風力発電所内の落雷が引き起こす電力・制御システムに与える影響

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風力発電システムに雷撃があった場合,雷サージがタワー上を伝搬し,タワー内の電子・制御回路に過渡誘導電圧を生じさせ,機器の誤動作・故障の原因となる可能性がある。本研究では,雷サージにより発生したタワー内の過渡磁界を測定する方法として,自作の1ターンコイルを用い,その過渡磁界センサの精度を検証し,風力発電システムの縮小モデル内の過渡磁界を実測,その後,自作のシミュレータを用いて解析的な検討を行った。過渡磁界センサのコイル部分には半径0.5mmのエナメル線を用い,コネクタ部分を介して特性インピーダンス50Ωの2本の同軸ケーブル(1.5D2V)に接続している。また,同軸ケーブルのセンサに近い端で,2本のシースは互いに接続されている。センサ-オシロスコープ間の2本の同軸ケーブル間に鎖交する磁束の変化によるケーブルへの誘導電圧は,誤差の要因となるため,2本の同軸ケーブルを撚ることで誤差を低減している。上記のセンサを用いた縮小実験では,小型のバッテリー駆動パルス発生器を製作し,風力発電システムに電流を注入した。縮小モデルのスケール比は3/100である。その結果,風力発電システム内部にも比較的大きな過渡磁界が発生することが明らかとなり,通信・制御機器が誤動作する可能性があることがわかった。さらに,上記の実験の妥当性を確認するために自作の電磁界解析ソフトウェアを用いて解析したところ,10%から20%程度の誤差はあったものの,実測結果と解析結果は良好に一致した。今後,様々な実機のスケールにおいて,風力発電システム内部に設置された通信・制御機器への影響を解析的に検討できることがわかった。