JIS C 1400-1:2017 風力発電システム―第１部：設計要件 | ページ 6

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C 1400-1 : 2017 (IEC 61400-1 : 2005,Amd.1 : 2010)
                               30
                               25
                                      )(  )
                                         °
                               20
                                     t
                                     (
                            風向変化 θ
                               15
                               10
                               5
                               0
                                 2   0    2   4    6   8   10  12
                                            時間 t (s)
                                    図7−風向の時間変化の例
6.3.2.6  極値ウィンドシアー(EWS)
  極値ウィンドシアーは,式(26)及び式(27)で表す風速変化を用いて計算する。
  (正及び負の)鉛直方向シアー変化は,式(26)による。
                                                    1
                     α
                  z      z−zhub                 D  4
                                                            2πt
            Vhub                 (5.2m / s)+2.0βσ1 1− cos   ( 0 ≦t≦Tの場合)
                 zhub      D                     Λ1         T
    V(z,t)=                                                                       (26)
                     α
                  z
            Vhub                                                 (上記以外の場合)
                 zhub
  水平方向シアー変化は,式(27)による。
                                                 1
                       α
                    z      y                  D  4
                                                          2πt
              Vhub             (5.2m / s)+2.0βσ1 1− cos    (0 ≦t≦Tの場合)
                   zhub    D                  Λ1          T
    V( y, z,t)=                                                                (27)
                       α
                    z
              Vhub                                            (上記以外の場合)
                   zhub
                      ここに, 鉛直及び水平方向シアー両方に対して,
                                α=0.2,β=6.4,T=12(秒)
                                 σ1 :  通常乱流モデルの式(11)による。
                                 Λ1 :  式(5)による乱流尺度パラメータ
                                  D :  ロータ直径
  水平方向のウィンドシアー変化の符号は,過渡状態で最も厳しい荷重が生じるように選択する。二つの
極値ウィンドシアーは,同時には適用しない。

――――― [JIS C 1400-1 pdf 26] ―――――

                                                                                             23
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                              2.0
                              1.5
                            zu
                             hb
                              1.0
                          z/
                              0.5
                               0
                                  0      10     20     30      40
                                                  (m/s)
                                       風速 V(z, t)
                            t=0の場合
                            t=T/2のプラス側
                            t=T/2のマイナス側
                図8−開始前(t=0,波線)及び最大シアー(t=6秒,実線)における
                    正及び負の極値鉛直ウィンドシアー,風速プロファイルの例
                                   40
                                   30
                                    z
                                    (,t)
                                   20
                              風速 V
                                   10
                                    0
                                     2 0  2  4 6  81012 14
                                           時間 t (s)
                                  ロータ上端,      ロータ下端
         図9−正のウィンドシアーの時間的変化に対するロータ頂部及び底部における風速の例
  ここで,一例として,極値鉛直ウィンドシアー[乱流カテゴリA,zhub=30(m),Vhub=25(m/s),D=
42(m)]を,図8に示す。図8では,極値事象の開始前(t=0秒)及び最大シアー(t=6秒)の状態にお
ける風速プロファイルを示している。また,図9では,ロータの頂部及び底部において,シアーが時間と
ともに発達するときの風速を示している(図8の場合と仮定は同じ。)。

6.4 その他の環境条件

  風以外の種々の環境(気象)条件は,熱,光化学,腐食,機械,電気,その他の物理的作用によって風
車の健全性及び安全性に影響することがある。さらに,幾つかの気象条件が組み合わさる場合,これらの
作用が増大することがある。
  次に示す環境条件を考慮し,施した対応を設計文書に記載する。
− 温度
− 湿度
− 空気密度
− 日射
− 雨,あられ,雪及び氷
− 化学的活性物質
− 機械的活性粒子

――――― [JIS C 1400-1 pdf 27] ―――――

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C 1400-1 : 2017 (IEC 61400-1 : 2005,Amd.1 : 2010)
− 大気中塩分濃度
−雷
− 地震
  洋上環境では,更に考慮する環境条件がある。
  気象条件は,変化する条件の代表値又は限界値によって定義する。設計値を選ぶ場合は,幾つかの気象
条件が同時に起きる可能性を考慮する。
  再現期間1年に対応する通常域内の気象条件の変化では,風車設計上における通常の運転を妨げない。
  相関が存在しない場合には,6.4.2に規定する“その他の極値環境条件”は,6.3.1に規定する“通常風条
件”と組み合わせる。
6.4.1  その他の通常環境条件
  風以外の通常の環境条件値で考慮するものを,次に示す。
− 周囲温度範囲 : −10 ℃+40 ℃
− 相対湿度 : 95 %
− 大気成分 : 内陸の非汚染大気と同等(JIS C 60721-2-1参照)
− 日射強度 : 1 000 W/m2
− 空気密度 : 1.225 kg/m3
  設計者がその他の外部条件パラメータを指定する場合は,これらのパラメータ及びその値を設計文書に
記載する。また,それらはJIS C 60721-2-1の要求事項に適合させる。
6.4.2  その他の極値環境条件
  風以外の極値環境条件で風車設計に考慮するものは,温度,雷,氷及び地震(地震条件の評価について
は11.6参照)とする。
6.4.2.1  温度
  標準風車クラスに対して極値温度範囲は,少なくとも,−20 ℃+50 ℃とする。
6.4.2.2  雷
  標準風車クラスの風車の場合には,10.6に規定する雷保護の装備で十分とみなす。
6.4.2.3  着氷
  標準風車クラスの風車には,着氷に関する最低限の要求事項は規定しない。
6.4.2.4  地震
  標準風車クラスの風車には,地震に関する最低限の要求事項は規定しない。
  地震条件及び作用を検討する場合には,11.6及び附属書Cを参照する。

6.5 電力系統条件

  設計で考慮する風車接続端における通常条件を,次に示す。
  パラメータが次に規定する範囲内にある場合には,通常の電力系統条件であるとみなす。
− 電圧 : 公称値(IEC 60038に準拠)±10 %
− 周波数 : 公称値±2 %
− 電圧不平衡 : 逆相成分の正相成分に対する比が2 %以下
− 自動再閉路周期 : 初回の再閉路に対して0.1秒5.0秒,2回目に対しては10秒90秒
− 停電 : 電力系統の停電は,年間20回起きると仮定する。6時間以内の停電5) は,通常条件とみなす。
    最長1週間の停電は,極値条件と考える。
      注5) 6時間以内の停電は,最も厳しい暴風の継続時間に対応すると仮定して設定されている。

――――― [JIS C 1400-1 pdf 28] ―――――

                                                                                             25
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7 構造設計

7.1 一般事項

  風車の構造物の荷重を受ける部品は,構造的な健全性を検証し,満足できる安全レベルであることを確
認する。風車の構造的な健全性が適切な安全レベルにあることを検証するために,風車の構造部品の終極
強度及び疲労強度は,計算及び/又は試験によって検証する。
  構造解析は,ISO 2394に基づいて行う。
  計算は,適切な方法を用いて行う。計算方法は,設計文書に記載する。設計文書には,計算方法が正し
いことの根拠又は適切な検証実験の言及を含める。強度検証のための全ての試験に用いる荷重レベルは,
7.6の荷重の特性値に適切な安全率を含める。

7.2 設計方法

  風車の設計に当たっては,規定する限界状態を超えないことを検証する。計算の代わりに,モデル試験
及び試作機試験を行って,ISO 2394に規定する構造設計で検証してもよい。

7.3 荷重

  7.3.17.3.4に規定する荷重は,設計計算の場合に考慮する。
7.3.1  重力荷重及び慣性荷重
  重力荷重及び慣性荷重は,重力,振動,回転及び地震によって生じる静的及び動的荷重である。
7.3.2  空力荷重
  空力荷重は,静的及び動的荷重であって,大気流と風車の静止部及び可動部との空力干渉によって生じ
る。
  大気流は,ロータを横切る平均風速及び乱流,ロータの角速度,空気密度,並びに風車部品の空力的形
状及び空力弾性効果を含む相互作用効果に左右される。
7.3.3  作動荷重
  作動荷重は,風車の運転及び制御によって生じる。作動荷重は,発電機及びインバータのトルク制御,
ヨー及びピッチの駆動荷重並びに機械ブレーキの荷重を含む種々のカテゴリのものからなる。各ケースで
駆動装置の力の範囲を考えることは,応答及び荷重の計算では重要である。特に機械ブレーキ装置におい
て,ブレーキ事象中の応答及び荷重を検討する場合,温度及び経年変化によって影響を受ける摩擦,ばね
力又は圧力の範囲を考慮する。
7.3.4  その他の荷重
  その他の荷重,例えば,後流荷重,衝撃荷重,着氷による荷重などが起きることがあり,適切にこれら
を含める(11.5参照)。

7.4 設計条件及び設計荷重ケース

  この箇条では風車の設計荷重ケースの構成を述べ,最小限考慮することを規定する。
  風車の寿命は,設計において,風車が経験すると思われる最も重要な状態を代表する一連の設計条件に
よって表すことができる。
  設計荷重ケースは,運転モード,又は規定の組立て,建設,保守などの設計条件を外部条件と組み合わ
せて決定する。関係する全ての設計荷重ケースは,妥当な発生確率で考慮する。そのとき,制御システム
及び保護システムの動作も考慮する。風車の構造的な健全性を検証するために用いる設計ケースは,次の
組合せから計算する。
− 通常設計条件及び適切な通常又は極値の外部条件
− 故障設計条件及び適切な外部条件

――――― [JIS C 1400-1 pdf 29] ―――――

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C 1400-1 : 2017 (IEC 61400-1 : 2005,Amd.1 : 2010)
− 輸送,据付け,保守のための設計条件及び適切な外部条件
  極値外部条件と故障条件との間に相関関係がある場合は,両者の現実的な組合せを一つの設計荷重ケー
スとみなす。
  各設計条件の中で複数の設計荷重ケースを考慮する。少なくとも,表2の設計荷重ケースを考慮する。
この表では,設計荷重ケースの各々の設計条件について,風条件,電気的外部条件,その他の外部条件に
記載することを規定している。
  例えば,決定論的な風モデルにおける設計荷重ケースの間,風車コントローラが最大ヨー角及び/又は
風速に到達する前に風車を停止させる場合,風車が同じ決定論的な風条件の変化において乱流条件の下で
安全に停止できることを示している。
  特定の風車の設計の構造的な健全性に必要な場合には,その他の設計荷重ケースも考慮する。
  各設計荷重ケースに対する適切な解析タイプを,表2において,“F”又は“U”で示す。“F”は,疲労
強度の評価に用いる疲労荷重の解析を意味する。“U”は,材料強度,翼先端変位及び構造安定性(座屈)
の解析などの終極荷重の解析を意味する。
  “U”で示される設計荷重ケースの場合には,通常(N),異常(A)又は輸送及び建設(T)のいずれか
の設計条件に分類する。通常設計条件は,風車の寿命期間において,頻繁に生じるものである。風車は通
常の状態にあり,軽度の故障又は異常状態の経験を含む。異常設計条件は,生じる可能性が非常に少ない
ものである。これは通常,システムの保護機能の動作などの厳しい故障が生じた設計条件に対応するもの
である。N,A又はTによる設計条件の分類によって,終極荷重に適用される部分安全率γfが決定される。
部分安全率は,表3による。

――――― [JIS C 1400-1 pdf 30] ―――――

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