INSS JOURNAL,Vol.17(2010),pp231-246

231

米国原子力発電所の電気過渡応答解析プログラムの活用状況とその性能の調査
Investigation of Practical Use Situation and Performance for Electric Transient
Analysis Programs in the U.S. Nuclear Power Plants
嶋田

善夫（Yoshio Shimada)＊ 1

要約 本研究の目的は，海外トラブル等の情報分析から良好事例として抽出された米国の原子力発電所における電気過渡応答解析プログラムの活用状況を調査し，国内原子力発電所で実施する場合に，使用が望ましい電気過渡応答解析プログラムを選定し，その活用を促進することである．また，この技術の国内原子力発電所への普及を図ることを目的として，選定した電気過渡応答解析プログ
ラムを使用して，国内原子力発電所の非常用ディーゼル発電機（EDG）の負荷投入シーケンス試験の過渡応答をシミュレーションした結果と実機試験データを比較し，シミュレーションの精度を検証した．その結果は，以下の通りである．（1）米国の原子力発電所では，電気過渡応答解析プログ
ラム（ETAP，EMTP 等）によるシミュレーションが広く行われ，安全性の向上に寄与していることがわかった．（2）国内原子力発電所の EDG の負荷シーケンス試験時の発電機の有効電力，電流，
電圧および周波数の過渡応答について，シミュレーション結果と実機試験データを比較した結果，精度の高いシミュレーションの可能なことが検証できた．
キーワード

電気過渡応答解析プログラム，ETAP，EMTP，非常用ディーゼル発電機，EDG，シミュレーシ
ョン，原子力発電所，安全性，実機試験データ

Abstract
The purposes of the present study are firstly to investigate the status of practicaluse of electric transient analysis programs used in U. S. nuclear power plants, which has been
extracted as good examples from the information analysis of overseas troubles, and secondly to
select a program to be recommended for use in implementing electric transient analysis in domestic
nuclear power plants. In addition, to promote its practical use, a selected electric transient analysis
program was tested by simulating the transient response during a load sequence test of an
emergency diesel generator (EDG) in a domestic representative nuclear power plant to evaluate its
simulation accuracy by comparing its result with the measured plant data. The results obtained are
as follows:(1) In U.S. nuclear power plants, simulations using electric transient analysis programs, such as
ETAP, EMPT, etc., are widely performed, which contributed to improve the plant safety. (2) A
selected transient analysis program EMTP was verified in its accuracy in terms of transient
response of active power, current, voltage and frequency of the EDG during the load sequence test
in a domestic representative nuclear power plant.
Keywords

electric transient analysis programs, ETAP, EMTP, emergency diesel generator, EDG,
simulation, nuclear power plant, safety, measured plant data

1. 調査目的

ける電気過渡応答解析プログラムの活用状況を調査し，国内原子力発電所での使用が望ましいプログラ

海外トラブル等の情報分析から抽出した良好事例

ムを選定し，電気過渡応答解析プログラムの活用をとして，多くの米国の原子力発電所では，電源系統促進することである．また，選定した電気過渡応答の設計検証，不具合原因の究明などに電気過渡応答

解析プログラムを使用して，国内原子力発電所の非解析プログラムを活用していることがわかった．

常用ディーゼル発電機（EDG）の負荷投入シーケン

そこで本調査の目的は，米国の原子力発電所にお＊1(株)原子力安全システム研究所

技術システム研究所

ス試験の過渡応答をシミュレーションした結果と実232

機試験データを比較し，シミュレーションの精度を

電気過渡応答解析プログラムの種類毎の件数は，検証し，この技術の国内原子力発電所への普及を図ETAP，EMTP，EDG メーカーのソフト，Simulink

ることである．

(4)，Mat-Lab (5)，EDSA (6)，PTW32 (7) が，それぞれ

7 （24％）， 4 （14％）， 7 （24％）， 1 （3.4％）
，1

2.

調査方法

（3.4％），1（3.4％），1（3.4％）で あ る．ETAP，
EMTP，EDG メーカのソフトが，多く利用されていNRC の公開文書（事業者事象報告書（LER），検ることがわかった．

査報告書（Inspection Report））による文献調査および米国原子力発電所に依頼してアンケート調査を実施した．

また，電気過渡応答解析プログラムを選定した理由の例を以下に示す．
① ETAP は 10CFR50 Appendix B などで要求され

3.

調査結果

る品質保証要件に適合している，顧客サポートがよい，潮流計算が可能，業界で最も多く使用

3.1 NRC の公開文書による調査結果されている，一つのソフトに統合するため．
② PTW32 は過去から既に使用している．

調査は，名前がわかっている電気過渡応答解析プ
ログラム（EMTP (1)(2)，ETAP (3) など）の名称で，③ Mat-Lab は使い慣れている．
④ EMTP は，使用が難しいソフトウェアである

英文の全文検索により抽出し，最終的に 5 件の事例について調査した．調査結果は，表 1 に示す．

が，非常に正確である．
⑤ EDSA を選択した理由は，EDSA と ETAP を

電気過渡応答解析プログラムの種類毎の件数は，比較して類似のプログラムであり，明確な利点

ETAP，EMTP が，それぞれ 3 件，2 件であった．

は見出せなかったこと，既に EDSA を使用してシミュレーションによる解析を実施した電源系統

いた．

は，非常用所内電源系，所内電源系および送受電系が，それぞれ 3 件，1 件，1 件であり，非常用所内電源系の設計検証のために，シミュレーションが多く使用されている．
シミュレーションによる解析を発電所自ら実施している件数は 1 件であり，残り 4 件は不明である．
シミュレーションによる解析の目的は，設計検証，
機器の不具合が安全機能に与える影響の検証，推定シミュレーションの実施理由は，以下の通りである．
① EDG の負荷投入シーケンス中の電圧および周波数の過渡応答が，NRC の定めた設計基準内(8)であることの検証② EDG の負荷投入シーケンス中の電圧の過渡応
答が低電圧リレーを動作させないことの検証した機器の故障原因の検証，機器の故障原因の究明，③ EDG の高出力の負荷変更時の設計検証

大容量負荷起動時の母線電圧降下の確認，EDG の周④ 外部電源喪失／冷却材喪失機能試験で検証でき

波数，電圧の初期値が技術仕様書の許容範囲で変動した場合の影響評価である．

ない EDG の機能を検証⑤ 要求時間内に電動機が起動できることの検証⑥ ドループ(9)を持つ EDG（EDG の周波数が低下

3.2 米国原子力発電所のアンケート調査
結果した場合）が，事故解析要件に適合するかどうかの検証⑦ EDG の負荷に対する余裕の検証

電気過渡応答解析プログラムによる EDG の過渡解析の実施状況について，米国 65 の原子力発電所に⑧ 直流電源系の解析⑨ ガバナーの設計変更時の検証

アンケートを依頼し，55 の原子力発電所から回答を得た．調査結果の一例を表 2 に示す．
電気過渡応答解析プログラムによる EDG の過渡解析を既に実施している，または計画している発電所は，29（53％）であった．

さらに，23（79％）の発電所が，EDG の電圧および周波数の過渡応答に係る解析をシミュレーション
により実施している．

解析目的

解析系統
非常用所内
電源系

オリジナルの交流電源系統の解析が最も厳しい条件を仮定していなかったことから，外部送電系統の電圧が低下した条件で大 LOCAが発生した場合に，一部の 480V
安全系負荷が正常に機能しない可能性が判明，変圧器タップおよび不足電圧保護リレーの設定値変更（LER_50-346/03-007_00）

NRC の総合検査において，非常用ディーゼル発電機の負荷投入時における Tech. Spec. 許容下限
値での周波数変動の影響について説明できず，NRC が引用されない 違 反 を 発 行（INTEGRATEDINSPECTION REPORT 05000482/2008004）

Wolf
Creek

所内変圧器給電遮断器のトリップに起因するタービン動原子炉給水
ポンプトリップに伴う原子炉水位の低下による，原子炉手動スクラ
ム（LER_50-46l/03-003-00，
LER_50-461/03-003-01）

非常用ディーゼル発電機の負荷投入時における Tech. Spec. 許容上限および下限値での周波数および電圧変動の影響をシミュレーシ
ョンする．

発電所の種々の運転状態および設計基準事故時の所内母線の潮流お
よび電圧降下をシミュレーション
により確認した．

ヒーターの地絡によりヒーター遮断器がトリップする前に上流の変圧器遮断器がトリップした原因を究明するためにシミュレーションを実施した．

不明

非常用所内
電源系

発電所

非常用所内 不明
電源系

所内電源系

不明

解析者
不明

NRC の公開文書による調査結果

許容基準に合致しないディーゼル EDG 負荷投入シーケンサのタイ
発電機シーケンサの AGASTAT マー設定値が，技術仕様書の許容
タイマ（LER_50-364/92-009-00） 基準から逸脱していたため，発見されたタイマー逸脱の範囲で，
EDG が正常に機能したことを確認するために負荷投入シーケンス
中の過渡事象をシミュレーション
した．
無効電力調整コンデンサー故障に 特高開閉所のサージアレスターの 送受電系
伴うタービントリップ/原子炉ス 故障原因が，遮断器の開閉によるクラム（LER_50-353/99-006-0l） 高周波の過渡現象であると推定した事象シーケンスをシミュレーシ
ョンにより確認した．

事象件名

Davis
Besse

Clinton 1

Limerick 2

プラント
JosephM. Farley 2

表1

ETAP

EMTP

結果は不明．

ETAP

Integrated Inspection

―

―

―

プログラム 関連する NRC の検査
EMTPElectrical distribution
system functional inspection（EDSFI）

シミュレーションにより外 ETAP
部送電系統の電圧が低下した条件で大 LOCA が発生した場合に，一部の 480V
安全系負荷が正常に機能しない可能性を確認した．

ヒーターの地絡により変圧器遮断器がトリップするのに十分な事故電流が流れることおよび，遮断器の過負荷トリップ曲線と変圧器地絡保護リレーの動作曲線が接近しすぎていたことが確認できた．

推定したンーケンス通り

解析結果
EDG の機能に問題なし

233

234

表2

米国原子力発電所の EDG 過渡解析の実施状況のアンケート調査結果（一例）

発電所

EDG 過 渡 解 析
実施の有無（計画がある場合は
有）

A

有

ETAP

計 算 は 1991 年 に NRC の CDBI 検 査 に 対 応 す る た め に 実 施 さ れ た．
ETAP を選択する前に，いくつかのソフトウェアパッケージが調査された．ETAP はもっとも良い顧客サポートを提供したので選択した．

B

有

EMTP

C

有

Mat-Lab

発電所は，SG9 によって認可された．発電所の従業員によって維持されている EMTP により最大負荷およびシーケンス投入の影響を確認した．
要求時間内に電動機を加速するための十分な電力を EDG が供給できることを検証するために，10 年前に手計算が実施された．安全関連でない計算としてドループを持つ EDG（EDG の周波数が低下した場合）が，事故解析要件に適合するかどうか検証するために 2006 年に Mat-Lab を用いた解析をおこなった．

D有SKM systems の
PTW32

E

有

F

有

Mat-Labsimulink(現在)ETAP(更新
予定)
EDG メーカのソフト
SimulinkG

有PSS/E(過去)
EDSA(現在)

H

有

EDG メーカ
のソフト

3.3

プログラム

解析実施理由および追加情報

計算は発電所で開発され維持されている．Dapper/Captor/Afault などのSKM 社のソフトウェアを利用した計算を，発電所が既に実施していたた
め，SKM 社のソフトウェアを選択した．現在，ETAP を使用していないが，将来使用することを検討している．動的負荷解析は，プラント停止
中の指摘事項に対応するために開発された．EDG の出力が，負荷に対して余裕があることおよび，EDG の能力を検証するために計算を実施した．
発電所内の検討中に，SG9 の要件への適合性検証が不十分との疑問が提起された．メーカーが使い慣れたソフトウェアを使用した．

発電所は，メーカーが権利を有するソフトウェアを使用し，Sargent &Lundy によって開発された EDG の動的モデルを所有している．また，2301A ガバナーに更新したときに，Simulink を使用した動的モデルを開発した．ETAP へ移植できるので，Simulink を使用している．Simulinkを使用した動的モデルは，プラントメーカで検証されたが，DC Cook の所有者による再評価は完了していない．
計算は，発電所によって実施された．1980 年代中頃の規制に対応するためであったと考えられる．送電部門が最初に PSS/E を購入したので使用した．（我々は，送電・配電・計画部門の一部であった．）発電所は，後に Class 1E の 125VDC 系統のモデルを開発するために，EDSA を購入した．その後，発電所はソフトウェアプログラムの数を減らした．ESDAは 品 質 保 証 計 画 を 持 っ て い た が，PSS/E は 持 っ て い な か っ た の で，
EDSA を選択した．発電所は，EDSA と ETAP を比較し類似のプログラムであり，明確な利点は見出せなかったこと，既に EDSA を使用していたことから EDSA を選択した．
メーカーの技術者が開発したソフトウェアを使用し，過渡解析計算は行われた．

使用が望ましいプログラムの選定所で使用されているが，かなり高価なソフトウェアである．

INSS は，以下の理由により，電気過渡応答解析
プログラムとして EMTP を選択した．

② 一方，EMTP は，米国政府機関が開発し，無償で公開されているため，世界で最も広く利用① ETAP は，NRC の品質保証規則への適合性，されている．使用が難しいというアンケート結

ソフトウェアメーカーのサポートがよいなどか果もあるが，現在では，使いやすい GUI（グラら，アンケートの調査結果により，24％の発電

フィカルユーザーインターフェース）が開発さ

235

れており，ETAP と比較しても使いやすくなっていると考える．

一方，国内の原子力発電所においては，電気事故の解析のためにシミュレーションも部分的に利用さ③ さらに，ETAP は使いやすさを優先しすぎておれているが，非常用電源系統全体をモデル化して，り，ユーザーからブラックボックスになってい

EDG の過渡応答を評価することは，まだ行われている部分が多く，シミュレーション結果の検証がない．

困難なように思える．
④ ETAP の使用率が高いこともあろうが，不具合

4.2

シミュレーション実施の目的の報告があるのは，ETAP だけである．
⑤ EMTP は，NRC の品質保証規則への適合性は，

電磁過渡プログラム（EMTP）を活用して，実際担保されていないが，日本国内で利用する場合に国内原子力発電所の EDG の負荷投入シーケンス

は，日本国内の基準に従うことになるので，の過渡応答をシミュレーションして精度を検証し，ETAP と比較して不利にはならない．一般的

この技術の国内原子力発電所への普及を図る．

に，シミュレーションの利用に当っては，シミュレーション結果と実機の試験データを比較検4.3

証する，理論的な検証を行うなどにより，シミ

従来の手法とシミュレーションの比較ュレーションの品質保証は可能である．
従来の手法による電圧降下の評価は，負荷の起動
また，米国では，電気過渡応答解析プログラムに電流，変圧器のインピーダンス，発電機のインピーよるシミュレーションが，規則で義務付けられていダンス，ケーブルのインピーダンスから表計算ソフ

ないにもかかわらず事業者が積極的に取り組む理由

トで電圧降下を評価しているため，正確な過渡応答

は，以下のことが考えられる．

は評価できない．また，周波数は，別途計算した方① 実機試験などの方法で設計検証を行うことと比形波形状に単純化した負荷が，エンジンの軸に加わ較して，コストが低く，短時間で多くのデータ

ったと仮定して，コンピューターシミュレーションを得られる．

により評価しているので，正確な過渡応答は評価で② シミュレーションは，機器にストレスを与えない．

きない．
一方，電気過渡応答解析プログラムによるシミュ③ NRC の品質保証規則に合致したプログラムにレーションは，発電機，ポンプ，ファンの電気系，よるシミュレーション結果は，NRC の承認が比機械系を包括した実機等価解析モデルを作成し，電較的容易に得られる．
（ETAP が多く使用され気系の過渡応答（電流，電圧，周波数），機械系の過ている理由でもある）

渡応答（回転数，トルク）を包括してシミュレーシ
ョンできる．したがって，ディーゼル発電機および4. 国内原子力発電所の EDG のシミュレーション

負荷（ポンプ，ファン，ヒータ）の実機で発生する

4.1 シミュレーション実施の背景

4.4

過渡応答が，パソコン上でそのまま再現できる．

電磁過渡プログラム（EMTP）の概
要

3 章の米国の原子力発電所の調査結果から，米国
では EDG の負荷投入シーケンス中の電圧および周シミュレーションに使用した EMTP は，1966 年

波数の過渡応答が，NRC の定めた設計基準内にあるから米国エネルギー省のボンネビル電力庁（BPA）

ことの検証，過渡応答中に低電圧リレーが動作しながスポンサーとなって，Dommel 博士を中心に開発

いことの検証などに，シミュレーションを積極的にが開始された．1980 年代前半まで様々な改良が実施

利用している．

された．米国政府の公開原則により公開されていた

また，コンピューターのハードウェアおよびソフため，世界中で広く利用され，電気／電子回路の定

トウェアの進歩により，低コストで精度の高いシミ

常および過渡解析の標準プログラムとなっている．

ュレーションを短時間で行える．

また，図 1 に示すグラフィカルユーザーインター

236

図1

グラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）プログラム（ATPdraw）

フェイス（GUI）プログラム（ATPdraw (10)）は，ンス，抵抗，時定数，慣性モーメントなどを入力しBPA が ス ポ ン サ ー と な っ て，Hans Kristianた．

Høidalen 他によって開発され，発電機，電動機など

図 4 は，EDG の回転数制御を行うための Wood-に対応するアイコンを単線結線図のとおり配置して

ward 社の UG-40 ダイアル型ガバナーの概略機構説

接続し，それぞれのアイコンを開いて回路定数を入明図および伝達関数のブロック図である．

力することで解析モデルの作成が容易にできる．赤図 5 は，EDG の電圧制御を行うための単線結線図

丸で囲ったアイコンは，発電機，電動機など，今回

お よ び IEEE Std 421.5-2005 の Type ST2A-Com-のシミュレーションの中で多用したものである．

pound-source rectifier 励磁器の伝達関数のブロック
図である．

4.5

非常用電源系統のモデル化

図 6 は，電動機のアイコンを示し，アイコンを開いて電動機の極数，リアクタンス，抵抗などを入力

図 2 は，シミュレーションを実施するために構築した非常用電源系統の概略実機等価解析モデルである．負荷は，誘導電動機で駆動されるポンプ 5 台をした．
図 7 は，ポンプ，ファンなどの機械負荷を等価な電気回路としてモデル化したものである．

接続して，順次起動することを示しているが，実際

抵抗，コンデンサー，電流源に流れる電流（A）のシミュレーションモデルは，18 台のポンプ，ファが，電動機の軸トルク（N・m）に対応し，それぞンに加えてヒータ，一定力率の負荷が接続されていれ の 素 子 の 対 地 電 圧（V）が，電 動 機 の 角 速 度

る．発電機の電圧は，励磁器/AVR により 6900V に（rad/s）に対応する．流体と配管表面などとの摩擦制御される．周波数は，2％のドループのあるガバナ

力は，流速の約二乗に比例し，電動機から見ると軸ー に よ り，61.2Hz（無 負 荷）〜60Hz（全 負 荷）にトルクとして作用するので，その軸トルクは，角速制御される．

度の約二乗に比例する．したがって，電圧（角速度

図 3 は，同期発電機のアイコンを示し，アイコンを開いて発電機の電圧，極数，皮相電力，リアクタに対応）の二乗に比例する電流源（トルクに対応）としてモデル化した．

237

電動機，ポンプ，ファンの慣性モーメントないしは，流体の質量を電動機の軸から見た慣性モーメン
ト，トルクおよび角速度の間には，
T ＝ J × d ω /dtと実機試験データの起動時間が一致するように静電容量を調整する．
軸受の粘性摩擦係数，トルクおよび角速度は，
T ＝ D ×ω

T：トルク，J：慣性モーメント，ω：角速度，
t：時間

T：トルク，D：粘性摩擦係数，ω：角速度の関係があり，数式の形状が，の関係があり，数式の形状が，I ＝ 1/R × V

I ＝ C × dV/dt

I：電流，R：抵抗，V：電圧

I：電流，C：静電容量，V：電圧，t：時間と同じなので，慣性モーメントは，静電容量としてと同じなので，粘性摩擦係数は，抵抗の逆数としてモデル化できる．

モデル化できる．電動機，ポンプ，ファンの慣性モーメントは，建設図書，メーカーから入手した．
また，流体の質量を電動機の軸から見た慣性モー
メント J は，
1/2 × m × v2 ＝ 1/2 × J × ω2
m：配管内の流体の質量，v：配管内の流体の平均流速，J：流体の質量を電動機の軸から見た
慣性モーメント，ω：電動機の軸の角速度により算出できる．
あるいは，実機試験データが入手できる場合は，シミュレーションによるポンプ，ファンの起動時間

図 2 非常用電源系統の概略実機等価解析モデル

238

図3

図4

同期発電機のアイコン

Woodward 社の UG-40 ダイアル型ガバナー

239

IEEE Std 421.5TM-2005, IEEE Recommended Practice for Excitation System
Models for Power System Stability Studies
CopyrightⒸIEEE Std 421.5TM-2005. All right reserved.

図5

IEEE Std 421.5-2005 の Type ST2A-Compound-source rectifier 励磁器

図6電動機のアイコン

240

図7

4.6

ポンプ，ファンなどの機械負荷の等価電気回路

入力データ

表 3 は，シミュレーションに必要な入力データの種類，参考情報をまとめた．
また，発電機定数については，入手できないデー
タを他のデータから算出できる場合も有る．発電機
定数の関係式は，参考文献(11)に詳細に説明されている．これらの関係式は，データの検証にも有効であ
る．

241

表 3 シミュレーションに必要な主な入力データ
機器
非常用ディーゼル発電機

入力データ

参考情報

端子電圧＝ Volt
周波数＝ Freq
位相角＝ Angle
極数＝ Poles
定格皮相電力＝ RMVA
相互インダクタンス＝ AGLINE
電機子抵抗＝ RA
電機子漏れリアクタンス（飽和値)＝ XL
直軸同期リアクタンス（飽和値)＝ Xd
横軸同期リアクタンス（飽和値)＝ Xq
直軸過渡リアクタンス（飽和値)＝ Xdʼ
横軸過渡リアクタンス（飽和値)＝ Xqʼ
直軸初期過渡リアクタンス（飽和値)＝ Xdʼʼ横軸初期過渡リアクタンス（飽和値)＝ Xqʼʼ
直軸過渡時定数（短絡時)＝ Tdoʼ
横軸過渡時定数（短絡時)＝ Tqoʼ
直軸初期過渡時定数（短絡時)＝ Tdoʼʼ
横軸初期過渡時定数（短絡時)＝ Tqoʼʼ
零相リアクタンス＝ Xo
中性点接地インピーダンスの実部＝ RN
中性点接地インピーダンスの虚部＝ XN
Canay の特性リアクタンス＝ XCAN
発電機の慣性モーメント＝ HICOG
エンジンの慣性モーメント＝ HICOE
はずみ車の慣性モーメント＝ HICOF

ガバナー
励磁器，AVR

伝達関数ブロック図
伝達関数ブロック図

ポンプ，ファン，電動機

周波数
回転子タイプ
定格出力
端子電圧

動力変圧器
ケーブル

回転数
力率
効率
全負荷時すべり
起勤電流
起動トルク
飽和開始電流定格出力時の負荷トルク
電動機慣性モーメント
ポンプ，ファン慣性モーメント
流体の軸換算慣性モーメント
変圧比
漏れインピーダンス
抵抗
インダクタンス

発電機の飽和を考慮する場合は「不飽和値」を，考慮しない場
合は「飽和値」を使用

電機子漏れリアクタンスの値を使用

Woodward 社に作成を委託
・IEEE Std 421.5-2005 の Type
ST2A-Compound-source rectifier
exciter を使用
・実機試験データと比較して，定数を調整



左記の電動機仕様データをWINDSYN というプログラムに入力し，電動機の等価回路定数を推定

標準的な値（2pu）を使用

実機試験データにより調整

ケ ー ブ ル 長，ケ ー ブ ル 仕 様 か ら 抵
抗，インダクタンスタを算出

242

5.

シミュレーションの結果
図 8〜図 11 は，国内原子力発電所の EDG の負荷投入シーケンス試験時の有効電力，電流，電圧，および周波数の過渡応答について，シミュレーション
結果と定期点検時の実機試験データを比較したグラ
フであり，精度の高いシミュレーションの可能なことが検証できた．周波数については，実機のガバナーの特性と設計条件を元にガバナーメーカーが作成した標準的なガバナー伝達関数モデルの特性との間に若干の差異があると推定される．電圧の過渡応答については，シミュレーション結果のオーバーシュ
ートが少し大きいが，これは，実機試験データ取得
装置に，急激な変化を抑制するフィルタが有り，その影響と考えられる．

図 8 有効電力のシミュレーション結果と実機試験データの比較

243

図9

電流のシミュレーション結果と実機試験データの比較

図 10電圧のシミュレーション結果と実機試験データの比較

244

図 11 周波数のシミュレーション結果と実機試験データの比較

図 12 は，界磁電圧および界磁電流のシミュレーシ

分の軸トルクおよびそれらの合計の軸トルクの過渡ョン結果である．EDG の出力電圧は，図 5 の励磁器

応答をシミュレーションした結果である．この結果のモデルで界磁電圧を制御することにより，一定電は，図 7 のポンプ，ファンなどの機械負荷の等価電圧となるように制御しており，重要な変数であるの気回路からの出力であり重要な変数であるので示しで結果を示した．EDG の工場試験成績書によると，た．また，誘導電動機の起動シミュレーションにつ

75％出力，力率 80％において界磁電圧，界磁電流

いては，多数の報告があり，それらと比較してこのは，176（V），208（A）で あ る．ま た，図 12 の 70

シミュレーションの結果は妥当である．

秒〜80 秒の区間は，70％出力，力率 85％，において界磁電圧，界磁電流は，163（V），190（A）である
ことから，妥当なシミュレーションの結果である．
図 13 は，EDG の機関出力，発電機出力のシミュ
レーション結果である．EDG の周波数は，図 4 のガ
バナーのモデルで機関出力を制御することにより，一定周波数になるよう制御しており，重要な変数であるので結果を示した．発電機出力については，図8 により実機試験データとよく一致することが確認できており，発電機出力に対して機関出力は，妥当なシミュレーションの結果である．
図 14 は，負荷の中で最も出力の大きい高圧注入ポ
ンプの起動時の角速度，軸受の摩擦分の軸トルク，
流体と配管壁面などとの摩擦分の軸トルク，慣性モーメント（ポンプ慣性モーメント＋電動機慣性モー
メント＋流体の質量を軸換算した慣性モーメント）

245

図 12 界磁電圧，界磁電流のシミュレーション結果

図 13機関出力，発電機出力のシミュレーション結果

246

図 14

高圧注入ポンプの起動時の角速度および軸トルクのシミュレーション結果

works.co.jp/

6.

まとめ

(５) Mat-Lab 開 発 メ ー カ ー，http: //www.mathworks.co.jp/(1)米国の原子力発電所では，電気過渡応答解析プロ(６) EDSA 開発メーカー，http://www.edsa.com/

グラム（ETAP，EMTP 等）によるシミュレーシ(７) PTW32 開発メーカー，http://www.skm.com/

ョンが広く行われ，安全性の向上に寄与している．

(８) NRC Regulatory Guide 1.9, Application and(2)国内国内原子力発電所の非常用ディーゼル発電機

Testing of Safety-Related Diesel Generators inの負荷投入シーケンス試験時の発電機の有効電力，

Nuclear Power Plants, USNRC (2007).

電流，電圧および周波数の過渡応答について，シ(９) Woodward 社 の 解 説，http: //www.wood-

ミュレーション結果と実機試験データを比較した
結果，精度の高いシミュレーションの可能なことが，検証できた．

ward.com/corp/locations/japan/gov_
basic1.htm(10) László Prikler,Hans Kristian Høidalen, ATPD
RAW version 5.6 for Windows 9x/NT/2000/

文献

XP/Vista Usersʼ Manual, 2009(11) Jan Machowski, Janusz W. Bialek, James R.

(１) Hermann W. Dommel, EMTP Theory Book,
BPA, 1986.
(２) Meyer, W. S., et al Editors EMTP Rule
Book Portland, Oregon, Revised 1992.
Bonneville Power Administration, System
Engineering, 1980.
(３) ETAP 開発メーカー，http://www.etap.com/(４) Simulink 開 発 メ ー カ ー，http: //www.math-

Bumby, Second Edition POWER SYSTEM
DYNAMICS Stability and Control, John
Wiley & Sons, Ltd. (2008)