(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、前記振動検出手段で検出した前記検出振動が前記レセプタへの落雷の場合の前記検出振動と比べて有意な大きさである場合に前記落雷を異常と判定することを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項２】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、前記振動検出手段で検出した前記検出振動の時間的変化の勾配が所定の値を超えた場合に前記落雷を異常と判定することを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項３】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、前記電流検出手段で検出された落雷電流の立ち上がりと前記検出振動の立ち上がりの時間差に基づいて、前記ブレード本体における落雷の位置を特定することを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項４】
前記判定手段は、前記ブレード本体の固体伝播音速に基づいて、前記落雷の位置を特定することを特徴とする請求項３に記載の異常落雷判定システム。 
【請求項５】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と
を備え、
前記ブレード本体に前記振動検出手段を設ける位置は、前記ローターヘッドハブの近傍であることを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項６】
前記振動検出手段は、前記ブレード本体を伝播する前記振動の縦波を検出することを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の異常落雷判定システム。
【請求項７】
前記振動検出手段として加速度センサを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の異常落雷判定システム。
【請求項８】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と
を備え、
前記振動検出手段を、前記ブレード本体に有した補強用のスパーの位置を避けて設けたことを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項９】
前記電流検出手段と前記振動検出手段及び／又は前記判定手段は、ＧＰＳ信号に基づいて時刻の特定を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のうちの１項に記載の異常落雷判定システム。
【請求項１０】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と、
前記ダウンコンダクタの振動を検出するダウンコンダクタ用振動検出手段と
を備え、
前記判定手段は前記ダウンコンダクタ用振動検出手段の検出ダウンコンダクタ振動を考慮して、前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定することを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項１１】
風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、
前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、
前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、
前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と、
ナセルの近傍に配置された複数のマイクロホンと
を備え、
前記判定手段は、前記電流検出手段で検出された落雷電流の立ち上がりと前記検出振動の立ち上がりの時間差に基づいて、前記ブレード本体における落雷の位置を特定するに当り、前記落雷のあったときの前記マイクロホンで検出される音圧の到達時間差を考慮して、前記落雷の位置の特定を補完することを特徴とする異常落雷判定システム。
【請求項１２】
前記検出電流の信号と前記検出振動の信号をスピナの内側に設けた無線送信機から送信し、前記スピナ以外の遠隔箇所に設けた無線受信機で受信することを特徴とする請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の異常落雷判定システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のうちの１項に記載した異常落雷判定システムを風力発電施設に取り付けるに当り、既存の風力発電施設に後付けで少なくとも前記電流検出手段、前記振動検出手段、及び前記判定手段を取り付けることを特徴とする風力発電施設への異常落雷判定システムの取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常落雷判定システム、及び、風力発電施設への異常落雷判定システムの取り付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、風力発電施設は風況（風の吹き方）の良好な場所に設置される。例えば洋上や山の尾根等、周りに高い構築物が無い様な場所に風車が建てられる。このような設置環境から、その近辺で雷雲が発生すると、風車が頻繁に落雷を受けることになる。
【０００３】
そこで、風車には外部雷保護システム（避雷システム）が設けられている。外部雷保護システムは、レセプタ、ダウンコンダクタ（引き下げ導体）、及び接地システムを含む。レセプタはブレード本体の先端に設けられる導体部材である。なお、ブレード本体及びレセプタを含んで風車ブレードが構成される。ダウンコンダクタはブレード本体及びタワーの内部に配索（配線）され、レセプタから接地線端子盤までを結ぶ。または、ダウンコンダクタの一部の機能を風車のタワー等の既設構造物に持たせる場合もある（構造体利用）。また接地システムとして、接地線端子盤と、地中に埋設された接地極が設けられる。
【０００４】
このような外部雷保護システムに流れる電流（落雷電流）を測定することで、風車の落雷（受雷、着雷）を検知する技術が知られている。例えば特許文献１では、電撃パラメータとして導電部材を流れる落雷電流を検知する電流センサを備えた、風力発電装置の状態監視システムが開示されている。当該システムでは、雷撃によるブレードの損傷状態を推定するための雷撃パラメータとして、ブレードにおける落雷電流の他、内圧、歪み、温度、振動、ショックパルス測定信号、及び音響信号の少なくとも一つを用い、これらを検出するための圧力センサ、歪みセンサ、温度センサ、振動センサ、ショックパルスセンサ及びマイクロホンの少なくともいずれか一つが用いられる。また、特許文献２では、各風車翼に振動を検出する振動センサを取付け、これら振動センサから得られる振動パターンを比較判定することで、落雷等による風車翼の破壊有無を判定している。また、特許文献３では、風力発電機の状態を検出するブレード等に設けたセンサによる検出情報と、風力発電機またはその周辺への過去の落雷回数等の落雷情報に基づいて、風力発電機の異常程度の判定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６１４７６５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４９７７５号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２９４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、風車ブレードが落雷を受ける際に、その落雷箇所がレセプタである場合（正常落雷）とレセプタ外である場合（異常落雷）とがある。
【０００７】
正常落雷では、落雷電流はレセプタ→ダウンコンダクタ→接地の経路を流れる。当該経路上の部材はもともと落雷電流に耐え得る仕様で構成されていることから、正常落雷により風車が損傷に至るようなケースは少ない。
【０００８】
一方異常落雷では、レセプタ外、例えばブレード本体に雷が落ちる。この場合、落雷電流は絶縁体であるブレード本体を貫通してダウンコンダクタに到達する。落雷電流が貫通することで、ブレード本体の損傷やこれに伴うブレード本体からのレセプタの脱落等のおそれがある。
【０００９】
このように、風車ブレードへの落雷態様には、損傷の可能性の低い正常落雷と、損傷の可能性の高い異常落雷とがあるが、上記の特許文献１〜３をはじめ、従来の落雷検知技術ではこの両者を区別して判定することについて知見が示されていない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みて、風車ブレードが落雷を受けたときに、その落雷に対して正常落雷と異常落雷との区別を判定可能であり、なおかつ既存の風力発電施設にも容易に取り付け可能な、異常落雷判定システム、及び、風力発電施設への異常落雷判定システムの取り付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に対応した異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記振動検出手段で検出した前記検出振動が前記レセプタへの落雷の場合の前記検出振動と比べて有意な大きさである場合に前記落雷を異常と判定する。
【００１３】
請求項２に対応した異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記振動検出手段で検出した前記検出振動の時間的変化の勾配が所定の値を超えた場合に前記落雷を異常と判定する。
【００１４】
請求項３に対応した異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記電流検出手段で検出された落雷電流の立ち上がりと前記検出振動の立ち上がりの時間差に基づいて、前記ブレード本体における落雷の位置を特定する。
【００１５】
また、前記判定手段は、前記ブレード本体の固体伝播音速に基づいて、前記落雷の位置を特定することが好ましい。
【００１６】
請求項５に対応した異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備え、前記ブレード本体に前記振動検出手段を設ける位置は、前記ローターヘッドハブの近傍である。近傍とは、例えばローターヘッドハブの中心から１０ｍ以内の領域を指す。
【００１７】
また、前記振動検出手段は、前記ブレード本体を伝播する前記振動の縦波を検出することが好ましい。
【００１８】
また、前記振動検出手段として加速度センサを用いることが好ましい。
【００１９】
請求項８に対応する異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備え、前記振動検出手段を、前記ブレード本体に有した補強用のスパーの位置を避けて設ける。
【００２０】
また、前記電流検出手段と前記振動検出手段及び／又は前記判定手段は、ＧＰＳ信号に基づいて時刻の特定を行うことが好ましい。
【００２１】
請求項１０に対応する異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と、前記ダウンコンダクタの振動を検出するダウンコンダクタ用振動検出手段とを備え、前記判定手段は前記ダウンコンダクタ用振動検出手段の検出ダウンコンダクタ振動を考慮して、前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する。ダウンコンダクタ用振動検出手段は、例えば加速度センサを指す。
【００２２】
請求項１１に対応する異常落雷判定システムは、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と、ナセルの近傍に配置された複数のマイクロホンとを備え、前記判定手段は、前記電流検出手段で検出された落雷電流の立ち上がりと前記検出振動の立ち上がりの時間差に基づいて、前記ブレード本体における落雷の位置を特定するに当り、前記落雷のあったときの前記マイクロホンで検出される音圧の到達時間差を考慮して、前記落雷の位置の特定を補完する。
【００２３】
また、前記検出電流の信号と前記検出振動の信号をスピナの内側に設けた無線送信機から送信し、前記スピナ以外の遠隔箇所に設けた無線受信機で受信することが好ましい。
【００２４】
また、請求項１３に対応した風力発電施設への異常落雷判定システムの取り付け方法では、前記異常落雷判定システムを風力発電施設に取り付けるに当り、既存の風力発電施設に後付けで少なくとも前記電流検出手段、前記振動検出手段、及び前記判定手段を取り付ける。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の異常落雷判定システムによれば、前記判定断手段は、落雷により発生する落雷電流と、当該落雷によりブレード本体に発生する振動に基づいて、風車ブレードへの落雷がレセプタへの正常落雷であるかレセプタ以外（例えばブレード本体）への異常落雷であるかを判定する。例えば落雷電流を検知することで風車ブレードが落雷を受けたことが検知され、さらにその際に生じた振動の強度に基づいて、落雷の態様が正常落雷であるか異常落雷であるかが判定される。このような異常落雷判定システムは、例えば外部雷保護システムを備える既存の風車ブレードに対して、振動検出手段等を後付けすることで実現可能となる。
【００２６】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備える。また、前記判定手段は、前記検出振動が前記レセプタへの落雷（正常落雷）の場合の前記検出振動と比べて有意な大きさである場合に前記落雷を異常と判定する。このような判定を行うことで、異常落雷の発生有無を精度良く判定できる。
【００２７】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備える。前記判定手段は、前記振動検出手段で検出した前記検出振動の時間的変化の勾配が所定の値を超えた場合に前記落雷を異常と判定する。このような判定を行うことで、異常落雷の発生有無をさらに精度良く判定できる。
【００２８】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備える。前記判定手段は、前記電流検出手段で検出された落雷電流の立ち上がりと前記検出振動の立ち上がりの時間差に基づいて、前記ブレード本体における落雷の位置を特定する。落雷位置が特定されることで、損傷箇所の確認作業を速やかに行うことができる。
【００２９】
また、前記判定手段は、前記ブレード本体の固体伝播音速に基づいて、前記落雷の位置を特定する。落雷位置の特定に当たりブレード本体の固体伝播音速を用いることで、落雷位置を精度良く特定できる。
【００３０】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備える。また、前記振動検出手段は、前記ローターヘッドハブの近傍に設けられる。振動検出手段を、ブレード本体の根元に当るローターヘッドハブの近傍に設けることにより、落雷電流と振動の立ち上がりの時間差が取れ、ブレード本体の中央部に設ける場合と比較して異常落雷時の落雷の位置が特定し易くなる。また、例えば振動検出手段を既存の風力発電施設に後付けする場合に、その設置箇所を、作業スペースが相対的に狭くまたアクセスが相対的に困難なブレード本体の先端部ではなく、作業スペースが相対的に広くまたアクセスが相対的に容易なローターヘッドハブ近傍とすることで、後付け作業の負担が軽減される。
【００３１】
また、前記振動検出手段は、前記ブレード本体を伝播する前記振動の縦波を検出する。後述するように、雷がブレード本体を貫通する際に生じる特有の波（弾性波）を検出対象とすることで、一層精度良く異常落雷の有無を判定できる。
【００３２】
また、前記振動検出手段として加速度センサを用いることで、工業的に各種製品に用いられる多くの加速度センサの中から性能、コスト、信頼性面で合ったものを選択可能である。
【００３３】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段とを備える。また、前記振動検出手段を、前記ブレード本体に有した補強用のスパーの位置を避けて設ける。スパーはダウンコンダクタが敷設される経路として用いられる場合があり、ダウンコンダクタに落雷電流が流れるとローレンツ力が発生してその結果ダウンコンダクタ及びスパーが振動する。スパーを避けて振動検出手段を設けることで、ローレンツ力によるスパーの振動の検出（誤検出）が回避される。
【００３４】
また、前記電流検出手段と前記振動検出手段及び／又は前記判定手段は、ＧＰＳ信号に基づいて時刻の特定を行う。これらがＧＰＳ信号に基づく共通の信号源による同期を取ることで、落雷電流の立ち上がりと検出振動の立ち上がりの時間差を算出する際の精度が向上する。
【００３５】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と、前記ダウンコンダクタの振動を検出するダウンコンダクタ用振動検出手段とを備える。前記ダウンコンダクタの振動を検出するダウンコンダクタ用振動検出手段を備えることで、異常落雷の有無を電流検出手段と振動検出手段とダウンコンダクタ用振動検出手段とに基づいて精度良く判定できる。例えば振動検出手段が検知したブレード本体の振動が大であり、かつ、ダウンコンダクタ用振動検出手段が検知した振動も大であるような場合には、異常落雷と判定できる。また、振動検出手段が検知したブレード本体の振動が小であり、かつ、ダウンコンダクタ用振動検出手段が検知した振動が大であるような場合には、正常落雷と判定できる。
【００３６】
本発明の異常落雷判定システムによれば、風車ブレードのブレード本体の先端部に設けた落雷を受けるレセプタと、前記レセプタに接続されたダウンコンダクタと、前記落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する電流検出手段と、前記レセプタとローターヘッドハブの間の前記ブレード本体に設けた前記落雷により一時的に発生する振動を検出する振動検出手段と、前記電流検出手段の検出電流と前記振動検出手段の検出振動に基づいて前記レセプタ以外への異常な前記落雷を判定する判定手段と、ナセルの近傍に配置された複数のマイクロホンとを備える。前記判定手段は、前記落雷のあったときの音圧の到達時間差を考慮して、前記落雷の位置特定を補完する。ブレード本体の振動の伝播速度に基づく落雷位置の特定に加えて、音圧の到達時間差に基づく落雷位置の特定を行うことで、確実に落雷位置を特定できる。例えば振動検出手段が故障してもマイクロホンで音圧の到達時間差を検出して落雷位置の特定が可能である。
【００３７】
また、前記検出電流の信号と前記検出振動の信号をスピナの内側に設けた無線送信機から送信し、前記スピナ以外の遠隔箇所に設けた無線受信機で受信する。例えば回転系と静止系とを無線通信させることで、有線通信と比べて配線負担が軽減される。
【００３８】
また、本発明の風力発電施設への異常落雷判定システムの取り付け方法では、既存の風力発電施設に後付けで少なくとも前記電流検出手段、前記振動検出手段、及び前記判定手段を取り付ける。このようにすることで、既存の風力発電施設に対して、後付けで異常落雷判定システムの一部を取り付けることで、異常な落雷を判定することが可能となる。そして、例えば正常落雷判定時には風力発電装置は停止させず、異常落雷判定時にのみ風力発電装置を停止させるような対応を執ることが可能となり、既存の風力発電装置を含めた発電施設全体の稼働率を従来よりも向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係る風力発電装置の側面一部断面図を例示する図である。
【図２】本実施形態に係る風力発電装置の正面図を例示する図である。
【図３】制御盤の構成及び制御部への通信について説明する図である。
【図４】本実施形態に係る異常落雷判定フローを説明するフローチャートである。
【図５】波形の立ち上がり時刻を求める方法を説明する図である。
【図６】本実施形態に掛かる異常落雷判定システムに関する放電試験を実施するに当たり、振動センサの配置を説明する図である。
【図７】第１の放電試験の概要を説明する図である。
【図８】第１の放電試験における入力電流を説明する図である。
【図９】第１の放電試験の結果を示す図である。
【図１０】第２の放電試験の概要を説明する図である。
【図１１】第２の放電試験における入力電流を説明する図である。
【図１２】第２の放電試験の結果を示す図である。
【図１３】第３の放電試験の概要を説明する図である。
【図１４】第３の放電試験における入力電流を説明する図である。
【図１５】第３の放電試験の結果を示す図である。
【図１６】第４の放電試験の概要を説明する図である。
【図１７】第４の放電試験における入力電流を説明する図である。
【図１８】第４の放電試験の結果を示す図である。
【図１９】第５の放電試験の概要を説明する図である。
【図２０】第５の放電試験における入力電流を説明する図である。
【図２１】第５の放電試験の結果を示す図である。
【図２２】弾性波の伝播速度について説明する図である。
【図２３】第６の放電試験の概要を説明する図である。
【図２４】第６の放電試験の結果（１回目）を示す図である。
【図２５】第６の放電試験の結果（２回目）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
＜全体構成＞
図１に、本実施形態に係る風力発電装置１０を例示する。風力発電装置１０は、風車１２、変圧器１４、及び制御部１６を含んで構成される。本実施形態に係る異常落雷判定システムは、レセプタ１８Ａ〜１８Ｃ、ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｄ、電流センサ２５、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃ、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃ、ダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃ、制御盤３１、及び制御部１６を含んで構成される。また、レセプタ１８Ａ〜１８Ｃがブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの先端部に設けられ、レセプタ１８Ａ〜１８Ｃとブレード本体３６Ａ〜３６Ｃを含んで風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃが構成される。
【００４１】
風車１２により風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは変圧器１４によって電圧変換されて商用電源等の系統に連結される（交流リンク方式）。
【００４２】
また、風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃが落雷を受けた（受雷または着雷）場合、電流センサ２５が落雷電流を検出する。さらに落雷時にブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに生じた振動を、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが検出する。制御部１６は、電流センサ２５が検出した落雷電流及び振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが検出したブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの振動をそれぞれ受信して、これらの測定値に基づいて異常落雷の有無判定を行う。異常落雷ではない、つまり正常落雷と判定されると風力発電装置１０の運転が継続される。異常落雷と判定されると管理者等により、風力発電装置１０の運転が停止され、点検、補修等が行われる。
【００４３】
＜各構成の詳細＞
風車１２は、タワー２２、ナセル３０、主軸３２、ハブ３４（ローターヘッドハブ）、スピナ３５、及び風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃを含んで構成される。なお、以下では、風車１２として３枚の風車ブレードから構成される３枚羽タイプのものを例示する。
【００４４】
タワー２２は、ナセル３０やブレード本体３６Ａ〜３６Ｃ等を地上から所定の高さに支持するための架台であって、例えば高さ６０ｍ程度の鋼鉄製の円筒形状から構成される。単一のタワー２２を山の尾根や洋上等に運搬することが困難な場合があり、タワー２２は複数の分割体から構成される。例えば図１ではタワー２２が５つの分割円筒から構成されている。分割体の両端にあるフランジを位置合わせしてボルト留め等により固定して分割体を組み上げる。タワー２２は中空となっており、主回路盤３８や接地線端子盤２４が収容される。接地線端子盤２４の一端にはタワー２２から引き出されたダウンコンダクタ２０Ｄが接続され、他端はグランドに接続される。
【００４５】
主回路盤３８は発電機４２と変圧器１４とを中継する中継局としての機能を備えており、また、風車１２の運転動作を設計限界以内に保つように保護する保護制御機能も備えている。接地線端子盤２４は、地中に埋設された接地極と避雷導線とを中継するための端子を備えている。また、接地線端子盤２４は、接地抵抗値を測定するための測定用端子を備えていてもよい。
【００４６】
また、タワー２２の周囲を取り囲むようにして電流センサ２５（電流検出手段）が設けられる。電流センサ２５は例えばロゴスキーコイル型のセンサであってよい。風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃに落ちた雷はダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃやタワー２２を通って接地に流れる。電流センサ２５は、落雷により一時的に発生する落雷電流を検出する。
【００４７】
ナセル３０はタワー２２の上部に配置され、主軸３２、増速機４０や発電機４２等を収容する筐体である。主軸３２の回転が増速機４０に伝達され、さらに増速後の回転駆動力が発電機４２に伝達されることで発電が行われる。また、ナセル３０内には、スピナ３５内の制御盤３１に電力を供給する電源３３が設けられている。
【００４８】
ハブ３４はローターヘッドハブとも呼ばれ、風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃを主軸３２に固定する。ハブ３４は中空構造であり、図１に示す例では、この中に振動センサ２６Ａ〜２６Ｃと制御盤３１を結ぶ信号線、電源３３と制御盤３１を結ぶ電源線、及びダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃが配索（配線）されている。
【００４９】
スピナ３５はハブ３４やその周辺機器を収容するカバー部材である。スピナ３５は繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の耐候性の高い部材から構成される。スピナ３５はナセル３０のケースと回動可能な状態で接続されており、作業者はナセル３０内及びスピナ３５内での作業が可能となっている。スピナ３５にはハブ３４の他に制御盤３１が収容される。
【００５０】
制御盤３１は、各種制御のパイロット信号や警報信号、メンテナンス用照明の電力等を出力する。制御盤３１は、ナセル３０内の電源３３から電力供給を受ける。例えば、電源３３からスリップリング１９を介して中空状の主軸３２内に電源線を引き込み、さらにハブ３４内から制御盤３１に当該電源線が引き出される。
【００５１】
また制御盤３１は、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃやマイクロホン２７Ａ〜２７Ｃの信号を受信する。図３に示すように、制御盤３１は、チャージアンプ３７Ａ〜３７Ｆ、マイク用アンプ３９Ａ〜３９Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ４１、コンピュータ４３、及び無線送信機４５を備える。チャージアンプ３７Ａ〜３７Ｆは、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃ及びダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃの各信号を増幅させる。マイク用アンプ３９Ａ〜３９Ｃは、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃの各信号を増幅させる。
【００５２】
Ａ／Ｄコンバータ４１は、チャージアンプ３７Ａ〜３７Ｆ及びマイク用アンプ３９Ａ〜３９Ｃで増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ４１は、汎用のものであってよく、例えば１μＳｅｃ程度の分解能を持つものであってよい。後述するように、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの固体伝播速度を約３０００ｍ／秒とすると、３ｍｍ程度の落雷位置分解能を備えることになる。
【００５３】
コンピュータ４３は変換されたデジタル信号を演算処理する。例えば振動センサ２６Ａ〜２６Ｃから出力された電圧信号を加速度（Ｇ）に変換する。またマイクロホン２７Ａ〜２７Ｃで捉えた音圧を電圧信号に変換する。
【００５４】
無線送信機４５は、コンピュータ４３により演算処理された加速度や音圧（電圧信号）のデータを、制御部１６の無線受信機４７に送信する無線通信手段である。このように、回転系であるスピナ３５と、スピナ３５以外の遠隔箇所である静止系とを無線通信させることで、有線通信と比べて配線負担が軽減される。
【００５５】
なお、無線受信機４７は、制御部１６以外の場所に設けてもよい。要するに回転系から切り離された静止系に信号が送信されればよいことから、例えばナセル３０内に無線受信機４７を設置してもよい。またタワー２２の上部空間に無線受信機４７を設置してもよい。
【００５６】
また、図３では、制御盤３１内にコンピュータ４３を設置していたが、この形態に限らない。例えばコンピュータ４３を制御部１６内に設置し、Ａ／Ｄコンバータ４１にて変換されたデジタル信号を無線送信機４５から出力してもよい。
【００５７】
図１に戻り、風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃはブレード本体３６Ａ〜３６Ｃ及びレセプタ１８Ａ〜１８Ｃを含んで構成される。ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃは例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等の絶縁体から構成され、また軽量化を図るため中空構造を採っている。ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの根元部分は円筒状フランジ構造となっており、ハブ３４のフランジにボルト固定される。ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの先端（最外径端）にはレセプタ１８Ａ〜１８Ｃが取り付けられている。レセプタ１８Ａ〜１８Ｃはアルミニウム等の導電性材料から構成され、主に落雷を受ける部位（受雷部）として機能する。なお、図１に示す例ではブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの先端形状に沿ったいわゆるキャップタイプのレセプタ１８Ａ〜１８Ｃを例示したが、この形態に限らない。例えばディスク形状またはロッド形状のレセプタをブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの先端等に複数配置してもよい。
【００５８】
また、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃ内には、破線で示すダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃが収容されている。ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃの一端はレセプタ１８Ａ〜１８Ｃに接続され、他端は結線された後、ブラシ等の摺動接触機構を経由してタワー２２に接続される。
【００５９】
加えて、本実施形態における風車１２においては、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの内部にそれぞれ振動センサ２６Ａ〜２６Ｃ（振動検出手段）及びダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃが設けられ、スピナ３５の、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃとの接続箇所近傍にそれぞれマイクロホン２７Ａ〜２７Ｃが設けられている。
【００６０】
振動センサ２６Ａ〜２６Ｃは例えば加速度センサから構成される。具体的には振動センサ２６Ａ〜２６Ｃはピエゾ抵抗型加速度センサ等の、圧電型加速度センサであることが好適である。圧電型の加速度センサとすることで、加速度センサへの給電線が不要となり、信号線を配線するだけで済むので、配線の作業負担が軽減される。また工業的に各種製品に用いられる多くの加速度センサの中から性能、コスト、信頼性面で合ったものを選択可能である。
【００６１】
なお、風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃのピッチ角を可変にできる機構を備えている場合には、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃと制御盤３１とを結ぶ信号線が、ピッチ角の変動で切断されないように配線する必要がある。例えばピッチ角の変動を信号線（シールド線）のねじれで吸収可能なように、ある程度の弛みを持たせた状態で信号線を配線する。また、風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃとハブとの相対回転時に両者のフランジに信号線が挟まれると切断のおそれがあることから、フランジの中心軸付近に信号線を配線することが好適である。
【００６２】
振動センサ２６Ａ〜２６Ｃは、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに生じる振動のうち縦波を検出する。すなわち振動センサ２６Ａ〜２６Ｃは、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの長手方向の加速度を検出する。例えば振動センサ２６Ａ〜２６Ｃは、検出面が長手方向を向くように配置される。
【００６３】
異常落雷が発生すると、雷がブレード本体３６Ａ〜３６Ｃを貫通する。その際にブレード本体３６Ａ〜３６Ｃが急激に膨張（熱膨張）する。このような急激な密度変化の発生に伴って、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに弾性波（縦波）が生じる。本実施形態に係る異常落雷判定システムでは、このような落雷により一時的に発生する振動（縦波）を検出することで、異常落雷の発生有無を判定している。異常落雷の発生時に特有の現象を捉えることで、異常落雷の発生有無を精度よく判定することが可能となる。
【００６４】
上記のような検出原理から、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃは基本的にはブレード本体３６Ａ〜３６Ｃのどの箇所に設けてもよい。例えば、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの、ハブ３４近傍の箇所に振動センサ２６Ａ〜２６Ｃを設けてもよい。具体的には図２に示すように、ハブ３４（スピナ３５）の中心から１０ｍ以内、より好適には５ｍ以内の箇所に振動センサ２６Ａ〜２６Ｃを設ける。
【００６５】
図２に示されているように、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃは略先細りの形状を有しており、先端に行くほど内部のスペース（空洞）は狭くなる。また当然に、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの先端に行くほどそのアクセスは困難となる。本実施形態では、先端と比べてスペースが広く、またアクセスが容易なハブ３４近傍の箇所に振動センサ２６Ａ〜２６Ｃを設置可能とすることで、既存の風力発電施設（風車１２）にも容易に振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの後付けが可能となっている。
【００６６】
また、例えばブレード本体３６Ａ〜３６Ｃへの落雷箇所が、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの長手方向中央部から先端までの領域であることが相対的に多いような場合に、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃを、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの根元に当たるローターヘッドハブ３４の近傍に設けることにより、落雷電流と振動の立ち上がりの時間差が取れ、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの中央部に設ける場合と比較して異常落雷時の落雷の位置が特定し易くなる。
【００６７】
なお、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの内部には補強用のスパー４８Ａ〜４８Ｃ（ビームやリブとも呼ばれる）が長手方向に沿って設けられている。スパー４８Ａ〜４８Ｃはブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの補強だけでなく、ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃの固定にも用いられる。すなわち、スパー４８Ａ〜４８Ｃに沿ってダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃが配索され、例えば等間隔に固定具が打ち込まれる。
【００６８】
後述するように、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃやレセプタ１８Ａ〜１８Ｃに雷が落ちてダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃに落雷電流が流れると、ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃにローレンツ力が発生してダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃ及びこれを固定するスパー４８Ａ〜４８Ｃが振動する。この振動をブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの弾性波振動と誤検出しないために、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃはスパー４８Ａ〜４８Ｃを避けた位置に設けることが好適である。
【００６９】
なお、本実施形態では、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの他に、敢えてダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃの振動（ダウンコンダクタ振動）を検出するための、ダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃが設けられている。ダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃはスパー４８Ａ〜４８Ｃに設けられる。ダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃは振動センサ２６Ａ〜２６Ｃと同様に、圧電型の加速度センサから構成されてよい。またハブ３４（スピナ３５）の中心から１０ｍ以内、より好適には５ｍ以内の箇所にダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃを設ける。
【００７０】
異常落雷の有無判定では、ダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃが検出した振動を考慮してもよい。正常落雷と異常落雷とを問わず、ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃには落雷電流が流れる。したがって正常落雷と異常落雷とを問わず、ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃ及びスパー４８Ａ〜４８Ｃには振動が発生する。一方、異常落雷の際にはブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに弾性波（縦波）が生じるが、正常落雷の際にはそのような弾性波は殆ど生じない。
【００７１】
このことから、電流センサ２５にて落雷電流を検知したときに、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの少なくともいずれか一つで縦波を検出し、かつダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃの少なくともいずれか一つで振動を検出した場合には、異常落雷と判定できる。一方、電流センサ２５にて落雷電流を検知したときに、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃのいずれにも縦波が検出されず、かつダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃの少なくともいずれか一つで振動を検出した場合には、正常落雷と判定できる。
【００７２】
マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃは、落雷時にブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに生じた音を記録する集音手段である。ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの固体振動音の集音を抑制するために、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃはブレード本体３６Ａ〜３６Ｃとは非接触であることが好適である。例えば図１に示すように、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃは、スピナ３５先端の外表面上であって、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃのそれぞれ前方に設置される。このようにすることで、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃが落雷を受けたときに生じる空気伝播音を集音可能となる。
【００７３】
制御部１６（判定手段）は、電流センサ２５、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃ、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃ、及びダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃから受信した信号をもとに、風車ブレード２９Ａ〜２９Ｃへの落雷有無、及び、その落雷が正常落雷であるか異常落雷であるかを判定する。制御部１６はコンピュータから構成され、図示しないメモリには、下記に説明する異常落雷判定プログラムが記憶され、図示しない演算部が当該プログラムを実行することで、異常落雷判定が行われる。
【００７４】
＜異常落雷判定＞
図４には、本実施形態に係る異常判定フローが例示されている。制御部１６は、電流センサ２５から受信する電流値が、所定の閾値Ａを超過したときに、風車１２が落雷を受けたと判定し、異常判定フローを起動させる。
【００７５】
制御部１６は、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃから振動（加速度）を受信し、これら検出振動の少なくともいずれか一つにてその振動が有意に大きいときに、その振動を検出した振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが取り付けられているブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに異常落雷が生じたと判定する。例えば、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの少なくともいずれか一つにてその振動が所定の閾値Ｂを超過しているか否かを判定し（Ｓ１０）、超過しているときに、制御部１６は異常落雷と判定する（Ｓ１２）。振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが検出したいずれの振動も、閾値Ｂ以下であるような場合には、制御部１６は正常落雷と判定する（Ｓ１４）。
【００７６】
閾値Ｂは、例えば振動センサ２６Ａ〜２６Ｃで検出される振動のノイズレベルの二倍の値に設定される。さらに詳しくは、落雷電流の検知後２５ｍｓｅｃ以内に振動センサ２６Ａ〜２６Ｃで検出される振動レベルに対してノイズレベルの二倍の値に設定される。２５ｍｓｅｃの根拠は、縦波の伝播速度が３０００ｍ/ｓ、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの長さを８０ｍ、また振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの設置位置をブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの先端から７５ｍと想定して導かれる値であり、落雷直後、この時間内に有意な振動が検知されれば、レセプタ１８Ａ〜１８Ｃ以外への落雷による振動と判定する。
【００７７】
また、異常落雷の有無を判定するパラメータとして、振動の大きさに代えて、振動の時間的変化の勾配を用いてもよい。具体的には振動の時間変化を監視して、その勾配を順次求める。その勾配の値が所定の閾値Ｂ’を超過するときに、制御部１６は異常落雷と判定する。
【００７８】
また、異常落雷の有無判定において、補助的にダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃの検出値も参照してもよい。具体的には、制御部１６は、ダウンコンダクタ用振動センサ４９Ａ〜４９Ｃが検出した振動（加速度）の少なくともいずれか一つが所定の閾値Ｃを超過している場合に、正常落雷または異常落雷があったものと判定する。さらに、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが検出した振動の少なくともいずれか一つが閾値Ｂを超過したときには、その振動を検出した振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが取り付けられたブレード本体３６Ａ〜３６Ｃに異常落雷が生じたと判定する。振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが検出したいずれの振動も、閾値Ｂ以下であるような場合には、制御部１６は正常落雷と判定する。
【００７９】
異常落雷が生じたと判定されると、制御部１６はその落雷位置を特定する。制御部１６は、電流センサ２５において落雷電流の電流値が閾値Ａを超過したときの波形の立ち上がり時刻ｔ１を求める（Ｓ１６）。
【００８０】
図５には時刻ｔ１の導出例が示されている。なおこの例では電流センサ２５の波形の代わりに、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの波形（電圧波形）が示されている。制御部１６はセンサから受信した値を順次プロットし、所定の閾値を超過するような値を含む波形が表れると、その波形の極大値Ｖｍａｘの１０％の値及び９０％の値を求める。さらに制御部１６はＶｍａｘ９０％とＶｍａｘ１０％のプロットを結ぶ線分と横軸（Ｖ＝０）との交点を求める。この交点に対応する時刻を立ち上がり時刻ｔ１とする。
【００８１】
次に制御部１６は、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの値を参照し、立ち上がり時刻ｔ１を起点として、閾値Ｂを超過する値を含む振動の第一波の立ち上がり時刻ｔ２を求める（ｔ１８）。立ち上がり時刻ｔ２の求め方は上記と同様である。
【００８２】
制御部１６は、落雷電流の立ち上がり時刻ｔ１から振動の立ち上がり時刻ｔ２までの時間差に基づいて、落雷位置を特定する。具体的に制御部１６は、立ち上がり時刻ｔ１及びｔ２の時間差と、ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃの固体伝播音速に基づいて、落雷位置を特定する。ブレード本体３６Ａ〜３６Ｃがガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）で構成されている場合、その固体伝播音速は約３０００ｍ／Ｓｅｃであることが知られている。制御部１６は、この固体伝播音速と落雷電流の立ち上がり時刻ｔ１から振動の立ち上がり時刻ｔ２までの時間差を掛けることで、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃから落雷位置までの距離を求める（Ｓ２０）。
【００８３】
なお、落雷電流の立ち上がり時刻ｔ１から振動の立ち上がり時刻ｔ２までの時間差を求めるに当たり、制御部１６、電流センサ２５及び振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの間で同期を取ることが好適である。例えば制御部１６は、ＧＰＳ信号に基づいて時刻ｔ１及びｔ２を特定する。これらがＧＰＳ信号に基づく共通の信号源による同期を取ることで、落雷電流の立ち上がりと検出振動の立ち上がりの時間差を算出する際の精度が向上する。具体的には制御部１６はＧＰＳ信号を受信するとともに、電流センサ２５と振動センサ２６Ａ〜２６Ｃの値を、ＧＰＳ衛星から受信した時刻信号に応じてプロットする。
【００８４】
また制御部１６は、落雷位置の特定に当たり、補助的にマイクロホン２７Ａ〜２７Ｃの値を参照してもよい。または、振動センサ２６Ａ〜２６Ｃが故障した際に、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃで音圧の到達時間差を検出して落雷位置を特定してもよい。
【００８５】
例えばマイクロホン２７Ａ〜２７Ｃで検出される音圧（電圧信号）の到達時間差を考慮して、落雷位置の特定を補完する。具体的には、落雷電流の立ち上がり時刻ｔ１から、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃの音圧（電圧信号）値の立ち上がり時刻ｔ３の時間差を求める。
【００８６】
立ち上がり時刻ｔ３の求め方は上述と同様である。すなわち、所定の閾値を超過するような音圧（電圧信号）値を含む波形が表れると、その波形の極大値Ｖｍａｘの１０％の値及び９０％の値を結ぶ線分と横軸（０ｄＢ）との交点を求める。この交点に対応する時刻を立ち上がり時刻ｔ３とする。
【００８７】
さらに制御部１６は、立ち上がり時刻ｔ１とｔ３との時間差に、空気中の音速約３３０ｍ／ｓを掛けることで、マイクロホン２７Ａ〜２７Ｃから落雷位置までの距離を求める。
【００８８】
＜実施例＞
図６〜図２６を用いて、本実施形態に係る異常落雷判定システムによる実施例を説明する。図６には、ブレード本体３６に振動センサ２６を取り付けたときの様子が示されている。ブレード本体３６の表面には、振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．３、２６＿Ｎｏ．４、２６＿Ｎｏ．５が設けられ、裏面（ナセル３０側の面）には、振動センサ２６＿Ｎｏ．２、２６＿Ｎｏ．６が設けられる。振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．２、２６＿Ｎｏ．３、２６＿Ｎｏ．５、２６＿Ｎｏ．６はいずれもブレード本体３６の根元（ハブ３４との接続箇所）近傍に設けられ、振動センサ２６＿Ｎｏ．４はブレード本体３６の先端から１５００ｍｍの箇所に設けられている。なお、ブレード本体３６は長さ４０００ｍｍのものを用いた。
【００８９】
振動センサ２６＿Ｎｏ．１はその検出面がブレード本体３６の長手方向を向いており、ブレード本体３６表面に生じた縦波を検出可能となっている。振動センサ２６＿Ｎｏ．２もその検出面がブレード本体３６の長手方向を向いており、ブレード本体３６裏面に生じた縦波を検出可能となっている。
【００９０】
振動センサ２６＿Ｎｏ．３は横波検出用であり、その検出面がブレード本体３６の表面に貼り付けられている。振動センサ２６＿Ｎｏ．４は、他の振動センサと比較して落雷位置近傍に設けられている。またその検出面はブレード本体３６の長手方向を向いており、ブレード本体３６表面に生じた縦波を検出可能となっている。
【００９１】
振動センサ２６＿Ｎｏ．５は高分解能のオシロスコープへの入力用センサであり、ブレード本体３６表面に生じた縦波を検出可能（検出面が長手方向に向いている）となっている。振動センサ２６＿Ｎｏ．６も高分解能のオシロスコープへの入力用センサであり、ブレード本体３６裏面に生じた縦波を検出可能（検出面が長手方向に向いている）となっている。
【００９２】
図７には、第１の放電試験の概要が示されている。この試験は空中放電によるノイズの影響を確認するために行われたものである。図８には入力電流の波形が示されている。入力電流の波高値（ピーク値）Ｉpkは８４．３２８［ｋＡ］、波頭長Ｔ1は７．７４８［μＳｅｃ］、波尾長Ｔ2は２２．１５７［μＳｅｃ］とした。
【００９３】
図９には、空中放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている。縦軸には振動の大きさを表す加速度が示され、横軸には時刻が示されている。振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．４ともにゼロ近傍の値を示しており、センサケーブル等への電磁ノイズは無視できることが理解される。
【００９４】
図１０には、第２の放電試験の概要が示されている。この試験はレセプタ１８に導体を繋いで放電した際のノイズの影響を確認するために行われたものである。図１１には入力電流の波形が示されている。入力電流の波高値（ピーク値）Ｉpkは４２．２３９［ｋＡ］、波頭長Ｔ1は２７．６６９［μＳｅｃ］、波尾長Ｔ2は６４．７８９［μＳｅｃ］とした。
【００９５】
図１２には、放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている（縦軸：加速度、横軸：時刻）。図示されているように、計測された加速度は比較的小さい。
【００９６】
図１３には、第３の放電試験の概要が示されている。この試験は正常落雷時の波形を確認するために行われたものであり、レセプタ１８上で火花放電（模擬雷）を発生させた。図１４には入力電流の波形が示されている。入力電流の波高値（ピーク値）Ｉpkは４１．１１４［ｋＡ］、波頭長Ｔ1は２８．３６８［μＳｅｃ］、波尾長Ｔ2は６６．０９８［μＳｅｃ］とした。
【００９７】
図１５には、火花放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている（縦軸：加速度、横軸：時刻）。図示されているように、第２の放電試験（導体からレセプタ１８に放電）と略同様の結果であることが理解される。
【００９８】
図１６には、第４の放電試験の概要が示されている。この試験は異常落雷時の波形を取るために行われたものであり、ブレード本体３６上で火花放電を発生させた。落雷位置であるアークエントリーポイントは、ブレード本体３６の先端から１０００ｍｍの箇所であり、振動センサ２６＿Ｎｏ．４に近接している。図１７には入力電流の波形が示されている。入力電流の波高値（ピーク値）Ｉpkは３９．２３８［ｋＡ］、波頭長Ｔ1は２７．９５１［μＳｅｃ］、波尾長Ｔ2は６５．６８４［μＳｅｃ］とした。
【００９９】
図１８には、火花放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている（縦軸：加速度、横軸：時刻）。図示されているように、第１〜第３の放電試験と比較して、非常に大きな加速度が計測されている。また、相対的に落雷位置から離れた振動センサ２６＿Ｎｏ．１について、第１〜第３の放電試験と比較して、有意な差が表れていることが理解される。
【０１００】
図１９には、第５の放電試験の概要が示されている。この試験は第４の放電試験と同様、異常落雷時の波形を取るために行われたものであるが、第４の放電試験と比較して入力電流を絞っている。図２０には入力電流の波形が示されている。入力電流の波高値（ピーク値）Ｉpkは１８．９６２［ｋＡ］、波頭長Ｔ1は２８．３７７［μＳｅｃ］、波尾長Ｔ2は６８．０９９［μＳｅｃ］とした。また図１９に示すように、落雷位置であるアークエントリーポイントは、ブレード本体３６の先端から１２５０ｍｍの箇所であり、第４の放電試験と比較して、より振動センサ２６＿Ｎｏ．４寄りの位置に火花放電を発生させている。
【０１０１】
図２１には、火花放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている（縦軸：加速度、横軸：時刻）。図示されているように、第１〜第３の放電試験と比較して、大きな加速度が計測されている。また、相対的に落雷位置から離れた振動センサ２６＿Ｎｏ．１について、第１〜第３の放電試験と比較して、有意な差が表れていることが理解される。
【０１０２】
図２２には、ブレード本体３６を伝播する弾性波（縦波）の速度を計測した結果が表に示されている。この表には、火花放電を３回実施したときの、放電時刻から振動センサ２６＿Ｎｏ．５に弾性波の第一波が到達するまでに掛かった時間、落雷位置から振動センサ２６＿Ｎｏ．５までの距離、及び弾性波の伝播速度が示されている。また、グラフには弾性波の伝播速度が示されている。測定誤差を考慮して、±５ｍ／ｓのエラーバーを付している。これらの伝播速度に示されているように、いずれの火花放電においても、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）の固体伝播音速である約３０００ｍ／Ｓｅｃに概ね一致していることが理解される。
【０１０３】
図２３〜図２５には、第６の放電試験の概要が示されている。この試験では、ダウンコンダクタ２０Ａ〜２０Ｃによるローレンツ力の影響を確認している。この試験では火花放電を２回実施している。
【０１０４】
１回目の火花放電に当たり、振動センサ２６＿Ｎｏ．２を、ダウンコンダクタ２０が固定されたスパー４８に取り付けた。また振動センサ２６＿Ｎｏ．１と２６＿Ｎｏ．２の火花放電位置からの距離はほぼ等しいものとした。２回目の火花放電に当たり、振動センサ２６＿Ｎｏ．２を、スパー４８から外れるようにスパー４８から２００ｍｍ前方に取り付けた。また、入力電流値は２回ともに３９［ｋＡ］とした。
【０１０５】
図２４には、１回目の火花放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．２、２６＿Ｎｏ．３、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている。火花放電位置から等しい距離にある振動センサ２６＿Ｎｏ．１及び２６＿Ｎｏ．２で、第一波のピーク位置に大きなずれが生じているのが理解される。
【０１０６】
図２５には、２回目の火花放電を実施したときの振動センサ２６＿Ｎｏ．１、２６＿Ｎｏ．２、２６＿Ｎｏ．３、２６＿Ｎｏ．４の波形が示されている。この例では、振動センサ２６＿Ｎｏ．１及び２６＿Ｎｏ．２の波形は概ね一致しており、ローレンツ力による振動の影響が取り除かれていることが理解される。
【符号の説明】
【０１０７】
１８Ａ〜１８Ｃ  レセプタ、２０Ａ〜２０Ｃ  ダウンコンダクタ、２６Ａ〜２６Ｃ  振動センサ、２７Ａ〜２７Ｃ  マイクロホン、２９Ａ〜２９Ｃ  風車ブレード、３６Ａ〜３６Ｃ  ブレード本体、４８Ａ〜４８Ｃ  スパー、４９Ａ〜４９Ｃ  ダウンコンダクタ用振動センサ、１０  風力発電装置、１２  風車、１６  制御部、２５  電流センサ、４５  無線送信機、４７  無線受信機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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