この例では、単純化した風力タービン発電機のナセル内部に発生する場の影響を、異なる衝突位置について示すことで、落雷解析の1つの領域を示しています。この例は、論文で行われた作業に従っています：
A.Amentani and K. Yamamoto, "Study of Transient Magnetic Fields in a Wind Turbine Nacelle,"2010 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Beijing, China, April 2010.
この場合、風力タービンは、損失の多い地盤に埋め込まれた土台に取り付けられた、単純で完全な導電性のタワーで表される。タワーの高さは60メートルで、タービンブレードの長さはそれぞれ40メートルである。ナセルは、金属製のワイヤーフレームをグラスファイバーで覆ったものである。風車の形状は図 1 に示すとおりで、垂直方向を Z、ナセルの長軸を Y とする。FDTD 格子空間は、100 x 100 x 230m の立方体 0.5m 格子内にタービンを保持するように作成される。
図1：ロスの多い地盤の上にある風力タービンタワーの3次元CAD図。タワーの高さは60メートルで、各ブレードの長さは40メートル。垂直軸はZ、ナセルの長軸はY。
落雷を表現するために、立ち上がり時間1 µsecのステップ波形を500Ωの抵抗と並列の電流源として適用する。この波形はユーザー定義ソースとして作成され、XFdtd にインポートされます。電流源は、FDTDシミュレーション空間の外側の境界まで延びる長いワイヤーに接続されています。この電流源は，最も一般的な落雷箇所を表すプロペラブレード上部とナセル後部の 2 箇所で風車に取り付けられています．図 2 では、ナセル後部の電流源が明るい赤で強調表示され、その上の外側の境界まで長いワイヤーが伸びています。この演習では、タービンに 1A の電流が流れるように電流源の振幅を調整しています。
図2：ナセル後部に落雷した場合の電流源の位置を明るい赤で示す。
落雷の影響は、ナセル内の複数のサンプル位置で磁場をモニターすることによって測定される。図3には、ブレードの接続点付近、タワー中央付近、ナセル後部の4つのサンプル点が示されている。さらに、過渡磁界の2つの平面が、時間的にいくつかのインスタンスで保存されている。
図3：内部のサンプル点をナセルの形状との関係で示す。点のうち3点は、ナセル内部の手前から奥に向かって並んでいる。
シミュレーションは、波形の初期立ち上がりと場の形成を示すために、合計 3 µsec の時間で実行される。図 4 は、電源を通って風車に流れる電流を示しています。図 5 では、トップブレードに衝突した場合のナセル中央の X、Y、Z 方向の磁場をプロットしています。図6では、ナセル後部に落雷した場合の磁場を同じ地点でプロットしています。見てわかるように、ブレードに落雷した場合の方が大幅に高い値を示している。ブレードに落雷した場合の磁場強度が高いことは、図7と図8を比較することでさらに実証されます。図8では、ナセルの落雷した外縁から0.5 m離れた点が比較されています。図7では、ブレードに近い点がブレードの衝突に対してプロットされ、0.18 A/m付近でピークとなる磁場レベルを示している。図8は、ナセルの後部に衝突したときの後部に近い点の磁場を示しており、ピークレベルは約0.035A/mである。図9と図10は、各打撃点の同じ瞬間の過渡磁場の断面図である。図9では、ブレードからナセルケースを経てタワーに至る電流経路を取り囲む磁場が、図10に示す背面衝突による磁場よりもナセル内部で強くなっている。そのため、原著論文の著者が出した結論は、誘導磁場を低減するためにナセル前面を囲む遮蔽を増やすことでした。テストとして、ブレードに最も近いナセルの端にPECシートを置き、シミュレーションを再実行しました。図11では、個々の成分ではなく大きさでプロットされた磁場強度が、シールドを追加することによって減少していることがわかる。
図4：落雷源として印加された入力電流の波形をプロットしたもの。
図5：ブレード先端の打撃点に対するタワー上の中央サンプル点のナセル内部のX、Y、Z方向の磁場を示す。これらの磁場は、背面衝突で発生する磁場よりも高い振幅を示している。
図6：ナセル後方衝突時の、タワー上空に位置する中央のサンプル点におけるナセル内部のX、Y、Z方向の磁場を示す。これらの磁場は、背面衝突で発生する磁場よりも低い振幅を示している。
図7：ナセル前面から0.5m内側に位置する磁場をブレード先端への衝突について示す。
図8：ナセル後部0.5m内側の磁場を、ナセル後部への衝突について示す。
図9：ブレード先端に衝突した場合のナセルの断面における平面時間領域磁場を示す。
図10：ナセルの後部を打撃した場合の平面時間領域磁場をナセルの断面に示す。
