(57)【要約】【課題】風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を、電気的かつ簡単に検出できるようにした断線検出方法を提供する。【解決手段】風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、ダウンコンダクタＡ，Ｂの各基端部の間に交流電圧を印加する電圧源ＶＳと、電圧源ＶＳとダウンコンダクタＡ，Ｂとの接続点に流れる電流を検出するためのプローブＰ，Ｑとを備え、断線していないダウンコンダクタＡ，Ｂに電圧源ＶＳにより電圧を印加した時に流れる正常電流値に対して、プローブＰ，Ｑによる電流検出値の方が小さい場合に、ダウンコンダクタＡ，Ｂのうちいずれかが断線していると判断する。【選択図】図２
2017142071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
２本のダウンコンダクタの各基端部の間に交流電圧を印加する電圧源と、
前記電圧源と少なくとも１本のダウンコンダクタとの接続点に流れる電流値を検出する電流検出手段と、を備え、
断線していない前記２本のダウンコンダクタに前記電圧源により交流電圧を印加した時に流れる正常電流値に対して、前記電流検出手段による電流検出値の方が小さい場合に、前記２本のダウンコンダクタのうちいずれかが断線していると判断することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
ダウンコンダクタが３本以上ある場合に、２本のダウンコンダクタからなる組を複数生成し、
各組を構成する２本のダウンコンダクタを対象として請求項１に記載の断線検出方法を実行することにより、断線しているダウンコンダクタを特定することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
前記電圧源及び前記電流検出手段を演算手段により実現し、前記１本のダウンコンダクタの長さを変化させた時のそれぞれの長さに応じた前記正常電流値を求めておき、前記電流検出手段による電流検出値にほぼ等しい前記正常電流値に相当する前記１本のダウンコンダクタの長さを断線位置として検出することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項４】
風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
２本のダウンコンダクタを一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段を備え、
前記２本のダウンコンダクタが断線していない時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記２本のダウンコンダクタのうちいずれかが断線していると判断することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項５】
風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
２本のダウンコンダクタの各基端部の間に直流電圧を印加する電圧源と、
前記電圧源と少なくとも１本のダウンコンダクタとの接続点に流れる電流値に基づいて前記２本のダウンコンダクタを一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段と、を備え、
断線していない前記２本のダウンコンダクタに前記電圧源により直流電圧を印加した時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記２本のダウンコンダクタのうちいずれかが断線していると判断することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
ダウンコンダクタが３本以上ある場合に、２本のダウンコンダクタからなる組を複数生成し、
各組を構成する２本のダウンコンダクタを対象として前記断線検出方法を実行することにより、断線しているダウンコンダクタを特定することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項７】
請求項４〜６の何れか１項に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
前記静電容量検出手段を演算手段により実現し、前記１本のダウンコンダクタの長さを変化させた時のそれぞれの長さに応じた前記正常静電容量値を求めておき、前記静電容量検出手段による静電容量検出値にほぼ等しい前記正常静電容量値に相当する前記１本のダウンコンダクタの長さを断線位置として検出することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項８】
風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
風車タワーと、この風車タワーに対してほぼ平行に配置された１本のダウンコンダクタと、を一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段を備え、
前記１本のダウンコンダクタが断線していない時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記１本のダウンコンダクタが断線していると判断することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項９】
風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
風車タワーと、この風車タワーに対してほぼ平行に配置された１本のダウンコンダクタの基端部との間に直流電圧を印加する電圧源と、
前記ダウンコンダクタに流れる電流値に基づいて前記風車タワーと前記ダウンコンダクタとを一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段と、を備え、
断線していない前記ダウンコンダクタに前記電圧源により直流電圧を印加した時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記ダウンコンダクタが断線していると判断することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
前記静電容量検出手段を演算手段により実現し、前記ダウンコンダクタの長さを変化させた時のそれぞれの長さに応じた前記正常静電容量値を求めておき、前記静電容量検出手段による静電容量検出値にほぼ等しい前記正常静電容量値に相当する前記ダウンコンダクタの長さを断線位置として検出することを特徴とする風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタ（避雷導線）の断線を検出する断線検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、風力発電機の主要部を示す構成図である。図１４において、１０は発電機等の電気回路が収納されたナセル、２０は風車ブレード、２１は雷を捕捉するための導体からなるレセプタ、２２は風車ブレード２０に内蔵されてレセプタ２１とナセル１０との間を電気的に接続するダウンコンダクタ、３０は風車タワーである。
なお、ナセル１０は風車タワー３０を介して接地されており、レセプタ２１により捕捉した雷電流はダウンコンダクタ２２、ナセル１０、風車タワー３０を介して大地に放流されるようになっている。
【０００３】
この種の風力発電機における電気回路の断線を検出する先行技術として、特許文献１に記載されたメンテナンス回路が知られている。
このメンテナンス回路は、風力発電機に対して電気的な制動操作を行っているにも関わらず風車ブレードが例えば手動により簡単に回転するような場合には、発電機コイルまたは発電機に接続された電力変換器等の電気回路が断線していると判断する機能を備えている。
【０００４】
特許文献１に記載された先行技術によれば、ナセル１０内の発電機コイルや電気回路等の断線検出が可能であるが、この特許文献１には、ダウンコンダクタ２２の断線を検出する技術について特に言及されていない。また、上記先行技術では、断線検出のために作業員が風車ブレード２０を手動にて回転させる必要があり、多大な労力が必要であった。
【０００５】
一方、電線や配線パターン等の導体の断線位置を検出する技術として、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）法が知られている。このＴＤＲ法は、例えば、導体にパルスを注入した場合、導体上に断線箇所があるとその断線箇所で反射パルスが発生するため、この反射パルスの電圧波形をオシロスコープ等で観察することにより、断線の有無や断線位置を検出するものである。
【０００６】
上記のＴＤＲ法を用いた断線検出技術は、例えば特許文献２に記載されている。
更に、風車ブレード内のダウンコンダクタの断線をＴＤＲ法により検出する技術が、特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３８５５０号公報（段落[００１１]、図２等）
【特許文献２】特開昭５６−４７８９９号公報（第１頁左下欄第２０行〜第２頁左下欄第３行、第１図〜第３図等）
【特許文献３】特開２０１３−２９３５１号公報（段落[００１１]〜［００１６］、図２，図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３によれば、ダウンコンダクタの断線の有無及び断線位置を検出することが可能であるが、風車ブレードの構造やダウンコンダクタの位置等に応じて、ＴＤＲ法とは異なる原理による断線検出技術の提供が求められている。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、ダウンコンダクタに流れる電流や一対のダウンコンダクタ間の静電容量、ダウンコンダクタと風車タワーとの間の静電容量に着目して断線の有無及び断線位置を検出可能とした断線検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
２本のダウンコンダクタの各基端部の間に交流電圧を印加する電圧源と、
前記電圧源と少なくとも１本のダウンコンダクタとの接続点に流れる電流値を検出する電流検出手段と、を備え、
断線していない前記２本のダウンコンダクタに前記電圧源により交流電圧を印加した時に流れる正常電流値に対して、前記電流検出手段による電流検出値の方が小さい場合に、前記２本のダウンコンダクタのうちいずれかが断線していると判断するものである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
ダウンコンダクタが３本以上ある場合に、２本のダウンコンダクタからなる組を複数生成し、各組を構成する２本のダウンコンダクタを対象として請求項１に記載の断線検出方法を実行することにより、断線しているダウンコンダクタを特定するものである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
前記電圧源及び前記電流検出手段を演算手段により実現し、前記１本のダウンコンダクタの長さを変化させた時のそれぞれの長さに応じた前記正常電流値を求めておき、前記電流検出手段による電流検出値にほぼ等しい前記正常電流値に相当する前記１本のダウンコンダクタの長さを断線位置として検出するものである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
２本のダウンコンダクタを一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段を備え、
前記２本のダウンコンダクタが断線していない時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記２本のダウンコンダクタのうちいずれかが断線していると判断するものである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
２本のダウンコンダクタの各基端部の間に直流電圧を印加する電圧源と、
前記電圧源と少なくとも１本のダウンコンダクタとの接続点に流れる電流値に基づいて前記２本のダウンコンダクタを一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段と、を備え、
断線していない前記２本のダウンコンダクタに前記電圧源により直流電圧を印加した時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記２本のダウンコンダクタのうちいずれかが断線していると判断するものである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項４または５に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
ダウンコンダクタが３本以上ある場合に、２本のダウンコンダクタからなる組を複数生成し、各組を構成する２本のダウンコンダクタを対象として前記断線検出方法を実行することにより、断線しているダウンコンダクタを特定するものである。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項４〜６の何れか１項に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
前記静電容量検出手段を演算手段により実現し、前記１本のダウンコンダクタの長さを変化させた時のそれぞれの長さに応じた前記正常静電容量値を求めておき、前記静電容量検出手段による静電容量検出値にほぼ等しい前記正常静電容量値に相当する前記１本のダウンコンダクタの長さを断線位置として検出するものである。
【００１７】
請求項８に係る発明は、風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
風車タワーと、この風車タワーに対してほぼ平行に配置された１本のダウンコンダクタと、を一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段を備え、
前記１本のダウンコンダクタが断線していない時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記１本のダウンコンダクタが断線していると判断するものである。
【００１８】
請求項９に係る発明は、風車ブレードに取り付けられたダウンコンダクタの断線を検出する断線検出方法において、
風車タワーと、この風車タワーに対してほぼ平行に配置された１本のダウンコンダクタの基端部との間に直流電圧を印加する電圧源と、
前記ダウンコンダクタに流れる電流値に基づいて前記風車タワーと前記ダウンコンダクタとを一対の電極とするコンデンサの静電容量値を検出する静電容量検出手段と、を備え、
断線していない前記ダウンコンダクタに前記電圧源により直流電圧を印加した時の前記コンデンサの正常静電容量値に対して、前記静電容量検出手段による静電容量検出値の方が小さい場合に、前記ダウンコンダクタが断線していると判断するものである。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、請求項８または９に記載した風車ブレード用ダウンコンダクタの断線検出方法において、
前記静電容量検出手段を演算手段により実現し、前記ダウンコンダクタの長さを変化させた時のそれぞれの長さに応じた前記正常静電容量値を求めておき、前記静電容量検出手段による静電容量検出値にほぼ等しい前記正常静電容量値に相当する前記ダウンコンダクタの長さを断線位置として検出するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ダウンコンダクタに流れる電流や一対のダウンコンダクタ間の静電容量、ダウンコンダクタと風車タワーとの間の静電容量に着目することにより、断線の有無及び断線位置を容易に検出することができる。これにより、ダウンコンダクタの断線を事前に検出可能として雷撃による風車ブレードの破損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態における解析モデルを示す構成図である。
【図２】図１における主要部の拡大図である。
【図３】第１実施形態において、ダウンコンダクタＡの長さを変化させたときにプローブＰから得られる電流の波形図である。
【図４】第１実施形態において、ダウンコンダクタＡの長さを変化させたときにプローブＱから得られる電流の波形図である。
【図５】表１に基づいてダウンコンダクタＡの長さＬＡと電流値との関係を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態における解析モデルを示す構成図である。
【図７】第２実施形態における電圧源の出力電圧を示す波形図である。
【図８ａ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｂ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｃ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｄ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｅ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｆ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｇ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図８ｈ】第２実施形態により得られる電流の波形図である。
【図９】表２に基づいてダウンコンダクタＡの長さＬＡと静電容量値Ｃとの関係を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における解析モデルを示す構成図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における解析モデルを示す平面図及び正面図である。
【図１２ａ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｂ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｃ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｄ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｅ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｆ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｇ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｈ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｉ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｊ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｋ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｌ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｍ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｎ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１２ｏ】第３実施形態により得られる電流の波形図である。
【図１３】表３に基づいてダウンコンダクタＡの長さＬＡと静電容量値Ｃとの関係を示した図である。
【図１４】風力発電機の主要部を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明の第１実施形態は、２つの風車ブレードにそれぞれ取り付けられたダウンコンダクタをダイポールアンテナの一対の導体（エレメント）に見立て、これらの導体に交流電圧を印加した時に流れる電流からダウンコンダクタの断線を検出するものである。この第１実施形態は、請求項１〜３に係る発明に相当する。
【００２３】
図１は、第１実施形態を実施するための解析モデルを示している。この解析モデルは、三次元の解析空間に、ダウンコンダクタに相当する導体（以下、単にダウンコンダクタという）Ａ，Ｂを１２０°の角度で配置し、これらのダウンコンダクタＡ，Ｂの各基端部に電圧源ＶＳを接続して構成されている。
図１に示す解析空間のｘ，ｙ，ｚ方向の長さは図示する通りであり、解析空間の刻み幅は０．２５［ｍ］である。
【００２４】
本実施形態では一方のダウンコンダクタＡを断線検出対象としており、その長さＬＡを変化させ、それぞれの長さにおいてダウンコンダクタＡ，Ｂを流れる電流を、ＦＤＴＤ法（有限差分時間領域法）等を用いて解析する。なお、ダウンコンダクタＢは断線しておらず正常であり、その長さＬＢを一定（３５．０［ｍ］）とする。また、ダウンコンダクタＡ，Ｂの断面積は何れも６０［ｍｍ２］（半径４．３７［ｍｍ］）である。
【００２５】
図２は、図１における主要部の拡大図である。
図２において、電圧源ＶＳの両端には、電流検出用のプローブＰ，Ｑを介してダウンコンダクタＡ，Ｂがそれぞれ接続されている。ダウンコンダクタＡ，Ｂの各端部間の距離は２．２５［ｍ］、各端部間を接続する細線導体Ｔの半径は２［ｍｍ］である。
ここで、プローブＰ，Ｑは、図示されていない演算回路と共に電流検出手段を構成している。
【００２６】
上述した解析モデルにおいて、電圧源ＶＳから実効値が１００［Ｖ］で周波数が１．６７［ＭＨｚ］の正弦波交流電圧をダウンコンダクタＡ，Ｂに印加し、一方のダウンコンダクタＡの長さを０〜３５．０［ｍ］の範囲で変化させたときにダウンコンダクタＡ，Ｂを流れる電流を求める。
【００２７】
図３はプローブＰから得られる電流波形、図４はプローブＱから得られる電流波形である。これらの図３，図４において、（ａ）はダウンコンダクタＡの長さＬＡが３５．０［ｍ］〜２７．５［ｍ］までの２．５［ｍ］間隔の４つの波形、（ｂ）はＬＡが２５．０［ｍ］〜１７．５［ｍ］までの上記間隔の４つの波形、（ｃ）はＬＡが１５．０［ｍ］〜７．５［ｍ］までの上記間隔の４つの波形、（ｄ）はＬＡが５．０［ｍ］〜０［ｍ］までの上記間隔の３つの波形を示している。なお、長さＬＡは、電圧源ＶＳに最も近い位置を０［ｍ］とする。
【００２８】
図３，図４では波形が一部重なっていて長さＬＡごとの判別が困難であるため、ＬＡに応じて各プローブＰ，Ｑから得られる電流値（最大値）ＩＰ，ＩＱを、以下の表１にまとめて示す。この表１の左端に示した符号（ａ）〜（ｄ）は、図３，図４における符号（ａ）〜（ｄ）と一致する。
【００２９】
【表１】
2017142071.tif 000003
【００３０】
また、表１に基づいて、長さＬＡと電流ＩＰ，ＩＱとの関係を図５に示す。
図３〜図５及び表１によれば、一方のダウンコンダクタＡの長さＬＡが長くなるほど電流ＩＰ，ＩＱの値が大きくなる。特に、ＬＡがほぼ２０［ｍ］以上の範囲では電流の変化量も顕著になっている。ここで、一方のダウンコンダクタＡの長さＬＡを段階的に変化させることは、それぞれの長さＬＡでダウンコンダクタＡが断線していることに相当する。
すなわち、本実施形態は、ダウンコンダクタＡ，Ｂを一種のダイポールアンテナの一対の導体と考えた場合、一方の導体の長さを一定にして他方の導体の長さを変化させれば、空間を介してこれらの導体を流れる電流の大きさが変化する原理に基づいている。
【００３１】
実際の断線検出に当たっては、風車ブレード内の２本のダウンコンダクタの基端部に電圧源ＶＳ及びプローブＰ，Ｑを接続して電流を検出し、その電流検出値が、断線していない正常時の電流検出値（請求項における正常電流検出値）より小さい場合にはダウンコンダクタＡ，Ｂのいずれかが断線していると判断する。
なお、通常は風力発電機ごとに風車ブレード内のダウンコンダクタの長さが異なるので、各種の長さを持つダウンコンダクタについて正常時の電流検出値を予め用意しておき、この正常電流検出値と断線検出時の電流検出値とを比較することが望ましい。
【００３２】
ここで、電流検出用のプローブＰ，Ｑは電圧源ＶＳを介して直列に接続されているため、原理的には、いずれか１個のプローブだけでダウンコンダクタＡ，Ｂを流れる電流を検出することができる。
しかし、プローブＰ，Ｑによる電流検出値が正常時より小さいため断線と判断される場合でも、ダウンコンダクタＡ，Ｂのうちどちらが断線しているかを判別することはできない。従って、例えば３つの風車ブレードにそれぞれダウンコンダクタＡ，Ｂ，Ｃが内蔵されている場合には、電圧源ＶＳをダウンコンダクタＡ，Ｂ、同じくＡ，Ｃ、同じくＢ，Ｃというように３通りに接続替えして同様の測定を繰り返せば、断線しているダウンコンダクタを特定することができる。この場合、プローブが１個であると、電圧源ＶＳの接続替えに伴ってプローブの接続替えが必要になるケースが生じ得るが、プローブが２個であれば、プローブの接続替えが不要になる。
【００３３】
更に、図５のような長さＬＡと電流値との関係を各種のダウンコンダクタについて予め求めておけば、この図５に基づいて、断線検出時の電流検出値に対応する長さＬＡの位置を断線位置として検出することができる。
【００３４】
以上のように、第１実施形態によれば、２本のダウンコンダクタをダイポールアンテナの一対の導体に見立てることにより、断線検出時の電流検出値と断線していない時の正常電流検出値との大小関係に基づいて、断線の有無及び断線位置を検出することが可能である。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、請求項４〜７に係る発明に相当する。
この第２実施形態は、図６に示す解析モデルを用い、ダウンコンダクタＡ，Ｂ間に電圧源ＶＳにて直流電圧を印加すると共に、第１実施形態と同様に、ダウンコンダクタＢの長さＬＢを一定（３５．０［ｍ］）にしてダウンコンダクタＡの長さＬＡを０〜３５．０［ｍ］の範囲で変化させた時の両コンダクタＡ，Ｂ間の静電容量を解析し、断線の有無及び断線位置を検出するものである。すなわち、一方のダウンコンダクタＡの長さＬＡを変化させることはコンデンサの一方の電極の長さ（表面積）を変化させることを模擬しており、その長さＬＡの位置がダウンコンダクタＡの断線位置であることに相当する。
【００３６】
ここで、ダウンコンダクタＡ，Ｂの断面積（６０［ｍｍ２］）、ダウンコンダクタＡ，Ｂの各端部間の距離（２．２５［ｍ］）、各端部間を接続する細線導体Ｔの半径（２［ｍｍ］）は第１実施形態と同じである。ただし、電流検出用のプローブは、ダウンコンダクタＡ側に１個のプローブＰだけが設けられている。
【００３７】
本実施形態では、図６に示す電圧源ＶＳとして、抵抗Ｒを１０［ｋΩ］とした直流電圧源を用い、過渡現象に影響を及ぼさないように立ち上がりが十分に早いステップ状の電圧Ｅ（１００［Ｖ］）を発生させる。図７はこの電圧波形である。
ダウンコンダクタＡ，Ｂをコンデンサの両電極と考えると、このコンデンサに直流電圧Ｅを印加した時に流れる電流ｉは、数式１によって表される。
［数式１］
ｉ＝（Ｅ／Ｒ）ｅｘｐ（−１／ＲＣ）
ここで、Ｒ＝１０［ｋΩ］，Ｅ＝１００［Ｖ］であり、Ｃはコンデンサの静電容量である。
【００３８】
この実施形態における断線検出の具体的な方法は、以下の通りである。
まず、ＦＤＴＤ法等を用いて、電圧源ＶＳによりダウンコンダクタＡ，Ｂに電圧Ｅを印加し、ダウンコンダクタＡの長さＬＡを０〜３５．０［ｍ］の範囲で変化させながらプローブＰ及び演算回路により電流を解析する。
図８ａ〜図８ｈは、ＬＡを５［ｍ］間隔で変化させたときの電流波形である。なお、これらの波形図では、電流の解析値の他に、その移動平均を求めて振動成分を除去した近似値も併せて示してある。
【００３９】
これらの図８ａ〜図８ｈにおける電流の近似値と数式１の電流値とが一致するように静電容量値Ｃを計算すると、以下の表２のようになる。
また、図９は、表２の関係をグラフにしたものである。表２や図９によれば、ＬＡが短く、断線位置が電圧源ＶＳに近いほど、静電容量値Ｃが小さくなることが分かる。
【００４０】
【表２】
2017142071.tif 000004
【００４１】
表２や図９から明らかなように、ダウンコンダクタＡの長さＬＡ、言い換えれば断線位置に応じて静電容量値Ｃが変化するので、断線検出時には、２本の風車ブレード内のダウンコンダクタ間の静電容量値をＬＣＲメータ等により検出し、その静電容量検出値を断線が生じていない正常時の静電容量値（請求項における正常静電容量値）と比較することにより、ダウンコンダクタＡ，Ｂのいずれかの断線の有無を検出することができる。
【００４２】
なお、２本のダウンコンダクタＡ，Ｂ間の静電容量値が正常静電容量値より小さいため断線と判断される場合でも、ダウンコンダクタＡ，Ｂのうちどちらが断線しているかを判別することはできない。従って、第１実施形態と同様に、例えば３つの風車ブレードにそれぞれダウンコンダクタＡ，Ｂ，Ｃが内蔵されている場合には、電圧源ＶＳをダウンコンダクタＡ，Ｂ、同じくＡ，Ｃ、同じくＢ，Ｃというように３通りに接続替えして同様の測定を繰り返せば、断線しているダウンコンダクタを特定することができる。
更に、図９のような長さＬＡと静電容量値との関係を各種のダウンコンダクタについて予め求めておけば、この図９に基づいて、断線検出時の静電容量検出値に対応する長さＬＡの位置を断線位置として検出することができる。
【００４３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、請求項８〜１０に係る発明に相当する。
前述した第２実施形態では、２本のダウンコンダクタ間の静電容量値を検出しているが、風車ブレードを回転させて１本のダウンコンダクタと風車タワー（導体とみなす）とを平行に配置して両者を対向させれば、これらによって等価的にコンデンサを構成することができる。従って、第３実施形態では、風車タワーとこれに対向する１本のダウンコンダクタとを両電極とするコンデンサの静電容量値を検出し、第２実施形態と同一原理によって断線検出を行うものである。
【００４４】
図１０は、第３実施形態に係る解析モデルを示している。図１０において、ＴＷは風車タワーであり、Ａは風車ブレードを回転させて風車タワーＴＷに対し平行に配置した１本のダウンコンダクタである。
解析空間のｘ，ｙ，ｚ方向の長さは図示する通りであり、解析空間を刻むセルの一辺の長さは０．２５［ｍ］である。また、風車タワーＴＷが接地される大地の抵抗率は１００［Ωｍ］、比誘電率は１０、ダウンコンダクタＡの断面積は６０［ｍｍ２］（半径４．３７［ｍｍ］）である。
【００４５】
また、図１１（ａ）は上記解析モデルの平面図、図１１（ｂ）は正面図である。これらの図において、ＳＷはスイッチ、ＶＳは電圧源、Ｒは抵抗、Ｐはプローブであり、これらの各部材は風車タワーＴＷとダウンコンダクタＡとの間に直列に接続されている。
【００４６】
第２実施形態と同様に、電圧源ＶＳには抵抗Ｒを１０［ｋΩ］とした直流電圧源を用い、スイッチＳＷを閉じた状態で、図７に示したステップ状の電圧Ｅ（１００［Ｖ］）を発生させて風車タワーＴＷとダウンコンダクタＡとに印加し、ＦＤＴＤ法を用いて、ダウンコンダクタＡの長さＬＡを０〜３５．０［ｍ］の範囲で変化させながらプローブＰ及び演算回路により電流を検出する。
図１２ａ〜図１２ｏは、長さＬＡを２．５［ｍ］間隔で変化させたときの電流波形である。なお、これらの波形図においても、電流の解析値の他に、その移動平均を求めて振動成分を除去した近似値も併せて示してある。
【００４７】
図１２ａ〜図１２ｏにおける電流の近似値と前述した数式１の電流値とが一致するように静電容量値Ｃを求めると、以下の表３のようになる。
また、図１３は、表３の関係をグラフにしたものである。表３や図１３によれば、ＬＡが短く、断線位置が電圧源ＶＳに近いほど、静電容量値Ｃが小さくなることが分かる。
【表３】
2017142071.tif 000005
【００４８】
上記のように、第３実施形態によれば、風車タワーＴＷに対して平行なダウンコンダクタＡの長さＬＡ、言い換えれば断線位置に応じて静電容量値Ｃが変化するので、風車タワーＴＷとダウンコンダクタとの間の静電容量値をＬＣＲメータ等により測定し、その測定値を断線が生じていない正常時の静電容量値（請求項における正常静電容量値）と比較することにより、ダウンコンダクタＡの断線の有無を検出することができる。
更に、図１３のような長さＬＡと静電容量値との関係を各種のダウンコンダクタについて予め求めておけば、この図１３に基づいて、断線検出時の静電容量検出値に対応する長さＬＡの位置を断線位置として検出することができる。
【００４９】
なお、各実施形態において、断線の有無や断線位置が検出されたら、これらの断線情報を周知の表示器等により表示し、または遠方の監視所等に伝送することにより、作業員による風車ブレードの点検、修理を促すことが可能になる。
また、前述した第１実施形態では風車ブレードの先端近くにおいて電流値の変化率が比較的大きく、第２実施形態では風車ブレードの根元近くにおいて静電容量値の変化率が比較的大きいため、予想される断線位置に応じて第１，第２実施形態を使い分けても良い。
なお、静電容量を検出する手段や方法は特に限定されず、一対のダウンコンダクタを両電極とするコンデンサの静電容量、または、１本のダウンコンダクタと風車タワーとを両電極とするコンデンサの静電容量を、ＬＣＲメータ等を用いて直接測定しても良い。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ，Ｂ：ダウンコンダクタ
Ｔ：細線導体
ＶＳ：電圧源
Ｐ，Ｑ：プローブ
ＴＷ：風車タワー
【図１】
2017142071.tif 000006
【図２】
2017142071.tif 000007
【図３】
2017142071.tif 000008
【図４】
2017142071.tif 000009
【図５】
2017142071.tif 000010
【図６】
2017142071.tif 000011
【図７】
2017142071.tif 000012
【図８ａ】
2017142071.tif 000013
【図８ｂ】
2017142071.tif 000014
【図８ｃ】
2017142071.tif 000015
【図８ｄ】
2017142071.tif 000016
【図８ｅ】
2017142071.tif 000017
【図８ｆ】
2017142071.tif 000018
【図８ｇ】
2017142071.tif 000019
【図８ｈ】
2017142071.tif 000020
【図９】
2017142071.tif 000021
【図１０】
2017142071.tif 000022
【図１１】
2017142071.tif 000023
【図１２ａ】
2017142071.tif 000024
【図１２ｂ】
2017142071.tif 000025
【図１２ｃ】
2017142071.tif 000026
【図１２ｄ】
2017142071.tif 000027
【図１２ｅ】
2017142071.tif 000028
【図１２ｆ】
2017142071.tif 000029
【図１２ｇ】
2017142071.tif 000030
【図１２ｈ】
2017142071.tif 000031
【図１２ｉ】
2017142071.tif 000032
【図１２ｊ】
2017142071.tif 000033
【図１２ｋ】
2017142071.tif 000034
【図１２ｌ】
2017142071.tif 000035
【図１２ｍ】
2017142071.tif 000036
【図１２ｎ】
2017142071.tif 000037
【図１２ｏ】
2017142071.tif 000038
【図１３】
2017142071.tif 000039
【図１４】
2017142071.tif 000040