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1 Ver.7.0 高 調 波 対 策 のご 提 案 淀 川 変 圧 器 株 式 会 社 本 社 大 阪 府 大 阪 市 北 区 梅 田 ブリーゼタワー11F TEL: FAX: 東 京 支 店 東 京 都 中 央 区 京 橋 八 重 洲 ダイビル 6F TEL: FAX: 東 北 営 業 所 宮 城 県 仙 台 市 青 葉 区 一 番 町 NOF 仙 台 青 葉 通 りビル 6F TEL: FAX: 九 州 営 業 所 福 岡 市 博 多 区 博 多 駅 前 博 多 大 博 通 ビルディング 8F TEL: FAX: URL:

2 はじめに... 2 高 調 波 とは? 高 調 波 とは 何 ですか? 高 調 波 はなぜ 発 生 するのですか? 高 調 波 が 発 生 した 場 合 は 対 策 する 必 要 があるのですか? 高 調 波 対 策 はどのような 手 順 で 行 うのでしょうか?... 6 高 調 波 による 影 響 と 発 生 源 高 調 波 による 事 故 例 高 調 波 障 害 の 発 生 状 況 高 調 波 障 害 機 器 と 影 響 高 調 波 発 生 源... 9 ガイドラインの 考 え 方 高 調 波 検 討 にあたっての 確 認 事 項 高 調 波 検 討 に 必 要 な 資 料 について 記 入 用 紙 について 高 調 波 の 対 策 方 法 主 な 対 策 方 法 アクティブフィルタの 特 徴 アクティブフィルタとは 高 調 波 補 償 動 作 原 理 系 統 への 連 系 高 調 波 対 策 の 効 果 検 証 高 調 波 測 定 に 使 う 計 測 器 高 調 波 抑 制 装 置 の 効 果 検 証 方 法 実 際 の 対 策 例 アクティブフィルタによる 対 策 例 (ポンプ) アクティブフィルタによる 対 策 例 ( 溶 接 機 ) 直 列 リアクトル 付 き 高 圧 コンデンサによる 対 策 例 高 調 波 対 策 のご 提 案 まとめ 付 録 1. 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 の 作 成 方 法 付 録 2. 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コンデンサによる 高 調 波 電 流 の 低 減 効 果 付 録 3. 高 調 波 の 拡 大 現 象 付 録 4. 用 語 の 解 説 付 録 5. 高 圧 進 相 コンデンサの JIS 規 格 改 正 付 録 6. 高 調 波 による 事 故 例 の 新 聞 切 抜

3 はじめに 最 近 高 調 波 という 言 葉 をよく 聞 くようになりましたが 実 際 にどのような 影 響 を 与 えているのか また それを 防 ぐにはどうしたらよいのかということにつ いてまとめてあります まず 電 気 の 品 質 を 電 気 の 川 の 汚 れで 説 明 した 電 力 会 社 の 説 明 資 料 を 図 1 に 示 します このように 高 調 波 発 生 機 器 の 使 用 が 増 えれば 増 えるほど 電 力 系 統 という 電 気 の 川 の 汚 れも 益 々 大 きくなります 電 気 の 川 が 汚 れれば 今 まで 発 生 しなかった 障 害 も 発 生 します よって これ 以 上 電 気 の 川 を 汚 さ ないためにも 高 調 波 を 抑 制 する 対 策 が 必 要 となってきます 図 1 高 調 波 対 策 の 必 要 性 2

4 高 調 波 とは? 1. 高 調 波 とは 何 ですか? 高 調 波 とは 基 本 波 ( 一 般 には 商 用 周 波 数 50Hz 又 は 60Hz)の 整 数 倍 の 周 波 数 をもつものと 定 義 されています 高 調 波 を 含 まない 基 本 波 のみの 波 形 はきれい な 正 弦 波 であるのに 対 して 高 調 波 を 含 んだ 波 形 はひずんだものとなり これを ひずみ 波 と 呼 んでいます ( 図 2 参 照 ) 例 えば 基 本 波 が 60Hz の 地 域 において は 60Hz 3 倍 =180Hz といった 基 本 波 と 異 なった 周 波 数 が 存 在 します この ように 基 本 波 の 3 倍 の 周 波 数 をもつ 高 調 波 を 第 3 次 高 調 波 あるいは 第 3 調 波 と 呼 びます 同 様 に 基 本 波 の 5 倍 の 高 調 波 を 第 5 次 高 調 波 (300Hz) 7 倍 を 第 7 次 高 調 波 (420Hz)と 呼 びます 通 常 高 調 波 として 扱 うのは 40~50 次 (~3kHz)までであって それ 以 上 の 周 波 数 成 分 は 高 周 波 (いわゆるノイズ)と 呼 ばれています ここで 高 調 波 と 高 周 波 の 違 いを 表 1 に 示 します 図 2 ひずみ 波 3

5 表 1 高 調 波 と 高 周 波 の 違 い 項 目 高 調 波 高 周 波 周 波 数 通 常 40~50 次 (3kHz 以 下 ) ノイズ( 約 10kHz~MHzオータ ) 性 質 周 期 性 がある 周 期 性 がない 環 境 対 線 路 電 源 インピーダンス 対 空 間 距 離 布 線 経 路 定 量 的 把 握 理 論 計 算 が 可 能 ランダムに 発 生 定 量 的 把 握 困 難 発 生 量 負 荷 容 量 にほぼ 比 例 電 流 変 化 率 による( 高 速 スイッチンク ほど 大 ) 2. 高 調 波 はなぜ 発 生 するのですか? 現 在 使 用 されている 多 くの 機 器 は 内 部 の 電 子 回 路 を 動 かすため 交 流 から 直 流 に 変 換 する 整 流 器 が 内 蔵 されています このような 整 流 回 路 の 例 とそれらか ら 発 生 する 理 論 的 な 高 調 波 の 発 生 次 数 および 含 有 率 を 表 2 に 示 します 表 2 整 流 回 路 と 理 論 的 高 調 波 発 生 量 4

6 3. 高 調 波 が 発 生 した 場 合 は 対 策 する 必 要 があるのですか? 高 調 波 の 対 策 が 必 要 だと 判 断 された 場 合 は 電 力 会 社 より 対 策 をお 願 いされる ことがあります( 電 気 供 給 約 款 に 基 づく 要 請 ) お 客 さまの 電 気 の 使 用 が 次 の 原 因 で 他 のお 客 さまの 電 気 の 使 用 を 妨 害 し もしくは 妨 害 するおそれがある 場 合 または 当 社 もしくは 他 の 電 気 事 業 者 の 電 気 工 作 物 に 支 障 を 及 ぼし もしくは 支 障 を 及 ぼすおそれがある 場 合 (この 場 合 の 判 定 は その 原 因 となる 現 象 が 最 も 著 しいと 認 められる 地 点 で 行 いま す )には お 客 さまの 負 担 で 必 要 な 調 整 装 置 または 保 護 装 置 を 需 要 場 所 に 施 設 していただくものとし とくに 必 要 がある 場 合 には 供 給 設 備 を 変 更 し または 専 用 供 給 設 備 を 施 設 して これにより 電 気 を 使 用 していただきます イ 負 荷 の 特 性 によって 各 相 間 の 負 荷 が 著 しく 平 衡 を 欠 く 場 合 ロ 負 荷 の 特 性 によって 電 圧 または 周 波 数 が 著 しく 変 動 する 場 合 ハ 負 荷 の 特 性 によって 波 形 に 著 しいひずみを 生 ずる 場 合 ニ 著 しい 高 周 波 または 高 調 波 を 発 生 する 場 合 ホ その 他 イ ロ ハまたはニに 準 ずる 場 合 参 考 関 西 電 力 電 気 供 給 約 款 電 気 の 使 用 のともなうお 客 さまの 協 力 より 抜 粋 5

7 4. 高 調 波 対 策 はどのような 手 順 で 行 うのでしょうか? お 客 様 が 高 調 波 発 生 機 器 も 含 め 設 備 を 新 設 (または 増 設 )する 際 には ガイド ラインに 沿 って 高 調 波 抑 制 対 策 を 実 施 する 必 要 があります 各 電 力 会 社 は 図 3 のような 形 でガイドラインを 適 用 しており 高 圧 または 特 別 高 圧 で 受 電 する 場 合 は 電 力 会 社 から 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 の 提 出 を 求 められ ます 対 策 が 必 要 であれば 需 要 家 側 にて 対 策 を 行 うことになります お 客 様 事 前 協 議 電 気 使 用 ( 供 給 )のお 申 し 込 み 電 力 会 社 ご 相 談 窓 口 ( 受 付 ) 高 調 波 抑 制 対 策 ガイドラインの 周 知 計 算 書 の 提 出 依 頼 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 のご 提 出 電 力 会 社 窓 口 ( 受 付 ) 計 算 書 内 容 の 確 認 お 客 様 がガイドラインの 適 用 対 象 となるかどうか? 適 用 対 象 となる 場 合 には 高 調 波 流 出 量 が 基 準 内 であるかどうか? 合 否 判 定 結 果 のお 知 らせ 高 調 波 抑 制 対 策 不 要 基 準 以 内 基 準 超 過 高 調 波 抑 制 対 策 の 実 施 対 策 実 施 の 報 告 確 認 了 解 図 3 ガイドラインの 適 用 6

8 高 調 波 による 影 響 と 発 生 源 1. 高 調 波 による 事 故 例 1994 年 3 月 24 日 午 後 10 時 頃 名 古 屋 市 科 学 館 にて 電 気 室 の 爆 発 事 故 があり ました ( 付 録 5 参 照 )また これと 同 じ 頃 に 近 隣 の 10 ヶ 所 のビルの 電 気 室 で も 異 常 が 生 じました これらは 高 調 波 によるものと 推 定 されており 爆 発 の 原 因 は 高 調 波 の 流 入 によりリアクトルが 過 熱 し 内 部 の 絶 縁 油 が 気 化 膨 張 してケ ースを 変 形 させ 電 気 室 内 にガスが 充 満 し 何 らかの 火 が 引 火 して 爆 発 した 模 様 です 2. 高 調 波 障 害 の 発 生 状 況 1990 年 から 2006 年 までの 高 調 波 障 害 発 生 件 数 を 図 4 に 示 します( 電 気 事 業 連 合 会 調 べ) これによると 1991~1993 年 の 発 生 件 数 は 年 間 100 件 あるいは それ 以 上 だったのに 対 し それ 以 降 は 1994 年 9 月 にガイドラインが 公 布 された こともあって 70 件 前 後 で 横 這 いとなり 2000 年 以 降 では 減 少 の 兆 しが 見 られ ます しかしながら 毎 年 同 程 度 の 件 数 の 障 害 が 発 生 しており 引 き 続 き 対 策 が 必 要 な 機 器 や 設 備 が 潜 在 していると 考 えられます 障 害 機 器 としては 図 5 に 示 すように 電 力 用 コンデンサと 直 列 リアクトルに 障 害 が 多 く 合 わせて 8 割 程 度 を 占 めています 件 数 年 度 図 4 高 調 波 障 害 発 生 件 数 の 推 移 7

9 家 電 汎 用 品 6% その 他 17% 障 害 件 数 774 件 電 力 用 コンデンサ 35% 直 列 リアクトル 42% 図 5 高 調 波 障 害 を 受 けた 機 器 の 割 合 3. 高 調 波 障 害 機 器 と 影 響 表 3 に 高 調 波 障 害 機 器 に 与 える 影 響 の 種 類 を 示 します また この 中 の 電 力 用 コンデンサ, 直 列 リアクトルについて 障 害 内 容 の 割 合 を 図 6 7 に 示 します 表 3 高 調 波 障 害 が 機 器 に 与 える 影 響 の 種 類 分 類 障 害 機 器 影 響 の 種 類 コンデンサ,リアクトル 過 大 電 流 による 過 熱, 焼 損, 振 動, 騒 音 変 圧 器 過 熱, 騒 音, 鉄 損 銅 損 の 増 大 電 力 用 機 器 ヒューズ,ブレーカ 過 大 電 流 による 溶 断, 誤 動 作 誘 導 電 動 機 回 転 数 の 周 期 的 変 動, 過 熱, 損 失 の 増 大 保 護 継 電 器 誤 動 作 家 電 機 器 映 像 のちらつき, 雑 音 の 発 生, 誤 動 作, 故 障 電 子 家 電 機 器 蛍 光 灯, 水 銀 灯 安 定 器 コンデンサの 焼 損,ちらつき コンピュータ 誤 動 作, 暴 走, 故 障 電 子 機 器 自 動 制 御 機 械 の 誤 動 作 8

10 振 動 2% その 他 13% 過 熱 4% 焼 損 11% 保 護 装 置 動 作 26% 総 件 数 192 件 騒 音 の 発 生 44% 図 6 電 力 用 コンデンサの 障 害 内 容 の 割 合 保 護 装 置 動 作 4% 振 動 1% 騒 音 の 発 生 15% その 他 8% 総 件 数 469 件 過 熱 24% 焼 損 48% 図 7 直 列 リアクトルの 障 害 内 容 の 割 合 4. 高 調 波 発 生 源 高 調 波 発 生 源 とは 波 形 をひずませる 要 素 をもつ 負 荷 設 備 のことです この 種 の 負 荷 設 備 の 代 表 例 を 表 4 に 示 します 実 際 電 力 系 統 で 問 題 となるのは ほとんどが 半 導 体 応 用 機 器 でインバータな どのサイリスタ 電 力 変 換 装 置 が 言 えます この 他 電 力 系 統 に 存 在 する 潜 在 高 調 波 ひずみの 主 要 因 として テレビなどの 家 電 機 器 による 高 調 波 が 近 年 問 題 視 さ れつつあります ここで 図 8 にテレビの 視 聴 率 と 6kV 配 電 線 の 総 合 電 圧 ひず み 率 の 関 係 を 示 します ( 電 気 協 同 研 究 会 報 告 第 46 巻 2 号 より 抜 粋 ) 9

11 表 4 高 調 波 発 生 源 分 類 具 体 的 機 器 主 な 使 用 場 所 OA 家 電 機 器 テレビ,パソコン,コピー,プリンタなど 事 務 所, 一 般 家 庭 空 調 機 器 インバータ 空 調 機, 地 下 駐 車 場 空 調 設 備 事 務 所, 工 場,ビル 照 明 機 器 蛍 光 灯, 水 銀 灯,ナトリウム 灯 事 務 所, 一 般 家 庭, 劇 場 無 停 電 電 源 UPS,CVCF, 放 送 通 信 設 備 銀 行, 事 務 所, 工 場 搬 送 設 備 中 高 層 エレベータ ビル 直 流 モータ ゴンドラ,リフト, 圧 延 機,クレーン スキー 場, 工 場 インバータ 輪 転 機,エレベータ,ファン,ポンプ 工 場,ビル 電 気 炉 アーク 炉, 高 周 波 誘 導 炉 製 鋼, 鋳 造 所 VVVF 上 下 水 道 ポンプ, 清 掃 工 場 クレーン 揚 水 場 溶 接 機 スタッド 溶 接 機, 半 自 動 溶 接 機 工 場, 建 設 現 場 図 8 テレビの 視 聴 率 と 総 合 電 圧 歪 み 率 の 関 係 10

12 ガイドラインの 考 え 方 1994 年 9 月 30 日 に 高 圧 又 は 特 別 高 圧 で 受 電 する 需 要 家 の 高 調 波 抑 制 対 策 ガイドライン と 家 電 汎 用 品 高 調 波 抑 制 対 策 ガイドライン が 通 商 産 業 省 ( 現 : 経 済 産 業 省 )から 公 布 されました 後 者 は 2004 年 9 月 6 日 に 廃 止 JIS C 高 調 波 電 流 発 生 限 度 値 (1 相 当 たりの 入 力 電 流 が 20A 以 下 の 機 器 ) に 移 行 され 現 在 は 機 器 単 位 で 高 調 波 抑 制 対 策 がなされています 前 者 については 実 務 面 での 具 体 的 な 運 用 を 解 説 した 高 調 波 抑 制 対 策 技 術 指 針 が 1995 年 6 月 5 日 に 制 定 され 実 際 の 高 調 波 流 出 電 流 の 計 算 書 作 成 や 対 策 方 法 の 検 討 に 幅 広 く 活 用 されてきました この 指 針 は 2014 年 4 月 1 日 に 全 面 的 に 改 定 され 制 定 当 時 にはなかった 最 新 機 器 の 情 報 や 新 たな 知 見 が 反 映 された 内 容 となっています 電 流 高 圧 又 は 特 別 高 圧 で 受 電 する 需 要 家 の 高 調 波 抑 制 対 策 ガイドライン ( 対 象 ) 20A JIS C 準 用 品 ( 対 象 ) JIS C 適 合 品 ( 対 象 外 ) JIS C に 適 合 しているものは JIS C 適 合 品 と 取 扱 説 明 書 等 に 表 示 してあります なお JIS C を 準 用 し た 場 合 は JIS C 準 用 品 と 表 示 してあります 0 300V 電 圧 図 9 ガイドラインの 対 象 範 囲 ガイドラインでは 電 力 系 統 で 維 持 すべき 高 調 波 環 境 目 標 レベル を 総 合 電 圧 歪 み 率 において 高 圧 系 統 5% 特 別 高 圧 系 統 3%としています 過 去 10 年 間 において 電 圧 歪 み 率 の 増 加 には 歯 止 めがかかってきており 現 状 の 高 圧 系 統 の 電 圧 歪 み 率 は 平 均 して 2~3% 程 度 を 維 持 しているため ガイドラインの 効 果 が 現 れてきたといえます 電 力 会 社 へ 新 設 増 設 更 新 などの 申 請 をするとき ガイドラインに 沿 って 計 算 した 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 を 提 出 します 高 調 波 流 出 電 流 が 上 限 値 を 11

13 超 える 結 果 となった 場 合 は 電 力 会 社 より 高 調 波 抑 制 対 策 を 実 施 するよう 求 め られます 電 力 会 社 へ 提 出 する 計 算 書 では 第 25 次 までの 高 調 波 について 計 算 をする ことになっています また 現 状 の 電 力 系 統 の 高 調 波 ひずみ 及 び 高 調 波 障 害 の 発 生 は 第 5 次 及 び 第 7 次 が 中 心 となっているため ガイドラインの 付 属 書 では 高 次 の 高 調 波 が 特 段 の 支 障 にならない 場 合 高 調 波 流 出 電 流 抑 制 対 象 次 数 は 5 次 及 び 7 次 とする と 示 されています 12

14 高 調 波 検 討 にあたっての 確 認 事 項 1. 高 調 波 検 討 に 必 要 な 資 料 について 高 調 波 検 討 にあたって 必 要 となるデータは 下 記 1~7です また 電 力 会 社 へ 提 出 する 計 算 書 の 作 成 方 法 を 付 録 1 に 示 します 1 受 電 点 における 電 力 会 社 側 配 電 線 インピーダンス(%R 及 び%X) 2 受 電 電 圧 3 契 約 電 力 相 当 値 ( 主 に 契 約 設 備 電 力 を 適 用 ) 4 高 調 波 発 生 機 器 の 名 称,メーカー, 形 式, 容 量, 台 数, 回 路 種 別 5 機 器 最 大 稼 働 率 6 高 調 波 発 生 機 器 の 電 源 トランスの 容 量, 二 次 電 圧,インピーダンス 7 コンデンサ,リアクトルの 容 量 2. 記 入 用 紙 について 弊 社 では 次 頁 のような 情 報 記 入 用 紙 を 用 意 しておりますので 必 要 な 際 には お 申 しつけ 下 さい 13

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16 高 調 波 の 対 策 方 法 1. 主 な 対 策 方 法 高 調 波 流 出 電 流 がガイドラインの 上 限 値 を 超 える 場 合 には その 上 限 値 以 下 になるような 対 策 をとらなければいけません 表 5 に 主 な 高 調 波 抑 制 対 策 方 法 についてまとめます 対 策 方 法 検 討 の 手 順 としては まずはコスト スペースの 観 点 からインバータ 用 リアクトル(ACL,DCL)の 設 置 について 検 討 します それでも 上 限 値 を 超 える 場 合 は 高 圧 側 へのリアクトル 付 き 進 相 コンデンサの 設 置 を 検 討 します リアク トル 付 き 進 相 コンデンサは 配 電 系 統 に 潜 在 する 高 調 波 を 吸 収 抑 制 する 効 果 が あり 計 算 書 においてはその 流 入 分 を 考 慮 して 機 器 の 高 調 波 発 生 量 から 差 引 く ことができます さらにそれでも 上 限 値 を 超 える 場 合 には アクティブフィルタ や 多 パルス 化 変 圧 器 を 検 討 します 特 に 高 調 波 流 出 電 流 が 上 限 値 を 大 幅 に 超 過 しているような 場 合 は アクティブフィルタが 効 果 的 です 表 5 高 調 波 抑 制 対 策 方 法 方 法 内 容 効 果 備 考 インバータ 用 リアクトル (ACL, DCL) インバータの 交 流 側 にリアクトル (ACL)または 直 流 側 にリアクトル (DCL)を 設 置 5 次 7 次 を 主 体 に 約 50%を 低 減 インバータの 入 力 電 流 の 波 形 率 を 良 くし 力 率 を 改 善 する 高 圧 進 相 コンデンサ 設 備 高 圧 回 路 に 直 列 リアクトルと 進 相 コンデンサを 設 置 5 次 7 次 を 主 体 に 3~10% を 低 減 ( 電 源 インピーダンス 次 数 により 変 わる) 配 電 系 統 の 潜 在 高 調 波 も 吸 収 するため 計 算 書 の 上 ではその 分 を 発 生 量 から 差 引 きできる アクティブフィルタ ( 能 動 フィルタ) 高 調 波 電 流 の 逆 位 相 の 電 流 を 流 すことにより 高 調 波 を 相 殺 する 25 次 以 下 の 全 次 数 に 対 して 1 台 で 対 応 できる(80~90%を 低 減 ) 負 荷 の 運 転 状 況 に 即 座 に 反 応 し て 確 実 に 高 調 波 を 抑 制 する 多 パルス 化 変 圧 器 12 パルス 効 果 により 高 調 波 電 流 を 低 減 12K±1 の 高 調 波 次 数 が 発 生 する(K: 正 の 整 数 ) 5 次 7 次 を 主 体 に 50~90%を 低 減 ( 同 一 容 量 同 時 運 転 負 荷 のとき) Δ-Δ Δ-Yのように 位 相 変 位 が 30 異 なる 2 台 の 変 圧 器 の 組 合 せでも 同 じ 効 果 がある 低 圧 進 相 コンデンサ 設 備 低 圧 回 路 に 直 列 リアクトルと 進 相 コンデンサを 設 置 5 次 7 次 を 主 体 に 20~40%を 低 減 ( 次 数 により 変 わる) 配 電 系 統 の 潜 在 高 調 波 も 吸 収 するため 計 算 書 の 上 ではその 分 を 発 生 量 から 差 引 きできる AC フィルタ ( 受 動 フィルタ) 次 の 3 種 類 のフィルタ (コンデンサとリアクトルの 組 合 せ) で 高 調 波 電 流 を 吸 収 する 次 の 70~90%を 低 減 ( 電 源 インピーダンスにより 変 わ る) 過 大 な 高 調 波 電 流 が 流 れると フィルタ 自 体 が 過 熱 する 負 荷 の 入 切 にフィルタも 連 動 させる 15

17 アクティブフィルタの 特 徴 1.アクティブフィルタとは アクティブフィルタは 電 圧 型 インバ ータと 系 統 連 系 用 リアクトル リプル 除 去 フィルタから 構 成 されています ( 図 10 参 照 ) 負 荷 電 流 検 出 信 号 から それに 含 まれる 高 調 波 成 分 のみを 抽 出 し それを 打 ち 消 す 電 流 を 瞬 時 に 出 力 して 高 調 波 を 抑 制 しようとするもの です 弊 社 が 開 発 したアクティブフィルタ は 従 来 のものに 比 べ 下 記 のような 特 徴 があり それによって 多 種 多 様 な 負 荷 設 備 の 高 調 波 抑 制 が 可 能 となり 同 時 に 低 コスト 化 を 達 成 しています 1) 並 列 運 転 が 可 能 2) 耐 環 境 性 の 向 上 コンパクト 化 3) 総 合 補 償 率 85% 以 上 弊 社 ではアクティブフィルタの 単 体 容 量 を 100kVA とし それを 並 列 運 転 する ことにより 負 荷 容 量 や 負 荷 の 種 類 によって 左 右 されるさまざまな 対 策 容 量 に 対 応 することが 可 能 となりました また 製 品 を 一 本 化 することで 製 造 ロットが 多 くなり 製 造 コストを 抑 えることに 成 功 しました 耐 環 境 性 の 向 上 とコンパクト 化 については アクティブフィルタの 形 状 を 独 自 の 横 長 形 状 とすることで 省 体 積 化 を 実 現 しています さらに 設 置 場 所 の 環 境 に も 配 慮 し 吸 気 口 には 防 塵 フィルタを 設 け ホコリなどに 弱 いとされている 電 子 制 御 部 は 保 護 カバーで 覆 い 耐 塵 性 を 確 保 しました これらの 改 善 により 高 調 波 対 策 が 必 要 とされるあらゆる 現 場 で アクティブフィルタを 使 うことができる ようになりました 16

18 2. 高 調 波 補 償 動 作 原 理 アクティブフィルタによる 高 調 波 補 償 動 作 原 理 を 図 11 に 示 します 1 高 調 波 を 含 んだ 負 荷 電 流 I L 及 びその 基 本 波 電 流 I 1 の 波 形 です 2 負 荷 電 流 I L に 含 まれる 高 調 波 電 流 I H の 波 形 です 3 アクティブフィルタの 補 償 電 流 I AF の 波 形 です I AF は I H と 逆 位 相 の 電 流 となります 4 アクティブフィルタの 補 償 電 流 I AF により 高 調 波 電 流 I H は 打 ち 消 さ れ 補 償 後 の 電 源 電 流 I S は 正 弦 波 電 流 となります 基 本 波 電 流 :I 1 1 負 荷 電 流 :I L (I L =I 1 +I H ) 2 高 調 波 電 流 :I H (I H =I L -I 1 ) 3アクティフ フィルタの 補 償 電 流 :I AF (I AF =-I H ) 4 補 償 後 の 電 源 電 流 :I S (I S =I 1 ) 図 11 高 調 波 補 償 動 作 原 理 17

19 3. 系 統 への 連 系 アクティブフィルタを 系 統 へ 連 系 させる 方 法 としては 下 記 の 2 つがあります ( 図 13 参 照 ) (1)400V 系 統 で 接 続 する 場 合 : 400V 系 統 へ 直 接 接 続 する 方 法 です ただし 発 生 源 と 同 一 系 統 で なければ 抑 制 効 果 は 得 られません (2)6kV または 200V 系 統 で 接 続 する 場 合 : 6kVまたは 200V 系 統 との 間 に 専 用 変 圧 器 を 接 続 することにより それらの 系 統 へ 連 系 する 方 法 です 連 系 用 の 変 圧 器 には 位 相 角 が ずれないような 結 線 のものを 使 用 する 必 要 があります 図 12 アクティブフィルタの 仕 様 および 外 形 寸 法 18

20 図 13 系 統 への 連 系 方 法 19

21 高 調 波 対 策 の 効 果 検 証 1. 高 調 波 測 定 に 使 う 計 測 器 高 調 波 測 定 器 商 用 電 源 (50Hz または 60Hz)に 含 まれる 高 調 波 成 分 を 分 析 する 機 器 です 電 圧 / 電 流 波 形 の 表 示 や 高 調 波 の 流 入 流 出 の 判 定 および 高 調 波 電 流 の 30 分 間 平 均 値 などを グラフや 表 として 印 字 します 高 調 波 測 定 器 波 形 記 録 装 置 負 荷 電 流 や 電 源 電 流 などをリアルタイムで 表 示 させることで 高 調 波 の 抑 制 具 合 を 視 覚 的 に 確 認 することができます それらを 記 録 保 存 しグラフ 化 することが できます 波 形 記 録 装 置 20

22 2. 高 調 波 抑 制 装 置 の 効 果 検 証 方 法 高 調 波 抑 制 装 置 の 効 果 は 受 電 点 での 高 調 波 流 出 電 流 の 30 分 間 平 均 値 を 測 定 することで 確 かめられるのですが 地 域 時 間 帯 によっては 配 電 線 からも 高 調 波 が 流 入 する 影 響 で 測 定 値 が 曖 昧 なものになってしまいます そのような 場 合 に は 図 14 のように 変 圧 器 の 二 次 側 で 測 定 することで 高 調 波 流 出 電 流 を 把 握 で きます 受 電 点 または 変 圧 器 の 二 次 側 で 測 定 した 高 調 波 流 出 電 流 の 30 分 間 平 均 値 と 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 を 比 較 し 高 調 波 抑 制 装 置 の 効 果 を 検 証 します 図 14 高 調 波 対 策 の 効 果 検 証 21

23 実 際 の 対 策 例 1.アクティブフィルタによる 対 策 例 (ポンプ) 地 盤 改 良 のために 硬 化 材 を 地 中 に 注 入 するインバータ 制 御 (ACL DCL 付 )の 超 高 圧 ポンプ(Superjet-Midi)の 高 調 波 対 策 を アクティブフィルタにより 行 う 例 を 紹 介 します 図 15 に 示 す 位 置 にアクティブフィルタを 設 置 することで 超 高 圧 ポンプから 発 生 する 高 調 波 を 抑 制 することができます 高 調 波 発 生 源 で ある 超 高 圧 ポンプの 定 格 電 圧 がアクティブフィルタと 同 じ 400V 級 なので 400V 系 統 へ 直 接 接 続 することにより 抑 制 効 果 が 得 られます この 場 合 の 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 を 23,24 ページに また 高 調 波 流 出 電 流 の 測 定 結 果 を 25 ページに 示 します 図 15 ポンプに 対 する 高 調 波 対 策 例 22

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26 図 16 のように 負 荷 電 流 はひどく 歪 んでおり 大 量 の 高 調 波 成 分 が 含 まれて いますが アクティブフィルタによって 高 調 波 を 相 殺 し 合 成 電 流 をほぼ 正 弦 波 にすることができています また 図 17 では 第 5 次 高 調 波 の 含 有 率 が 負 荷 電 流 中 に 45.7%あったものが 合 成 電 流 中 では 3.0%になっており アクティブフィルタにより 効 果 的 に 高 調 波 が 抑 制 されていることがわかります 図 16 高 調 波 抑 制 後 の 電 流 波 形 図 17 高 調 波 電 流 値 25

27 2.アクティブフィルタによる 対 策 例 ( 溶 接 機 ) ある 病 院 の 増 築 工 事 において 溶 接 機 (スタッド 溶 接 機 半 自 動 溶 接 機 )の 高 調 波 対 策 をアクティブフィルタにより 行 った 例 を 紹 介 します 図 18 のように アクティブフィルタを 接 続 して 高 調 波 の 抑 制 を 行 いました この 場 合 は 高 調 波 発 生 源 が 200V 系 統 なので 連 系 用 変 圧 器 (Δ-Δ 結 線 )を 使 用 しています 図 18 溶 接 機 に 対 する 高 調 波 対 策 例 26

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29 28

30 図 19 のように スタッド 溶 接 機 の 電 流 は 大 量 に 高 調 波 を 含 む 歪 んだ 波 形 です が アクティブフィルタによって 高 調 波 を 相 殺 することで 合 成 電 流 はほぼ 正 常 な 電 流 波 形 に 改 善 されています 図 19 高 調 波 抑 制 後 の 電 流 波 形 図 20 高 調 波 電 流 値 29

31 3. 直 列 リアクトル 付 き 高 圧 コンデンサによる 対 策 例 水 中 ポンプおよびスクリーン 用 インバータから 発 生 する 高 調 波 を 高 圧 コン デンサを 直 列 リアクトル 付 きとすることにより 対 策 する 例 を 紹 介 します 図 21 において コンデンサ 設 備 に 直 列 リアクトルを 設 置 しない 場 合 の 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 を 31,32 ページに 設 置 する 場 合 の 計 算 書 を 33,34 ページに 示 します 直 列 リアクトルの 有 無 によって 高 調 波 流 出 電 流 値 に 大 きな 差 がある ことがわかります 2014 年 4 月 に 高 調 波 抑 制 対 策 技 術 指 針 が 改 訂 され 系 統 からの 高 調 波 流 入 分 を 加 味 して 計 算 するようになったため 直 列 リアクトルの 無 いコンデンサ 設 備 は 高 調 波 流 出 量 を 大 幅 に 増 長 させる 方 向 へ 作 用 するので 注 意 が 必 要 です 図 21 高 圧 コンデンサ( 直 列 リアクトル 付 き)による 対 策 例 30

32 直 列 リアクトル 無 し 31

33 直 列 リアクトル 無 し 32

34 直 列 リアクトル 付 き 33

35 直 列 リアクトル 付 き 34

36 高 調 波 対 策 のご 提 案 まとめ 現 在 高 圧 系 統 の 電 圧 歪 み 率 は 3% 程 度 に 抑 えられていますが 高 調 波 対 策 を 怠 ると 電 圧 歪 み 率 は 10% 以 上 となり 電 子 機 器 類 が 誤 動 作 するなどの 問 題 が 予 想 されます 電 気 は 川 の 汚 れのように 目 に 見 えるものではないため 高 調 波 が 流 出 していても 気 付 きません このような 事 故 を 未 然 に 防 ぐためには 高 調 波 の 流 入 流 出 の 対 策 を 早 めにとっていく 必 要 があります 近 年 省 エネルギーとしてインバータの 普 及 がかなり 多 くなってきましたが それに 伴 って 高 調 波 問 題 も 発 生 しています 今 後 は 高 調 波 対 策 も 省 エネルギー の 一 環 として 扱 い 総 合 的 なシステムの 構 築 を 考 えていかなければなりません そこでこの 冊 子 では ご 提 案 という 形 を 通 して 弊 社 が 受 変 電 設 備 の 専 門 メーカーとして 皆 さまの 現 場 における 高 調 波 抑 制 対 策 をトータルにお 手 伝 い できることをご 説 明 してきました 高 調 波 抑 制 の 対 策 方 法 にはさまざまな 種 類 がありますが 流 出 電 流 が 大 きい 場 合 には 効 果 コスト 利 便 性 の 観 点 から 自 信 を 持 ってアクティブフィルタに よる 対 策 をお 勧 め 致 します また アクティブフィルタ 納 入 後 は 抑 制 効 果 測 定 を 実 施 致 しておりますので 測 定 の 結 果 をご 確 認 頂 き 高 調 波 障 害 の 発 生 を 心 配 することなく 安 心 してご 使 用 頂 けます 加 えて 2014 年 4 月 に 高 調 波 抑 制 対 策 技 術 指 針 が 改 訂 され 直 列 リアク トル 付 き 進 相 コンデンサが 配 電 系 統 側 の 高 調 波 を 低 減 する 効 果 が 見 直 されて います 系 統 からの 流 入 分 を 流 出 量 から 差 引 いて 計 算 するようになり 従 来 では 直 列 リアクトルを 設 置 するだけでは 追 加 対 策 が 必 要 だったものが 同 じ 条 件 で 対 策 不 要 と 判 定 されるような 場 合 もあります この 事 により 低 コストでの 対 策 をご 提 案 できるケースが 増 えたと 言 えます 弊 社 では 高 調 波 抑 制 のご 相 談 計 算 書 作 成 から 対 策 方 法 のご 提 案 まで 迅 速 かつ 丁 寧 に 対 応 させて 頂 いております 何 なりとお 気 軽 にお 申 し 付 け 下 さい 35

37 付 録 1. 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 の 作 成 方 法 < 様 式 -1> 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 (その 1) この 様 式 は 高 調 波 発 生 機 器 関 係 の 資 料 を 基 に 記 入 し その 等 価 容 量 と 高 調 波 発 生 量 を 計 算 するもので JIS C に 適 合 するものを 除 きすべての 高 調 波 発 生 機 器 を 記 入 する a) 第 1 ステップの 作 成 1) 高 調 波 発 生 機 器 の 記 入 付 表 1-1 の2~4 高 調 波 発 生 機 器 の 名 称 製 造 業 者 型 式 定 格 容 量 台 数 等 を 記 入 する なお JIS C の 適 用 対 象 機 器 は 除 く 注 1) 定 格 容 量 の 単 位 は kva とする そのため 出 力 kw 表 示 のものは 高 調 波 抑 制 対 策 技 術 指 針 による 入 力 換 算 後 の 値 とする ( 付 表 1-7 参 照 ) 注 2) JIS C の 適 用 対 象 機 器 とは 300V 以 下 の 商 用 電 力 系 統 に 接 続 して 使 用 する 定 格 電 流 20A/ 相 以 下 の 電 気 電 子 機 器 ( 家 電 汎 用 品 )である 2) 回 路 種 別 の 選 択 および 換 算 係 数 の 記 入 付 表 1-1 の56 ガイドライン 附 属 書 第 1 表 ( 付 表 1-3 参 照 )の 中 で 該 当 する 回 路 種 別 を 選 択 し その 回 路 種 別 No.と 換 算 係 数 Ki を 記 入 する 注 1) 回 路 種 別 No.10 の 場 合 は 当 該 機 器 の 仕 様 書 カタログ 等 の 記 載 値 または 製 造 業 者 が 作 成 する< 様 式 -3> 高 調 波 発 生 機 器 製 造 業 者 申 請 書 により 申 告 された 換 算 係 数 を 記 入 する 3) 設 備 条 件 のチェック 付 表 1-1 の 記 入 方 法 次 の 条 件 Ⅰ~Ⅳのうち 該 当 するものにチェックマークを 記 入 する Ⅰ. 高 圧 受 電 Ⅱ.ビル Ⅲ. 進 相 コンデンサが 全 て 直 列 リアクトル 付 Ⅳ. 換 算 係 数 Ki=1.8 を 超 過 する 機 器 なし なお 全 てに 該 当 する 場 合 はこの 時 点 で 検 討 終 了 となる 4) 等 価 容 量 による 判 定 付 表 1-1 の78(8') 機 器 毎 の 合 計 容 量 に 換 算 係 数 Ki を 掛 けて 等 価 容 量 を 計 算 する 等 価 容 量 の 合 計 P0 を 求 めて 次 の 限 度 値 を 超 過 するかチェックする 3)の 条 件 Ⅰ,Ⅲに 該 当 する 場 合 は 等 価 容 量 の 低 減 係 数 を 適 用 できる 受 電 電 圧 6.6kV 22/33kV 66kV 以 上 限 度 値 50kVA 300kVA 2000kVA 上 記 の 値 を 超 過 しない 場 合 はガイドラインの 適 用 対 象 外 であり この 時 点 で 検 討 終 了 する また 限 度 値 を 超 過 する 場 合 は 第 2 ステップへ 進 む 36

38 付 表 1-1 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 (その 1)- 第 1 ステップ お 客 さま 名 工 業 ( 株 ) 業 種 製 造 業 受 電 電 圧 6.6kV 契 約 電 力 相 当 値 1350kW 第 1ステップ 高 調 波 発 生 機 器 No. 機 器 名 称 製 造 業 者 型 式 相 数 2 定 格 入 力 容 量 [kva] 3 台 数 4=2 3 定 格 入 力 容 量 ( 合 計 ) Pi [kva] 5 回 路 種 別 No. 6 換 算 係 数 Ki 7=4 6 等 価 容 量 Ki Pi [kva] 1 空 調 機 M 製 作 所 AAC 空 調 機 M 製 作 所 ABC エレベータ N 製 作 所 CCB 記 入 方 法 8=Σ7 合 計 P0 193 第 1ステップ 8'=8 0.9 (ⅠかつⅢに 該 当 する 場 合 ) 174 高 調 波 発 生 機 器 を 全 て 抽 出 し 必 要 事 項 を 記 入 する 限 度 値 [kva] 50 回 路 種 別 10の 機 器 は 当 該 機 器 の 製 造 業 者 が 作 成 する< 様 式 -3> 第 2ステップの 検 討 要 否 判 定 要 カタログ 仕 様 書 等 により 換 算 係 数 高 調 波 電 流 発 生 量 を 確 認 する 次 のⅠ~Ⅳのうち 該 当 条 件 にチェックマークを 記 入 する Ⅰ. 高 圧 受 電 Ⅱ.ビル Ⅲ. 進 相 コンデンサが 全 て 直 列 リアクトル 付 Ⅳ. 換 算 係 数 Ki=1.8を 超 過 する 機 器 なし Ⅰ~Ⅳ 全 て 該 当 する 場 合 は 7 以 降 の 検 討 は 不 要 ⅠかつⅢに 該 当 する 場 合 は 低 減 係 数 0.9を 適 用 し 8'を 計 算 する 限 度 値 50kVA(6.6kV 受 電 ), 300kVA(22,33kV 受 電 ), 2000kVA(66kV 受 電 ) により 判 定 する P0(8または8 ) > 限 度 値 となる 場 合 は 第 2ステップへ 37

39 b) 第 2 ステップの 作 成 1) 契 約 電 力 相 当 値 の 記 入 付 表 1-1 の1 自 家 用 発 電 機 を 有 する 場 合 は 常 時 の 契 約 電 力 ではなく 発 電 機 出 力 を 考 慮 して 電 力 会 社 との 協 議 によって 決 定 した 契 約 電 力 相 当 値 を 適 用 する 契 約 電 力 が 未 決 定 の 場 合 は 変 圧 器 容 量 から 算 出 される 契 約 設 備 電 力 を 適 用 する 2) 受 電 電 圧 に 換 算 した 定 格 入 力 電 流 付 表 1-2 の9 受 電 電 圧 換 算 後 の 定 格 入 力 電 流 を 求 める 定 格 入 力 電 流 [ma]= 定 格 入 力 容 量 受 電 電 圧 換 算 係 数 (6.6kV の 場 合 は 87.5) または 定 格 入 力 電 流 ma 定 格 入 力 容 量 kva 3 定 格 電 圧 kv 例 6.6kV ) 最 大 稼 働 率 付 表 1-2 の10 実 稼 動 している 高 調 波 発 生 機 器 の 30 分 間 の 平 均 稼 動 容 量 が 年 間 で 最 大 となる 値 を 記 入 する(または 技 術 指 針 の 標 準 値 を 適 用 ) 高 調 波 発 生 機 器 ごとに 最 大 稼 働 率 を 決 定 するのが 基 本 であるが 個 別 に 把 握 できない 場 合 は 次 式 により 計 算 する 稼 働 している 高 調 波 発 生 機 器 の 最 大 容 量 30 分 平 均 最 大 稼 働 率 % 高 調 波 発 生 機 器 の 総 容 量 4) 高 調 波 流 出 電 流 付 表 1-2 の11 同 仕 様 の 機 器 ごとに 定 格 入 力 電 流 ( 受 電 電 圧 換 算 値 ) 高 調 波 発 生 量 最 大 稼 働 率 により 計 算 する 高 調 波 発 生 量 はガイドライン 附 属 書 第 2 表 の 個 別 機 器 の 高 調 波 電 流 発 生 量 ( 付 表 1-3 参 照 )の 中 の 該 当 する 回 路 種 別 欄 の 値 を 選 択 して 使 用 する 5) 次 数 別 の 高 調 波 流 出 電 流 合 計 値 を 計 算 する 付 表 1-2 の12~14 次 数 ごとに 各 機 器 から 発 生 する 高 調 波 電 流 値 を 合 計 する ビルの 場 合 は 規 模 による 補 正 率 βを 乗 じて 合 計 値 を 補 正 する a)-3)の 条 件 Ⅰ,Ⅲに 該 当 すれば 5 次 7 次 については 低 減 係 数 を 適 用 できる 付 表 1-2 は 低 減 係 数 を 適 用 することにより 対 策 不 要 となった 例 6) 高 調 波 流 出 電 流 上 限 値 付 表 1-2 の15 契 約 電 力 相 当 値 [kw]に ガイドライン 表 1 に 基 づく 契 約 電 力 相 当 値 1kW 当 たりの 高 調 波 流 出 電 流 上 限 値 ( 付 表 1-4 参 照 )の 値 を 乗 じて 求 める 7) 対 策 要 否 の 判 定 以 上 の 計 算 結 果 から 次 数 ごとに 高 調 波 流 出 電 流 の 合 計 と 上 限 値 を 比 較 する すべての 次 数 について 高 調 波 流 出 電 流 の 合 計 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 の 場 合 は 対 策 不 要 と 判 定 され 検 討 終 了 となる 各 次 数 ( 特 に 5 次 7 次 )の 高 調 波 流 出 電 流 の 合 計 が 上 限 値 を 超 える 場 合 は 対 策 が 必 要 と 判 断 され 次 の< 様 式 -2> 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 (その 2) により 高 調 波 電 流 を 低 減 する 設 備 の 効 果 を 考 慮 する 詳 細 計 算 を 行 う 38

40 付 表 1-2 高 調 波 流 出 電 流 計 算 書 (その 1)- 第 2 ステップ 契 約 電 力 相 当 値 1 350kW 補 正 率 β 定 格 入 力 電 流 ( 受 電 電 圧 換 算 値 ) [ma] 最 大 稼 働 率 k [%] 第 2ステップ 11=9 高 調 波 発 生 量 10 高 調 波 流 出 電 流 [ma] 5 次 7 次 11 次 13 次 17 次 19 次 23 次 25 次 2, , , 合 計 I n =12 β =13 γ n 対 策 要 否 判 定 否 否 否 否 否 否 否 否 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 15= 契 約 電 力 相 当 値 1kW 当 たりの 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 1 次 数 5 次 7 次 11 次 13 次 17 次 19 次 23 次 25 次 上 限 値 [ma] ( 記 入 方 法 続 き ) 第 2 ステップ 対 象 次 数 : 高 次 の 高 調 波 が 特 段 の 支 障 とならない 場 合 は 第 5 次 および 第 7 次 とする ⅠかつⅢに 該 当 する 場 合 は 低 減 係 数 γn(γ5=0.7, γ7=0.9, γ11 以 上 は 1.0)を 適 用 し 14を 計 算 する 高 調 波 流 出 電 流 (13または14) > 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 (15)となる 場 合 は 指 針 の 2.の (4) 高 調 波 流 出 電 流 の 詳 細 計 算 と 抑 制 対 策 の 検 討 を 実 施 し この 内 容 を 計 算 書 (その 2)に 記 載 する 詳 細 計 算 では 低 減 係 数 γn を 適 用 できないため 14ではなく13の 値 をもとにして 検 討 する 39

41 付 表 1-3 回 路 種 別 による 換 算 係 数 および 高 調 波 発 生 量 回 路 分 類 主 な 利 用 例 回 路 種 別 回 路 種 別 No. 換 算 係 数 Ki 高 調 波 電 流 発 生 量 [%] 5 次 7 次 11 次 13 次 17 次 19 次 23 次 25 次 1 無 停 電 電 源 装 置 (サイリスタ 方 式 ) 直 流 電 鉄 変 電 所 電 気 化 学 その 他 一 般 三 相 ブリッジ 6 パルス 変 換 装 置 11 K11 = パルス 変 換 装 置 12 K12 = パルス 変 換 装 置 13 K13 = 直 流 電 流 平 滑 21 K21 = 交 流 式 電 気 鉄 道 車 両 単 相 ブリッジ 混 合 ブリッジ 22 K22 = 均 一 ブリッジ 23 K23 = 汎 用 インバータ エレベータ エスカレータ 冷 凍 空 調 機 その 他 一 般 三 相 ブリッジ (コンデンサ 平 滑 ) 6 パルス 変 換 装 置 リアクトルなし 6 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 交 流 側 ) 6 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 直 流 側 ) 6 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 交 直 流 側 ) 12 パルス 変 換 装 置 リアクトルなし 12 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 交 流 側 ) 12 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 直 流 側 ) 12 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 交 直 流 側 ) 24 パルス 変 換 装 置 リアクトルなし 24 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 交 流 側 ) 24 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 直 流 側 ) 24 パルス 変 換 装 置 リアクトルあり( 交 直 流 側 ) 31 K31 = K32 = K33 = K34 = K35 = K36 = K37 = K38 = K39 = K310 = K311 = K312 = 汎 用 インバータ 冷 凍 空 調 機 その 他 一 般 単 相 ブリッジ (コンデンサ 平 滑 倍 電 圧 整 流 方 式 ) リアクトルなし 41 K41 = リアクトルあり( 交 流 側 ) 42 K42 = 汎 用 インバータ その 他 一 般 単 相 ブリッジ (コンデンサ 平 滑 全 波 整 流 方 式 ) リアクトルなし 43 K43 = リアクトルあり( 交 流 側 ) 44 K44 = 無 停 電 電 源 装 置 (PWM コンバータ 方 式 ) 通 信 用 電 源 装 置 エレベータ エスカレータ 系 統 連 系 用 分 散 電 源 自 励 三 相 ブリッジ ( 電 圧 形 PWM 制 御 ) ( 電 流 形 PWM 制 御 ) マトリクスコンバータ - 5 K5 = 通 信 用 電 源 装 置 交 流 式 電 気 鉄 道 車 両 系 統 連 系 用 分 散 電 源 自 励 単 相 ブリッジ ( 電 圧 形 PWM 制 御 ) - 6 K6 = 無 効 電 力 調 整 装 置 大 型 照 明 装 置 加 熱 器 交 流 電 力 調 整 装 置 抵 抗 負 荷 71 K71 = リアクトル 負 荷 ( 交 流 アーク 炉 用 を 除 く) 72 K72 = 電 動 機 ( 圧 延 用 セメント 用 ) サイクロコンバータ 6 パルス 変 換 装 置 相 当 81 K81 = パルス 変 換 装 置 相 当 82 K82 = 鉄 鋼 用 交 流 アーク 炉 単 独 運 転 9 K9 = 空 調 機 器 鉄 鋼 プラント その 他 - 10 K10= 申 告 値 40

42 付 表 1-4 契 約 電 力 1kW 当 たりの 高 調 波 流 出 電 流 上 限 値 [ma] 受 電 電 圧 5 次 7 次 11 次 13 次 17 次 19 次 23 次 25 次 6.6kV kV kV kV kV kV kV kV kV 付 表 1-5 受 電 電 圧 換 算 係 数 受 電 電 圧 換 算 係 数 k 受 電 電 圧 換 算 係 数 k 6.6kV kV kV kV kV kV kV kV kV 7.50 受 電 電 圧 換 算 の 定 格 電 流 定 格 入 力 電 流 ( 受 電 電 圧 換 算 値 )[ma] = k 機 器 定 格 容 量 [kva] ( 付 表 1-2 の9) 付 表 1-6 契 約 設 備 電 力 の 算 定 式 受 電 設 備 の 総 容 量 P [kva] 契 約 設 備 電 力 [kva] 50 迄 0.8P 100 迄 0.7P 迄 0.6P 迄 0.5P 超 0.4P

43 付 表 1-7 汎 用 インバータの 定 格 入 力 容 量 と 基 本 波 入 力 電 流 ( 推 奨 値 ) 電 動 機 容 量 [kw] 定 格 入 力 容 量 P [kva] 基 本 波 入 力 電 流 I1 [A] 200V 400V 基 本 波 入 力 容 量 電 動 機 容 量 また さらに 簡 易 に 計 算 する 場 合 110kW 以 下 の 電 動 機 用 の 汎 用 インバータについては 1 台 毎 の 容 量 計 算 を 行 わず 下 記 の 簡 易 式 から 基 本 波 入 力 容 量 を 算 出 してもよい 1.25 ただし 110 kw 42

44 付 表 1-8 三 相 ブリッジ(コンデンサ 平 滑 )の 12 パルス 接 続 ( 変 動 負 荷 1 回 路 種 別 が 同 一 )の 高 調 波 電 流 発 生 量 接 続 図 算 出 条 件 専 用 の 電 源 変 圧 器 を 有 すること 各 インバータの 容 量 及 び 負 荷 率 は 異 なるが 同 一 の 回 路 種 別 であること 回 路 種 別 負 荷 分 担 各 次 高 調 波 電 流 の 発 生 量 (In/I1) % リアクトルなし 50%-50% %-0% リアクトルあり ( 交 流 側 ) 50%-50% %-0% 算 出 表 リアクトルあり ( 直 流 側 ) 50%-50% %-0% リアクトルあり ( 交 流 側 直 流 側 ) 50%-50% %-0% %に 相 当 する 基 本 波 電 流 は 全 設 備 容 量 ( 端 数 分 を 除 く)の 定 格 負 荷 時 の 値 と する 2 極 端 な 負 荷 アンバランスが 想 定 される 場 合 は 各 次 数 の 欄 の 大 きな 方 の 値 を 用 いて 計 算 する 3 負 荷 のアンバランスについて 最 低 値 が 存 在 する 場 合 は 50%-50%のデータと 50% -0%のデータから 直 線 補 間 の 計 算 を 行 う 備 考 各 変 圧 器 に 対 する 均 等 配 分 から 外 れた 容 量 については 通 常 の 三 相 ブリッジ(コンデンサ 平 滑 )の 回 路 として 計 算 する 必 要 がある 43

45 付 録 2 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コンデンサによる 高 調 波 電 流 の 低 減 効 果 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コンデンサは 高 調 波 電 流 に 対 するインピーダンスが 小 さい ため 機 器 への 分 流 による 高 調 波 電 流 の 低 減 効 果 が 大 きくなります 一 方 電 力 系 統 にはある 程 度 の 高 調 波 電 圧 が 存 在 し 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コンデンサを 設 置 すると 高 調 波 電 流 が 電 力 系 統 から 需 要 家 構 内 に 流 入 することにより 電 力 系 統 の 高 調 波 電 圧 を 低 減 する 効 果 があります 高 調 波 抑 制 対 策 技 術 指 針 では 2014 年 4 月 の 改 定 以 降 需 要 家 からの 高 調 波 流 出 電 流 を 計 算 するにあたり 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コンデンサへの 分 流 による 低 減 効 果 に 加 え 電 力 系 統 の 高 調 波 電 圧 の 低 減 効 果 も 織 り 込 むことになっています 具 体 的 な 考 え 方 を 付 図 2-1 に 示 します 需 要 家 構 内 の 高 調 波 発 生 機 器 から 電 力 系 統 への 高 調 波 流 出 電 流 と 電 力 系 統 から 需 要 家 構 内 の 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コン デンサへの 高 調 波 流 入 電 流 を 個 別 に 計 算 して 流 出 分 から 流 入 分 を 差 引 いた 値 をガイドライン 適 合 判 定 に 用 いる 高 調 波 流 出 電 流 と 見 なします ( 補 足 ) 厳 密 には と の 位 相 差 を 考 慮 して 計 算 する 必 要 があるが 簡 易 に 計 算 するため 単 純 な 減 算 としている 付 図 2-1 直 列 リアクトル 付 き 進 相 コンデンサの 設 置 位 置 と 高 調 波 流 出 電 流 高 調 波 流 入 電 流 は 電 力 系 統 側 を 高 調 波 電 圧 源 と 見 立 てて 算 出 します 高 圧 側 にコンデンサ 設 備 を 設 置 する 場 合 には 高 調 波 電 圧 源 に 直 接 コンデンサ 設 備 を 接 続 すると 考 え 低 圧 側 に 設 置 する 場 合 は 変 圧 器 とコンデンサ 設 備 を 直 列 に 接 続 すると 考 えます 44

46 算 出 の 際 に 用 いる 電 力 系 統 の 高 調 波 電 圧 の 大 きさは 電 気 協 同 研 究 第 60 巻 第 2 号 配 電 系 統 における 電 力 品 質 の 現 状 と 対 応 技 術 における 実 測 調 査 結 果 をもとに 高 調 波 電 圧 含 有 率 として 付 表 2-1 に 示 す 値 となっています 付 表 2-1 高 調 波 流 入 電 流 の 算 出 に 使 用 する 高 調 波 電 圧 含 有 率 系 統 区 分 第 5 次 高 調 波 高 調 波 電 圧 含 有 率 第 7 次 高 調 波 高 圧 系 統 2.0% 1.0% 特 別 高 圧 系 統 1.0% 0.5% 45

47 付 録 3 高 調 波 の 拡 大 現 象 進 相 コンデンサを 設 置 する 場 合 配 電 系 統 まで 含 めた 回 路 の 電 源 が 基 本 波 成 分 のみで あれば 問 題 はないが 高 調 波 成 分 が 存 在 すると 回 路 の 条 件 によっては この 高 調 波 成 分 が 発 生 量 よりも 拡 大 する 場 合 があります 現 在 高 調 波 障 害 を 発 生 させている 配 電 系 統 ではこの 現 象 が 生 じているものと 考 えられます この 現 象 がどのような 回 路 条 件 の 時 ( 付 表 3-1)に 発 生 するのか 以 下 に 説 明 します 例 えば 付 図 3-1 のように 高 圧 需 要 家 系 統 内 に 進 相 コンデンサ 設 備 と 高 調 波 発 生 源 が 接 続 されているとします ここで 高 調 波 発 生 源 は 定 電 流 源 として 扱 うため この 系 統 回 路 は 付 図 3-2 のように 等 価 回 路 で 表 せます 電 源 ISn jnxs ICn jnxl In ISn jnxs In ICn jnxl jxc/n 高 調 波 発 生 源 jxc/n コンデンサ 設 備 付 図 3-1 付 図 3-2,, とおくと ここで : 電 源 インピーダンス, : コンデンサ 設 備 インピーダンス 46

48 付 表 3-1 高 調 波 が 拡 大 する 回 路 条 件 拡 大 有 無 リアクタンス 比 条 件 コンデンサ 回 路 リアクタンス 条 件 分 流 の 状 況 説 明 非 拡 大 0 0 ( 誘 導 性 になっているという) In ISn nxs ICn nxl XC/n コンデンサ 回 路 を 誘 導 性 に しておけばコンデンサ 回 路 電 源 ともに 拡 大 しない 最 も 望 ましい 条 件 であり 直 列 リアクトルのリアクタンスの 選 定 が 必 要 条 件 である 電 源 コンデンサ 回 路 非 拡 大 ( 直 列 共 振 ) 0 0 ( 直 列 共 振 になっているという) In ISn=0 ICn=In コンデンサ 回 路 が 直 列 共 振 の 状 態 であり 拡 大 はしない が 発 生 した 高 調 波 はすべて コンデンサ 回 路 に 吸 収 され る フィルタとしての 用 途 以 外 では 避 けねばならない コンデンサ 回 路 側 電 流 が 拡 大 される 耐 量 を 超 える 場 合 は 過 負 荷 となるため 避 けね ばならない コンデンサ 回 路 と 電 源 とが 並 列 共 振 の 状 態 になっており 拡 大 ( 容 量 性 になっているという) 各 電 流 ともに 極 端 に 拡 大 さ れるため 絶 対 に 避 けねばな らない 電 源 側 電 流 が 拡 大 される 電 源 ( 母 線 ) 電 圧 のひずみも 2 増 大 するため 避 けねばなら ない 47

49 付 録 4. 用 語 の 解 説 用 語 の 解 説 1. 高 調 波 環 境 目 標 レベル 我 が 国 の 電 力 系 統 における 高 調 波 発 生 許 容 レベルであり 総 合 電 圧 ひずみ 率 が 6.6kV 配 電 系 統 で 5% 特 別 高 圧 系 統 で 3% 電 力 利 用 基 盤 強 化 懇 談 会 ( 昭 和 62 年 度 : 資 源 エネルギー 庁 長 官 の 私 的 懇 談 会 )に おいて 電 力 系 統 における 高 調 波 電 圧 のひずみ 率 と 高 調 波 障 害 発 生 の 関 係 や 諸 外 国 の 事 例 を 考 慮 して 提 言 された 値 2. 電 力 系 統 電 力 会 社 の 送 配 電 系 統 をいい 需 要 家 構 内 の 送 配 電 設 備 は 含 まない 3. 高 圧 系 統 600V を 超 え 7000V 以 下 の 電 力 系 統 一 般 的 に 6.6kV 配 電 系 統 をいう 4. 特 別 高 圧 系 統 7000V を 超 える 電 力 系 統 5. 基 本 波 電 力 系 統 の 周 波 数 50Hz 又 は 60Hz の 正 弦 波 6. 高 調 波 基 本 波 に 対 して 2 倍 以 上 の 整 数 倍 の 周 波 数 を 持 つ 正 弦 波 一 般 的 に 第 40 次 以 下 とする 48

50 7. ひずみ 波 正 弦 波 でない 波 形 基 本 波 第 5 次 高 調 波 ひずみ 波 の 関 係 を 付 図 4 1 に 示 す 付 図 4-1 第 5 次 高 調 波 を 含 む 波 形 8. 高 調 波 次 数 高 調 波 の 周 波 数 の 基 本 波 周 波 数 に 対 する 比 によって 与 えられる 整 数 例 えば 基 本 波 周 波 数 の 5 倍 の 周 波 数 の 高 調 波 を 第 5 次 高 調 波 という 9. 定 格 運 転 状 態 定 格 で 運 転 している 状 態 であり 過 負 荷 で 運 転 している 状 態 を 含 まない 10. 基 本 波 入 力 電 流 機 器 の 定 格 運 転 状 態 における 入 力 電 流 であって 高 調 波 を 含 まない 基 本 波 電 流 のみ の 実 効 値 11. 定 格 入 力 電 流 機 器 の 定 格 運 転 状 態 における 入 力 電 流 であって 高 調 波 を 含 む 電 流 の 実 効 値 12. 基 本 波 入 力 容 量 機 器 の 定 格 運 転 状 態 における 入 力 側 の 容 量 であって 高 調 波 を 含 まない 基 本 波 の みの 容 量 13. 定 格 入 力 容 量 機 器 の 定 格 運 転 状 態 における 入 力 側 の 容 量 であって 高 調 波 を 含 む 容 量 49

51 14. 総 合 電 圧 ひずみ 率 基 本 波 成 分 実 効 値 に 対 する 高 調 波 全 成 分 実 効 値 の 割 合 100 % (1) : 第 次 高 調 波 電 圧 の 実 効 値 : 基 本 波 電 圧 の 実 効 値 15. 高 調 波 含 有 率 ある 次 数 の 高 調 波 成 分 実 効 値 の 基 本 波 成 分 実 効 値 に 対 する 割 合 100 % または 100 % (2) なお 前 者 は ガイドライン 附 属 書 に 高 調 波 電 流 発 生 量 [%] と 記 載 されている 16. 高 調 波 フィルタ 高 調 波 電 流 を 吸 収 又 は 相 殺 する 装 置 で 吸 収 するものを LC( 受 動 )フィルタ 相 殺 するものをアクティブ( 能 動 )フィルタという 17. 進 相 コンデンサ 需 要 家 において 誘 導 電 動 機 等 の 使 用 により 発 生 する 遅 相 無 効 電 力 を 補 償 して 力 率 を 改 善 するための 電 力 用 コンデンサ 18. 直 列 リアクトル 進 相 コンデンサに 直 列 に 接 続 されるリアクトル 直 列 リアクトルは 高 調 波 に 対 して 進 相 コンデンサ 設 備 の 回 路 を 誘 導 性 にし 高 調 波 流 出 電 流 の 増 加 を 防 止 するほか コンデンサ 投 入 時 の 突 入 電 流 や 異 常 電 圧 発 生 を 抑 制 するためのものである JIS C (2010) 高 圧 及 び 特 別 高 圧 進 相 コンデンサ 並 びに 附 属 機 器 - 第 2 部 : 直 列 リアクトル では 進 相 コンデンサ 容 量 の 6%を 標 準 と している 50

52 19. パルス 数 他 励 変 換 装 置 において 交 流 電 圧 の 1 サイクル 内 に 同 時 に 生 じることはない 転 流 の 数 実 際 には 交 流 電 圧 の 1 サイクル 内 に 生 じる 直 流 電 圧 のリプルの 数 に 等 しい 20. 6パルス 変 換 装 置 パルス 数 が 6 の 電 力 変 換 装 置 付 図 パルス 変 換 装 置 パルス 変 換 装 置 パルス 数 が 12 の 電 力 変 換 装 置 22. 等 価 12 パルス 方 式 Y-Δ 結 線 の 三 相 ブリッジ 接 続 と Y-Y 結 線 の 三 相 ブリッジ 接 続 の 同 一 容 量 の 組 み 合 せを 電 力 系 統 側 から 見 た 時 高 調 波 電 流 に 対 して 12 パルス 変 換 装 置 と 同 じ 特 性 を 持 つ 組 み 合 せの 方 式 パルス 効 果 Y-Δ 結 線 の 三 相 ブリッジ 接 続 と Y-Y 結 線 の 三 相 ブリッジ 接 続 が 同 一 容 量 ではないが その 一 部 の 容 量 に 等 価 12 パルス 方 式 と 同 様 の 高 調 波 抑 制 効 果 があるもの 24. 多 パルス 化 高 調 波 発 生 電 流 を 抑 制 するために 電 力 変 換 装 置 のパルス 数 を 多 くすること 51

53 25. インピーダンスマップ 電 力 系 統 および 需 要 家 構 内 の 配 線 機 器 のインピーダンス 分 布 を 示 した 図 需 要 家 構 内 で 発 生 した 高 調 波 電 流 の 分 流 計 算 に 使 用 する 26. ビル 主 たる 使 用 機 器 が 空 調 や 照 明 等 である 事 務 所 ホテル 店 舗 学 校 病 院 等 の 建 物 27. ビル 設 備 ビルに 設 置 する 機 器 28. 等 価 容 量 ガイドライン 適 合 判 定 の 簡 易 判 定 に 用 いる 値 需 要 家 が 有 する 高 調 波 発 生 機 器 ( 設 置 予 定 のものを 含 む)の 容 量 を 6 パルス 変 換 装 置 容 量 に 換 算 し これを 総 和 したもの 29. 等 価 容 量 の 限 度 値 等 価 容 量 によるガイドライン 適 合 判 定 の 基 準 値 であり 高 調 波 流 出 電 流 が 上 限 値 以 下 と 見 なせる 等 価 容 量 の 値 30. 換 算 係 数 高 調 波 発 生 機 器 からの 高 調 波 発 生 度 合 いを 示 した 値 ( 高 調 波 発 生 機 器 の 回 路 種 別 毎 の 値 ) 高 調 波 発 生 機 器 から 発 生 する 高 調 波 電 流 がそのまま 電 力 系 統 に 流 出 するものとし かつ 電 力 系 統 インピーダンスを 純 リアクタンスとした 場 合 において 6 パルス 変 換 装 置 から 発 生 する 高 調 波 電 流 によって 生 じる 総 合 電 圧 ひずみ 率 を 1 とした 時 に 当 該 機 器 から 発 生 する 高 調 波 電 流 によって 生 じる 総 合 電 圧 ひずみ 率 の 割 合 をいう 31. 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 高 調 波 流 出 電 流 ( 需 要 家 の 受 電 点 においてその 需 要 家 から 電 力 系 統 に 流 出 する 高 調 波 電 流 )によるガイドライン 適 合 判 定 の 基 準 値 52

54 32. 契 約 電 力 相 当 値 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 を 算 出 するため 契 約 電 力 相 当 値 1kW 当 たりの 高 調 波 流 出 電 流 の 上 限 値 [ma/kw] に 乗 じる 値 33. 高 調 波 発 生 機 器 の 最 大 稼 働 率 高 調 波 発 生 機 器 の 総 設 備 容 量 に 対 する 高 調 波 発 生 機 器 の 最 大 稼 働 容 量 の 割 合 ここで 高 調 波 発 生 機 器 の 最 大 稼 働 容 量 とは 連 続 30 分 間 の 平 均 稼 働 容 量 が 年 間 で 最 大 となる 値 をいう 34. ビルの 規 模 による 補 正 率 需 要 家 がビルである 場 合 ビルの 規 模 が 大 きくなり 高 調 波 発 生 機 器 の 稼 働 台 数 が 多 くなると 稼 働 時 間 帯 のばらつきや 電 流 位 相 ( 力 率 )の 違 いなどにより 需 要 家 全 体 と しての 最 大 稼 働 率 が 小 さくなるため 高 調 波 流 出 電 流 の 値 を 補 正 するための 係 数 35. 低 減 係 数 ガイドライン 適 合 判 定 に 用 いる 等 価 容 量 や 高 調 波 流 出 電 流 に 直 列 リアクトル 付 進 相 コンデンサへの 分 流 や 流 入 による 高 調 波 流 出 電 流 の 低 減 効 果 を 反 映 するため の 係 数 53

55 高調波対策のご提案 付録５ 高圧進相コンデンサの JIS 規格改正 54

56 55

57 付 録 6 高 調 波 による 事 故 例 の 新 聞 切 抜 56