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JP6573330B2 - Coulomb amount measuring device - Google Patents

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JP6573330B2 JP2017089814A JP2017089814A JP6573330B2 JP 6573330 B2 JP6573330 B2 JP 6573330B2 JP 2017089814 A JP2017089814 A JP 2017089814A JP 2017089814 A JP2017089814 A JP 2017089814A JP 6573330 B2 JP6573330 B2 JP 6573330B2
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Description

本発明は、被対象物への落雷時のクーロン量を計測するクーロン量計測装置に関する。   The present invention relates to a coulomb amount measuring apparatus that measures the amount of coulomb during a lightning strike on an object.

例えば、風力発電システムの風車鉄塔や送電鉄塔などの構築物への落雷時、その落雷により構築物に流れるサージ電流を検出する装置がある(例えば、特許文献1参照)。   For example, there is a device that detects a surge current that flows through a structure due to a lightning strike when a lightning strike occurs on a structure such as a windmill tower or a power transmission tower of a wind power generation system (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1で開示されたサージ電流簡易検出器は、風車鉄塔や送電鉄塔などの構築物に、CT(変流器)やロゴスキーコイルなどの電流センサを取り付けた構成を具備するものである。   The simple surge current detector disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which a current sensor such as a CT (current transformer) or a Rogowski coil is attached to a structure such as a windmill tower or a power transmission tower.

このサージ電流簡易検出器では、電流センサにより、構築物への落雷時にその構築物に流れるサージ電流を検出し、その検出信号に基づいてサージ電流のレベル情報、伝播方向情報および時刻情報を管理するようにしている。   In this simple surge current detector, the current sensor detects the surge current that flows through the structure during a lightning strike on the structure, and manages the level information, propagation direction information, and time information of the surge current based on the detection signal. ing.

このような電流センサを使用して落雷時のクーロン量を計測する場合、電流センサから出力される検出信号の電流波形に基づいて、その電流波形の面積を算出することにより、落雷時のクーロン量を得ることができる。   When measuring the amount of coulomb during a lightning strike using such a current sensor, the area of the current waveform is calculated based on the current waveform of the detection signal output from the current sensor. Can be obtained.

特開2008−96336号公報JP 2008-96336 A

ところで、特許文献1で開示されたサージ電流簡易検出器では、落雷時に構築物に流れるサージ電流を検出するため、CT(変流器)やロゴスキーコイルなどの電流センサを使用している。   By the way, in the simple surge current detector disclosed in Patent Document 1, a current sensor such as a CT (current transformer) or a Rogowski coil is used to detect a surge current flowing through the structure during a lightning strike.

しかしながら、CT(変流器)やロゴスキーコイルなどの電流センサは、風車鉄塔や送電鉄塔などの構築物を囲むように電流センサを取り付ける必要がある。   However, a current sensor such as a CT (current transformer) or a Rogowski coil needs to be attached so as to surround a structure such as a windmill tower or a power transmission tower.

その結果、構築物の大きさに応じた複数種の電流センサを用意しなければならず、構築物の変更に迅速に対応することが困難であった。また、構築物が大きくなると、電流センサも大型化しなければならず、それに伴ってコストアップを招くことになる。さらに、電流センサが重量物となり、構築物への設置時の取り扱いが困難となる。   As a result, it is necessary to prepare a plurality of types of current sensors according to the size of the structure, and it is difficult to respond quickly to changes in the structure. In addition, when the structure becomes large, the current sensor must be increased in size, resulting in an increase in cost. Furthermore, the current sensor becomes a heavy object, and handling at the time of installation on the structure becomes difficult.

また、電流センサの場合、サージ電流の継続時間が長いと、電流センサのコイル自体が磁気飽和する。このような磁気飽和が生じると、検出信号の電流波形の面積を算出することで得られるクーロン量は、電流センサが磁気飽和する時間までしか得られない。その結果、クーロン量を正確に計測することが困難となる。   In the case of a current sensor, if the duration of the surge current is long, the current sensor coil itself is magnetically saturated. When such magnetic saturation occurs, the amount of coulomb obtained by calculating the area of the current waveform of the detection signal can be obtained only until the time when the current sensor is magnetically saturated. As a result, it becomes difficult to accurately measure the coulomb amount.

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、構築物の変更に迅速に対応することができ、落雷時のクーロン量を高精度に計測し得る小型で安価なクーロン量計測装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is a small size capable of quickly responding to a change in the structure and capable of measuring the coulomb amount at the time of lightning with high accuracy. It is to provide an inexpensive coulomb amount measuring device.

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係るクーロン量計測装置は、被対象物に近接して配置され、その被対象物への落雷により発生した磁界を検出するホール素子と、そのホール素子の出力に接続され、ホール素子から出力される検出信号を増幅する増幅器とからなる磁界センサを備え、その磁界センサの出力に接続され、増幅器から出力される検出信号の電圧波形に基づいて被対象物への落雷時のクーロン量を算出する制御器を具備し、その制御器は、被対象物の大きさと、被対象物とホール素子との離隔距離が設定入力されていることを特徴とする。 As a technical means for achieving the above-mentioned object, a coulomb amount measuring device according to the present invention is arranged in the vicinity of an object and a Hall element that detects a magnetic field generated by a lightning strike on the object. A magnetic field sensor connected to the output of the Hall element and an amplifier for amplifying the detection signal output from the Hall element, and connected to the output of the magnetic field sensor to generate a voltage waveform of the detection signal output from the amplifier. A controller that calculates the amount of coulomb at the time of lightning strike on the object, and the controller is set and inputted with the size of the object and the separation distance between the object and the Hall element It is characterized by.

本発明のクーロン量計測装置では、磁界センサとしてホール素子を使用する。このように、ホール素子を使用することにより、従来の電流センサのように被対象物を囲むように取り付ける必要がなく、ホール素子を被対象物に近接させて配置するだけで済む。   In the coulomb amount measuring device of the present invention, a Hall element is used as a magnetic field sensor. As described above, by using the Hall element, it is not necessary to attach the object to surround the object as in the conventional current sensor, and it is only necessary to arrange the Hall element close to the object.

その結果、構築物の変更に迅速に対応することが容易となり、構築物が大きくなっても、小型のホール素子を使用することができ、装置のコスト低減が図れる。また、小型のホール素子を使用することで、構築物への設置時の取り扱いも容易となる。   As a result, it becomes easy to quickly respond to the change of the structure, and even if the structure becomes large, a small Hall element can be used, and the cost of the apparatus can be reduced. Moreover, the use at the time of installation to a structure becomes easy by using a small Hall element.

本発明における磁界センサは、複数個のホール素子を被対象物に対して同一距離に配置すると共に、各ホール素子の出力に増幅器をそれぞれ接続し、各増幅器の増幅率を異ならせた構造が可能である。   The magnetic field sensor according to the present invention can have a structure in which a plurality of Hall elements are arranged at the same distance from the object, and an amplifier is connected to the output of each Hall element so that the amplification factor of each amplifier is different. It is.

また、他の構造として、単一のホール素子を被対象物に対して配置すると共に、ホール素子の出力に、増幅率が異なる複数個の増幅器を接続した構造が可能である。   As another structure, it is possible to arrange a single Hall element with respect to an object and connect a plurality of amplifiers having different amplification factors to the output of the Hall element.

さらに、他の構造として、複数個のホール素子を被対象物に対して異なる距離に配置すると共に、各ホール素子の出力に増幅器をそれぞれ接続し、各増幅器の増幅率を同一とした構造が可能である。   Furthermore, as another structure, a plurality of Hall elements can be arranged at different distances from the object, and an amplifier can be connected to the output of each Hall element so that the amplification factor of each amplifier is the same. It is.

以上のような構成を採用すれば、制御器において、落雷により発生する磁界の大小に応じて最適な増幅器の出力を選択し、それら増幅器の出力を合算することで、雷サージの電流波形に近似する電圧波形が得られ、その電圧波形の面積を算出することで、クーロン量を高精度に算出することができる。   By adopting the configuration as described above, the controller selects the optimum amplifier output according to the magnitude of the magnetic field generated by lightning strikes, and adds up the outputs of these amplifiers to approximate the current waveform of the lightning surge. By calculating the area of the voltage waveform, the coulomb amount can be calculated with high accuracy.

本発明によれば、磁界センサとしてホール素子を使用することにより、従来の電流センサのように被対象物を囲むように取り付ける必要がなく、ホール素子を被対象物に近接させて配置するだけで済む。   According to the present invention, by using a Hall element as a magnetic field sensor, it is not necessary to surround the object as in the case of a conventional current sensor, and only the Hall element is arranged close to the object. That's it.

その結果、構築物の変更に迅速に対応することが容易となり、構築物が大きくなっても、小型のホール素子を使用することができ、装置のコスト低減が図れる。また、小型のホール素子を使用することで、構築物への設置時の取り扱いも容易となる。   As a result, it becomes easy to quickly respond to the change of the structure, and even if the structure becomes large, a small Hall element can be used, and the cost of the apparatus can be reduced. Moreover, the use at the time of installation to a structure becomes easy by using a small Hall element.

本発明の実施形態で、クーロン量計測装置の概略構成を示す回路ブロック図である。1 is a circuit block diagram illustrating a schematic configuration of a coulomb amount measuring device according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態で、クーロン量計測装置の概略構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows schematic structure of the coulomb amount measuring device in other embodiment of this invention. 図1および図2のクーロン量計測装置の動作例を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the operation example of the coulomb amount measuring apparatus of FIG. 1 and FIG. (A)は従来のロゴスキーコイルによる計測可能領域を示す波形図、(B)は本発明のホール素子による計測可能領域を示す波形図である。(A) is a wave form diagram which shows the measurable area | region by the conventional Rogowski coil, (B) is a wave form diagram which shows the measurable area | region by the Hall element of this invention. 本発明の他の実施形態で、クーロン量計測装置の概略構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows schematic structure of the coulomb amount measuring device in other embodiment of this invention. 本発明の各実施形態におけるクーロン量計測装置を風車鉄塔に設置した例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example which installed the coulomb amount measuring device in each embodiment of this invention in the windmill tower.

本発明に係るクーロン量計測装置の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。以下の実施形態では、図6に示すように、風力発電システムの風車鉄塔11にクーロン量計測装置12を設置した場合を例示するが、このクーロン量計測装置12は、例えば送電鉄塔などの他の構築物にも設置することが可能である。   An embodiment of a coulomb amount measuring device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, as illustrated in FIG. 6, a case where a coulomb amount measuring device 12 is installed in a wind turbine tower 11 of a wind power generation system is illustrated, but this coulomb amount measuring device 12 may be another type such as a power transmission tower. It can also be installed on structures.

この実施形態のクーロン量計測装置12は、図1に示すように、被対象物である風車鉄塔11(図6参照)に近接して配置された複数個(図では4個)のホール素子13と、各ホール素子13の出力に接続された複数個(図では4個)の増幅器14とからなる磁界センサ15を備え、その磁界センサ15の出力に接続された制御器16を具備する。   As shown in FIG. 1, the coulomb amount measuring device 12 of this embodiment includes a plurality (four in the figure) of Hall elements 13 arranged close to a wind turbine tower 11 (see FIG. 6) that is an object. And a magnetic field sensor 15 composed of a plurality (four in the figure) of amplifiers 14 connected to the output of each Hall element 13, and a controller 16 connected to the output of the magnetic field sensor 15.

磁界センサ15のホール素子13および制御器16は、電源17により駆動電圧が供給される。なお、この実施形態では、4個のホール素子13および増幅器14を例示するが、4個以外であってもよく、その数は任意である。   The Hall element 13 and the controller 16 of the magnetic field sensor 15 are supplied with a driving voltage by a power source 17. In this embodiment, four Hall elements 13 and amplifiers 14 are exemplified, but the number may be other than four and the number is arbitrary.

磁界センサ15のホール素子13は、風車鉄塔11への落雷により発生した磁界を検出する。磁界センサ15の増幅器14は、ホール素子13から出力される検出信号を所定の増幅率でもって増幅する。この実施形態における4個の増幅器14は、異なる増幅率を持つ。制御器16は、磁界センサ15の増幅器14から出力される検出信号の電圧波形に基づいて風車鉄塔11への落雷時のクーロン量を算出する。   The hall element 13 of the magnetic field sensor 15 detects a magnetic field generated by a lightning strike on the windmill tower 11. The amplifier 14 of the magnetic field sensor 15 amplifies the detection signal output from the Hall element 13 with a predetermined amplification factor. The four amplifiers 14 in this embodiment have different amplification factors. The controller 16 calculates the amount of coulomb during a lightning strike to the wind turbine tower 11 based on the voltage waveform of the detection signal output from the amplifier 14 of the magnetic field sensor 15.

制御器16は、磁界センサ15の増幅器14の出力に接続されたA/D変換器18と、各A/D変換器18の出力に接続されたメモリ19と、各メモリ19の出力に接続された演算部20とで構成されている。この制御器16には、磁界センサ15のホール素子13および増幅器14と同数のA/D変換器18およびメモリ19が内蔵されている。   The controller 16 is connected to the A / D converter 18 connected to the output of the amplifier 14 of the magnetic field sensor 15, the memory 19 connected to the output of each A / D converter 18, and the output of each memory 19. And the arithmetic unit 20. The controller 16 includes the same number of A / D converters 18 and memories 19 as the Hall elements 13 and amplifiers 14 of the magnetic field sensor 15.

制御器16のA/D変換器18は、磁界センサ15の増幅器14から出力されるアナログの検出信号をデジタル変換する。制御器16のメモリ19は、A/D変換器18によりデジタル変換された検出信号をデータとして保存する。制御器16の演算部20は、メモリ19に保存された検出信号の電圧波形に基づいて風車鉄塔11への落雷時のクーロン量を算出する。   The A / D converter 18 of the controller 16 digitally converts the analog detection signal output from the amplifier 14 of the magnetic field sensor 15. The memory 19 of the controller 16 stores the detection signal digitally converted by the A / D converter 18 as data. The computing unit 20 of the controller 16 calculates the amount of coulomb at the time of lightning strike to the windmill tower 11 based on the voltage waveform of the detection signal stored in the memory 19.

制御器16の演算部20の出力には、表示部21、信号部22および送信部23が接続されている。表示部21は、演算部20により算出されたクーロン量および時刻を履歴として表示する。送信部23は、演算部20により算出されたクーロン量および時刻をインターネット等を経由して遠隔地へ送信する。   A display unit 21, a signal unit 22, and a transmission unit 23 are connected to the output of the calculation unit 20 of the controller 16. The display unit 21 displays the coulomb amount and time calculated by the calculation unit 20 as a history. The transmission unit 23 transmits the coulomb amount and time calculated by the calculation unit 20 to a remote location via the Internet or the like.

信号部22は、例えば所定以上のクーロン量を算出した場合に電圧接点信号を出力する。例えば、この信号部22を風力発電システムのリレー回路に接続することにより、所定以上のクーロン量となった場合に、電圧接点信号をリレー回路に出力することで、風力発電システムの運転を安全に停止させることができる。これにより、落雷による風車の損傷を防止し、例えば風車のブレードが飛散するという重大事故を未然に防止できる。   The signal unit 22 outputs a voltage contact signal when, for example, a predetermined amount of coulomb is calculated. For example, by connecting the signal unit 22 to the relay circuit of the wind power generation system, when the coulomb amount exceeds a predetermined value, a voltage contact signal is output to the relay circuit, so that the operation of the wind power generation system can be safely performed. Can be stopped. Thereby, damage to the windmill due to lightning strikes can be prevented, and for example, a serious accident in which the blades of the windmill are scattered can be prevented.

ここで、磁界センサ15は、磁界の大きさによって出力電圧が変動する。そのため、サージ電流が流れる風車鉄塔11の大きさ(外径)や、風車鉄塔11とホール素子13との離隔距離によって、磁界の大きさが異なり、ホール素子13の出力電圧が変動する。   Here, the output voltage of the magnetic field sensor 15 varies depending on the magnitude of the magnetic field. Therefore, the magnitude of the magnetic field varies depending on the size (outer diameter) of the windmill tower 11 through which the surge current flows and the separation distance between the windmill tower 11 and the Hall element 13, and the output voltage of the Hall element 13 varies.

このことから、風車鉄塔11の大きさや、風車鉄塔11とホール素子13との離隔距離を制御器16の演算部20に予め設定入力しておくことにより、クーロン量を適正に補正することができる。   Accordingly, the coulomb amount can be appropriately corrected by inputting the size of the windmill tower 11 and the separation distance between the windmill tower 11 and the hall element 13 in advance to the calculation unit 20 of the controller 16. .

図1に示す実施形態のクーロン量計測装置12では、複数個のホール素子13が内蔵された磁界センサ15を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図2に示す実施形態のように、単一のホール素子13が内蔵された磁界センサ15であってもよい。なお、図2において、図1と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。   In the coulomb amount measuring device 12 of the embodiment shown in FIG. 1, the magnetic field sensor 15 in which a plurality of Hall elements 13 are incorporated is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the embodiment of the embodiment shown in FIG. Thus, the magnetic field sensor 15 in which the single Hall element 13 is incorporated may be used. In FIG. 2, the same parts as those in FIG.

図2に示す実施形態のクーロン量計測装置12は、単一のホール素子13の出力を複数個(4個)の増幅器14のそれぞれに入力接続した構造を具備する。この実施形態における4個の増幅器14は、図1の実施形態と同様、異なる増幅率を持つ。   The coulomb amount measuring device 12 of the embodiment shown in FIG. 2 has a structure in which the output of a single Hall element 13 is input-connected to each of a plurality (four) of amplifiers 14. The four amplifiers 14 in this embodiment have different amplification factors as in the embodiment of FIG.

以上の構成からなるクーロン量計測装置12(図1および図2参照)では、風車鉄塔11への落雷時のクーロン量を以下の要領でもって計測する。   In the coulomb amount measuring device 12 (see FIGS. 1 and 2) configured as described above, the coulomb amount at the time of lightning strike to the wind turbine tower 11 is measured in the following manner.

まず、クーロン量の計測に先立って、クーロン量計測装置12を風車鉄塔11に設置する(図6参照)。このクーロン量計測装置12の風車鉄塔11への取り付けは、取付用金具などの適宜の手段を利用することにより行われる。   First, prior to measuring the coulomb amount, the coulomb amount measuring device 12 is installed on the wind turbine tower 11 (see FIG. 6). The coulomb amount measuring device 12 is attached to the wind turbine tower 11 by using an appropriate means such as a mounting bracket.

この実施形態のクーロン量計測装置12では、磁界センサ15としてホール素子13を使用することにより、従来の電流センサのように風車鉄塔11を囲むように取り付ける必要がなく、ホール素子13を風車鉄塔11に近接させるだけで済む。   In the coulomb amount measuring device 12 of this embodiment, by using the Hall element 13 as the magnetic field sensor 15, it is not necessary to mount the Hall element 13 so as to surround the windmill tower 11 unlike the conventional current sensor, and the Hall element 13 is attached to the windmill tower 11. You just need to be close to

その結果、構築物の変更、例えば、外径が異なる風車鉄塔11への適用や送電鉄塔への適用などに迅速に対応することが容易となり、構築物が大きくなっても、小型のホール素子13を使用することができ、装置のコスト低減が図れる。また、小型のホール素子13を使用することで、構築物への設置時の取り扱いも容易となる。   As a result, it becomes easy to quickly respond to the change of the structure, for example, the application to the wind turbine tower 11 having a different outer diameter or the power transmission tower, and the small hall element 13 is used even if the structure becomes large. The cost of the apparatus can be reduced. In addition, the use of the small Hall element 13 facilitates the handling during installation on the structure.

以上のようにして風車鉄塔11に取り付けられたクーロン量計測装置12の磁界センサ15では、風車鉄塔11への落雷により風車鉄塔11にサージ電流が流れると(図1および図2の矢印参照)、そのサージ電流からの磁界をホール素子13で検出する。このホール素子13から出力される検出信号(電圧)を増幅器14により所定の増幅率でもって増幅する。   In the magnetic field sensor 15 of the coulomb measuring device 12 attached to the windmill tower 11 as described above, when a surge current flows through the windmill tower 11 due to a lightning strike on the windmill tower 11 (see arrows in FIGS. 1 and 2), The Hall element 13 detects the magnetic field from the surge current. The detection signal (voltage) output from the hall element 13 is amplified by the amplifier 14 with a predetermined amplification factor.

クーロン量計測装置12の制御器16では、磁界センサ15の増幅器14から出力される検出信号の電圧波形に基づいて風車鉄塔11への落雷時のクーロン量を算出する。つまり、増幅器14から出力されるアナログの検出信号をA/D変換器18によりデジタル変換する。このA/D変換器18によりデジタル変換された検出信号をデータとしてメモリ19に保存する。このメモリ19に保存された検出信号の電圧波形に基づいて風車鉄塔11への落雷時のクーロン量を演算部20で算出する。   The controller 16 of the coulomb amount measuring device 12 calculates the coulomb amount at the time of lightning strike to the wind turbine tower 11 based on the voltage waveform of the detection signal output from the amplifier 14 of the magnetic field sensor 15. That is, the analog detection signal output from the amplifier 14 is digitally converted by the A / D converter 18. The detection signal digitally converted by the A / D converter 18 is stored in the memory 19 as data. Based on the voltage waveform of the detection signal stored in the memory 19, the arithmetic unit 20 calculates the amount of coulomb during a lightning strike on the windmill tower 11.

この実施形態のクーロン量計測装置12では、増幅率が異なる4個の増幅器14が内蔵された磁界センサ15を使用している。このように、増幅率が異なる4個の増幅器14を使用することにより、制御器16の演算部20において、落雷により発生する磁界の大小に応じて最適な増幅器14の出力を選択し、それら増幅器14の出力を合算する。   In the coulomb amount measuring device 12 of this embodiment, a magnetic field sensor 15 including four amplifiers 14 having different amplification factors is used. As described above, by using the four amplifiers 14 having different amplification factors, the calculation unit 20 of the controller 16 selects the optimum output of the amplifier 14 in accordance with the magnitude of the magnetic field generated by the lightning strike. Add 14 outputs together.

つまり、雷サージの電流波形に対して、その電流波形における電流値の大小に応じて、図3に示すように、メモリ19に保存された検出電圧(電圧波形)において、増幅率が異なる4個の増幅器14で設定される計測レンジA〜Dにおける最大電圧を各時間ごとに判別し、最適な増幅器14の出力電圧を選択する。   That is, with respect to the current waveform of the lightning surge, there are four different amplification factors in the detected voltage (voltage waveform) stored in the memory 19 as shown in FIG. 3 according to the magnitude of the current value in the current waveform. The maximum voltage in the measurement ranges A to D set by the amplifier 14 is discriminated every time, and the optimum output voltage of the amplifier 14 is selected.

ここで、4個の増幅器14の増幅率を、例えば10倍、50倍、100倍および1000倍とすると、電圧波形のa領域(計測レンジA)では、増幅率10倍の増幅器14を選択し、電圧波形のb領域(計測レンジB)では、増幅率50倍の増幅器14を選択し、電圧波形のc領域(計測レンジC)では、増幅率100倍の増幅器14を選択し、電圧波形のd領域(計測レンジD)では、増幅率1000倍の増幅器14を選択する。   Here, if the amplification factors of the four amplifiers 14 are, for example, 10 times, 50 times, 100 times, and 1000 times, the amplifier 14 having the amplification rate of 10 times is selected in the region a (measurement range A) of the voltage waveform. In the b region of the voltage waveform (measurement range B), the amplifier 14 having an amplification factor of 50 is selected, and in the c region of the voltage waveform (measurement range C), the amplifier 14 having an amplification factor of 100 is selected. In the d region (measurement range D), the amplifier 14 having an amplification factor of 1000 is selected.

これら4個の増幅器14の出力電圧を合算することにより、磁界センサ15のホール素子13から出力される電圧波形が雷サージの電流波形に近似する。このようにして、雷サージの電流波形に近似する電圧波形の面積(図中の斜線部分)を算出することで、クーロン量を高精度に算出することができる。   By adding up the output voltages of these four amplifiers 14, the voltage waveform output from the Hall element 13 of the magnetic field sensor 15 approximates the current waveform of lightning surge. Thus, the amount of coulomb can be calculated with high accuracy by calculating the area of the voltage waveform (shaded portion in the figure) that approximates the current waveform of the lightning surge.

なお、以上では、4個全ての増幅器14を選択した場合を例示したが、雷サージの電流波形によって、4個の増幅器14のうち、1個の増幅器14、2個の増幅器14あるいは3個の増幅器14を選択する場合もある。   In addition, although the case where all four amplifiers 14 were selected was illustrated above, one amplifier 14, two amplifiers 14 or three of the four amplifiers 14 depending on the current waveform of the lightning surge. The amplifier 14 may be selected.

また、落雷により風車鉄塔11に流れるサージ電流で発生する磁界とホール素子13との間に、例えばフェライトコア等の磁性体を配置することが好ましい。このような構造を採用することにより、ホール素子13に印加される磁力線を減少させることができる。   Moreover, it is preferable to arrange | position magnetic bodies, such as a ferrite core, for example between the magnetic field which generate | occur | produces with the surge current which flows into the windmill tower 11 by a lightning strike, and the Hall element 13. By adopting such a structure, the lines of magnetic force applied to the Hall element 13 can be reduced.

その結果、例えば増幅率1倍の増幅器においても測定できないような過大な雷サージに対しても、ホール素子13から出力される電圧波形を雷サージの電流波形に近似させることが可能となる。   As a result, the voltage waveform output from the Hall element 13 can be approximated to the current waveform of a lightning surge, even for an excessive lightning surge that cannot be measured even with an amplifier having an amplification factor of 1, for example.

以上のように、この実施形態のクーロン量計測装置12では、磁界センサ15のホール素子13から出力される電圧波形が雷サージの電流波形に近似することから、クーロン量を高精度に算出することができる。   As described above, in the coulomb amount measuring device 12 of this embodiment, the voltage waveform output from the hall element 13 of the magnetic field sensor 15 approximates the current waveform of the lightning surge, so that the coulomb amount can be calculated with high accuracy. Can do.

従来のように、CT(変流器)やロゴスキーコイルのような電流センサを使用した場合、図4(A)に示すように、サージ電流の継続時間が長いと、電流センサのコイル自体が磁気飽和することで、クーロン量(図中の斜線部分)は、電流センサが磁気飽和する時間Tまでしか得られない。その結果、クーロン量を正確に計測することが困難となる。   When a current sensor such as a CT (current transformer) or Rogowski coil is used as in the prior art, as shown in FIG. 4A, if the duration of the surge current is long, the coil of the current sensor itself By magnetic saturation, the amount of coulomb (shaded portion in the figure) can be obtained only until time T when the current sensor is magnetically saturated. As a result, it becomes difficult to accurately measure the coulomb amount.

これに対して、この実施形態のように、磁界センサ15としてホール素子13を使用することにより、図4(B)に示すように、サージ電流の継続時間が長くなっても、ホール素子13自体が磁気飽和しないので、ホール素子13から出力される電圧波形が雷サージの電流波形に近似することで、クーロン量(図中の斜線部分)を正確に計測することが容易となる。   On the other hand, by using the Hall element 13 as the magnetic field sensor 15 as in this embodiment, as shown in FIG. 4B, the Hall element 13 itself even if the duration of the surge current is long. Is not magnetically saturated, the voltage waveform output from the Hall element 13 approximates the current waveform of the lightning surge, so that it becomes easy to accurately measure the amount of coulomb (the hatched portion in the figure).

また、この実施形態のクーロン量計測装置において、電磁波を遮断できる金属、例えば銅製のシールド体でホール素子13を囲撓する構造が好ましい。このようなシールド構造を採用することにより、落雷時に生じる強大な電磁波を減少させることが可能となる。   Moreover, in the coulomb amount measuring device of this embodiment, a structure in which the hall element 13 is bent with a metal capable of blocking electromagnetic waves, for example, a copper shield, is preferable. By adopting such a shield structure, it is possible to reduce a strong electromagnetic wave generated during a lightning strike.

これにより、落雷時の電磁波のノイズ成分を除去することができる。その結果、シールド体で遮蔽されたホール素子13から出力される電圧波形が、電磁波による悪影響を受けることなく、雷サージの電流波形に近似させることができ、クーロン量を正確に計測することができる。   Thereby, the noise component of the electromagnetic wave at the time of a lightning strike can be removed. As a result, the voltage waveform output from the Hall element 13 shielded by the shield body can be approximated to the current waveform of lightning surge without being adversely affected by electromagnetic waves, and the amount of coulomb can be accurately measured. .

図1に示す実施形態では、複数個(4個)のホール素子13を風車鉄塔11に対して同一距離に配置した磁界センサ15について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、図5に示す構造の磁界センサ15であってもよい。なお、図5において、図1と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。   In the embodiment shown in FIG. 1, the magnetic field sensor 15 in which a plurality of (four) Hall elements 13 are arranged at the same distance from the wind turbine tower 11 has been described, but the present invention is not limited to this, The magnetic field sensor 15 having the structure shown in FIG. In FIG. 5, the same parts as those in FIG.

図5に示す実施形態のクーロン量計測装置12は、複数個(4個)のホール素子13を風車鉄塔11に対して異なる距離に配置した磁界センサ15を具備する。この場合、各ホール素子13の出力に接続される増幅器14の増幅率は同一に設定されている。   The coulomb amount measuring device 12 of the embodiment shown in FIG. 5 includes a magnetic field sensor 15 in which a plurality (four) of hall elements 13 are arranged at different distances from the wind turbine tower 11. In this case, the amplification factor of the amplifier 14 connected to the output of each Hall element 13 is set to be the same.

ここで、図1に示す実施形態のクーロン量計測装置12では、複数個のホール素子13を風車鉄塔11に対して同一距離に配置し、各ホール素子13の出力に接続された複数個の増幅器14の増幅率を異ならせた磁界センサ15を具備する。   Here, in the coulomb amount measuring device 12 of the embodiment shown in FIG. 1, a plurality of amplifiers connected to the output of each hall element 13 by arranging a plurality of hall elements 13 at the same distance from the wind turbine tower 11. 14 includes a magnetic field sensor 15 having different gains.

このクーロン量計測装置12では、増幅器14の増幅率を異ならせることにより、磁界センサ15から出力される検出信号のレベルを異ならせるようにしている。   In the coulomb amount measuring device 12, the level of the detection signal output from the magnetic field sensor 15 is varied by varying the amplification factor of the amplifier 14.

これにより、制御器16において、落雷により発生する磁界の大小に応じて最適な増幅器14の出力を選択し、それら増幅器14の出力を合算することで、雷サージの電流波形に近似する電圧波形が得られ、クーロン量を高精度に算出するようにしている。   As a result, the controller 16 selects the optimum output of the amplifier 14 in accordance with the magnitude of the magnetic field generated by the lightning strike, and adds the outputs of the amplifiers 14 to obtain a voltage waveform that approximates the current waveform of the lightning surge. Thus, the amount of coulomb is calculated with high accuracy.

これに対して、図5に示す実施形態のクーロン量計測装置12では、複数個のホール素子13を風車鉄塔11に対して異なる距離に配置し、各ホール素子13の出力に接続された複数個の増幅器14の増幅率を同一にした磁界センサ15を具備する。   On the other hand, in the coulomb amount measuring device 12 of the embodiment shown in FIG. 5, a plurality of hall elements 13 are arranged at different distances from the wind turbine tower 11 and a plurality of hall elements 13 connected to the outputs of the hall elements 13 are arranged. The magnetic field sensor 15 having the same amplification factor of the amplifier 14 is provided.

このクーロン量計測装置12では、複数個のホール素子13を風車鉄塔11に対して異なる距離に配置することにより、磁界センサ15から出力される検出信号のレベルを異ならせるようにしている。   In this coulomb amount measuring device 12, the plurality of hall elements 13 are arranged at different distances from the wind turbine tower 11, so that the level of the detection signal output from the magnetic field sensor 15 is varied.

これにより、制御器16において、落雷により発生する磁界の大小に応じて最適な増幅器14の出力を選択し、それら増幅器14の出力を合算することで、雷サージの電流波形に近似する電圧波形が得られ、クーロン量を高精度に算出するようにしている。   As a result, the controller 16 selects the optimum output of the amplifier 14 in accordance with the magnitude of the magnetic field generated by the lightning strike, and adds the outputs of the amplifiers 14 to obtain a voltage waveform that approximates the current waveform of the lightning surge. Thus, the amount of coulomb is calculated with high accuracy.

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. It includes the equivalent meanings recited in the claims and the equivalents recited in the claims, and all modifications within the scope.

11 被対象物(風車鉄塔)
12 クーロン量計測装置
13 ホール素子
14 増幅器
15 磁界センサ
16 制御器
11 Object (windmill tower)
12 Coulomb measuring device 13 Hall element 14 Amplifier 15 Magnetic field sensor 16 Controller

Claims (4)

被対象物に近接して配置され、前記被対象物への落雷により発生した磁界を検出するホール素子と、前記ホール素子の出力に接続され、ホール素子から出力される検出信号を増幅する増幅器とからなる磁界センサを備え、前記磁界センサの出力に接続され、前記増幅器から出力される検出信号の電圧波形に基づいて前記被対象物への落雷時のクーロン量を算出する制御器を具備し、前記制御器は、被対象物の大きさと、被対象物とホール素子との離隔距離が設定入力されていることを特徴とするクーロン量計測装置。 A Hall element that is disposed in proximity to the object and detects a magnetic field generated by a lightning strike on the object; and an amplifier that is connected to the output of the Hall element and amplifies a detection signal output from the Hall element Comprising a magnetic field sensor comprising: a controller connected to the output of the magnetic field sensor, and calculating a coulomb amount during a lightning strike on the object based on a voltage waveform of a detection signal output from the amplifier ; The controller is configured to input the size of the object and the separation distance between the object and the Hall element . 前記磁界センサは、複数個のホール素子を被対象物に対して同一距離に配置すると共に、各ホール素子の出力に増幅器をそれぞれ接続し、各増幅器の増幅率を異ならせた構造を有する請求項1に記載のクーロン量計測装置。   The magnetic field sensor has a structure in which a plurality of Hall elements are arranged at the same distance from an object, amplifiers are connected to outputs of the Hall elements, and amplification factors of the amplifiers are different from each other. 1. The coulomb amount measuring device according to 1. 前記磁界センサは、単一のホール素子を被対象物に対して配置すると共に、前記ホール素子の出力に、増幅率が異なる複数個の増幅器を接続した構造を有する請求項1に記載のクーロン量計測装置。   2. The coulomb amount according to claim 1, wherein the magnetic field sensor has a structure in which a single Hall element is arranged with respect to an object and a plurality of amplifiers having different amplification factors are connected to the output of the Hall element. Measuring device. 前記磁界センサは、複数個のホール素子を被対象物に対して異なる距離に配置すると共に、各ホール素子の出力に増幅器をそれぞれ接続し、各増幅器の増幅率を同一とした構造を有する請求項1に記載のクーロン量計測装置。   The magnetic field sensor has a structure in which a plurality of Hall elements are arranged at different distances from an object, amplifiers are connected to outputs of the Hall elements, and amplification factors of the amplifiers are the same. 1. The coulomb amount measuring device according to 1.
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