(57)【要約】【課題】風力発電用風車等の被雷は絶縁物製の風車等の方が避雷針よりも被雷しやすいという物理的・化学的に特異な現象で、解決方法がなかった。【解決事項】絶縁物性の風車等の方が避雷針よりも被雷しやすい理由は静電気であることを解明し、その原理にもとづいて被雷防止対策を発明した。【効果】風車等への被雷を防止することができた。【選択図】な  し【特許請求の範囲】
【請求項１】
気象状況によって静電気を発生する風車等の物件において、当該物件を帯電防止することによって被雷を防ぐ方法
【請求項２】
気象状況によって静電気を発生する風車等の物件において、風車等の当該物件の関係領域でイオンを発生させて被雷を防ぐ方法
【請求項３】
気象状況によって静電気を発生する風車等の物件において、風車等の当該物件の関係領域でｐＨ調整した水を噴霧化して風車等と風雪との衝突帯電を減少させて被雷を防ぐ方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の属する技術分野
風力発電用風車等の被雷防止対策に関する
【０００２】従来の方法
風力発電技術が導入されると、冬季雷による風車の直撃という新規の雷害が発生し、冬季雷による日本海沿岸地方の雷害防止が重視されるようになった。しかし、フランスのＤ’Ａｌｉｂａｒｄ以来約２５０年、雷研究はすすめられてきたが、未解明の現象が数多く残されている。そのために、雷害対策は避雷針と送配電線に設置するサージアブソーバー等を中心とする雷害対策の域を出ることが難しく、風車・航空機・レーダー基地・通信基地等の新規性の高い施設の被雷対策は、雷観測の充実を除けば従来の方法と称しうるまでには至っていない。たとえば、風車発電では、発電機収納用ナセルに避雷針をつける、ブレード先端に雷レセプターをつける、制御回路にサージアブソーバーを取り付けるという送配電の避雷対策を踏襲しているにすぎない。
【０００３】発明が解決しようとする課題
送配電施設では、雷と電線との関係・雷と避雷針との関係として雷撃を単純化した対策をすすめてきた。一方、風車・航空機・レーダー基地・通信基地等では雷撃に関係する要素の数が多い。本発明はこれらの諸要素のうちで、雷撃に強く関係するものを考慮して被雷防止をおこなうものである。すなわち、風車は周辺構造物に比して高さが抜群に高いので、落雷点になりやすい。また、冬季雷は雲底が１ｋｍ以下であるから風車の避雷針効果が助長され、風車への雷撃を一層発生させやすくすると考えられている。この考え方には避雷針と風車との相違に関する知見はほとんど導入されていない。航空機・レーダー基地等でも同様に、避雷針または単純構造の電線との相違が雷撃に及ぼす作用は考慮されていない。本発明は、風車・航空機・レーダー基地等が冬季雷を生じるような気象条件に曝されたときに生じる現象と雷電界に曝されたときに生じる現象を整理し、それらの条件の下で生じる現象と雷撃との関係にもとづいて、従来の避雷針を中心とした狭い意識を脱却して、雷害防止に有効な手段を多面的におこなう広義の被雷防止システムを構築する。
【０００４】課題を解決するための手段
避雷針のような単純構造物に比べると、風車・航空機・レーダー基地等は構造・材質共に複合的に複雑である。そのために、冬季雷を発生させるような気象条件では避雷針とは異なった電気的・化学的・物理的現象がそれらに生じ、結果として雷撃の様相が異なってくる。本発明は、雷撃の様相を変化させるに顕著な効果を有するいくつかの電気的・化学的・物理的現象を活用し、費用対成果にすぐれた被雷防止システムの構築を目的とするもので、すべての雷害の根絶を目的とするものではない。それゆえに、「風車はＧＦＲＰという絶縁物で構成され、風車と直結しているナセルには避雷針が設置されているにも拘わらず、雷撃は避雷針よりも絶縁物製の風車の側に生じる」という避雷針の原理と矛盾する現象が生じる原因を解決し、避雷針の経験を活かして費用対効果のよい被雷防止対策を構築するものである。また、冬季雷の一つの特長である「上向き雷放電の上方に向けての枝分かれ」が風車の放電ではあまり観測されない、むしろ、水平方向に放電する傾向があるという避雷針への落雷と風車への落雷の相違を発見し、その理由を解明することが出来たので、これを利用して新規の被雷対策を構築する。つぎに、冬季雷の落雷事故は標高１ｋｍ以下のところで発生する、すなわち雲底が１ｋｍ以下という低い状態がもたらす特殊な現象を被雷防止に利用する、あるいは、雷害のほとんどは大地から雷雲に向かう帰還電流によって生じているので、帰還電流を小さくすることを上記二つの対策に併用して従来の手法とは違った有効性の高い被雷防止をおこなう。
【０００５】発明の実施の形態
絶縁物性の風車の方がナセルに設置した避雷針よりも落雷点になりやすい理由は、雷雲発生の気象条件下では風車に強い衝突帯電が生じ、風車近傍に静電気の放電空間が生じているためである。したがって、風車に静電気を発生させないことが対策となる。たとえば、風車の静電気がすみやかに大地に漏洩するように風車に導電性を付与すると、風車の静電気は消滅する。しかし、風車の静電気を大地に漏洩させて風車の電位上昇を防止しても、風雪による衝突電気の発生は生じるので、風車近傍にはイオン空間が形成されるので風車への雷撃の危険性は残る。この危険性の除去にはイオン空間の消去またはイオン空間の局部的存在の意味の消去が必要である。それで、人工的にイオンを風車前方から供給すると静電気の放電空間の作用を軽減させることができる。つぎに、イオンを過剰に供給すると、イオンは風雪と共に気中に拡散し、雷雲対風車の関係で形成されている雷雲電界を雷雲対地域イオン空間の関係として拡散させ、風車に集中した雷雲電界が地域全体に分散され、風車近傍のイオン空間の作用は低下する。また、雷撃時の帰還電流を小さくすることに貢献する。ただし、地域状況によって異なるが、一般論としては、海岸よりでは雲底が負極性、山地よりでは雲頂の正電荷の雷放電となるので、人工的イオンの極性は雷極性に対応して決めることが望ましい。しかし、正負両極性が混在したイオン供給をおこなっても、電界の極性弁別作用により不必要のイオンは大地の側にただちに駆逐される。
上記した風車の電位上昇を抑制する、イオンを供給して静電気放電空間を縮小する、イオンを供給して静電気放電空間を縮小する、雷雲対風車の関係を雷雲対地域空間に拡散させる、帰還電流を小さくするという対症的な方法とは別に、風車の関係領域でｐＨを調整した水を噴霧化して風雪と風車との衝突帯電発生力を減少させると風車の静電気と静電気放電空間は発生しなくなる。
【０００６】実施例１
絶縁性の風車に生じる静電気は、風速が早い程・低温になる程・氷晶が混じる程・風車の径が大きい程・絶縁性が良好な程大となり、風車周辺の静電気放電空間は高機能の避雷針として作用する。風車に電導性を付与すると風車に生じた静電気は大地に漏洩し、風車の電位上昇は停止する。なお、風車を金属製にすると風車が避雷針の作用を営む。また、電波障害を生じるので、風車の静電気は漏洩させるが避雷針にはならない、また、電波障害は発生させない程度の電導性が実務上はよいということになる。実験では、表面抵抗率１０１０Ω／口で、体積抵抗率１０９Ω・ｃｍで風車の電位は激減した。また、実験では表面抵抗が１×１０３Ω／口で、体積抵抗が１×１０２Ω／ｃｍで電波障害が見受けられた。なお、風車への雷撃は表面抵抗１０７Ω／口でほぼ半減した。
【０００７】効果
風車を帯電防止加工したところ、ナセルに設置した避雷針に雷撃が生じるようになり、風車への雷撃が少なくなった。
【０００８】実施例２
風車を帯電防止加工しても静電気放電空間は残る。風車の風上で市販の除電装置やイオン発生装置を作動させても効果は得られなかった。それで、プラズマゼット装置をイオン発生用に改良して風車の風上１００ｍの地点で動作させてイオンを強風にのせ、雷雲電界が地域に分散されるようにして、風車近傍のイオン空間が雷撃に及ぼす作用の相対的低下と風車の帯電防止による被雷防止とが相乗的に効果を生じるようにした。
【０００９】効果
風車近傍に集中していた雷雲電界が地域に分散された効果と風車が帯電防止された効果とが相乗的に生じ、風車またはナセルに設置した避雷針への被雷がなくなった。
【００１０】実施例３
風車と風雪との衝突帯電発生力をほぼ０になるように、高圧噴出極微粒子状水滴のｐＨを調整し、風車の前方から風雪中に噴出させたところ、静電気発生はほぼ０となった。なお、風車の静電気は静電気測定器を使用すると地上から簡単に測定できる。
【００１１】効果
風車の静電気と静電気放電空間が消滅したので被雷が生じなくなった。
【００１２】図面の簡単な説明
図面なしなので説明なし