣＰＵ２６が接続されている。ＣＰＵ２６は、各トリガ回路２３−１，２３−２，２３−３から与えられる各トリガ信号Ｓ２３−１，Ｓ２３−２，Ｓ２３−３に基づき、各ピークホールド回路２５−１，２５−２，２５−３に保持されたピーク値Ｓ２５−１，Ｓ２５−２，Ｓ２５−３をアナログ／デジタル（以下「Ａ／Ｄ」という。）変換して取り込み、落雷箇所情報ＤＡ１及び落雷電流値情報ＤＡ２を出力すると共に、バッテリ電圧検出部２２ｂから与えられたバッテリ電圧検出結果Ｓ２２に基づいてバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を出力する機能や、ピーク値Ｓ２５−１，Ｓ２５−２，Ｓ２５−３を読み出したピークホールド回路２５−１，２５−２，２５−３に対してリセット信号Ｒを与えてそのピーク値Ｓ２５−１，Ｓ２５−２，Ｓ２５−３をリセットする機能等を有し、このＣＰＵ２６に送信手段（例えば、高周波（以下「ＲＦ」という。）モジュール）２７が接続されている。

ＲＦモジュール２７は、ＣＰＵ２６からの落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を、受信先である中継ユニット３０からの受信確認信号を受信するまでその中継ユニット３０に向けて無線（例えば、特定小電力無線）にて送信する機能を有している。

図３は、図１中の中継ユニット３０を示す概略の構成図である。
この中継ユニット３０は、例えば、風力発電装置の外部から供給される交流（以下「ＡＣ」という。）電圧（ＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００Ｖ）で動作する無線中継手段を有している。この無線中継手段は、外部から供給されるＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００Ｖをアレスタ等の避雷器３１を介して入力して所定電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３２と、そのＤＣ１２Ｖに基づき一定電圧（例えば、ＤＣ５Ｖ）を生成する電源回路３３と、そのＤＣ５Ｖにより動作する制御部（例えば、ＣＰＵ）３４及びＲＦモジュール３５等とにより構成されている。

ＣＰＵ３４は、中継ユニット全体をプログラム制御する機能を有し、これにはＲＦモジュール３５が接続されている。ＲＦモジュール３５は、ＣＰＵ３４により制御され、ブレード側ユニット１０のＲＦモジュール２７から無線送信された電波を中継（例えば、特定小電力無線で中継）すると共に受信確認信号をそのＲＦモジュール２７へ送信する回路である。

図４は、図１中の監視ユニット４０を示す概略の構成図である。
監視ユニット４０は、例えば、風力発電装置の外部から供給されるＡＣ電圧（ＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００Ｖ）で動作する監視手段を有している。監視手段は、中継ユニット３０により中継された特定小電力無線の電波を受信すると、落雷電流値情報ＤＡ２に対する落雷時刻情報ＤＡ４を取得して落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３、及び落雷時刻情報ＤＡ４を表示すると共に外部へ出力する機能を有している。この監視手段は、例えば、アレスタ等の避雷器４１、２つのＡＣ／ＤＣコンバータ４２，４３、電源回路４４、時計４５、不揮発性メモリ（例えば、電気的に消去可能なプログラマブルメモリ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、以下「ＥＥＰＲＯＭ」という。）４５、表示器（例えば、液晶表示器、以下「ＬＣＤ」という。）４７、各種の操作キー４８、ブザー４９、制御部（例えば、ＣＰＵ）５０、ＲＦモジュール５１、信号線（例えば、ＲＳ２３２Ｃ規格のシリアル信号線）５２、ローカル・エリア・ネットワーク（Local Area Network、以下「ＬＡＮ」という。）コンバータ５３、アレスタ等の避雷器５４、及びＬＡＮ（例えば、イーサネット（登録商標））５５等により構成されている。

２つのＡＣ／ＤＣコンバータ４２，４３のうち、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、外部から避雷器４１を介して入力されるＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００ＶをＤＣ電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）に変換する回路、ＡＣ／ＤＣコンバータ４３は、そのＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００ＶをＤＣ電圧（例えば、ＤＣ５Ｖ）に変換する回路である。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２の出力側には、電源回路４４が接続されている。電源回路４４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２から供給されるＤＣ１２Ｖから一定のＤＣ電圧（例えば、ＤＣ５Ｖ）を生成し、ＤＣ５Ｖ系の回路（時計４５、ＥＥＰＲＯＭ４６、ＬＣＤ４７、各種操作キー４８、ブザー４９、ＣＰＵ５０、ＲＦモジュール５１等）へ供給する回路である。

ＣＰＵ５０は、監視ユニット全体をプログラム制御する機能を有し、このＣＰＵ５０には、落雷時刻情報ＤＡ４を取得するための時計４５、各種の情報を記憶するＥＥＰＲＯＭ４６、各種の情報を表示するＬＣＤ４７、各種操作キー４８、警報音を発生するブザー４９、中継ユニット３０側のＲＦモジュール３５に対する送受信を行うＲＦモジュール５１、及び信号線５２等が接続されている。ＣＰＵ５０は、ＲＦモジュール５１が受信した落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を入力し、その落雷電流値情報ＤＡ２に対する落雷時刻情報ＤＡ４を時計４５から取得し、これらの落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３、及び落雷時刻情報ＤＡ４をＬＣＤ４７に表示し、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３をブザー４９から音声出力し、更に、信号線５２へ出力する機能を有している。信号線５２には、インタフェース用のＬＡＮコンバータ５３、及び避雷器５４を介して、イーサネット（登録商標）５５が接続されている。

（実施例１の動作）
図５は、図１〜図４のブレード用落雷検出システムの動作を示すフローチャートである。

本実施例１のブレード用落雷検出システムでは、ブレード側ユニット１０においてステップＳＴ１〜ＳＴ８の処理、中継ユニット３０においてステップＳＴ９，ＳＴ１０の処理、及び、監視ユニット４０においてステップＳＴ１１〜ＳＴ１５の処理がそれぞれ行われる。

先ず、ステップＳＴ１において、図２のブレード側ユニット１０内のＣＰＵ２６は、常時、省電力の待機状態（スリープ状態）になっている。例えば、図１のブレード５−１に落雷した落雷電流が避雷導体６−１に侵入すると、この避雷導体６−１上の落雷電流が接触子７−１、接地線８、及び図示しない接地装置を介して大地内に放電される。これにより、ブレード５−１に対する落雷保護が行われる。避雷導体６−１に侵入した落雷電流は、図２の検出チャンネル１のＣＴ１１−１により検出され、この検出電流が信号線１２−１を通して、トリガ回路２３−１へ送られると共に、検出電流のピーク値がアッテネータ２４−１で減衰されてピークホールド回路２５−１に保持され、ステップＳＴ２へ進む。

ステップＳＴ２において、検出チャンネル１のトリガ回路２３−１は、落雷電流のピーク値のレベルが検出レベルの閾値（例えば、２ＫＡ）を超えているか否かを判定する。落雷電流のピーク値が２ＫＡよりも低い時には、ブレード５−１に対する損傷の影響が少ないので、以降の落雷検出動作を行わずに、ステップＳＴ１へ戻ってスリープ状態になる。落雷電流のピーク値が２ＫＡを越えている時には、トリガ回路２３−１からトリガ信号Ｓ２３−１が出力されてＣＰＵ２６へ送られ、ステップＳＴ３へ進む。

ステップＳＴ３において、トリガ信号Ｓ２３−１によってＣＰＵ２６がウェイクアップし、ステップＳＴ４へ進む。ステップＳＴ４において、ＣＰＵ２６は、検出チャンネル１のピークホールド回路２５−１に保持された落雷電流のピーク値Ｓ２５−１をＡ／Ｄ変換して取り込み、ステップＳＴ５へ進む。ステップＳＴ５において、ＣＰＵ２６は、取り込んだピーク値Ｓ２５−１が２ＫＡ以上であるか否かを判定し、２ＫＡ以下の場合はステップＳＴ６へ進み、２ＫＡを越える場合はステップＳＴ７へ進む。２ＫＡ以下の場合、ブレード５−１に対する損傷の影響が少ないので、ステップＳＴ６において、ＣＰＵ２６は、そのチャンネル１のピーク値を廃棄すると共に、リセット信号Ｒを出力してピークホールド回路２５−１をリセットし、ステップＳＴ７へ進む。

ステップＳＴ７において、ＣＰＵ２６は、取り込んだ検出チャンネル１の落雷箇所情報ＤＡ１とピーク値Ｓ２５−１の落雷電流値情報ＤＡ２とをＲＦモジュール２７にセットする。バッテリ２１のバッテリ電圧が規定値ＤＣ３Ｖ以下に低下した場合、これがバッテリ電圧検出部２２ｂで検出され、このバッテリ電圧検出結果Ｓ２２がＣＰＵ２６へ送られる。ＣＰＵ２６は、バッテリ電圧検出結果Ｓ２２に対応するバッテリ電圧低下情報ＤＡ３も、前記ＲＦモジュール２７へセットし、ステップＳＴ８へ進む。

ステップＳＴ８において、ＲＦモジュール２７は、セットされた落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を、特定小電力無線で中継ユニット３０へ送信する。この際、ＲＦモジュール２７は、落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を、受信先である中継ユニット３０からの受信確認信号を受信するまで、所定の時間間隔で送信動作を繰り返す。これにより、情報を確実に送信できる。送信後、ステップＳＴ１へ戻ってスリープ状態へ移行すると共に、中継ユニット３０の処理であるステップＳＴ９へ進む。

ステップＳＴ９において、図３の中継ユニット３０のＲＦモジュール３５は、ＣＰＵ３４の制御に基づき、ブレード側ユニット１０から送られてきた落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を受信すると、ステップＳＴ１０へ進む。ステップＳＴ１０において、ＲＦモジュール３５は、特定小電力無線により、受信確認信号をブレード側ユニット１０のＲＦモジュール２７へ返信する共に、落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を監視ユニット４０へ送信し、ステップＳＴ１１へ進む。

ステップＳＴ１１において、図４の監視ユニット４０のＲＦモジュール５１は、中継ユニット３０から送られてきた落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を受信すると、ＣＰＵ５０へ転送してステップＳＴ１２へ進む。ステップＳＴ１２において、ＣＰＵ５０は、取得した落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３のうち、その落雷電流値情報ＤＡ２に対する落雷時刻情報ＤＡ４を時計４５から取得し、ステップＳＴ１３へ進む。ステップＳＴ１３において、ＥＥＰＲＯＭ４６は、ＣＰＵ５０によりアクセスされ、落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３、及び落雷時刻情報ＤＡ４を記憶し、ステップＳＴ１４へ進む。

ステップＳＴ１４において、ＣＰＵ５０は、ＥＥＰＲＯＭ４６に記憶された落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３、及び落雷時刻情報ＤＡ４を読み出し、ＬＣＤ４７に表示すると共に、そのバッテリ電圧低下情報ＤＡ３をブザー４９から音声出力して警報を発する。更に、ＣＰＵ５０は、落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３、及び落雷時刻情報ＤＡ４を信号線５２へ出力し、ステップＳＴ１５へ進む。

ステップＳＴ１５において、信号線５２へ出力された落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、バッテリ電圧低下情報ＤＡ３、及び落雷時刻情報ＤＡ４は、ＬＡＮコンバータ５３、避雷器５４及びイーサネット（登録商標）５５を介して外部へ出力され、監視センタ等へ送られて、ブレード用落雷検出システムの動作が終了する。

（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（ａ）〜（ｇ）のような効果がある。
（ａ） 各ブレード５−１，５−２，５−３から引き出されたロータ４内の各避雷導体６−１，６−２，６−３に、従来のロゴスキー・コイルに比べて非常に小さなＣＴ１１−１，１１−２，１１−３をそれぞれ取り付け、各避雷導体６−１，６−２，６−３に流れる落雷電流をそれぞれ検出する構成にしたので、ブレード５−１，５−２，５−３の回転効率を低下させたり、風切り音の発生等といった運用上の弊害を生じることなく、落雷したブレード５−１，５−２，５−３の落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及び落雷時刻情報ＤＡ４とバッテリ電圧低下情報ＤＡ３とを的確に取得できる。

（ｂ） 取得した落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電力低下情報ＤＡ３を、回転しているロータ４内のブレード側ユニット１０から、回転しているナセル３内の中継ユニット３０を中継して、固定されている塔体２内の監視ユニット４０へ、特定小電力無線により伝送する構成にしたので、ブレード５−１，５−２，５−３の運用状況にかかわらず落雷検出が可能であり、しかも、落雷箇所、落雷電流値、落雷時刻、及びバッテリ電圧低下を簡単且つ精度良く遠隔監視することができる。

（ｃ） ブレード側ユニット１０を駆動するためのバッテリ２１の電圧低下も監視しているので、バッテリ２１の交換等のメンテナンスも容易になる。中継ユニット３０及び監視ユニット４０は、ＡＣ１００Ｖ又はＡＣ２００Ｖで駆動する構成になっているので、外部からの電源電力の取得が容易である。

（ｄ） 従来のロゴスキー・コイルに代えてＣＴ１１−１，１１−２，１１−３を用いて落雷電流値を直接検出しているので、従来のような積分器で積分して落雷電流値を求める必要がない。そのため、検出速度の向上や、回路構成の簡易化による低コスト化等が可能になる。

（ｅ） 回転しているブレード側ユニット１０内のＲＦモジュール２７は、落雷箇所情報ＤＡ１、落雷電流値情報ＤＡ２、及びバッテリ電圧低下情報ＤＡ３を、回転している中継ユニット３０からの受信確認信号を受信するまで、所定の時間間隔で送信動作を繰り返す構成になっているので、従来のような送信時のタイミングを考慮する必要が無く、しかも、送信ミスが生じても、受信確認が得られるまで、繰り返して送信を行うので、情報を確実に送信できる。

（ｆ） ブレード用落雷検出システムは、設置場所を考慮してブレード側ユニット１０、中継ユニット３０、及び監視ユニット４０という３つのユニット構成になっているので、設置やメンテナンスが容易で、低コスト化が可能になる。

（ｇ） 監視ユニット４０の外部出力にイーサネット（登録商標）５５を採用しているため、ハブ（ＨＵＢ）等を利用して遠隔監視を実施することが可能である。

（変形例）
本発明は、上記実施例に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（１）〜（３）のようなものがある。

（１） 本発明のブレード用落雷検出システムは、図示以外の種々の構造の風力発電装置に適用可能である。例えば、ブレード５−１，５−２，５−３が３枚以外の構造であれば、その数に応じて検出チャンネル数を変えれば良い。

（２） ブレード側ユニット１０を駆動するためのバッテリ２１としては、１次電池又は２次電池の他に、太陽電池を使用しても良い。バッテリ電圧低下情報ＤＡ３が不要であれば、省略しても良い。これにより、回路構成を簡略化できる。又、中継ユニット３０及び監視ユニット４０は、ＡＣ電源以外のＤＣ電源等の他の電源により駆動する構成にしても良い。

（３） ブレード側ユニット１０、中継ユニット３０、及び監視ユニット４０は、図示以外の回路構成に変更しても良い。例えば、ブレード側ユニット１０、中継ユニット３０、及び監視ユニット４０間の無線方式は、特定小電力無線以外の他の無線方式を使用したり、あるいは、監視ユニット４０の外部出力として、イーサネット（登録商標）５５以外の無線伝送や光伝送等を使用しても良い。

本発明の実施例１におけるブレード用落雷検出システムを示す概略の構成図である。 図１中のブレード側ユニット１０を示す概略の構成図である。 図１中の中継ユニット３０を示す概略の構成図である。 図１中の監視ユニット４０を示す概略の構成図である。 図１〜図４のブレード用落雷検出システムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 塔体
３ ナセル
４ ロータ
５−１，５−２，５−３ ブレード
６−１，６−２，６−３ 避雷導体
８ 接地線
１０ ブレード側ユニット
１１−１，１１−２，１１−３ ＣＴ
２０ ブレード側ユニット本体
２１ バッテリ
２３−１，２３−２，２３−３ トリガ回路
２５−１，２５−２，２５−３ ピークホールド回路
２６，３４，５０ ＣＰＵ
２７，３５，５１ ＲＦモジュール
４５ 時計

Claims (7)

1. 避雷導体がそれぞれ形成された複数のブレードと、
   前記ブレードを支持して前記ブレードと共に回転するロータと、
   前記ロータにより回転して発電を行う発電機が収容されたナセルと、
   前記ナセルを回動自在に支持する塔体と、
   前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体を、前記ロータ、前記ナセル、及び前記塔体内を通して接地する接地手段と、
   を備えた風力発電装置に設けられるブレード用落雷検出システムであって、
   前記ロータ内に設けられたブレード側ユニットと、前記ナセル内に設けられた中継ユニットと、前記塔体内に設けられた監視ユニットとを備え、
   前記ブレード側ユニットは、
   前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体にそれぞれ取り付けられて前記各避雷導体に流れる落雷電流をそれぞれ検出して検出電流を出力する複数の変流器と、
   前記各検出電流のピーク値を保持し、前記各検出電流が閾値を超えた時にトリガ信号をそれぞれ発生し、前記各トリガ信号に基づき、前記保持された前記ピーク値を読み出し、落雷箇所情報及び落雷電流値情報を出力する制御手段と、
   前記落雷箇所情報及び前記落雷電流値情報を受信先である前記中継ユニットからの受信確認信号を受信するまで前記中継ユニットに向けて無線送信する送信手段とを有し、
   前記中継ユニットは、
   前記送信手段から無線送信された電波を中継すると共に前記受信確認信号を前記送信手段へ送信する無線中継手段を有し、
   前記監視ユニットは、
   前記中継された電波を受信すると、前記落雷電流値情報に対する落雷時刻情報を取得して前記落雷箇所情報、前記落雷電流値情報、及び前記落雷時刻情報を表示すると共に外部へ出力する監視手段を有することを特徴とするブレード用落雷検出システム。
2. 避雷導体がそれぞれ形成された複数のブレードと、
   前記ブレードを支持して前記ブレードと共に回転するロータと、
   前記ロータにより回転して発電を行う発電機が収容されたナセルと、
   前記ナセルを回動自在に支持する塔体と、
   前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体を、前記ロータ、前記ナセル、及び前記塔体内を通して接地する接地手段と、
   を備えた風力発電装置に設けられるブレード用落雷検出システムであって、
   前記ロータ内に設けられ、バッテリ電圧で動作するブレード側ユニットと、前記ナセル内に設けられた中継ユニットと、前記塔体内に設けられた監視ユニットとを備え、
   前記ブレード側ユニットは、
   前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体にそれぞれ取り付けられて前記各避雷導体に流れる落雷電流をそれぞれ検出して検出電流を出力する複数の変流器と、
   前記バッテリ電圧が規定値以下に低下したことを検出してバッテリ電圧検出結果を出力するバッテリ電圧検出手段と、
   前記各検出電流のピーク値を保持し、前記各検出電流が閾値を超えた時にトリガ信号をそれぞれ発生し、前記各トリガ信号に基づき、前記保持された前記ピーク値を読み出し、落雷箇所情報、及び落雷電流値情報を出力すると共に、前記バッテリ電圧検出結果に基づきバッテリ電圧低下情報を出力する制御手段と、
   前記落雷箇所情報、前記落雷電流値情報、及び前記バッテリ電圧低下情報を受信先である前記中継ユニットからの受信確認信号を受信するまで前記中継ユニットに向けて無線送信する送信手段とを有し、
   前記中継ユニットは、
   前記送信手段から無線送信された電波を中継すると共に前記受信確認信号を前記送信手段へ送信する無線中継手段を有し、
   前記監視ユニットは、
   前記中継された電波を受信すると、前記落雷電流値情報に対する落雷時刻情報を取得して前記落雷箇所情報、前記落雷電流値情報、前記バッテリ電圧低下情報、及び前記落雷時刻情報を表示すると共に外部へ出力する監視手段を有することを特徴とするブレード用落雷検出システム。
3. 前記接地手段は、
   前記ロータ、前記ナセル、及び前記塔体内に設けられ、
   前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体が、それぞれ回転自在の接触子を介して共通に接続された接地線を有することを特徴とする請求項１記載のブレード用落雷検出システム。
4. 前記接地手段は、
   前記ロータ、前記ナセル、及び前記塔体内に設けられ、
   前記各ブレードから引き出された前記各避雷導体が、それぞれ回転自在の接触子を介して共通に接続された接地線を有することを特徴とする請求項２記載のブレード用落雷検出システム。
5. 前記制御手段は、
   前記各検出電流のピーク値をそれぞれ保持する複数のピークホールド回路と、
   前記各検出電流が前記閾値を超えた時に前記トリガ信号をそれぞれ発生する複数のトリガ回路と、
   前記各トリガ信号に基づき、前記ピークホールド回路に保持された前記ピーク値を読み出し、前記落雷箇所情報及び前記落雷電流値情報を出力する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１又は３記載のブレード用落雷検出システム。
6. 前記制御手段は、
   前記各検出電流のピーク値をそれぞれ保持する複数のピークホールド回路と、
   前記各検出電流が前記閾値を超えた時に前記トリガ信号をそれぞれ発生する複数のトリガ回路と、
   前記各トリガ信号に基づき、前記ピークホールド回路に保持された前記ピーク値を読み出し、前記落雷箇所情報及び前記落雷電流値情報を出力すると共に、前記バッテリ電圧検出結果に基づき前記バッテリ電圧低下情報を出力する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項２又は４記載のブレード用落雷検出システム。
7. 前記ブレード側ユニットと前記中継ユニットとの間の無線、及び前記中継ユニットと前記監視ユニットとの間の無線は、
   特定小電圧無線であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のブレード用落雷検出システム。

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