(57)【要約】【課題】電気機器を効果的に保護することができる、浮体式構造物等を提供する。【解決手段】本実施形態の浮体式構造物は、浮体と、電気機器と、接地極とを具備する。浮体は、水面に浮かべられる。電気機器は、浮体上に設置され、受雷部が設けられている。接地極は、水中に設置され、接地線を介して受雷部に電気的に接続されている。接地極は、受雷部への落雷によって生ずる雷撃電流をＩ、接地極から雷撃電流が放電する水の抵抗率をρ、当該水の絶縁破壊電圧をＥ１、水面に接する大気の絶縁破壊電圧をＥ２、接地極において水に接触し、かつ、雷撃電流が放電する面の有効接地面積をＳとしたときに、下記の関係式（Ａ），（Ｂ）を満たす。  Ｓ＞ρI／Ｅ１      ・・・（Ａ）  Ｓ＞ρI／Ｅ２      ・・・（Ｂ）【選択図】図１
2014234742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に浮かべられる浮体と、
前記浮体上に設置され、受雷部が設けられた電気機器と、
水中に設置され、接地線を介して前記受雷部に電気的に接続された接地極と
を具備し、
前記受雷部への落雷によって生ずる雷撃電流をＩ、前記接地極から前記雷撃電流が放電する水の抵抗率をρ、当該水の絶縁破壊電圧をＥ１、前記水面に接する大気の絶縁破壊電圧をＥ２、前記接地極において水に接触し、かつ、前記雷撃電流が放電する面の有効接地面積をＳとしたときに、前記接地極は、下記の関係式（Ａ），（Ｂ）を満たすことを特徴とする、
浮体式構造物。
Ｓ＞ρI／Ｅ１      ・・・（Ａ）
Ｓ＞ρI／Ｅ２      ・・・（Ｂ）
【請求項２】
前記接地極は、
複数の接地極部材
を有し、
前記雷撃電流が、前記複数の接地極部材のそれぞれに分かれて流れることを特徴とする、
請求項１に記載の浮体式構造物。
【請求項３】
前記接地極において、前記複数の接地極部材は、前記有効接地面積が、前記水面に沿った方向にて一方の側よりも他方の側が大きくなるように設けられており、当該一方の側よりも当該他方の側において前記雷撃電流が多く流れることを特徴とする、
請求項２に記載の浮体式構造物。
【請求項４】
前記複数の接地極部材は、垂直方向に延在する棒状体であって、前記水面に沿った方向にて一方の側よりも他方の側の方が多くなるように配列されていることを特徴とする、
請求項３に記載の浮体式構造物。
【請求項５】
前記複数の接地極部材は、垂直方向に延在する棒状体であって、前記水面に沿った方向にて一方の側から他方の側に向かうに伴って長くなっていることを特徴とする、
請求項３に記載の浮体式構造物。
【請求項６】
前記複数の接地極部材は、垂直方向に延在する棒状体であって、前記水面に沿った方向にて一方の側から他方の側に向かうに伴って太くなっていることを特徴とする、
請求項３に記載の浮体式構造物。
【請求項７】
水中に設置され、前記接地線が内部を貫通する管状体
を備え、
前記接地極は、当該接地極から前記雷撃電流が放電する水の表皮深さよりも深い位置に設置され、
前記管状体は、前記浮体と前記接地極との間に設けられることを特徴とする、
請求項１から６のいずれかに記載の浮体式構造物。
【請求項８】
前記管状体は、
前記浮体の側に設置され、金属材料で形成された第１管状体部と、
前記接地極の側に設置され、絶縁材料で形成された第２管状体部と
を含むことを特徴とする、
請求項７に記載の浮体式構造物。
【請求項９】
水中に設置された電極
を有し、
前記電極は、前記接地極よりもイオン化傾向が大きい金属材料で形成され、前記接地極に電気的に接続されており、
前記接地極について流電陽極方式による電気防食を行うことを特徴とする、
請求項１から８のいずれかに記載の浮体式構造物。
【請求項１０】
水中に設置された電極と、
正極が前記電極に電気的に接続され、負極が前記接地極に電気的に接続されている直流電源と、
前記接地極と前記直流電源との間に介在するインピーダンス素子と
を有し、
前記直流電源が前記インピーダンス素子を介して防食電流を前記接地極に与えることによって、前記接地極について外部電源方式による電気防食を行い、
前記雷撃電流が前記直流電源に流れることを前記インピーダンス素子が妨げることを特徴とする、
請求項１から８のいずれかに記載の浮体式構造物。
【請求項１１】
前記接地極は、当該接地極において水に接触し、かつ、前記雷撃電流が放電する面に、前記雷撃電流によって絶縁破壊が生ずる絶縁皮膜が形成されることを特徴とする、
請求項１０に記載の浮体式構造物。
【請求項１２】
前記電気機器は、風力発電設備であることを特徴とする、
請求項１から１１のいずれかに記載の浮体式構造物。
【請求項１３】
電気機器に設けられた受雷部に、接地線を介して、電気的に接続され、水中に設置される接地極であって、
前記受雷部への落雷によって生ずる雷撃電流をＩ、前記接地極から前記雷撃電流が放電する水の抵抗率をρ、当該水の絶縁破壊電圧をＥ１、前記水面に接する大気の絶縁破壊電圧をＥ２、前記接地極において水に接触し、かつ、前記雷撃電流が放電する部分の有効接地面積をＳとしたときに、前記接地極は、下記の関係式（Ａ），（Ｂ）を満たすことを特徴とする、
接地極。
Ｓ＞ρI／Ｅ１      ・・・（Ａ）
Ｓ＞ρI／Ｅ２      ・・・（Ｂ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、浮体式構造物、および、接地極に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮体式構造物は、たとえば、浮体式の風力発電システムであり、海面や湖面などの水面に浮かべられた浮体を備え、その浮体上に、風力発電装置などの電気機器が配置されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
浮体式構造物は、一般に、着床式構造物の設置が困難な、水深が深い場所に設置される。
【０００４】
浮体式構造物は、風力発電装置などの電気機器が落雷によって破損することを防止するために、避雷針やレセプタなどの受雷部が電気機器に設けられており、その受雷部が接地されている。
【０００５】
具体的には、浮体式構造物では、水中に接地極を設け、その接地極と受雷部とを電気的に接続して接地を行っている。接地極を海底に設置した場合には、受雷部と接地極との間を電気的に接続する接地線が長くなると共に、その接続などの作業が容易でない。このような理由により、浮体式構造物において、接地極は、水中にて比較的浅い領域に位置するように垂下されて設置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２５４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
浮体式構造物においては、接地を効果的に行うことが容易でない場合がある。
【０００８】
たとえば、受雷部への落雷によって生ずる雷撃電流が接地極から放電したときに、周囲の電流密度が高くなる場合がある。電流密度が高い場合には、接地極の周囲に存在する水が、雷撃電流によるジュール熱で加熱されて沸騰し、接地極において水と接触する接触面積が低下して、更に、電流密度が高くなる場合がある。また、沸騰によって生じた水蒸気中に、雷撃電流が放電する場合がある。その結果、電気機器を十分に保護することが容易でない場合がある。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、電気機器を効果的に保護することができる、浮体式構造物、および、接地極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態の浮体式構造物は、浮体と、電気機器と、接地極とを具備する。浮体は、水面に浮かべられる。電気機器は、浮体上に設置され、受雷部が設けられている。接地極は、水中に設置され、接地線を介して受雷部に電気的に接続されている。接地極は、受雷部への落雷によって生ずる雷撃電流をＩ、接地極から雷撃電流が放電する水の抵抗率をρ、当該水の絶縁破壊電圧をＥ１、水面に接する大気の絶縁破壊電圧をＥ２、接地極において水に接触し、かつ、雷撃電流が放電する面の有効接地面積をＳとしたときに、下記の関係式（Ａ），（Ｂ）を満たす。
Ｓ＞ρI／Ｅ１      ・・・（Ａ）
Ｓ＞ρI／Ｅ２      ・・・（Ｂ）
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係る浮体式構造物の全体を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る浮体式構造物の全体を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を構成する複数の接地極部材の有効接地面積を示す図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を示す図である。
【図６】図６は、第４実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を示す図である。
【図７】図７は、第５実施形態に係る浮体式構造物において、主要部を示す図である。
【図８】図８は、第６実施形態に係る浮体式構造物において、主要部を示す図である。
【図９】図９は、第７実施形態に係る浮体式構造物において、主要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
［Ａ］構成
図１，図２は、第１実施形態に係る浮体式構造物の全体を示す図である。図１は、正面図であり、図２は、側面図である。
【００１４】
図１，図２に示すように、浮体式構造物１は、浮体式の風力発電システムであって、浮体１０と、風力発電設備２０（電気機器）と、接地極３０とを備えている。
【００１５】
浮体式構造物１を構成する各部について、順次、説明する。
【００１６】
［Ａ−１］浮体１０
浮体１０は、図１，図２に示すように、海や湖などの水面Ｗに浮かべられる。
【００１７】
浮体１０は、たとえば、円柱形状であり、周囲に設けられたケーブル（図示省略）によって係留されている。ケーブル（図示省略）は、たとえば、エンジニアリングプラスチックを用いて形成されており、鉛直方向（垂直方向）に対して傾斜した方向に延在するように設けられている。
【００１８】
［Ａ−２］風力発電設備２０
風力発電設備２０は、図１，図２に示すように、アップウィンド形のプロペラ風車であって、風力エネルギーを利用して発電を行う。風力発電設備２０において発電された電力は、連携線（図示省略）に伝送される。
【００１９】
風力発電設備２０は、タワー２１と、ナセル２２と、ロータ２３とを備えている。風力発電設備２０は、浮体１０の上に設置され、浮体１０に支持されている。
【００２０】
風力発電設備２０において、タワー２１は、鉛直方向に沿って延在するように設置されている。ここでは、タワー２１は、浮体１０の上面に設置された基台２１１に、下端部が固定されている。また、タワー２１は、内部に空間を有し、その内部の空間に接地線Ｌ２１が設けられている。
【００２１】
風力発電設備２０において、ナセル２２は、タワー２１の上端部に設置されている。ナセル２２は、タワー２１の上端部に回転可能に支持されており、ヨー角の調整のために、垂直方向を軸にして回動する。図示を省略しているが、ナセル２２は、内部に発電機（図示省略）を収容している。
【００２２】
風力発電設備２０において、ロータ２３は、ハブ２３１とブレード２３２とを備え、ナセル２２に回転可能に支持されている。ロータ２３は、水平方向に沿って延在したシャフト（図示省略）を回転軸として回転方向Ｒ（反時計周り）に回転し、ナセル２２の内部に設置された発電機（図示省略）を駆動させることによって、発電が行なわれる。
【００２３】
ロータ２３のうち、ハブ２３１は、外形が半楕円体状の先端カバーを含み、風上から風下へ向かうに伴って外周面の外径が大きくなる部分を有する。
【００２４】
ロータ２３のうち、ブレード２３２は、複数であり、その複数のブレード２３２が、ハブ２３１を中心にして回転方向Ｒに間を隔てて設けられている。ブレード２３２は、たとえば、３枚が設けられている。この複数のブレード２３２は、ハブ２３１の周囲において回転可能に取り付けられており、それぞれのピッチ角が調整される。複数のブレード２３２は、たとえば、繊維強化プラスチックを用いて形成されている。
【００２５】
また、ブレード２３２には、レセプタ２３４（受雷部）が表面に設けられていると共に、接地線Ｌ２３２（ダウンコンダクタ）が内部の空間に設けられている。
【００２６】
レセプタ２３４は、金属材料などの導電材料で形成され、接地線Ｌ２３２に電気的に接続されている。レセプタ２３４は、避雷のために用いられる。
【００２７】
そして、ブレード２３２の内部に設けられた接地線Ｌ２３２は、スリップリングなどの回転コネクタ（図示省略）を用いて、タワー２１の内部に設置された接地線Ｌ２１に電気的に接続されている。
【００２８】
［Ａ−３］接地極３０
接地極３０は、図１，図２に示すように、水中に設置されている。ここでは、接地極３０は、単数であり、たとえば、単一の金属材料を用いて形成されている。
【００２９】
また、接地極３０は、タワー２１の内部に設置された接地線Ｌ２１に電気的に接続されている。タワー２１の内部に設置された接地線Ｌ２１は、浮体１０を上部から下部へ向かって貫通しており、接地線Ｌ２１の下端部に接地極３０が接続されている。上述したように、タワー２１の内部に設置された接地線Ｌ２１は、上端部において、ブレード２３２の内部に設けられた接地線Ｌ２３２に電気的に接続されており、そのブレード２３２の内部に設けられた接地線Ｌ２３２は、レセプタ２３４に電気的に接続されている。つまり、接地極３０は、各接地線Ｌ２３２，Ｌ２１を介して、レセプタ２３４に電気的に接続されている。
【００３０】
このため、レセプタ２３４に雷が落ちたときには、落雷によって生じた雷撃電流が、レセプタ２３４から接地線Ｌ２３２，Ｌ２１を介して接地極３０に流れ、接地極３０から周囲に放電する。
【００３１】
本実施形態では、接地極３０は、下記の関係式（Ａ）と関係式（Ｂ）との両者を満たすように構成されている。
【００３２】
Ｓ＞ρI／Ｅ１      ・・・（Ａ）
【００３３】
Ｓ＞ρI／Ｅ２      ・・・（Ｂ）
【００３４】
上記関係式（Ａ），（Ｂ）において、Ｉは、レセプタ２３４への落雷による雷撃電流の値である。具体的には、上記関係式（Ａ），（Ｂ）において、雷撃電流Ｉは、浮体式構造物１が設置された場所において落雷が生じたときに流れると想定される電流値であり、たとえば、その設置場所にて実測した雷撃電流の値に基づいて、適宜、設定される。たとえば、雷撃電流の実測値よりも高い値が、Ｉとして設定される。
【００３５】
ρは、接地極３０から雷撃電流が放電する水の抵抗率である。
【００３６】
Ｅ１は、接地極３０から雷撃電流が放電する水の絶縁破壊電圧である。
【００３７】
Ｅ２は、水面Ｗに接する大気の絶縁破壊電圧である。
【００３８】
Ｓは、接地極３０において水に接触し、かつ、雷撃電流が放電する面の有効接地面積である。接地極３０は、たとえば、円柱形状であり、有効接地面積Ｓは、その円柱形状の接地極３０の外側の表面において、水に接触する面の面積に相当する。
【００３９】
なお、接地極３０は、円柱形状に限らず、種々の形状であってもよい。たとえば、接地極３０は、円筒形状であってもよい。接地極３０が円筒形状である場合には、上記の有効接地面積Ｓは、接地極３０において水に接触する面のうち、内周面を除いた部分の面積に相当する。すなわち、有効接地面積Ｓは、接地極３０において水に接触する表面のうち、互いに対向する部分以外の部分の面積である。
【００４０】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の浮体式構造物１において、接地極３０は、上記の関係式（Ａ），（Ｂ）を満たす。
【００４１】
つまり、本実施形態では、関係式（Ａ）に示すように、「接地極３０の有効接地面積Ｓ」は、「接地極３０から雷撃電流が放電する水の抵抗率ρ」と「レセプタ２３４への落雷による雷撃電流Ｉ」との積（ρ×Ｉ）を、「接地極３０から雷撃電流が放電する水の絶縁破壊電圧Ｅ１」で割った値よりも大きい（Ｓ＞ρI／Ｅ１）。本実施形態の接地極３０は、関係式（Ａ）を満たすので、ρおよびＩに応じてＳが大きくなり、電位の上昇を抑制できるため、水が絶縁破壊されて負性抵抗を示すことを防止することができる。
【００４２】
これと共に、関係式（Ｂ）に示すように、「接地極３０の有効接地面積Ｓ」は、「接地極３０から雷撃電流が放電する水の抵抗率ρ」と「レセプタ２３４への落雷による雷撃電流Ｉ」との積（ρ×Ｉ）を、「水面Ｗに接する大気の絶縁破壊電圧Ｅ２」で割った値よりも大きい（Ｓ＞ρI／Ｅ２）。本実施形態の接地極３０は、関係式（Ｂ）を満たすので、ρおよびＩに応じてＳが大きくなり、電位の上昇を抑制できるため、大気が絶縁破壊されて負性抵抗を示すことを防止することができる。
【００４３】
このため、本実施形態では、レセプタ２３４への落雷によって生ずる雷撃電流が接地極３０から放電したときに、周囲の電流密度が高くなることを抑制することができる。そして、本実施形態では、接地極３０の周囲に存在する水が、雷撃電流によるジュール熱で加熱されて沸騰することを抑制できるため、沸騰によって生じた水蒸気中に、雷撃電流が放電することを防止することができる。更に、本実施位形態では、雷撃電流が分散して放電するため、電位の上昇を抑制することができる。その結果、本実施形態においては、接地極３０から放電される雷撃電流によるオーミック電圧が抑制されるので、風力発電設備２０の保護を効果的に行うことができる。また、水面での放電を抑制できるため、周辺機器の損壊について防止することができる。
【００４４】
［Ｃ］変形例
本実施形態では、風力発電設備２０においてブレード２３２に設置されたレセプタ２３４と接地極３０とが、電気的に接続された場合について説明したが、これに限らない。たとえば、風力発電設備２０においてナセル２２の上面に避雷針（図示省略）を設置し、その避雷針（図示省略）と接地極３０とを電気的に接続した場合に、上記のように、各部を構成してもよい。
【００４５】
本実施形態では、浮体１０に風力発電設備２０が設置された場合について説明したが、これに限らない。浮体１０に風力発電設備２０以外の電気機器を設置する場合に、上記のように、各部を構成してもよい。
【００４６】
本実施形態では、接地極３０の外径が浮体１０の外径よりも小さい場合について説明したが、これに限らない。接地極３０の外径を浮体１０の外径よりも大きくし、接地極３０の外周面が浮体１０の外周面よりも外側に位置するように構成してもよい。
【００４７】
＜第２実施形態＞
［Ａ］構成など
図３は、第２実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を示す図である。図３において、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、側面図である。
【００４８】
本実施形態は、図３（ａ）および、図３（ｂ）に示すように、接地極３０の形態が、第１実施形態の場合と異なる（図１，図２参照）。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００４９】
接地極３０は、図３（ａ）および、図３（ｂ）に示すように、第１実施形態の場合と異なり、接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈが、単数でなく、複数である。ここでは、接地極３０は、たとえば、８つの接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈを含み、雷撃電流が、その８つの接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれに均等に分かれて流れる。
【００５０】
接地極３０において、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、環状に配列されている。具体的には、タワー２１（図１，図２参照）の内部に設置された接地線Ｌ２１の下端部を中心にして、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈが等間隔で円を描くように配列されている（図３（ａ）参照）。
【００５１】
複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、たとえば、円柱形状の棒状体であって、互いが同じ形状であり、それぞれが鉛直方向に延在するように設置されている（図３（ｂ）参照）。
【００５２】
複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれは、タワー２１（図１，図２参照）の内部に設置された接地線Ｌ２１に電気的に接続されている。ここでは、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈと、接地線Ｌ２１との間には、複数の配線Ｌ２１Ａ〜Ｌ２１Ｈが設けられている。複数の配線Ｌ２１Ａ〜Ｌ２１Ｈのそれぞれは、一端が接地線Ｌ２１に電気的に接続され、他端が複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれに電気的に接続されている。つまり、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれは、接地線Ｌ２１に対して並列に接続されている。
【００５３】
接地極３０は、第１実施形態の場合と同様に、上述した関係式（Ａ），（Ｂ）を満たすように構成されている。
【００５４】
なお、本実施形態では、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれの有効接地面積を合計した値が、接地極３０の有効接地面積Ｓに相当する。
【００５５】
図４は、第２実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を構成する複数の接地極部材の有効接地面積を示す図である。図４は、図３（ｂ）と同様に、側面図である。図４では、説明の都合により、２つの接地極部材３１１Ａ，３１１Ｅについて示しており、ハッチングを付した部分の面積が、有効接地面積に相当する。
【００５６】
図４に示すように、２つの接地極部材３１１Ａ，３１１Ｅにおいて、有効接地面積は、水に接触する面のうち、互いが対向する部分を除いた部分の面積である。２つの接地極部材３１１Ａ，３１１Ｅにおいて、互いが対向する部分は、電界が小さく、ほとんど、雷撃電流が流れない。
【００５７】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の浮体式構造物１において、接地極３０は、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈを有し、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれが並列に接続されている。このため、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれの接地抵抗が大きい場合であっても、接地極３０の接地抵抗は、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈの接地抵抗を接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈで割った値になるので小さくなる。
【００５８】
また、接地極３０の有効接地面積Ｓは、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈのそれぞれの有効接地面積を合計した値であり、第１実施形態の場合と同様に、上述した関係式（Ａ），（Ｂ）を満たす。
【００５９】
したがって、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様に、風力発電設備２０（図１，図２参照）の保護を効果的に行うことができ、風力発電設備２０の破損を防止することができる。
【００６０】
特に、接地極３０を大型にすることができない場合には、本実施形態のように、接地極３０を複数の接地極部材で構成することが好ましい。また、浮体１０（図１，図２参照）を係留するために、ケーブル（図示省略）をさまざまな方向に設けたときには、そのケーブルの間に複数の接地極部材を設置することができるので好ましい。
【００６１】
＜第３実施形態＞
［Ａ］構成など
図５は、第３実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を示す図である。図５において、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、側面図である。
【００６２】
本実施形態は、図５（ａ）および、図５（ｂ）に示すように、接地極３０の形態が、第２実施形態の場合と異なる（図３参照）。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、第２実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００６３】
接地極３０は、図５（ａ）および、図５（ｂ）に示すように、第２実施形態の場合と同様に、複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇを有する。
【００６４】
接地極３０は、たとえば、６つの接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇを含み、雷撃電流が、その６つの接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇのそれぞれに分かれて流れる（図５（ａ）参照）。
【００６５】
また、接地極３０において、複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇは、第２実施形態の場合と同様に、たとえば、円柱形状の棒状体であって、互いが同じ長さであり、それぞれが鉛直方向に延在するように設置されている（図５（ｂ）参照）。
【００６６】
複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇは、図５（ａ）に示すように、接地線Ｌ２１を中心にして環状に配列されている。
【００６７】
しかし、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇは、周方向において隣接する接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇの間の距離の全てが、同じでなく、一部が異なっている。
【００６８】
ここでは、接地極３０において、複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇは、水面Ｗに沿った方向（図５では、横方向）にて一方の側（右側）よりも他方の側（左側）の方が多くなるように配列されている。
【００６９】
周方向において隣接して並ぶ一対の接地極部材（たとえば、３１１Ａと３１１Ｃ，３１１Ｃと３１１Ｄ）の間の距離は、水面Ｗに沿った方向（横方向）において、一方の側（右側）の方が他方の側（左側）よりも長い。
【００７０】
このように、本実施形態では、接地極３０において、複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇは、有効接地面積が、水面に沿った方向（横方向）にて一方の側（右側）よりも他方の側（左側）が大きくなっている。このため、接地極３０においては、一方の側（右側）よりも他方の側（左側）において雷撃電流が多く流れる。その結果、水面Ｗでの電位の分布は、接地線Ｌ２１の下端部を中心にして等方に変化しないため、円形でなく、楕円形になる。つまり、放電方向が偏る。
【００７１】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の接地極３０では、複数の接地極部材３１１Ａ，３１１Ｃ〜３１１Ｇが、水面Ｗに沿った方向（横方向）にて一方の側（右側）よりも他方の側（左側）の方が多くなるように配列されている。このため、上述したように、一方の側（右側）よりも他方の側（左側）において雷撃電流が多く流れる。
【００７２】
このため、本実施形態では、雷撃電流の放電方向を任意に調整することができる。したがって、上記の浮体式構造物１に隣接して設置された他の浮体式構造物（たとえば、連携線が接続されたもの、他の風力発電設備が設置されたもの）に対して反対の方向に雷撃電流を多く放電させることができる。その結果、その隣接して設置された他の浮体式構造物について、電位が上昇することを効果的に抑制し、破損を防止することができる。
【００７３】
＜第４実施形態＞
［Ａ］構成など
図６は、第４実施形態に係る浮体式構造物において、接地極を示す図である。図６において、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、側面図である。
【００７４】
本実施形態は、図６（ａ）および、図６（ｂ）に示すように、接地極３０の形態が、第２実施形態の場合と異なる（図３参照）。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、第２実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００７５】
接地極３０は、図６（ａ）に示すように、第２実施形態の場合と同様に、接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈが、複数であって、環状に配列されている。
【００７６】
複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、第２実施形態の場合と同様に、たとえば、円柱形状の棒状体であって、図６（ｂ）に示すように、それぞれが鉛直方向に延在するように設置されている。
【００７７】
しかし、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、第２実施形態の場合と異なり、長さが均一ではない。
【００７８】
ここでは、接地極３０において、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、水面Ｗに沿った方向（図６（ｂ）では、横方向）にて、一方の側（右側）から他方の側（左側）へ向かうに伴って長くなっている。
【００７９】
このように、本実施形態では、接地極３０において、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、有効接地面積が、水面に沿った方向（横方向）にて一方の側（右側）よりも他方の側（左側）が大きくなっている。接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、長い方が、接地抵抗が低くなる。このため、接地極３０においては、一方の側（右側）よりも他方の側（左側）において雷撃電流が多く流れる。その割合は、雷撃電流の周波数に依存する接地インピーダンスに逆比例する。その結果、水面Ｗでの電位の分布は、接地線Ｌ２１の下端部を中心にして等方に変化しないため、円形でなく、楕円形になる。つまり、放電方向が偏る。
【００８０】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態の接地極３０では、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈが、水面Ｗに沿った方向（図６（ｂ）では、横方向）にて、一方の側（右側）から他方の側（左側）へ向かうに伴って長くなっている。このため、上述したように、一方の側（右側）よりも他方の側（左側）において雷撃電流が多く流れる。
【００８１】
このため、本実施形態では、第３実施形態の場合と同様に、雷撃電流の放電方向を任意に調整することができる。したがって、上記の浮体式構造物１に隣接して設置された他の浮体式構造物（たとえば、連携線が接続されたもの、他の風力発電設備が設置されたもの）に対して反対の方向に雷撃電流を多く放電させることができる。その結果、その隣接して設置された他の浮体式構造物について、電位が上昇することを効果的に抑制し、破損を防止することができる。
【００８２】
［Ｃ］変形例
本実施形態では、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、太さが互いに同じであるが、これに限らない。複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈは、水面Ｗに沿った方向（横方向）にて、一方の側（右側）から他方の側（左側）へ向かうに伴って太くなるように構成されていてもよい。つまり、一方の側（右側）から他方の側（左側）へ向かうに伴って、長く、かつ、太くなるように、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈを構成してもよい。
【００８３】
この他に、一方の側（右側）から他方の側（左側）へ向かうに伴って、長さは均一であるが、太さが太くなるように、複数の接地極部材３１１Ａ〜３１１Ｈを構成してもよい。
【００８４】
＜第５実施形態＞
［Ａ］構成など
図７は、第５実施形態に係る浮体式構造物において、主要部を示す図である。図７は、側面図である。
【００８５】
本実施形態は、図７に示すように、接地極３０の設置位置が第１実施形態の場合と異なると共に、管状体４０が設けられている。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００８６】
接地極３０は、図７に示すように、水中（水面Ｗの下方）において、第１実施形態の場合よりも深い位置に設置されている。本実施形態では、接地極３０は、この接地極３０から雷撃電流が放電する水の表皮深さｄよりも深い位置に設置されている。
【００８７】
管状体４０は、図７に示すように、水中（水面Ｗの下方）において、浮体１０と接地極３０との間に設けられている。そして、管状体４０は、タワー２１の内部に設けられた接地線Ｌ２１が、内部を貫通している。つまり、タワー２１の内部に設けられた接地線Ｌ２１は、浮体１０を介して、管状体４０を貫通し、接地極３０と電気的に接続されている。
【００８８】
本実施形態において、管状体４０は、第１管状体部４１と第２管状体部４２とを含む。
【００８９】
管状体４０のうち、第１管状体部４１は、浮体１０の側に位置しており、金属材料で形成されている。第１管状体部４１は、上端が浮体１０に連結され、下端が第２管状体部４２に連結されている。
【００９０】
一方で、管状体４０のうち、第２管状体部４２は、接地極３０の側に位置しており、絶縁材料で形成されている。第２管状体部４２は、上端が第１管状体部４１に連結され、下端が接地極３０に連結されている。
【００９１】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、接地極３０から雷撃電流が放電する水の表皮深さｄよりも深い位置に、接地極３０が設置されている。このため、接地極３０から放電される雷撃電流は、高周波であるが、接地極３０が水の表皮深さｄよりも深いので、表皮効果が小さい。したがって、水面Ｗの電位上昇を十分に抑制することができる。その結果、他の浮体式構造物に伝搬するサージ電圧を十分に小さくすることができる。なお、電気機器および連携線（図示省略）に生ずるサージ電圧は、連携線をコモンモードとして伝搬するため、他の浮体式構造物からの連携線に接続されても、サージ電圧が合成されにくく、急峻なサージは、発生しない。
【００９２】
また、本実施形態では、管状体４０が水中において浮体１０と接地極３０との間に設けられ、接地線Ｌ２１が管状体４０の内部を貫通している。管状体４０は、第１管状体部４１と第２管状体部４２とを含み、第１管状体部４１が浮体１０の側に設置され、金属材料で形成されており、第２管状体部４２が接地極３０の側に設置され、絶縁材料で形成されている。良導体であると共に磁性体である金属材料で形成された第１管状体部４１と、その周囲の水（たとえば、海水）との境界においては、第１管状体部４１の方が、表皮効果が大きい。このため、雷撃電流は、第１管状体部４１から離れた水中（たとえば、海水中）を速やかに拡散するので、第１管状体部４１および浮体１０の電位が上昇することを抑制することができる。
【００９３】
＜第６実施形態＞
［Ａ］構成など
図８は、第６実施形態に係る浮体式構造物において、主要部を示す図である。図８は、側面図である。
【００９４】
本実施形態は、図８に示すように、防食部５０を備えている。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００９５】
防食部５０は、図８に示すように、電極５１を有する。
【００９６】
防食部５０において、電極５１は、水中（水面Ｗの下方）に設置されている。電極５１は、配線Ｌ５１を介して、接地極３０に電気的に接続されている。
【００９７】
本実施形態では、電極５１は、接地極３０よりもイオン化傾向が大きい金属材料で形成されている。このため、電極５１が、流電陽極（犠牲陽極）として機能し、防食電流が流れるので、接地極３０について流電陽極方式（犠牲防食方式）による電気防食が行なわれる。接地極３０は、たとえば、ＳＵＳ３１６のように、鉄を含む合金材料で形成される。そして、電極５１は、たとえば、真鍮のように、亜鉛を含む合金材料で形成され、その他に、錫を含む合金材料で形成されていてもよい。
【００９８】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、防食部５０が、接地極３０について流電陽極方式（犠牲防食方式）による電気防食を行う。
【００９９】
したがって、本実施形態では、接地極３０の腐食を効果的に抑制することができる。
【０１００】
＜第７実施形態＞
［Ａ］構成など
図９は、第７実施形態に係る浮体式構造物において、主要部を示す図である。図９は、側面図である。
【０１０１】
本実施形態は、図９に示すように、防食部５０の形態が、第６実施形態の場合と異なる（図８参照）。本実施形態は、この点、及び、これに関連する点を除き、第６実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【０１０２】
図９に示すように、防食部５０が設けられている。防食部５０は、電極５１と、直流電源５２と、インピーダンス素子５３とを備えている。
【０１０３】
防食部５０のうち、電極５１は、水中（水面Ｗの下方）に設置されている。
【０１０４】
防食部５０のうち、直流電源５２は、正極が、上記の電極５１に電気的に接続されている。そして、直流電源５２は、負極が、接地極３０に電気的に接続されている。
【０１０５】
防食部５０のうち、インピーダンス素子５３は、接地極３０と直流電源５２との間に介在している。
【０１０６】
防食部５０においては、直流電源５２がインピーダンス素子５３を介して防食電流を接地極３０に与えることによって、接地極３０について外部電源方式による電気防食を行う。
【０１０７】
そして、雷撃電流が直流電源５２に流れることをインピーダンス素子５３が妨げる。
【０１０８】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、防食部５０が、接地極３０について外部電源方式による電気防食を行う。つまり、接地極３０が水中へイオンになって溶解することを、直流バイアス電流によって抑制している。したがって、本実施形態では、接地極３０の腐食を効果的に抑制することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、上記したように、雷撃電流が直流電源５２に流れることをインピーダンス素子５３が妨げている。このため、直流電源５２が雷撃によって破壊されることを防止することができる。
【０１１０】
［Ｃ］変形例
接地極３０については、接地極３０において水に接触し、かつ、雷撃電流が放電する面に、その雷撃電流によって絶縁破壊が生ずる絶縁皮膜が形成されるように構成してもよい。たとえば、絶縁皮膜は、防食電流、または、自身の腐食によって形成される。具体的には、接地極３０は、たとえば、マンガン鋼（マンガン成分を含有するもの）で形成される。そして、下記の反応式（１）に示すように、海水による腐食が生じた後に、下記の反応式（２）に示す反応によって、炭酸マンガンの絶縁皮膜が形成される。絶縁皮膜によって、防食電流が接地極３０から流れにくくなるため、電極５１の消耗を抑制することができる。また、ブレード２３２の静電気は、防食部５０の各部を介して放電される。
【０１１１】
（絶縁皮膜が形成される反応式）
ＭｎＸ  →  ＭｎＣｌ２        ・・・（１）
ＭｎＣｌ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２  または  ＭｎＣｌ２＋Ｈ２ＣＯ３  →  ＭｎＣＯ３＋２ＨＣｌ      ・・・（２）
【０１１２】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１３】
１…浮体式構造物、１０…浮体、２０…風力発電設備（電気機器）、２１…タワー、２２…ナセル、２３…ロータ、３０…接地極、４０…管状体、４１…第１管状体部、４２…第２管状体部、５０…防食部、５１…電極、５２…直流電源、５３…インピーダンス素子、２１１…基台、２３１…ハブ、２３２…ブレード、２３４…レセプタ、３１１Ａ〜３１１Ｈ…接地極部材、Ｌ２１…接地線、Ｌ２１Ａ〜Ｌ２１Ｈ…配線、Ｌ２３２…接地線、Ｌ５１…配線
【図１】
2014234742.tif 000003
【図２】
2014234742.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014234742.tif 000008
【図７】
2014234742.tif 000009
【図８】
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【図９】
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