巻頭言

電力・エネルギー環境のパラダイムシフトに対するスマートグリッド，EMS，IoT技術

岩本 伸一＊

Shinichi Iwamoto

スマートグリッドと言う言葉が出現してから，既に数年が経過した。当初は，何をするのか曖昧なイメージが強かった。その後，わが国においては，東日本大震災での電力不足の影響を受け，需要家側も含めた電力運用が重要になり，スマートメーターの導入加速やデマンドレスポンスの検討が進められるようになってきた。電力不足解消や CO2 排出削減のために再生可能エネル
ギーの導入などが進められたが，太陽光発電の急増により発電量の制御や配電線の電圧制御も重要な課題となっている。
一方で，電力事業のあり方も大きく変わろうとしている。震災以降一気に電力の自由化の方向に舵が切られ，2015 年 4 月には電力システム改革の第一弾である「広域的運用推進機関」が設立され，電力会社間の電力融通を推進する体制が整ってきた。さらに 2016 年には電力の小売自由化が始まる見通しであり，これまでとは全く違った新しいビジネスも立ち上がる可能性を秘めている。
電力・エネルギー業界はもとより，通信事業者，ICT 事業者，さらには家電，住宅，自動車などに至る，広範囲にわたって様々なプレーヤーが競うように参画し，新たなビジネス・サービスが展開される一方，再生可能エネルギーの大量導入や新電力の台頭により，電力・エネルギーが双方向に運用されるようになり，安定供給・持続可能性の観点では，情報通信との融合，IoT（Internet of Things）の活用などが重要になり，それらの研究開発や運用上の課題抽出・解決が今後ますます求められるであろう。
スマートグリッドで重要なのは，これまで長年扱われてきた電力の系統制御に，情報通信，
IoT と言ったディジタルによる新しい制御をいかに組合せるか，融合させるか，リアルタイム性を持たせるかであろう。
このような電力・エネルギー環境のパラダイムシフトに対して，発電や送配電，スマートメーターに至るまでのサプライサイドにおけるトータル的な電力流通インフラ製品や，デマンドサイドにおける EMS 関連製品，それらをつなぐ通信技術・M2M（Machine to Machine）と言った製品・技術をトータル的にサポートするとともに，進化を続けるべく取り組んでおられる，会社統合から2 年目に突入した株式会社東光高岳が，スマートグリッドそのものを支え，継続的な安定供給，
持続的かつ経済効率性に果たす社会的役割は大きい。また，株式会社東光高岳が得意とする
「計測」，
「伝送」，
「制御」技術は，まさにこれからの電力・エネルギーを支える要であり，それらへの永続的な貢献に大いに期待したい。

＊

早稲田大学 先進理工学部 教授

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

1

展望

電力系統出力変動対応技術研究開発事業への参画
1

はじめに

2

東日本大震災以降，我が国のエネルギー政策は根本から見直されることとなり，再生可能エネルギーに対する国民の期待はこれまでにないほどに高まっている。
天候の変化に伴い出力が変動する風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギー電源を大量に電力系統に連系す
ると，電力品質等 , 需給運用上の技術的な問題が発生する
ことが予想される。
再生可能エネルギーを最大限に活用する
ためには，天候の変化による出力変動を予測，制御するなどによって電力系統への影響を低減する必要がある。
そのためには，シミュレーションによる電力系統の安定運用に資する技術開発を行うとともに，実際の電力系統における実証を行い，需給運用面の課題を解決していくことが重要である。

2.1

研究項目
ランプ予測技術／出力制御技術

現行の予測モデルにおけるランプ予測の問題点を明確にするため，風力発電と気象のモニタリングを行うとともに，各種予測手法のアプローチにおけるベンチマークテストを実施し，ランプ現象の発生要因をパターン化し，それぞれの精度を解析する。また海外では，複数の予測モデルを使用することで予測精度を向上させていることから，気象や風況，統計などさまざまなアプローチからランプ予測モデルを開発する。開発した複数のランプ予測モデルの実証試験を行い，予測の信頼性評価・モデル改良を行うことで，実際の需給運用においても利用可能な予測精度を達成する。

東光高岳は，これらの研究開発事業を行うために国立研

各予測手法＆統合手法から得られる予測データ

究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（以下，合計発電出力各ウィンドファームの発電出力

ＮＥＤＯ）が公募した「電力系統出力変動対応技術研究開発事業」（1）（2）の委託事業者として，ＮＥＤＯより業務委託

制御シナリオの決定

契約を締結した7法人（再委託事業者を含めて14法人）とと制御もに参画し，図1に示す体制で2014年6月から2019年3月までの5年間で研究開発を推進する。
本事業においては，電力の需給運用に影響を与える風力
発電の急激な出力変動（以下，ランプ）に着目し，ランプ予測技術，風力制御技術や蓄エネルギー制御技術（以下，出力変動制御技術）を確立する。
また，再生可能エネルギーが電力系統に大量導入された 2030 年頃を見据え，余剰電力の発生，周波数調整力不足などの技術的課題とその課題解決策を明らかにするために，ランプ予測技術や出力変動制御技
術を考慮した需給シミュレーションシステムを開発し，実際の電力系統にて課題解決策の実証を行う。
本稿では，本事業の概要と東光高岳としての取組みについて紹介する。
北海道電力

再委託

図2 ランプ予測技術の開発とウィンドファーム制御の高度化
2.2

風力制御技術／蓄エネルギー制御技術開発

再生可能エネルギーの大量導入を実現するためには，系統側の出力変動対策だけではなく，発電側も出力変動対策に取り組む必要がある。
予測情報を活用した蓄エネルギー制御技
術や風車ピッチ角の先行制御，複数ウィンドファームの協調制御など，実用化コストを踏まえた風力制御技術と蓄エネル
ギー風車制御技術と制御技術蓄エネルギー制御技術を開発する。
出力変動の緩和によって電力系統への影響を低減させるとともに，予測誤差を補正することで再生可能エネルギーの計画発電を目指す。
出力急変を緩和するには大出力・大容量の蓄エネ装置が必要だが、予測情報を活用することで設備容量を減らせる可能性がある

筑波大学 日本大学

再委託

予測情報なし再委託

東京大学

エネルギー総合工学研究所

早稲田大学

合成出力目標（風力出力が急減してから対応を開始）

電力中央研究所

再委託

大阪府立大学北海道大学

蓄エネルギー制御技術G

再委託

再委託
日本気象協会ランプ予測技術開発G

図1

東京電力

風力発電出力予測情報ありエヌ・アール・アイ・
セキュアテクノロジーズ（NRIセキュア）
再委託

需給シミュレーションG
実証G

研究開発体制東 光高岳 技報 Vol.2 2015

充電

風力発電出力

この例では、蓄エネルギー装置の容量を、
kW容量は1/2にkWh容量は1/4に減らすことができる。

合成出力目標（風力出力の急減の前から対応を開始）

図3

2

放電

東光高岳

伊藤忠テクノソリューションズ(CTC)

再委託

ランプ変動の抑制
最大出力抑制短時間変動抑制放電

予測情報を利用した制御の概念例

電力系統出力変動対応技術研究開発事業への参画

2.3

展

望

解析技術，実証試験の推進における風力発電設備，太陽需給シミュレーションシステム開発

大 量の再生可能エネルギーの系統連系の可能性を検光発電設備，蓄電池設備，蓄熱設備等を監視制御する統討するために，風力発電のランプ予測技術と出力変動制

合 制御システムと情 報 通信ネットワークシステム等の研御技術に加え，先行のプロジェクトの成果である太陽光究開発を行うとともに，各設備の制御技術・運用技術・

発電出力予測や蓄 電池等を活用した系統 安定化 技術，

保守技術を活用し，安定的な電力システムを構築する。

調整電源・蓄エネルギーの最適な運用手法等によって，今後は，再生可能エネルギーを最大限に活用できるシステ

連 系制 約の改善 や複 雑な多地 域 連 系系統 での評 価がムの設計・運用・保守に関するコンサルティング，需給運用可能となる需給シミュレーションシステムを開発する。

制御システムサービスなどの提供を目指す。
再エネ

再エネ出力予測を考慮した需要特性の分析
再エネ出力の特性を，①信頼度評価（設備計画），②需給運用計画，③周波数制御の観点から分析

将来（2030年頃）の再エネ大量導入の拡大

再エネの予測技術や制御技術に求めるスペック
需給面

短周期変動
長周期変動

面

Ramp 変動

再エネ出力の予測・制御、火力や揚水発電の調整，蓄電池等の電力貯蔵、系統評価を，客観性の高いロジックやモデルで構築した，
多地域電力系統の需給シミュレーションシステムの開発最終スコープは，2030年頃の再エネ大量導入を想定した東地域電
力系統における電力需給の技術課題や課題解決の考え方の明確化

不面的拡大・偏在
慣性定数の減少

系統面

： 増
化 の
変 性
の 形
性 線
特 非
統 ・
系 性
実
確

系統事故時の大量脱落

想定故障や安定性評価における再エネ大量導入の扱いに関する解析技術の理論的基礎※の確立
系統解析と需給シミュレーションシステムの連係
最終スコープは，特定地域を想定したものではなく，系統面の典型的な課題と対応の整理

大※ 再エネ導入比率が20%を超えるような超大量導入の領域における不確実性や非線形性を扱う系統解析技術は研究段階

図4
2.4

需給シミュレーションシステム開発スコープ

実証試験

東京都新島村の電力系統を実証フィールドとして，系統運用者による，風力発電および太陽光発電の出力予測，出力制御・抑制，既存電源および蓄電池等の蓄エネルギーとの協調運用制御等により，再生可能エネルギーを最大限受け入れ可能な系統システムを構築し，実証する。
送配電系統

再エネ電源

発電所

制御・抑制

需給運用

予測
・再エネ発電量・出力変動量(長周期，短周期)

出力変動

蓄エネ

オンライン
リアルタイム制御 新たな制御資源
供給力
調整力
下げ代

TM 情報
制御信号
・必要調整力の確保（発電機や蓄電池による変動補償）

ﾃﾞｨｰｾﾞﾙｴﾝｼﾞﾝ

再エネ予測
需要予測

発電機制御
需給運用計画図5

3

最適経済制御実証の概要

再エネ制御・抑制
蓄エネ制御

東光高岳としての取組

東光高 岳は，前述のランプ予測技術および 蓄エネル
ギー制御技術を活用するとともに，需給シミュレーション
システム開発と実証試験の推進を担うことで，政府が掲げる再生可能エネルギー導入目標の達成に寄与する。
更には，シミュレーションシステム開発により得られた

図6

設備設置イメージ図■参考文献(1) NEDO「電力系統出力変動対応技術研究開発事業」
基本計画および 26 年度実施方針
http://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100069.html(2)「電力系統出力変動対応技術研究開発事業」の実施についてhttp://www.tktk.co.jp/uploads/2014/06/nr20140612.pdf

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

3

論

文

配電系統の電圧適正化に向けた
取組み
■ 茂木

規行

■ 村下

Noriyuki Motegi

1

はじめに

地球 環境問題や省エネルギーに対する意 識の高まりを背景に，国内外で太陽 光発電や風 力発電などの再生可能エネルギーの普及拡大に向けた取り組みがなされている。とりわけ日本では，再生可能エネルギー固定価格買取制度（FIT:Feed In Tariﬀ）の施行を契機として，配電系統への太陽光発電の大量分散導入が進んでいる。
配電系統への分散型電源の大量導入により，さまざまな系統安定上の問題が発生することが，多くの研究会などで報告されている。中でも電圧上昇は，比較的早期に顕在化する課題であると考えられている（1）。
例えば，太陽光発電の配電線への逆潮流 注1）により，配電線の電圧が適正範囲の上限管理値を逸脱する場合がの大きさに応じて設置点の電圧V2を調整している。
いま，配電線 A の太陽光発電の発電量がゼロの場合（従来の配電線），図 1（b）のように，90Ry 特性に従いLRT 設置点の電圧 V2 を V2H に調整することで，配電線 Aおよび配電線 B の電圧 VA，VB を適正範囲に維持している。
しかし，配電線 A の太陽光発電の発電量が多く，配電線 A から配電線 B へ電力が供給される場合，LRT からの供給電力は減少し，設置点の電流 I 2 は小さくなる。そのため，図 1（c）のように，90Ry の特性に従い LRT 設置点の
電圧 V2 を V2L に下げることとなり，配電線 B の電圧 VB が適
正範囲を下回る可能性がある（4）。

V2

ＬＲＴ

ら，配電系統の電圧調整の高度化が必要となる。
プ切換変圧器（以下，LRT），ステップ式電圧調整器（以

タップ切換
指令

下，SVR）など），各種制御技術を駆使したシステムなどを

の特性

V2

配電線B

V2H

I 2 = IA + IB

従来の電圧制御の課題と対策

VA
VB

適正電圧範囲I2（b）負荷A＝大，太陽光発電量＝0 の場合の特性

V2

従来の電圧調整機器の電圧制御方法

したい目標地点（負荷中心点）の電圧を推定し，その地点

VB

電圧

V2H

配電ネットワーク実証試験場を活用した検証例を紹介する。

を設置した箇所の電圧・電流情報を用いて，電圧を管理

太陽光
発電

負荷

（a）配電系統の例

試験場」を開設し，電圧調整問題に取り組んでいる（3）。

現在の配電系統の電圧制御方法として，電圧調整機器

配電線A

負荷

積している。また，小山事業所に「配電ネットワーク実証

2.1

VA

IB

I2
V2

製品化しており，電圧調整面での多岐にわたる技術を蓄

IA
I A'

I2

東光高岳では，配電系統の電圧調整機器（負荷時タッ2

卓也

Takuya Miyamoto

リレー（以下，90Ry）の特性に従い，LRT設置点の電流I 2れているが（2），後述するように制御上の課題もあることか「集中電圧制御」について，東光高岳の取組みの概要と，■ 宮本

相当する地点までの電圧降下を補償するため，電圧調整ある。この対策として，電圧調整機器の設置などが考えら本 稿では，配電系統の電圧適 正化手法の一つである

直久

Naohisa Murashita

電圧
適正電圧範囲

VA

V2L

V2L
I 2 = IB - IA

I2

適正範囲から逸脱

VB（c）負荷A＝0，太陽光発電量＝大 の場合の電圧が適正範囲となるようにLRTやSVRのタップを制御する「自端電圧制御」が広く普及している。この負荷中

図1

LRT の電圧制御方法

心点の電圧は，配電系統に太陽光発電などの分散型電源が無く，負荷のみが接続されたものとして推定している。
2.2

従来の電圧制御方法における課題

図1（a）は，配電線Aに負荷および太陽光発電が，配電， を計測してを制御すれば，電圧の逸脱を防止
できる

電圧

V2M

V2L

VA
適正電圧範囲

VB

電圧逸脱を回避

線Bに負荷のみが接続され，LRTによりこれらの配電線の電圧調整を行う状況を示している。LRTは，負荷中心点に

4

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

図2

配電線の計測電圧に基づく電圧制御のイメージ

配電系統の電圧適正化に向けた取組み

この対 策として，図2に示すように，配電線の電圧VA ，VBを直 接計測して，両者の電圧が適正範囲となるように電圧から負荷中心点の電圧を推定している。SVR二次側の配電線に負荷および太陽光発電が接続された場合，SVR設
置点の電流の変化が，負荷変動か太陽光発電によるものかを判断できず，負荷中心点の推定電圧と実際の電圧とで

種 類

項

機器状態
データ

計測
データ

・LRT二次側母線電圧・センサ付開閉器一次，二次電圧
・SVR一次，二次電圧

集中電圧制御による対策

センサ付開閉器
（連系用）

高圧配電線

ＬＲＴ

上記は配電線の回線数が少ない場合であるが，実際には

ＳＶＲ

子局

ことになると，電圧調整機器による電圧推定はさらに難しくなり，自端電圧制御だけでは，すべての配電線の電圧を適子局

正範囲に維持することは困難となることが想定される。

通信ネットワーク

また，LRTと複数のSVRが設置される場合には，ハン集中電圧制御装置（親局）

チング 注2）の防止等の観点から，これらの電圧調整機器間

図3の制御の協調を図る必要があるなどの課題がある。
これらの対策として，集中電圧制御による電圧調整の高

集中電圧制御システムの基本構成

開始度化が提案されている（5）。本方式は，前述したように，管
圧調整機器の制御を行うことを基本とした手法である。

センサ付開閉器
（幹線用）

開閉器子局

7～8回線程度ある。それらに太陽光発電や負荷が混在する

理したい地点の電圧情報を直接計測し，それを用いて電目

・LRT二次側母線回路状態，配電線遮断器状態
・センサ付開閉器状態
・LRT，SVR制御権（遠方／直接）・LRT，SVRタップ位置・装置異常の有無
・保護リレー状態

相違が生じてしまう課題があり，対策が必要となる（4）。
2.3

文

表１ 主な収集データ

LRTを制御するなどの方法が必要となる。
なお，SVRについても，LRTと同様に，設置点の電流と論

機器状態データ，計測データの収集

電圧調整機器のタップ位置
組合せパターンの抽出

系統状態の認識

タップ位置組合せパターン毎の電圧推定計算の実施

電圧逸脱の判定

タップ位置組合せパターンの評価と最適解の決定

配電系統内に設 置されたセンサ付開閉器から，通信
ネットワークを経由して電圧，電流などの計測情報を中央の親 局にリアルタイムで取り込む「集中電 圧制御システ
ム」を構築することで，最新の系統構成や状態を把握する

逸脱の有無ことが可能となる。もし，電圧調整の必要な地点があると

逸脱有り

逸脱無し

判断した場合，系統内に配置された電圧調整機器に対し各電圧調整機器へのタップ切換指令の出力

配電線
陽光
電

配電線

終了

て，親局から遠方タップ制御指令を出力することで，配電系統全体の電圧管理を一括して行うことができる。

3

集中電圧制御システムの開発

東光高岳は，集中電圧制御に関する知見の取得および性能評価を目的として，集中電圧制御システムの検討，試作器の開発を進めている。
検討した集中電圧制御システムの概要を以下に示す。
3.1

システム構成

集中電圧制御システムの基本構成を図3に示す。
L RT，SV Rおよびセンサ付開閉器の各機器と，それらの制御子局，ならびに電圧制御処理フローを備えた集中電圧制御装置（親局）から構成される。
3.2

処理フロー

集中電圧制御システムの処理のフローを図4に示す（4）。
3.3

機能および処理代表的な機能および処理の概要を以下に示す。
（１）収集データ
集中電圧制御システムの収集データの主な項目を表1

図4

集中電圧制御システムの電圧制御処理のフロー
VA

VBに示す。データの収集周期は任意に設定可能である。

（２）電圧逸脱の判定
計測点毎に基準電圧値と電圧管理値（上限電圧，下限電圧）を設定し，電圧逸脱の判定を行う。
電圧逸脱判定は，収集した各計測点の電圧と当該計測
A点の電圧管理値を比較し，上限電圧または下限電圧からの 逸 脱 量を積 分し，所 定 値 を 超 えた場 合 に電 圧 逸 脱「有」とする方式とする。

B（３）タップ位置組合せパターンの抽出
電圧逸脱「有」の判定後，電圧調整機器のタップ位置
組合 せパターンを抽出する。各機器の現在タップ位置を基準として，可変するタップ数を与え，可変範囲の全ての組合せを抽出する。
（４）電圧推定計算の実施

逸脱を回避

電圧調整機器のタップ位置組合せパターン毎に，各計測点の電圧推定計算を実行する。計算は，機器のタップ位置の東 光高岳 技報 Vol.2 2015

5

論

配電系統の電圧適正化に向けた取組み

文変更によって生じる各計測点の電圧変化分を求め，その変化

また，最大約 10km の線路こう長を模 擬できる線 路模

分を電圧逸脱判定時の計測電圧値に加算して行う。

擬装置を配備しており，負荷（工場実負荷，模 擬負荷），太（５）評価と最適解の決定

陽光発電，コンデンサ，蓄電池などの装置を活用することに電圧調整機器のタップ位置組合せパターン毎に計算しより，配電線の電圧変動を模擬することが可能である。

た各計測点の推定電圧に対し，電圧適正化の観点から各集中電圧制御装置（親局）は試 験 場内の監 視制御室

パターンの評価を行い，機器に指令するタップ位置（最適に設置し，センサ付開閉器の計測電圧値などを一定周期解）を決定する。評価方法は，電圧管理値からの逸脱量，で収集するとともに，制御設定に応じて LRTとSVR にタッ

および基準値との偏差が最小となるパターンを選択するこプ制御指令を出力する。

ととし，(1)式により評 価値Fを計算し，Fが最小となるパ
ターンを最適解とする。

電圧調整機器のタップ位置最適化処理の妥当性確認を目的として，コンデンサ（200kvar×2 台）を投入し，線路に電圧上昇を発生させたときの制御の様相を，図 6 に示す。
コンデンサの投入で電圧が上昇し，計測点の電圧は管理値上限から逸脱する。集中電圧制御システムは，一定周期（本試験では 1 分）で計測点の電圧を監視し，電圧逸脱「有」と判定すると，3 章で述べた各種最適化処理を行い，適正電圧となるように LRT と SVR のタップを制御する。
図6のタップ位置の組合せパターンに示した，評価値F4が最小となるタップ位置組合せが最適パターンであるが，：計 測 点 xの電 圧

Vx

Vxmax ：計 測 点 xの電 圧 管 理 値 上 限

機器の実器においても，LRTが降圧方向に2段（タップ3

Vxmin ：計 測 点 xの電 圧 管 理 値 下 限→1），SVR _Aが降圧方向に1段（タップ3→2），SVR _Bn：計 測 点の 総 数

VxS：計 測 点 xの 基 準 電 圧 値a：重みの 係 数が昇圧方向に1段（タップ4→5）のタップ切換が発生しており，最適解のとおりに動作していることが分かる。
ここで，SVR_Aが降圧するのは，LRTの降圧のみでは，実証試験場での機能検証

試験線Aの線路末端の計測点電圧（IT25）が，電圧管理
値の上限を逸脱するためである。また，SVR_Bが昇圧する

前項で検討した集中電圧制御システムを，小山事業所ののは，LRTの降圧により試験 線Bの計測点電圧（IT22，

配電ネットワーク実証試験場内に構築し，機能検 証を進め

IT24）が，電圧管理値の下限に近いため，電圧偏差を最ている。集中電圧制御システム検証時の構成を図5に示す。

小化するためである。

実証試験場は，
1バンク2 配電線の回路構成であり，LRT

また，集中電圧制御システムによる電圧調整の例を図7（模擬）1 台，SVR 2 台，センサ付開閉器 14 台を備え，各機に 示 す。これ は ，電 圧 管 理 値を全ての計 測 点で 6 . 5 ～器は子局を介して通信ネットワークに接続されている。

6.7kVに設定したケースである。

試験線A

センサ付開閉器（幹線用）

IT11

線路模擬装置

開閉器子局

（模擬）

センサ付開閉器
（連系用）

コンデンサ

S VR 子局
タップ切換指令負荷(工場)

タップ切換指令分散局１(LRT 子局)

太陽光発電

データ取得

試験線B

分散局２

通信線

S VR 子局
タップ切換指令通信ネットワーク（光）データの取得（機器状態，計測値）

実証試験場
監視制御装置

集中電圧制御装置
（親局）

図5

6

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

LRT，SVR_A，SVR_B
へのタップ切換指令

集中電圧制御システムの検証時の構成

蓄電池

負荷装置

配電系統の電圧適正化に向けた取組み

論文

線路には，太陽光発電や蓄電池の出力による逆潮流がどを活用した性能検証を行い，集中電圧制御システムの生じているが，電圧管理値上限または下限に対して計測点

確立と，それらに対応した電圧調整機器などの開発につの電圧が逸脱すると，これを回避する方向に電圧が適正になげる所存である。

調整されていることが分かる。
■参考文献
計測・制御

計測・制御
分周期

分周期

電圧逸脱を判定
分周期(1) 経済産業省次世代送配電ネットワーク研究会：「低炭素社会実現のための次世代配電ネットワークの構築に向けて」（2010）

ｺﾝ ﾃ ﾞﾝ ｻ 投入（

最適タップ位置を求め，
タップ切換を実行し，電圧を管理値内に調整

ｺﾝ ﾃ ﾞﾝ ｻ 投入

(2) 草川他：「配電系統の電圧適正化に向けたソリュー
ション」，高岳レビュー，Vol.56，No.175，p.6-11（2011）

電圧(3) 茂 木：「配 電 ネットワーク実 証 試 験 場」，高 岳レ
ビュー，Vol.56，No.175，p.19-23（2011）(4) 電気協同研究会：「低炭素社会の実現に向けた配

電圧管理値

～

電系統の高度化」，電気協同研究，第 66 巻，第 2 号（2011）(5) 吉永他：「配電系統における集中型電圧制御方式の開発」，平成 16 年電気学会電力・エネルギー部門大時間

タップ 位置

会予稿集，30（2004）■語句説明
注1）逆潮流：分散型電源の発電量が設置箇所の需要

時間
機器

電圧制御前

を上回ることで，上位の電力系統にその余剰となる電力がタップ位置組合せパターン

電圧制御処理における最適解の候補

流れ込み，通常の負荷への電力供給（順潮流）とは逆方向の電力の流れになること。
注 2）ハンチング：制御対象が目標値の上下を往復し，

評価値 F

図6

集中電圧制御の様相とタップ位置組合せ評価例

制御が安定しない現象。SVR の場合，上位の LRT や
SVR の電圧制御の影響で，当該 SVR に本来不要である

電圧管理値
・基準電圧
・不感帯幅 ±

タップ切換が繰り返し発生することを言う。
茂木規行

技術開発本部

技術研究所

電圧

プロジェクト推進グループ

所属

次世代配電ネットワークに関する研究・開発に従事

時刻

図7

5

集中電圧制御システムによる電圧調整の例

おわりに

本稿では，将来の分散型電源の大量導入時に活用が

村下

直久

宮本

卓也

技術開発本部 技術研究所
プロジェクト推進グループ
兼 スマートグリッド事業推進部
スマートグリッドシステム設計グループ 所属
次世代配電ネットワークおよびスマートグリッド
に関する研究・開発に従事

技術開発本部

技術研究所

プロジェクト推進グループ

所属

次世代配電ネットワークに関する研究・開発に従事期待される集中電圧制御について，東光高岳における開発の取り組みと，配電ネットワーク実証試験場を使用した検証例を紹介した。
今後は，タップ切換回数と電圧管理値からの余裕量を考慮した制御手法の検討や，工場実負荷と太陽光発電な

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

7

論

文

30kW 共振形交直双方向変換器
■ 土井

佑太

Yuta Doi

1

はじめに

■ 鈴木

健司

Takeshi Suzuki

スイッチング損失はスイッチング周波数に比例するため，高周波化にはソフトスイッチングが適している。

近年，地球 温暖化問題や省エネルギーへの関心が 高まっており，太陽光発電に代表される再生可能エネルギーが普及してきている。その中でも，太陽光発電の急速な普及拡大に伴い，太陽電池により発電された直流電力を
交 流 電 力に変 換し配 電 系 統に供 給 するP C S（ P o w e r
Conditioning System）には，小型化，低騒音化，高効率

ハードスイッチング

化，軽量化等が要求される。これらの要求に対して，絶縁変圧器及び，フィルタリアクトルを高周波駆動する方法が各

ソフトスイッチング

図1

スイッチング損失比較

図2

電流共振スイッチ構成

種提案されており，高周波駆動のためにはPCS内のスイッ
チング素子の高周波化が必要となる。しかし，スイッチング
時に電圧電流が同時にステップ状に変化する従来のスイッ
チング方式（ハードスイッチング方式）では，スイッチングに伴なう損失が大きいため，高周波化に限界がある。このことから，電圧または電流がゼロの状態でスイッチングさせ，損失を低減する新たなスイッチング方式（ソフトスイッチン
グ方式）が採用されつつある（１）。しかしながら，ソフトス
イッチング方式の中容量器（10kW～100kW）以上への適用例はまだ少ない。
東光高岳では，このソフトスイッチング方式を中容量のPCSで採用することを狙って，交流⇒直流及び直流⇒交流の双方向で利用可能な交直双方向変換器の30kW評価器を製作し，性能を確認した。この評価器では，交直双方向
変換器の高周波リンク部に直列LC回路を付加した電流共振回路を採用してソフトスイッチングとした。また，高効率化のため，スイッチング素子の一部にSiC-MOSFET 注1）を採用した。本評価器の最大効率は，従来の交直双方向変換器では最大効率88%程度，すなわち損失12%であるた
め，この損失を30%低減し，92%を超えることを目標とした。以下に概要を説明する。

2

高効率化技術2.1

ソフトスイッチング方式

評 価器に適用するソフトスイッチング方式の共振形には，電圧共振を用いるZVS(Zero Voltage Switching)と電流共振を用いるZCSがある。電流共振スイッチの構成を図2に示す(2)。スイッチＳと直列にリアクトルＬとコンデ
ンサＣを接続して共振回路を構成する。スイッチＳに流れる電流を正弦波電流にし，電流が0になる点でスイッチン
グすることにより，ゼロ電流スイッチングを行う。
2.2

SiC素子

SiC（シリコンカーバイド）はSi（シリコン）を用いたス
イッチング素子と比較して，理論的には，絶縁破壊電界が10倍であるため耐圧絶縁領域厚さを1/10にでき，オン抵
抗，定常損失が小さいといった特長をもつSi-MOSFETとSiC-MOSFETの構造比較を図3に示す（３）。

ハードスイッチング方 式では，図1(a)に示すようにス
イッチング 時の電 圧 及び電 流の波 形 が 重なる部分 がス
イッチング損失となる。一方，ソフトスイッチング方式では，
図1(b)のように電流を正弦波として，電圧と電流の波形が重なる時間を最小にすることにより，スイッチング損失を低減する（図例はZCS：Zero Current Switching）。

8

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

図3

SiとSiCの構造比較

30kW共振形交直双方向変換器

33.130kW共振形交直双方向変換器

論

文

各運転動作の流れを次に示す。
○回生運転：
直流入力→昇圧チョッパ回路にて電圧上昇

評価器構成→共振形高周波リンク回路にて変圧，絶縁評価器である30kW共振形交直双方向変換器の構成を図4に示す。この装置は，直流⇒交流の変換（回生運転）注2）と，交流⇒直流の変換（力行運転）注3）が可能な双方向変→インバータにて直 流を交 流に変 換 → 交 流 出 力○力行運転：
交流入力→整流回路にて交流を直流に変換換器である。交直変換を行う主回路，スイッチなどの入出→共振形高周波リンクにて変圧，絶縁力信号を制御する制御回路，運転状態を計測する計測回
路及び操作，計測表示を行うPCで構成される。操作は，ボタンスイッチにより装 置の 運 転 /停止を行い，タッチパ
ネル式モニタで出力電流及び電圧の設定を行う。主回路
は，昇降圧チョッパ回路，双方向共振形高周波リンク回路，双方向交直変 換回路（インバータ／整流回路）の三回路で構成する。

図4→降圧チョッパ回路にて電圧下降→直流出力
今回の評価器の外形写真（W800mm×D700mm×H1730mm）を図5に，制御モニタの一画面を図6に示す。制御モニタ
は，出力電流制御，出力電圧制御，動作モード切替え及び，各部電圧電流の計測表示を実施する。評価器の主な仕様を表1に示す。

評価器構成図

図6

制御モニタ

表1

評価器仕様

仕様項目

定格電力

直流側

定格電圧

～

定格電流

～

高 周 波 リンク部 電 圧

交流側
相
～

）

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

9

（

～

周波数

スイッチング周 波 数 ：16.2 kHz
図5

評価器外形写真

図7

主回路図

論

30kW共振形交直双方向変換器

文

3.2

主回路の特長主回路を図7に示す。主回路の各回路について説明する。
(1)昇降圧チョッパ回路
チョッパ回路は，直流電圧の変換を行う直流/直流変換回路であり，太陽光発電用PCSの入力段には昇圧チョッパが広く利用されている。

図8

評価器では，双方向のチョッパ回路により，回生運転時

波形測定箇所

は昇圧チョッパ，力行運転時は降圧チョッパとして動作する。スイッチングデバイスにはSiC-MOSFETを使用した
1200V-180A-2in1のフルSiCパワーモジュールを採用し，スナバレス構造とした。このスナバレス構造は，損失低減の利点をもつ。
(2)双方向共振形高周波リンク回路
高周波リンク回路は，直流電力を高周波電力に変換し，変圧器で絶縁する回路である。電力変換回路の直列数は増加するが，高周波化により絶 縁用の変圧器やフィルタ
回 路 の小 型 化・軽 量化が 可能であるという利点をもつ。

スイッチング

評価器では，この電力変換の部分に共振形（ZCS方式）を適用した。絶縁トランスと直列LC回路により共振回路を構成してスイッチング電流を正弦波にし，電流ゼロ点でスイッ
チングさせることでスイッチング損失を低減する。本回路においてもスナバレス構造である。スイッチングデバイスは
1200V-200A-2in1のIGBT（Insulated

Gate

Bipolar

Transistor）を使用した。
(3)双方向交直変換回路（インバータ/整流回路）
双方向交直変換回路は，インバータと整流回路の両方の機能を持った回路である。
評 価 器では 従 来 回 路 を使 用し，回 生 運 転 ではイン
バータ，力行運転では整流回路として動作する。本回路もスナバ レス 構 造 である。スイッチングデバ イスは 3 相

図9高周波リンク回路電流・電圧波形

電圧・電流波形測定箇所を図8に示す（力行運転時）。高周波リンク回路の低圧側の電圧をV1，電流をI1，高圧側の電圧をV2，電流をI2とした。
高周波リンク回路の電圧・電流波形を図 9 に示す。
共振
形により電流が正弦波となり，電流がゼロ付近まで十分に小さくなったところでスイッチングが行われている。このス
イッチング特性の最適化により高周波リンク回路のスイッチ
ング損失が低減され，装置全体の変換効率が向上した。
力
行運転におけるハードスイッチングとソフトスイッチングの効率比較を図 10 に示す。

600V-300A-6in1のIPM 注4）を使用した。

4
4.1

動作結果
共振形によるスイッチング特性

30kW共振形双方向交直変 換 器において，力行運転，回生運転ともに定格での運転を確認できた。共振形によるスイッチング特性の評価では，定格運転時の高周波リンク回路の電圧・電流波形を測定し，スイッチング時の特性が最適となるように回路定数，スイッチングのタイミングを調整した。

10

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

図10

効率比較（力行運転）

30kW共振形交直双方向変換器

4.2

変換効率

論

文

注3）力行（りっこう，りきこう）：電源から負荷へ電力を力行運転，回生運転の変 換効率を図11に示す。制御方式に変更を加えたこともあり，最終的には力行運転で供給すること。
注4）IPM：Intelligent Power Module，パワーMOSFET

は最大効率92.5%，回生運転では最大効率93%の結果

やIGBTに加え，それらの駆動回路や保護回路も内蔵したを得た。Siデバイスを用いた東光高岳の従来品では最大もの。

効率88%程度であったが，SiCデバイスや共振形を用いたことで最大効率は5%程度向上した。
土井佑太

技術開発本部

技術研究所

プロジェクト推進グループ

所属

PCSに関する開発・研究に従事

鈴木健司

技術開発本部

技術研究所

プロジェクト推進グループ

所属

PCSに関する開発・研究に従事

図11

5

変換効率

おわりに

30kW共振形双方向交直変換器を開発し，目標である
最 大 効 率 9 2 % 超 過を達 成し，力行 運 転では最 大 効 率
92.5%，回生運転では最大効率93%の結果を得た。また，今回の評価器では，フルSiC-MOSFETによる昇降圧チョッ
パ回路の効果およびスナバレス構造の効果も確認できた。
この評価器を，急速充電器等の直流電源装置の試験電源に適用し，連続運転による性能評価を引き続き実施する。
今回の開発成果により中容量のPCSへの適用の目途がたったため，今後の開発品に適用し，機器の小型化，高効率化へ展開する。
■参考文献(1) 金：「パワースイッチング工学［改訂版］」，p.243,（2014），一般社団法人 電気学会
(2) 一般社団法人 電気学会半導体電力変換システム
調 査 専 門 委員会 編：「パワーエレクトロニクス回 路」，
p.291,(2000) ，オーム社(3) トランジスタ技術編集部編：「高周波デバイス実践
活用法」，p.197，（2004.12）,CQ出版社■語句説明注1）MOSFET：Metal Oxide Semiconductor Field
Eﬀect Transistor，MOS形電界効果トランジスタ
注2）回生：負荷から電源へ電力を供給すること。

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

11

論

耐震強化型
550kV 気中断路器

文

■ 高橋

徹夫

■ 永田

Tetsuo Takahashi

1

清志

■ 大山

Kiyoshi Nagata

友幸

Tomoyuki Oyama

■ 神田

一彦

Kazuhiko Kanda

量化による耐震強化を実現し，既設がいし装置・架台・操はじめに

作装置は流用することで，既設THB形断路器との互換性

550kV 2000A・4000A・8000A 水 平 中 心 一 点 切や対策費の低減にも配慮した。

THB 形気中断路器の耐震性能向上を目的として，同断路

ブレード

器用の軽量化型導電部および衝撃緩衝装置付き中間ピン

主接触部

ジョイントを製品化した（形式 THB5-L）。

放 熱フィン 付 きアーク接触子付き2011 年東北地方太平洋沖地震では，550kV THB 形

導電部

断路器において，操作がいし，支持がいしが破損するといった，これまでに経験のない甚大な被害を経験した。今

ヒンジ部

支持がいし
操作がいし

後同規模の地震が発生した場合でも機器性能が維持で衝 撃 緩 衝 装置付き中間ピンジョイント

きるよう，550kV THB 形断路器の耐震強化改良を行った。製品化にあたっては，耐震強度の検証のため実加振

ステー
がいし

試験を行うとともに，耐震解析モデルを構築し，断路器の耐震性能向上メカニズムの確認，FEM(Finite Element
Method) による地震応答解析を実施した。

2仕様
図1 550kV 8000A THB5形断路器（1相分）

今回耐震強化した550kV 2000A・4000A・8000A水平中心一点切THB5形断路器の主な仕様を表1に示す。

3.1

表 1 550kV 2k/4k/8kA 水平中心一点切 THB5 形断路器の仕様

中間ピンジョイントの改良

従来形の550kV THB形断路器は，過去の地震（1987年
福島県沖地震）
において，操作がいしが破損したことを踏まえて，地震動による応力が集中する操作がいしの中間部に

THB5
(kV)

ピンジョイント機構を設け，操作がいしの曲げ応力を緩和Lする免震構造としていた。
しかし，2011年東北地方太平洋

550

(A)

2000

4000

（1）
を大きく
沖地震は，
日本の耐震設計基準（JEAG5003）

8000

63 kA

2s

上回る地震動レベルであったことから，中間ピンジョイント
は，振幅限界を超える変位量で振られ，構成部品同士が

(kV)

1800

(kV)

1175

1175

475-635-475

840

(kV)

1800+5502/

3

JEC-23103

550kV 断路器の構造と耐震強化策

激しく衝突した。
これにより発生した設計値を上回る応力により がいしが破損に至った。この被害原因を踏まえ今回，
制震・緩衝材を用いた衝撃緩衝装置付き中間ピンジョイ
ント（図2）を開発し，当該の550kV断路器に搭載した。
この開発にあたっては，従来形のTHB形断路器との互換性を持たせるという制約条件の下，地震動による操作が今回耐震強化した単柱操作三角すい支持型の550kV

いしの応答性，動作特性や，がいしに発生する応力を突き

8000A THB5形断路器を図1に示す。導電部は三角すい

詰め，制震能力が最適となる衝撃緩衝装置を開発した。同構成の支持がいしで支えられ，鉛直の単柱構成である操装置は効果的に機能が発揮されるよう，操作がいしの振幅

作がいしによって導電部を開閉操作する。操作がいしの量および衝撃緩衝装置の構成・カップリング形状等が好適

上端・中間・下端部はピンジョイント構造で，導電部の支に考慮された構造となっている。また，設計にあたっては，持はしていない。

3次元解析モデルによる構造解析を用い，振動時にカップ

今回，中間ピンジョイント機構の改良および導電部の軽12

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

リングに発生する応力について評価しながら最適な構造設

耐震強化型550kV 気中断路器論

文計を行った。一例を図3に示す。衝撃緩衝装置付き中間ピ部を軽量化し，更なる耐震強化を図った。軽量化にあたり，

ンジョイントを搭載することで，前述の衝撃力は同装置によブレード・シールドリング・アーク接触子は，運転実績のあり吸収され，がいし破損を防ぐことができ，制震・緩衝材のる550kV THB2形・TVCB2形をベースに開発を行い，ヒン

高い減衰性により，過大な地震動による操作がいしの振幅

ジ部は，大幅な部材サイズの低減を行った。8000A用導電増幅を抑えることができる。

部の構造を図4に示す。また，軽量化方策の主な内容を以上下のカップリングが衝突し，衝撃力発生→がいし破損

下に示す。
なお，主接触部については，従来器と同等の通電性能の確保，また，従来器の長年の運転実績および保守対応性を考慮して，接点部品をTHB形と同構造とした。

a) 従来の中間ピンジョイントa) 従来形THB形導電部 8000A

カップリング上
衝撃緩衝装置(シリンダ内に制震・緩衝材を収納)ピン

カップリング 下b) 新形THB5形導電部 8000A
図4

THB形およびTHB5形導電部構造比較(1) ブレードの材質・構造変更

ブレードの材質を銅からアルミニウムに変更した。従来の銅管のブレードには，自重によるたわみ防止として鋼管の芯金を挿入していたが，b) 開発品の衝撃緩衝装置付き中間ピンジョイント
図2

操作がいしおよび中間連結機構部

管 の 厚 さ を 上 げ る こ と で 芯 金 を 省 い た 。ま た ，
2000/4000A用ブレードについては，管のサイズアップによりブ レ ードの放 熱 性 を上げ，放 熱フィンを 省 いた 。
8000A用ブレードについては，従来器THB形の放熱フィン付き構造を踏襲したが，フィンの材質をブレードと同様に銅からアルミニウムに変更し軽量化を図った。
(2) ヒンジ部の構造変更

ヒンジ部重量の大半を占めるヒンジ台座およびヒンジ胴体（軸受け座）を強度低下することなく軽量化した。構造を最適設計に見直すことにより，ヒンジ台座の板厚を低減し，ヒンジ胴体のサイズを縮小化した。
a) 開発途次モデル
図33.2b) 製品モデル

カップリングの3次元モデルによる構造解析

導電部の軽量化

なお，ヒンジ部接点のローラコンタクトは，550kV THB2形と同一とし，部品を共通化した。
(3) シールドリングの材質・構造変更

ヒンジ部用シールドは，部材を鋼管からアルミニウム管に変更した。また，

気中断路器のような がいし形機器は，頭頂部の重量をアーク接触子付き主接触部用シールドは，可視コロナの発抑えることで耐震性能が向上するため，衝撃緩衝装置付き

生を効果的に抑制する構造に改良したアーク接触子を併

中間ピンジョイントの開発と併せ，頭頂部に位置する導電用することで，シンプルな形状に改良した。

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

13

論

文

耐震強化型550kV 気中断路器(4) 導電部重量の低減率

軽量化モデルチェンジに減衰性によるものであり，これにより加速度の大きな地震よる導電部重量の低減率は，2000/4000A 用は約 34%

や，継続時間の長い地震に対して十分に耐震性を保つこと

減，8000A 用は約 39% 減である。なお，軽量化設計を進ができる。
（ボルト締結が主体構造物の減衰定数の目安：5

めるにあたり，機器頭頂部重量の低減度合いと耐震強度〜12% (1)）

向上度合いとのメカニズムを地震応答解析により確認し，

表1

供試器諸元

重量低減量の目標を定めた。

4

耐震性能の確認試験

4.1

実加振試験による耐震強度検証

4
550kV

2000/4000A
2000/4000A

THB5形断路器の耐震強度が適用先ユーザの要求仕

(

8000A

)

様を満たすことを確認するため実加振試験を実施した。
4.1.1

8000A

(

)

4

供試器

供試器を図5，諸元を表1に示す。
表2

なお，供試器の加振対象単位は，加振台サイズの都合
上，片側極分とした。

加振試験条件

(1)

2

a)

b)

(2)
a) 2000/4000A

60°b) 8000A

45°5a) 供試器(8000A器) b) 計器箇所(8000A器)

図5

(1)
0.5

供試器

加振試験の内容および試験項目a)

供試器の耐 震強度および衝撃緩衝装置付き中間ピン

加振方向は，機器の長辺方向および短辺方向の加振が一般的だが，今回，操作がいしについては，衝撃緩衝装置の配置と加振方向による耐震性能への影響を見極めるた(2)

3 m/s 2

3

6 m/s 23

ら，振動方向によって耐震性能に相違があるため，過去の知見から判明している耐震性能最苛酷方向にて加振試験を行い，適確に耐震性能を見極めた。
耐震強度確認試験においては，JEAG5003 に基づく 3
m/s2 共振正弦 3 波に加えて，適用先ユーザが要求する耐)()

表3 がいし部安全率 2000/4000A器 実加振試験結果

め，表2の条件にて試験を実施した。また，支持がいしについては，当該550kV断路器は三角すい構成であることか

6 m/s 2(]を表2に示す。

3 m/s 23b)ジョイントの性能・諸特性を確認するため，共振振動数検
索試験および耐震強度確認試験を実施した。試験の内容

10Hz

(2)
[

4.1.2

c)平面図

a)

2.8 (1.9) b)

3.6

1.9 Hz5.0 Hz15 %13 %1.3 (0.9) b)

1.6

2.1 (1.4) b)
2.9 (1.9) b)

1.5
3.9

a)
b)

(

表4

)

がいし部安全率 8000A器 実加振試験結果

震性能を直接試験にて確認するため，6 m/s2 共振正弦 3波や，国内外の高レベル実地震動波を印加した。
4.1.3

3 m/s

2

3

耐震性能

表3，表4に主な試験結果を示す。2000/4000A器および8000A器ともにJEAG5003に対する安全率は2以上であ

6 m/s

2

3
a)

り，基準を十分に満足する。また，操作がいしの減衰定数は15 %以上で十分に大きい。これは衝撃緩衝装置の高い

14

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

a)

b)

3

2.7 (1.8) b)

2.5

2.8 Hz5.2 Hz

17 %

4.9 %

1.3 (0.9) b)
1.8 (1.2) b)

1.4
1.0

2.2 (1.5) b)

2.3

耐震強化型550kV 気中断路器

4.2

論

文

に既設器への取り付けが可能である。したがって機器全地震応答解析による耐震強度の確認

実加振試験と併せて，実加振試験で採取した地震応体を取り替えることなく，大幅な耐震強化が可能である。

答 特 性データを利用し，550kV THB形 断路 器について

また，衝 撃 緩 衝 装置を応用することで他 機 種（55 0 kV

FEM(Finite Element Method)による地震応答解析を行った。

THB2/3形・TVCB2形・TPD2形）の耐震性能向上も可能

4.2.1

である。

解析モデル

供試器 8000A 器（4 段器）の解析モデルを図6に示す。
・ヒ ン ジ 部［集中質量］
・ヒンジ台座［シ ェ ル + 梁／
分 布 質 量］

導電部
［梁／分布質量］

6

おわりに今回，耐震強化を目的とした550kV 2000/4000A・8000A
THB5形断路器の衝撃緩衝装置付き中間ピンジョイントおよび軽量化型導電部を開発した。衝撃緩衝装置および導電部軽量化の効果により，THB5形断路器は耐震設計基準の2倍以上の安全率を有し，高レベル地震動に対してもがいし装置［梁／分布質量］

衝撃緩衝装置付き中間
ピンジョイント［シェ ル／分 布 質 量 ］

十分な耐震性能を有する。また，本耐震強化対策品は従来器と互換性があり，容易にTHB形へ取り付けが可能な構造となっており，2000/4000A器は，2012年12月に既設器へ初適用し運転を開始し，また，8000A器は，2015
年10月に初号器納入予定である。今後は今回得た知見を

図6

4.2.2

供試器8000A器（4段器）の解析モデル

活かし，他機器への耐震強化施策の展開および更なる耐震性能向上を目指していく所存である。

解析の高度化

表5，表6に主な解析結果を示す。入力波は，水平加速■参考文献

度 3 m/s および 6 m/s 共振正弦3波とし，加振方向は実加(1) 一般社団法人 日本電気協会 日本電気技術規格委員

振試験の条件に合わせた。

会：「変 電 所 等における電 気 設 備の耐 震 設 計指 針」，

22

本断路器は三角すい構成の複雑ながいし装置を備えた

JEAG5003-2010 (2010)

ものであるが，精緻な解析により解析結果は実加振試験(2) 一般社団法人 電気協同研究会：「変電設備仕様の国際結果と近似した。今回構築した解析モデルは，想定地震波化」，Vol.63，No.4 pp.37-49 (2008)

や実加振試験では入力不可能な高レベル地震波に対する耐震解析に活用でき，地震被害想定評価に資するものである。今後起こりうる高レベル地震動について実加振試験を実施することなく耐震性能評価が可能となった。
表5

3 m/s

がいし部安全率 2000/4000A器 解析結果

2

3

6 m/s 2

3

2.6

3.5

2.0 Hz5.0 Hz

1.3

1.8

高橋

徹夫

電力プラント事業本部
断路器製造部

永田所属

清志

電力プラント事業本部
断路器製造部

設計グループ所属

気中断路器の設計および開発業務に従事

表6がいし部安全率 8000A器 解析結果

大山
3 m/s

6 m/s

5

2

2

3

3

2.8

2.9

2.8 Hz5.1 Hz1.4

1.4

従来器との互換性と他機種への展開

今回開発した衝撃緩衝装置付き中間ピンジョイントおよ友幸

電力プラント事業本部
断路器製造部

設計グループ所属

気中断路器の設計および開発業務に従事

神田一彦

技術開発本部
技術研究所

解析・試験技術グループ

所属

製品の解析技術開発に従事

びTHB5形導電部は，従来器THB形と互換性があり，容易

東 光高岳 技報 Vol.2 201515

論

エポキシ樹脂モールド機器における硬化条件の最適化

文〜伝熱計算の適正化による硬化解析の適用範囲拡大〜■森佑介

Yusuke Mori

1

■ 滝澤

明広

Akihiro Takizawa

■ 吉谷

彰倫

Akinori Yoshitani

こみである。一般に樹脂は熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂にはじめに関わらず，硬化（固化）の際には収縮を伴う。熱硬化性樹

熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は電気絶縁性や機脂であるエポキシ樹脂は，熱可塑性樹脂に比べて硬化時

械強度が優れる固体絶縁材料として，以前から広く電力の収縮が小さい。しかし，電力用エポキシ樹脂モールド機

機器に用いられている。防災や環境負荷低減のため，絶器の樹脂肉厚は，熱可塑性樹脂の成型品に比べて厚く，偏縁油やSF6ガスに代わり，エポキシ樹脂モールドによる固肉（部位毎の樹脂厚の偏り）も大きい傾向にあり，結果的体絶縁のニーズが高まっている。その二―ズに応えて迅速に硬化時の収縮が製品形状に影響を及ぼす。

に製品開発を行うには，設計段階において最適な樹脂の熱硬化性樹脂における硬化時の収縮量は，図1に示すよ硬化条件を求めることが有効となる。最適な硬化条件と

うに硬化反応の分子結合による硬化収縮と温度変化によは，ボイドなどの欠陥を防止するだけでなく，樹脂の硬化

る熱収縮の和である。また，注型時点では樹脂は液状で収縮に起因する残留応力・ひずみのほか，後述するヒケな流動性があるため，このときの硬化反応や温度による体積

どの外 観不良の抑制も含まれる。これまで東光高岳は，変化は硬化後の形状に影響しない。温度上昇に伴い樹脂

樹脂硬化プロセスにおける樹脂流動，硬化収縮および残の硬化反応が進むと，樹脂の粘度も上昇する。硬化反応が

留応力・ひずみの解析技術の研究開発に取組んできた。

進みゲル化すると，急激に粘度が上がり，樹脂の流動性が特に，樹脂の硬化発熱の影 響を考慮した硬化収 縮挙動なくなる。ゲル化した箇所は硬化後の製品形状に影響する。これにより，ヒケ

収縮が始まる。この収 縮分を補填するように未硬化樹脂などの発生様相を予測することが可能になり，試作開発が供給されればヒケは抑制できる。しかし，硬化順序のを効率的に進めることができるようになってきた。

遅い箇所に収 縮分の未硬化樹脂が供給されなければヒの解析に精力的に取り組んできた(1)〜(3)

樹脂の残留応力やヒケなどの要因となる硬化収縮を定ケが生じる。図2はヒケ発生のメカニズムを示したものでが必要となある。この場合，樹脂厚の厚い中央部は硬化発熱に伴っる。しかし，熱硬化性樹脂はPVT特性を測定中に硬化がて硬化が促進され，最初にゲル化する。これにより，注型進行するため，PV T特性の測定は容易ではない。そこで口側からの未硬化樹脂の供給経路が遮断され，収縮分を筆者らは，PVT特性がなくても簡易的にヒケを予測できる

補えなくなってしまう。したがって，硬化順序の遅い角付方法を提案してきた 。ヒケの予測においては，樹脂の硬近にヒケが発生する。

量的に把握するためには，樹脂のPVT特性

注1)

(4)

化が進行する順番を把握することが重要である。硬化順序を把握するためには，金型の温度分布が適切に計算されている必要がある。そのため，金型と雰囲気間の伝熱条件を見直し，現在では，金型の加熱箇所や温度だけでなく，硬化炉の種類や硬化炉外(常温環境下)での硬化についても考慮でき，より適切な硬化条件の導出が可能となっている。本 稿では，硬化炉内で硬化させた場合，硬化炉外で硬化させた場合，ともに妥当な伝熱計算，硬化反応計算が可能であることを示し，これを製品に適用した活用事例について紹介する。

2
2.1

ヒケのメカニズムと予測方法
ヒケ発生のメカニズム

外観品質は試作結果の基本的な評価項目である。外観品質を低下させる主な要因の一つとしてヒケがある。ヒケは樹脂の硬化時の収縮によって製品表面に発生するへ

16

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

図1

硬化収縮と熱収縮の模式図

エポキシ樹脂モールド機器における硬化条件の最適化

論文（4）ヒーターの温度（ヒーターを使用する場合）（5）金型の加熱箇所（ヒーターを使用する場合）
これら（1）〜（5）の条件によって，エポキシ樹脂の硬化順序は異なる。これは条件の違いによって，金型の温度分布が 変化し，樹脂の硬 化 反 応に影 響するためである。したがって，硬化解 析を用いて硬化 順序を把 握するためには，各 条 件下において，金型の温 度分布を正しく
図22.2

ヒケ発生のメカニズム

硬化解析によるヒケの予測方法

ヒケの可能性を予測し，事前に対策を講じることができ
れば，試作回数の低減に繋がる。そのためには，硬化順序を把握する必要がある。硬化順序は，ゲル化した樹脂の分布を見ることで把握する。硬化順序を見て，ゲル化した樹脂が未硬化樹脂の流動を遮断，樹脂収 縮分の補填を阻害することがないか検討する。
エポキシ樹脂は，硬化時の化学反応により発熱を生じる。つまり，周囲からの伝熱と樹脂の硬化発熱があいまって硬化反応が進行する。したがって，複雑な製品形状の場 合，硬化 順 序を把 握するために硬化 解 析 が必 要となる。これまで東光高岳は，図3に示すような偏肉の大きい
エポキシ樹脂モールド変成器に対して，硬化解 析を実施
して硬化順序を把握することで，ヒケの予測および対策案の検討が可能であることを示した(4)。図3に示した機器の場 合，金型上下に温 度分布をつけることでヒケを改善した。以上のように，硬化解析を用いることで，最適な硬化得ることが 重要である。そのためには，金型と雰囲気間の伝熱が正しく計算されている必 要がある。特に，（1）
加熱方法によって金型と雰囲気間の伝熱が大きく異なることが想定される。この伝熱の違いを硬化解析では考慮する必要がある。
3.2

加熱方法による伝熱条件の違い

金型と雰囲気間の伝熱については，雰囲気温度および
空 気の流れ ，対 象物の温 度 ，形 状および寸 法に依存する。流れについては，金型と雰囲気間の伝熱を考慮するにあたり，以下の項目を知っておく必要がある。
（1）自然対流，強制対流の区別（2）層流，乱流の区別（3）流速
硬化炉で硬化させた場合（以下，炉内硬化）と硬化炉の外でヒーターを用いて硬化させた場 合（以下，炉外 硬化）では，雰囲気の温度や流れの状態が異なる。したがって，金型と雰囲気間の伝熱も異なることが想定される。金型と雰囲気間の伝熱量q [W/m 2]は次式で表される。

q = hΔT ････････････････

条件を試作前に求めることができる。

(１)

ここで，h [W/(m 2･K)] は熱伝達係数であり，硬化解析
時の境界条件として使用する。ΔT [K] は金型と雰囲気との温度差である。炉内硬化と炉外硬化では，ΔT が大きく異なるだけでなく，h も異なる。これは h が雰囲気の流れにも依存するためである。h は式（２）で示すようにヌセル
ト数 Nu，流体の熱伝導率 k [W/(m･K)]，対象の代表長さ
L [m] で表される。

図3

h = Nu硬化解析によりヒケ対策を実施した機器

k････････････････
L(２)

Nuは対 象物の形 状や流れの状態によって決まる値であ33.1

伝熱計算適正化と硬化解析の適用拡大る。上記の(1)〜（3）を把握するため，東光高岳で使用し硬化解析における伝熱計算の重要性

およびhを計算した。炉内硬化の場合は流速が大きく，強エポキシ樹脂の硬化条件を決めるにあたり，以下について検討する必要がある。
（1）加熱方法（硬化炉で加熱，硬化炉の外（常温環境）
でヒーターを用いて加熱など）（2）雰囲気の温度（3）ヒーターの有無ている硬化炉内外における金型周囲の流速を測定し，Nu
制対 流として取り扱った。炉外 硬化の場合は，金型周囲の空気の流れは小さく，自然対 流として取り扱った。図3に示した機器の場合，炉内硬化は炉外硬化に比べて，熱伝達係数hが6倍程度大きくなる。
3.3

炉内・炉外硬化を模擬した硬化解析の妥当性検証

炉内硬化させる製品と炉外 硬化させる製品，それぞれ

東 光高岳 技報 Vol.2 201517

論

エポキシ樹脂モールド機器における硬化条件の最適化

文に対して雰囲気温度と熱伝達係数hの違いを考慮して硬脂の硬化が抑制され，下部から硬化が進行している。した化解析を実施した。また，それぞれの製品に対して硬化実がって，より確実にヒケを抑制できると考えられる。

験を行った。両製品ともヒーターを使用し，金型に温度勾

表2 硬化解析条件

配をつけている。硬化実験の際に金型の温度分布を熱電対で測定し，併せて硬化時間も測定した。硬化時間は一定の間隔で確認し，硬化完了を確認した時間と，その前に確認した時間の間で硬化が完了したと判定した。表1は解析結果と実測データを比較し，解析と実測の比でまとめたものである。複数箇所の金型温度を測定しており，解析／

（ ）
（ ）
（ ）
（ ）

ヒーター
有無

硬化炉
内・外

有

炉内

無
有
有

解析モデル

炉内

ヒケが発生する硬化条件

炉内（ ）の伝熱条件を見直し

炉外ヒケを抑制する硬化条件
炉外硬化の適用可否を検証

実測比の最小値と最大値を示した。同表より，解析と実測は概ね一致しており，炉内硬化・炉外硬化ともに，適切な伝熱計算により，金型の温度分布を把握可能なことがわ
かる。また，硬化時間も一致しており，金型の温度分布を適切に計算することによって，金型内部の樹脂の硬化も適切に把握できていることがわかる。
表1

金型温度，硬化時間の比較（解析／実測）

金型下部温度
金型上部温度
注型口温度
硬化時間

4

炉内硬化製品～

炉外硬化製品～～～～

硬化条件の最適化実施例

これまで図3に示した製品については，ヒケを抑制するため，金型をヒーターで加熱しながら炉内硬化させてきた。しかし，品質および硬化時間を維持しながら，炉外硬化が可能であれば作業性の改善や生産効率の向上などに繋げることができる。そこで，炉内硬化と同様のヒーター条件で炉外硬化させた場合の硬化解析を実施し，炉外硬化にすることで硬化条件の最適化が可能であるか検証した。解析結果を図4に示す。図中の色が付いているところは樹脂がゲル化し，流動性がない箇所である。未硬化樹脂の供給が遮らないよ
うに，下部からゲル化することが望ましい。同図（a）はヒー
ターを使わずに炉内硬化した場合であり，ヒケが生じる条件である。注型口に近い樹脂量が多い箇所から硬化が進行しており，注型口から遠い部分への未硬化樹脂の供給経路を遮断している。同図（b）および（c）は加熱炉とヒーターを併用した場合であり，ヒケの抑制に効果的な条件である。
（b）（c）は硬化炉については，過去に報告（4）した結果であるが，内の流速等を考慮して伝熱条件を見直した結果である。伝図4

硬化解析による硬化順序の把握

熱条件の見直しにより，樹脂量が多い箇所の硬化が速くなっており，（b）よりも未硬化樹脂の供給経路が狭い結果となっている。
（d）はヒーターを使用し，炉外硬化（常温環境下）

硬化時間についても，（c）ヒーター有り，炉内硬化で硬化した条件である。(c)に比べて，注型口に近い箇所の樹のときと同等であり，生産性に影響しないことがわかる。

18

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

エポキシ樹脂モールド機器における硬化条件の最適化

論

文

これは炉外硬化の場合，雰囲気温度は低いものの，自然(2) 滝澤明広，山下太郎：「エポキシ樹脂モールド製造

対 流 下での伝 熱となるためである。これにより，金 型とプロセスにおける温 度依存 物性を用いた発 熱 挙 動 解 析雰囲気間の熱伝達係数は小さくなるため，温度が下がりと製品への適用」，東光電気技報 №15 (2010)

すぎずに，同等な硬化時間になったと考えられる。
以 上のことから，本 解 析対 象の場 合，ヒケの防止 効
果，作業性等の観点から，炉外 硬化が最適であることを見出した。

(3) 滝澤明広，森佑介，山下太郎：「エポキシモールド
変 成 器の 硬 化 発 熱 挙 動の解 析」，東 光電 気 技 報 №17(2012)(4）滝 澤明広，大竹美佳，森 佑介，山下太 郎，吉谷彰

当然のことながら，偏肉の大きい製品 全てに対して，

倫：「エポキシ樹脂の硬化解 析によるモールド機 器の成ヒーターを使 用した炉外 硬 化が最 適であるとは限らな形 プ ロセ ス 条 件 の 最 適 化 」，東 光 電 気 技 報 N o . 1 8い。しかし，今後，エポキシ樹脂モールド機 器の開発に(2013)

おいて，金 型の温 度分布の制 御に際し，金 型の加熱 箇所，加熱温 度だけでなく，炉内硬化・炉外 硬化を含めて事前検討が可能になったことで，これまで以上に適切な硬化条件の選択が可能になったと考えている。

5

おわりに

■語句説明
注1）P V T 特 性：材料 の 体 積収 縮の計 算に必 要となり，P（圧力），V（体積），T（温度）の関係を表す特性である。熱 硬化性樹脂の場 合，未硬化物と硬化物のPV T
特性が必要となる。

偏肉の大きいエポキシ樹脂モールド機 器の最 適な硬化条件を試作前に求めることができれば，開発工数・コ
ストを削減し，お客さまのニーズにも迅速に応えることができる。硬化 解 析はそのための有用なツールであるが，樹脂の硬化順序を精度よく解 析し，可視化することが重森佑介

技術開発本部 技術研究所
解析・試験技術グループ

所属

解析技術の研究に従事要である。3章にて，硬化 順序を決定づける金型の温 度分布を正しく把握するためには，金型と雰囲気間の伝熱計算が 重要であることを示した。特に，炉内硬化と炉外硬化では，金型と雰囲気間の伝熱 条件が大きく異なり，

滝澤

明広

技術開発本部 技術研究所
解析・試験技術グループ 所属
電力機器の開発・設計，および解析技術の研究に従事

この違いを考慮する必要がある。本 検 討により，この伝熱条件の違いを考慮し，炉内硬化，炉外硬化ともに金型の温 度分布を適切に計算可能となった。したがって，どちらの硬化 条件においても，硬化 順序を把 握し，ヒケの発生を予測 可能になった。これにより，これまで以上に

吉谷

彰倫

電力機器事業本部 モールド変成器製造部
設計グループ所属

モールド変成器の設計・開発に従事

適切な硬化 条件を求められるようになった。本 稿では，すでに製品形 状，金型構造が決まったものに対して，硬化 条 件の最 適化を図った事 例を述べたが，新たに開発する機器に対して硬化プロセスを考慮した製品形状や金型構造の検討に役立てることができる。
エポキシ樹脂モールド機 器の製造においては，ヒケの防止だけでなく，従来以上の残留応力低減などの要求もある。今後，それらの要求に応えられるよう解 析技術基
盤を構築し，活用していきたい。
■参考文献(1) 滝澤明広，山下太郎：「エポキシ樹脂モールド製造
プロセスにおける硬化反応時の発熱挙動の解析」，東光
電気技報 №14(2009)

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

19

論

走査型共焦点方式三次元計測

文

■ 日名子

達也

Tatsuya Hinago1

共焦点光学系では，ピンホールから照射された照明光

はじめにが，対象物上で結像した場合にのみ高い強度の光が検出

昨今，スマートフォンやタブレットＰＣなどに代表されるような小型・高性能なモバイル端末を所有することは器まで届くようになっており，検出された輝度値から深さ方向の情報を取得することができる。

一 般的となり，メガネや腕 時計など身に付けて持ち歩く

図2は，東光高岳の独自技術である非走査型共焦点方

ウェアラブルコンピュータなども大きな話題となっている。

式三次元計測の光学系（以下，非走査型共焦点撮像系）

これら製品を含む多機能電子機 器には必ず半導体部品の構造である。共焦点光学系は原理としてピンホールによが組み込まれており，需要も年々増加している。

る点の情報を取得することから，二次元情報を得るため

東光高岳では，半導体製造における検査工程向けの装には光軸に直交する方向への走査機構が必要となる。一置として，特にインラインに対応可能な高速性を有した三般にこの走査機 構はレーザＸＹ走査やNipkowディスク

次元計測装置の開発・販売をしており，半導体業界検査の回転による走査によって実現されている。一方で，非走工程の自動検査（例えばバンプ 注1)高さ検査）を実現してき査型共焦点撮像系は，ピンホールを二次元的に配列したた。三次元計測の代表的な手法として格子パターン投影

光学素子（以下，ピンホールアレイ）を用い，かつ，検出器法，光切断法，三角測量法，光の干渉の性質を利用したとして二次元エリアカメラを採用することで走査機構を設

光干渉法，光の伝搬時間を利用したタイムオブフライト法

けることなく高解像度の共焦点画像を取得できる構成となど様々な提案がなされているが，東光高岳の三次元計なっている。

測装置の計測原理には共焦点法を採用している。これは他の計測手法と比較して，精度面や速度面，環境の違い
に対する頑強性などが，半導体検査工程のニーズに適していると考えたためである。
共焦点による三次元計測技術の中でも，東光高岳独自技術として非走査型 共焦点方式三次元計測が大きな特長として挙げられる（1）（2）。本稿では，東光高岳独自技術の“非走査型共焦点方式三次元計測”について説明し，それをベースとして開発した“走査型共焦点方式三次元計測”の原理，及び三次元センサについて述べる。

2

非走査型共焦点方式三次元計測

図1に共焦点光学系の基本構造を示す。

図2

非走査型共焦点撮像系

図3は，1セントコインを非走査型共焦点撮像系にて撮像した共焦点画像の例である。それぞれの画像は焦点位置を変えて撮像している。各画像では，共焦点光学系のOptical Sectioning特性により，合焦位置のみが強い輝図120

共焦点光学系

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

度値として記録され，等高線のように表われている。

走査型共焦点方式三次元計測

論

文

つまり，画素配列が非常に高い空間周波数で配置されていたとしても，ピンホール配列を超えるような高い周波数成分の情報は取得できないということである。

図3

1セントコイン画像

この時，物体または光学系の光軸方向へのステージ移動により焦点位置を変化させ，最大輝度値となった時のス
テージ位置を画素毎に記録すれば物体表面の形状を求めることができる。しかし，計測分解能ピッチでステージ

図4を移動させるとすると，必要な共焦点画像は膨大な数になり，計測時間が著しく長大になってしまう。そこで，ステージの移動ピッチを計測分解能より大きい間隔にすることで必要な共焦点画像の枚数を減らし，補間法を用いることにより計測分解能を向上させる手法としている。このようにすることで画像入力と演算時間を大きく削減することができ，大幅な高速化が達成できる。補間法としては，例えば，定ピッチΔzで サンプリングされた値の大きい三 点(I k-1，I k，I k+1)を対象としたガウス関数へのフィッティングによりピーク位置Z focusを高精度に推定する手法（式1）などが考えられる。

共焦点スポット周期と受光素子配列周期

この問題を解決するためには，ピンホールを高い空間周
波数で配置し，より多くのピンホールスポットを確保すれば良いが，共焦点の効果を確保するためにはピンホール同士の間隔を一定以上必要とするため，ピンホール配列の空間周波数を高くすることが容易ではない。ここに非走査型共焦点方式三次元計測の限界がある。それでも，非走査型共焦点方式三次元計測を採用した三次元計測装置が実現できたのは，これまで市場に流通してきた半導体
パッケージの集積度合に対して，非走査型共焦点方式三次元計測で取得できる共焦点画像が十分に高解像であったためである。
しかし，半導体の集積度合はムーアの法則に従って年々と高密度化・微細化が進んでおり，非走査型共焦点方式

ガウス関数へのフィッティングの他にも，Ｎ次曲線への三次元 計測の限界を超える解 像 度を求められるように

フィッティングや，サンプリング間隔が標本化定理を満たしなってきた。また，同様に受光素子の多画素化・高速化もていると仮定した畳み込みによる復元法なども考えられ発展してきたことで，高分解能な二次元エリアカメラを選る。またステージ移動自体の高速化として，撮像毎に光路択することが可能になっている。そこで，解像度のボトル

中へ厚みの異なる平行平面ガラスを挿入することで光学ネックになっているピンホールアレイによる解像度劣化の的に移動させることも考えられる。

ブレイクスルーを求めて，東光高岳独自の走査型共焦点3

非走査型共焦点方式三次元計測の限界

非走査型共焦点方式三次元計測によって，高解像度の共焦点画像を取得できることを前章にて説明したが，そのためには二次元エリアカメラの画素配 列に対して，ピンホール配列が十分に高い空間周波数で配置されていることが前提条件となっている。図4の右側にはその前提 条件が崩れた状況（つまり，二次元エリアカメラの画素配
列がピンホール配列以上に高い場合）を示した。この状
況下では，図に示す通り，ピンホールスポットが当たらずに情報を有さない受光素子が生じていることが分かる。

方式三次元計測を開発することとした。

4

走査型共焦点方式三次元計測

走査型共焦点方式三次元計測の光学系（以後，走査型
共焦点撮像系と称する）の基本構造を図5に示す。図2の非走査型共焦点撮像系と対比すると，基本構成はほぼ同じであるがピンホールアレイ部に一軸ステージが追加されていることが分かる。元々ＸＹ走査を不要とするためにピンホールを平面に配列していたが，前章で述べたとおり更に解像度を上げる必要があるため，一軸方向へピンホー
ルアレイを走査する機構を用意した。

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

21

論

文

走査型共焦点方式三次元計測

査ムラが生じてしまう。走査ムラを軽減させるため，ピンホールの大きさや配列に特長を持たせた提案はこれまでにも多くされてきたが，視 野内全てを同じ条件で走査することは原理的に不可能である。視野の座標によって計測条 件が異なっていることは計測装置として好ましくない。東光高 岳の走査 型 共焦点方 式では，回 転による走査ではなく一軸ステージによる走査であるため，視 野内
全ての座標で同条件の走査が可能であり，計測装置としてより優れている。

図5

走査型共焦点撮像系
図7

図6にピンホールアレイと一軸ステージ機構のイメージを示す。ピンホールは，ＸＹ平面上へ周期的に配列され，特にステージの移動軸方向へピンホール配列が一定距離の間隔で再現性を持たせるように配列されている。この一
定距離を二次元エリアカメラの一露光時間中に走査する
ことで，非走査型共焦点方式三次元計測では取得できな
かったピンホール間領域の情報も含めた共焦点画像を取得することが可能となった。

ピンホール走査イメージ（走査ムラの違い）

一方，デメリットも存在する。一軸ステージの場合は，回転軸とは異なり無限の走査ができない，また，静止状態から設計速度になるまでの加速時間が必要となってしまう。この二つがデメリットといえる。しかし，無限走査に関しては，計測において必ずしも必要ではない。顕微鏡のような観察を目的とした場合とは異なり，計測では一回毎の区切りが必ず存在するからである。また，加速時間についても，応答性の高いステージを選定することで，数十ms程度の待ち時間で済むことが確認できている。この待ち時間についても，計測時に必要となる他の時間（他軸移動の振動待ち時間など）に包括することができ，実質与えられる影響は殆どないことも分かっている。つまり，計測専用の走査方法と考えれば，デメリットはほぼなくなり，より良い走査方法といえる。
次に，ＩＣ表面パターンの一部を非走査型・走査型 共焦点撮像系の双方により取得した画像を図8に示す。

図6

ピンホルアレイユニットイメージ

ピンホールを走査する手法としては，2章にて説明した
Nipkowディスクの回転による走査も同様の技術ではあるが，東光高岳の走査型 共焦点方式と大きく違う点は，
走査ベクトルである。図7は両手法の，視野内の異なる座標において一定時間に走査した距離を示したものである。

非走査型による画像

図8

走査型による画像

ＩＣ表面パターン画像の比較

図から分 かる通り，Nipkowディスクによる走査では回3章で述べたとおり，非走査型共焦点撮像系で取得し転 軸を用いるために，回 転中心からの距 離に応じた走

た画像では高い周波数成分の情報を十分に取得すること22

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

走査型共焦点方式三次元計測論

文ができないために，刻印されている文字や細かな配線パターンなどの 微 細な 情 報 が 欠落しているのが 分 かる。
また，画像中に検出素子配列とピンホールアレイ配列の干渉によって生じる折り返しノイズも確認できる。この影響で，二次元計測（対 象物の大きさ，位 置などの計測）への 影 響 は 大きく，また 三次 元 計 測においても，特に微 小な対 象物を安 定して計 測できない原 因となってしまっている。一方，走査型共焦点撮像系で取得した画像には，非走査 型 共焦点方 式三次元計測では起きていた
ピンホールアレイによる情報欠落がないため，高解像度の画像を取得できており，文字や配 線のパターンをはっきりと確認することができる。この高解 像の共焦点画像を

図9

三次元計測センサ仕様

取得する方式を手に入れたことで，高い精度での二次元計測が可能となり，今までは不可能であったレベルの微小な対象物の三次元計測もできるようになった。

5

6

おわりに

本稿では走査型共焦点方式三次元計測の原理と三次元計測センサについて説明した。走査型共焦点方式三次三次元計測センサ仕様

元計測技術による東光高岳の三次元計測センサは高速・

最後に，これまでに非走査 型・走査 型 共焦点方 式三高 精度・汎 用的な三次元計測・二次元計測が 可能であ

次元計測を原理として開発した三次元計測センサの仕様

り，半導体業界のみならず，各種産業に今後幅広く利用でを表1に示す。また，視野サイズと計測対象サイズを軸ときると考えている。

したグラフと非走査 型 共焦点方 式三次元計測における■参考文献

計測限界を破 線で表現した図9を示す。今後，より微 細化が進む半導体業界の検査工程においては，破 線を超（1）日名子：「非走査型共焦点方式表面形状計測装置」,
光アライアンス , 2012.11 , pp.39-45 (2012)

える計測能力が必要であり，走査型共焦点方式がそのブ（2）M.Ishihara : “A Confocal Surface

レイクスルーの役目を果たした。今後は新規の三次元計

Measurement System Having Improved

測センサの開発と並行して，既 存の非走査 型 共焦点方

Measurement Accuracy for Rough Surfaces and式三次元計測センサを走査 型 共焦点方式に対応させることで計測能力向上を図っていく。
表1

三次元計測センサ仕様

センサ
型式

視野
サイズ
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×

一覧表（シリーズ別）
計測対象
サイズ

高さ計測
繰返精度

Measurement Speed” , Journal of Robotics andMechatronics , Vol.15 No.3 , pp-331-440 (2003)■語句説明注1）バンプ：ＩＣチップ表面部に搭載された数十μm程度の微小突起電極。高さが不均一であると，接触不良による不具合が起きてしまうため，高さ検査が必要。

日名子

達也

光応用検査機器事業本部
技術開発部開発グループ

所属

三次元計測センサの開発に従事

東 光高岳 技報 Vol.2 201523

次世代型双方向通信出力制御実証事業への取組み

技術紹介

■ 村下

直久

■ 森口

Naohisa Murashita

1

はじめに

2010年6月に閣議決定された「エネルギー基本計画」
において，我が国が低炭素社会を実現していくための電力供給システムとして，再生可能エネルギーや原子力の利用が中長期的に大幅に拡大する中，電力の安定供給を維持しつつ，社会的コストが最小となるような需給管理を可能とすることが提言された。このため2020年代を目途に
原則全ての電源や需要家と双方向通信が可能な次世代送配電ネットワークの構築を目指すこととなった。
太陽光発電の大量導入に伴う電力系統安定化対 策の一つして，余剰電力対策コストの削減の観点からゴールデンウィーク等の特異日における出力抑制が想定される。
現在のところ，再生可能エネルギー電源の双方向通信制
御は，世界的に見てもほとんど行われておらず，今後の日本のスマートグリッドの国際展開においても非常に有効なツールとなると考えられる。
太陽光発電の設置者等の機会損失（出力抑制）を最小限に抑えるために，将来的にきめ細やかな出力抑制を行うことが可能な，双方向通信機能を用いた太陽光発電等の出力制御に関し，経済産業省の補助事業として2011年
度～2013年度の3年間で実証を行うこととなった。
実証事業の概略スケジュールを図1に示す。

益巳

Masumi Moriguchi

本実証事業はおおまかに以下の五つに区分される。
(1)通信による出力制御が可能な太陽光用PCS（住宅用，事業用）ならびに蓄電池用PCSの開発【課題⑤-1，課題⑥】
現行の太陽光発電用PCSならびに蓄電池用PCSに，デー
タ通信によって制御信号などの授受を行う機能を付加するための開発を行う。
太陽光発電用PCS開発では，国内の主要なPCSメーカが８社参画し，本実証の中で要求する共通の仕様に対し，それぞれが自社製品をベースに通信制御機能を付加開発し，蓄電池用PCS開発では，本実証試験で蓄電池システムを提供する事業者が通信制御機能を付加開発する。
開発品について，通信手段を用いて信号授受，動作などの確認試験を実施する。
(2) 電圧調整機能付きPCSの開発【課題⑦】
太陽光発電用PCSに具備される電圧調整機能は，様々な制御方式が考えられるため，シミュレーション等の検討で望ましい制御方式を絞り込み，家庭用（3～5kＷ級），産業用（10～50kＷ級）の開発を行い，東光高岳・小山事業所内の配電ネットワーク実証試験場を用いて，動作・効果の実
証試験を実施する。
(3) 双方向通信に用いる通信手段の検討と基礎試験【課題⑤-2】本実証試験では，電力系統と需要家を結ぶ種々の双方向通信の手段に対し，住宅地・商業地・農村などの様々な地
域環境や，通信先の第一義的対象である太陽光発電用PCSの設置環境（宅内，宅外など）を模擬した通信環境を構築
し，動作・機能の評価を行う。
(4) フィールド試験【課題⑤-3】
フィールド試験としては，配電ネットワーク試験場の模擬
配電線系統および関連設備を活用した試験，関電工・技術

図1

実証事業の概略スケジュール

東光高岳はこの実証事業に参画し，2011年10月に開所した配電ネットワーク実 証試 験 場 (1)を活用して，太陽光
PCSおよび蓄電池用PCS 注1)への双方向通信による出力制
御検証試験を実施した。その概要について報告する。

2

実証の内容

2.1

実証事業の全体概要

24

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

研究所を活用した業務ビルを想定した試験，青森県むつ小川原地域の六ヶ所村（以下，青森県六ヶ所村，という）において，実際の住環境を使った総合的な実証試験を実施する。
図2に，フィールド試験イメージ図を示す。
このフィールド試験では，複数の通信手段あるいは異なる
通信手段を同時に使うなど，より実 適 用に近い環境において実施し，通信インフラの課題や複合したネットワーク
構成が PC Sコントロールに及ぼす影 響などについてとりまとめを行う。また，これらのフィールド試験は同期をとっ次世代型双方向通信出力制御実証事業への取組み

技 術紹介て同時に実施し，地理的に離隔した場所での一斉通信につ50kW級PCSそれぞれ1台（他社製）を使用し，無効電力制

いても実証する。

御注5)による電圧変動対策の試験を実施した。
青森フィールド

33.1

実証試験の方法および結果
双方向通信機能付50kW級太陽光発電用PCSお
よび200kWＮＡＳ電池用PCSの開発

注2）(1)50kW級太陽光発電用PCS
本実証では，双方向通信出力制御に対応した太陽光発
電用PCSとして，当時開発中であったPWM 注6)によるイン
東光高岳フィールド

図2

関電工フィールドフィールド試験イメージ図

バータ制御による50kW級PCS（並列運転機能と無効電力制御機能，最大電力追従機能，FRT機能搭載）に，外部との通信機能をシーケンス部に追加実装することで実現した。

(5) 双方向通信に関連するその他検討センターサーバから送信される双方向通信出力制御指

双方向通信によって，太陽光発電や蓄電池を含む機器・

令は，通信アダプタを経由してPCS内部のシーケンス部でシステムを制御する状況では，相応のセキュリティ確保が必処理され，交流／直流変換部にて発電電力の制御を行う。

要となることから，想定される通信ネットワークに内在するシーケンス部はリアルタイムで制御結果を交流／直流変換危機や脆弱性の検討を行い，防護システムの試作・評価を部から収集し，通信アダプタに返送する。

実施する。
2.2

開発したPCSの外観を図3に示す。

東光高岳が実施した実証事業項目

連系変圧器盤

連系盤

PCS

本実証事業の中で，東光高岳は以下に示す（1）～（4）の項目について担当し，実証試験を行った。
(1)通信による出力制御が可能な事業所向け太陽光
発電用PCSの開発【課題⑤-1】
事業所向け双方向通信機能付50kW級太陽光発電用PCSを開発した。
(2)家庭および事業所向け太陽光発電用PCSの双方
向通信出力制御フィールド実証試験【課題⑤-3】

通信アダプタ・双方向通信機能を搭載した家庭用3～5kW級PCS（他

図3社製5台）を配電ネットワーク試験場に持ち込み，太陽光（東光高岳保有の2台）もしくは模擬電源装置と接続，
低圧系統に連系させ実証試験を実施した。
・事業所用50kW級PCSは，東光高岳製と他社製の2台を使用し，それぞれ50kW太陽光(東光高岳保有)と接続，
配電ネットワーク試験場の6kV系統に連系させ，実証試験を実施した。
・各PCSへの出力制御は，青森県六ヶ所村に設置されるセンターサーバから実施。公衆回線，特小無線，有線LANなどの通信経路を介して，双方向通信方式にて出力制御
指令の送信とその結果を受信し，評価を行った。
(3）ＮＡＳ電池 用PCSの通信制御の実証【課題⑥】注3)200kWＮＡＳ電池用双方向通信機能付きPCSを開発し，試験場内に設置した模擬蓄電池SCADA注4)から，有線LANを介して充放電出力制御試験を実施し，評価した。
(4）電圧調整機能付きPCSの検証試験【課題⑦】
上記（2）項で，試験場の系統に連系させた3kW級，50kW級太陽光発電用PCS外観図

なお，双方向通信出力制御の方式の詳細に関しては3.2
項で示す。
(2) 200kWＮＡＳ電池用PCS
本実証事業では，太陽光発電大量導入時の余剰電力対策および周波数調整力不足対策を想定して，蓄電池用PCSを開発した。蓄電池は，配電ネットワーク試験場に設置された200kWＮＡＳ電池を使用する。200kWＮＡＳ電池用
PCSは，(1)項で開発した50kW級PCSを4台並列運転する構成とした。なお双方向通信制御機能は，内部の監視ユ
ニットに実装した。装置構成を図4に，外観図を図5に示す。
なお通信インターフェイスは，PCS内部ユニット間通信としてCAN，外部通信としてRS-485，cc-link，LAN，RS-232Cを実装した。
模擬蓄電池SCADAから指令を行うＮＡＳ電池用PCSの双方向通信制御に用いる通信インターフェイスは，LANとした(詳細は3．3項参照)。

東 光高岳 技報 Vol.2 201525

次世代型双方向通信出力制御実証事業への取組み

技 術紹介

接続指令、前日制御情報、即時制御情報、
カレンダー情報、時刻設定

２００ｋＷ ＰＣＳ
センターサーバ（Ｈ社）
青森六ヶ所村

６．６ｋＶ
模擬系統

連
系
盤
連系
変圧器

定格容量

５０ｋＷ ＰＣＳ
× ４

充電時

ＰＣＳ監視・制御

200kWNAS電池用PCS

２００ｋＷ
ＮＡＳ
電池

網

電池情報
収集

監視ユニット

放電時

図4

分
岐
盤

網

保守

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ⑥

⑥

通信
Ｎ社

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ⑦

⑦

通信
Ｎ社

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ①

①

通信
Ｎ社

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ②

②

通信
Ｎ社

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ③

③

通信
Ｎ社

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ④

④

通信
Ｎ社

通信
ｻ ｰ ﾊ ﾞ⑤

⑤

通信
Ｎ社

保守

ｾ ﾝｻ ｰ 付ﾌﾞﾚｰ ｶ
ＰＣＳ
Ｓ社

3kW
太陽光
パネル

ＰＣＳ
Ｐ社

3kW
太陽光
パネル

ＰＣＳ
Ｍ社

模擬電源

ＰＣＳ
東光高岳

５０ｋＷ
太陽光
パネル

ＰＣＳ
Ｔ社

模擬電源

ＰＣＳ
Ｏ社

模擬電源

ＰＣＳ
Ｆ社

５０ｋＷ
太陽光
パネル

ＨＵＢ

模擬指令装置
（監視室内）
試験監視
サーバ

装置構成図

試験場
状態情報

試験場監視
）
ｻ ｰ ﾊ ﾞ（

保守

保守

保守

保守

保守

関連情報
（Ｗ、Ａ、Ｖなど）

200kWNAS電池用PCS

出力制御量
応答

アンサーバック、計測値、装置異常

図6200kWNAS電池

図5200kWＮＡＳ電池用PCSおよび200kWＮＡＳ電池

3.2

家庭および事業所向け太陽光発電用PCSの双方
向通信出力制御フィールド実証試験(1)フィールド実証試験構成

双方向通信出力制御システム構成

た。ただし，カレンダ 情 報など 本 実 証に必 要であるがEC HON E T L iteに規 定されていない制御 情 報に関しては，当該 規 定を拡張した。
また，PCS～通信アダプタ間は，一般的にPCS装置が標準的に実装しているRS-485方式とし，通信フォーマッ本実証の双方向通信出力制御フィールド試験は，以下にトはECHONET Lite形式をベースに本試験用に新規に示すシステム構成にて実施した。

作成した。

双方向通信システムとは，系統側と需要家側を接続するた

上記通信システムを使用して，センターサーバから以下および通に示す実証シナリオに基づいて双方向通信制御を行い，めの伝送システムのことで，通信サーバ，DCE

注8)

信サーバとDCEを接続する通信メディアで構成する。

当該出力制御指令の到達率，各PCSでの出力制御状況な

センターサーバは，需要予測に基づき太陽光発電による余剰電力などの影響により系統に悪影響が発生しないよどを検証した。
・シナリオ①：カレンダ制御方式

うPCSの出力制御情報の設定を行い，双方通信システム

当年と翌年の出力制御カレンダ（年間の特異日（30日を通じ通信サーバに指示する。

程度）の出力制御情報）を必要に応じて設定する。

通信サーバとDCEはフィード内の通信を行い，センター
サーバからの制御情報を通信アダプタに伝送する。

・シナリオ②：翌日（当日）制御方式
毎日，翌日の出力制御の要否を判定し，必要であれば通 信アダプタはセンターサーバからの 情 報を蓄 積しPCSの出力制御を実施する。

翌日の出力制御情報を設定する。また、同じ情報にて
当日の出力制御を可能とする。

双方向通信出力制御システム構成を，図6に示す。

(2)試験結果

センターサーバから通信サーバまでの伝送には，公衆回

a. 太陽光用PCSの出力制御

線網（FOMA，CDMA，WiMAX）を使用した。また試験場内の通 信には，通 信サーバ～D C E 間はZ ig B e e

注9)，DCE～通信アダプタ間はUDP/IPとした。
センターサーバから通信アダプタまでの上位層の通信センターサ ーバ からの双 方 向 通 信 出 力 制 御 指 令 により，実証試験場内各PCSの出力制御試験を行った。
代表例として図7に，東光高岳の50kW級 PCSの出力波形例を示す。

フォーマットはECHONET Lite注10)形式に準拠し，基本的に図中の赤線で示したグラフの左側が出力制御あり時（定機器オブジェクト「住宅用太陽光発電クラス規定」を使用し格出力の30%に出力制御），
右側が出力制御なし時（100%出26

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

次世代型双方向通信出力制御実証事業への取組み

技 術紹介

周波数制御に関連した機能を蓄電池サーバに組み込み，力）の波形である。
30%出力制御のため左側の波形では，15kW（50ｋW×0.3=15kW）で出力が抑制されていることがわかる。

模擬蓄電池SCADAから送信されるAFC注注11)信号（％値）
を構内L A N経由で蓄電池サーバが受信して，A FC信号（％値）を蓄電池出力指令値（kW値）に変 換し，さらに構内LAN経由で蓄電池用PCSを制御する構成とした。

出力制御有（30％）

伝送プロトコルはTCP/IP通信方式とし，情報伝送を行う

出力制御無フォーマットは太陽光PCS制御と同様にECHONET Lite形式に準拠し，基本的に機器オブジェクト「蓄電池クラス規定」
を使用した。ただし，太陽光と同様ECHONET Liteに規定されていない制御情報に関しては，当該規定を拡張した。
(2)フィールド試験結果
模擬蓄電池SCADAから１秒周期で送信されたAFC模

出力電力（kW）

図7

出力電流

東光高岳の50kW 級PCSの出力波形例

b.指令電文到達率
東光高岳試験フィールドでは，2013年の9月～12月において，家庭用3台および産業用2台の太陽光PCSに対す
る双方向出力制御試験を，センターサーバとフィールド間の通信でWiMAX方式，フィールド内通信でZigBee方式
を用いて実施し，出力制御の正否を，電文到達率で評 価した。
WiM A X 通信方式に関しては，配電ネットワーク試験
場は電波状況が最良とはいえない地域であるため，10月にレピータを追加するなどの電波強化対 策を実施し，最終的に97%の到達率を確保した。
また，ZigBee通信方式に関しては，4ヶ月間で平均して97～98%程度の電文到達率が確保できた。
なお上記2通りの通信方式とも，今後再送機能を盛り込むことで電文到達率の向上が見込まれる。
3.3

200kWＮＡＳ電池用PCSの双方向通信出力制

御フィールド実証試験
本実証において，ＮＡＳ電池用PCSの双方向通信出力
制御のフィールド実証試験を，図8に示す構成で実施した。
NAS電池用PCSＬＡＮ

１日のＡＦＣ指令値
情報の設定（％で毎秒単位）
蓄電池サーバへの
指令値送信

図8

ＬＡＮ

準拠
フォーマット毎秒

蓄電池サーバ準拠
フォーマット
毎秒

設定入力
・ＡＦＣ幅
・演算パラメータ（KGT）
指令値（％）の受信と表示

応答（A FC指令受領確認および瞬時充放電電力計測）を通信可能であることを確認した。

4

今後の予定

現在，東光高岳の配電ネットワーク実証試験場では，
本次世代型双方向通信出力制御実証のフォロー研究が，太陽光発電用PCSと蓄電池用PCSに関して，引き続き実施されている（2014年度～2016年度の3年間）。
太陽光発電用PCSに関しては，現在，経済産業省等で検討されている30分間隔の太陽光発電出力制御情報に対応した新たなシナリオ3による試験および，双方向通信に再送機能を追加した試験を実施する。
また，蓄電池用PCSに関しては，実運用に即した充放電電力の変化に対してもAFC指令が正確に追従できるかなどを確認する予定である。

5

おわりに

本実証において，家庭および事業向けの太陽光用PCS(1)フィールド実証試験構成

模擬蓄電池
ＳＣＡＤＡ

擬信号どおりに蓄電池用PCSが出力制御でき，その制御監視ユニット（通信インターフェース）

スケジュール運転設定（充放電パターン）

200kW NAS 電池

PCS
交直変換部

有効電力制御実施

ベース運転点出力

ＡＦＣ指令値のｋWへの変換 伝達関数演算含む

PCS運転出力決定と送信

ＡＦＣ指令値のＰＣＳへの送信（echonet_lite 準拠）

AFC指令値の受信(kW)

ＰＣＳからの各種情報の収集と表示
・電池残存容量・充放電計測情報
・運転状況

PCS および蓄電池の状態監視・収集および蓄電池用PCSに対する双方向通信による出力制御
方式は，良好な結果が得られている。
電文到達率に関しても，通常の通信から考えれば十分に高いと考えられるが，本情報はPCSの出力制御に使われるもので，制御情報の欠落はユーザーのインセンティブ
や出力抑制に対する不公平感にも関わるため，今後さらなる品質向上を検討する必要がある。
また最近，2013年7月の固定価格買い取り制度の開始
以降，太陽光発電を中心に再生可能エネルギー発電設備

PCS 運転指令
受信の接続申し込みが急速に増加した結果，電力会社は一定
規模以上の系統への接続申し込みへの回答を保留することを発表しており，その対策として遠隔から出力制御を行

PCS 状態監視
各種計測

ＮＡＳ電池用PCSの双方向通信出力制御試験構成

える通信システムと，出力制御機能付きＰＣＳを設置する条件で、申し込みを再開した。
今後これらの機器の開発が急務となっている。

東 光高岳 技報 Vol.2 201527

技 術紹介次世代型双方向通信出力制御実証事業への取組

東光高岳は，本実証で得られた知見を基に，再生可能エネルギーの出力制御のシステム提案と出力制御に対応したPCSの開発を推進していく。
■参考文献(1) 茂 木：「配 電 ネットワーク実 証 試 験 場」，高 岳レ
ビュー，Vol.56，No.175，p.19-23（2011）■語句の説明注1）PCS：Power Conditioning System
ディショナー

パワーコン

直流，交流間の電力変換を実施するシステ

ム。
注2）PLC：Power Line Communication

電力線を通信線として利用する通信技術
注3）NAS電池：ナトリウム・硫黄電池

負極にナトリウムを，正極に硫黄を，電解質にβ－アルミナを利用した高温動作型二次電池。
注4）SCADA：Supervisory Control And Data Acquisition
産業制御システムの一種で，コンピュータによるシステム
監視とプロセス制御を行う
注5）無効電力制御：PCSが無効電力を出力することで，系統の電圧上昇を抑制する制御。Ｑ制御ともいう。
注6）PWM：Pulse Width Modulation パルス幅変調スイッチングの比率を変化させて，インバータの出力電圧を制御する手法注7）CAN：Controller Area Network 耐ノイズ制の効果を考慮して設計され，相互接続された機器間のデータ転送に使用される規格
注8）DCE：Data Circuit-terminating Equipment
通信回線 網の終端 部に設置され，通信回線と家庭や事業所などのLAN回線との接続点となる装置
注9）ZigBee：センサーネットワークを主目的とする近距
離 無 線 通 信 規 格 の 一つ。基 礎 部 分 の電 気 的 仕 様 は ，IEEE802.15.4として規格化されている。IEEE 802.15.4の総称としてZigBee（ジグビー）と呼ばれることが多い。
注10）ECHONET Lite: エコーネットコンソーシアムが策定した通信プロトコルである。スマートハウス向け制御プ
ロトコルおよびセンサーネットプロトコルであり，ISO規格
およびIEC規格として国際標準化されている。
注11）AFC:Automatic Frequency Control 自動周波
数制御方式

28

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

村下直久

技術開発本部 技術研究所
プロジェクト推進グループ 兼 スマートグリッド事業推進部
スマートグリッドシステム設計グループ 所属
次世代配電ネットワークおよびスマートグリッドに関する研究・開発に従事

森口益巳

技術開発本部 技術研究所
プロジェクト推進グループ 所属
次世代配電ネットワークに関する研究・開発に従事

技術紹介

高電圧直流給電用ブレーカ
■ 山田

敏晴

Toshiharu

1

Yamada2.1 高電圧直流給電回路をアークレス遮断

概要

半導体素子を用いた独自の消弧回路により高電 圧直太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの適用拡大や蓄電池設備の普及により，直流給電の適用が増流給電回路をアークレスで遮断することができる。
本ブレーカの直流電流遮断波形を従来ブレーカと比較えている。また，ＩＣＴ装置の高度化や通信ネットワークのして示す（図2，図3）。

拡大による消費電力の急増が課題となっているデータセ

2.2 コンパクトな２極式

ンターでは，その抑制策として直流給電が注目され、導入が始まっている。

本ブレーカは，次の機能を備えたコンパクトな2極式構造を採用した。

直流給電の回路保護を担う直流電流の遮断技術面では，(1) 過電流保護（電磁・ヒューズ内蔵）

交流とは異なり，電流零点が無いために開極時に継続発生(2) 外部信号によるオフ制御

するアークが接点の劣化や熔着，火災発生の要因になる。こ(3) 状態表示用接点出力のため，開極アークの抑制を主眼にした遮断技術が開発されており，従来から永久磁石によるアーク伸長や複数接点の直列接続化等の遮断技術が活用されてきた。
今回，半導体素子を用いた独自の消弧回路により開極アークが全く発生しないアークレス遮断技術を開発し，この技術を適用して高電圧直流給電用ブレーカ（ＤＣ４００
Ｖ，３０Ａ）の製品化を進めている。

2特長

高電圧直流給電用ブレーカの特長は以下の通り。

図1

アークレス

接点電流

接点電流

アーク継 続↓接 点 劣 化 ・熔 着 ，火 災

消弧回路電流

ﾌﾞﾚｰｶ通過電流

図2

本ブレーカの直流電流遮断波形

本ブレーカの外観イメージ

ﾌﾞﾚｰｶ通過電流

図3

従来ブレーカ（接点直列接続）の直流電流遮断波形

山田 敏晴
エネルギーソリューション事業本部
パワートロニクス営業部
パワーエレクトロニクスグループ 所属
パワーエレクトロニクス製品の企画・販売に従事

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

29

技術紹介

OpenADR によるDR 発動システム
■ 澁谷

啓之

■ 唐澤

Hiroyuki Shibuya

1

典行

■ 小澤

Noriyuki Karasawa

信行

Nobuyuki Ozawa

図1に示すように，このVTNとVENの通信モデルでは，最はじめに

2011年3月11日に発生した東日本大震災以降，我が国の電力需給状況は依然として厳しく，再生可能エネルギーの導入などの供給側の対策だけでなく，需要家側でも電力の需給調整を行う「デマンドレスポンス」（以下，DR：
Demand Response）が近年注目を浴びている。

初に自身がVENとしてVTNより受信した情報を，更に下位のVENに対して送る際は自身がVTNとなる。このようにVTNやV ENの機能を持つサーバのことをDR A S（Dema nd
Response Automation Server）とも呼ぶ。
電力会社

アグリゲータ

需要家

DRとは，時間帯別料金などにより電力価格を変化させて電力使用を抑制したり，削減した電力量に応じてインセ
ンティブを支払うことで，電力需要ピーク時や需給逼迫時において，需要家側で需給調整を行うものである。
従来のDRにおいては，需給逼迫が予測される前日等に電話や電子メールを利用し人手で需要家に抑制の連絡を行っていた。その人手によるやり取りを自動化し，相互接続性を確保するためのOpenADR(Open Automated Demand
Response)という規格が米国で策定された。日本においても，スマートハウス・ビル標準・事業促進検討会の策定
した「デマンドレスポンス・インタフェース仕様書」 では(1)

OpenADRに基づいて仕様が定められるなど，今後普及が期待されている。
現在日本では，OpenADRを活用したDRについては実証試験段階であるが，東光高岳ではこの実証試験段階から参画し，OpenADR関連技術の研究・開発及びビジネ
スモデルの創出に取り組んでおり，本 稿ではOpenADR
技術とそれら東光高岳での取組みについて紹介する。

2
2.1

OpenADR とは
OpenADR概要

図1

電力会社と需要家との間に入り，需要家を束ね節電容量を集めるアグリゲータと呼ばれる事業者を介して需要家へDR発動を行う場合を例にこのモデルを見る。図1に示す
ように，まず電力会社（VTN）からアグリゲータ（VEN）へ
DR情報が送信され，その後アグリゲータがVTNとなり需要家（VEN）へと伝えられる。このようにVTNとVENとの1対1の通信モデルで階層構造も表現できる。
2.3

OpenADRでのDR実施フロー

OpenADRでやりとりされるメッセージでは，DR抑制
量・時間だけでなく，電力価格やメーター情報など様々な情報がサポートされているが，その全てが必要な訳ではなく，ユースケースによって使い分ける。図2にアグリゲータ
を介したDR発動のスキームを示す。
電力会社

OpenADRはDRの自動化・標準化を目的に米国のOpenADR

OpenADRでは電力会社と需要家との間の通信モデル・（EMSなど）との間をXML形式のメッセージ交換を行うことによりDR要請・応答を行う。OpenADRでは特にこのサーバをVTN(Virtual Top Node)と呼び，クライアントを
VEN(Virtual End Node)として通信モデル化されている。

30

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

②

要請
③

⑤実績 の
報告

VTN(サーバ)・VEN(クライアント)通信

OpenADRでは電力会社のサーバと需要家のクライアント

需要家

発動予告

OpenADR にて規定される通信

通信プロトコルを規定している。
2.2

アグリゲータ①

Allianceにより策定された規格で，現在OpenADR2.0bというバージョンが 最 新 の 仕 様として公 開されている。

VTN-VEN間通信

実行

④実績 の
収集

⑥インセンティブの支払い

OpenADR
スコープ外⑦インセンティブの支払い

図2

アグリゲータDRシーケンス

図2において，まず電力会社よりアグリゲータに対しOpenADRによるDR発動システム

技 術紹介

DR発動の予告が送信される（①）。この際に送られるの検証を行い，同年11月には，一般社団法人新エネルギー

はDR開始日時，DR継続時間，抑制容量，逼迫レベルな導入促 進 協 議会 が 公 募した平成2 5 年度 次 世代エネルどである。次にアグリゲータが抑制容量に応じて需要家

ギー・社会システム実証事業費補助金に東京電力株式会を選択し，DR要請を行う（②）。需要家にてEMSシステ

社，株式会社グローバルエンジニアリングと共同申請した

ムなどと連 携していれば自動で，そうでない場 合手動で「実効性の観点から見た短時間かつフレキシブルなDRシDRを実施する（③）。実施したDRによる抑制容量をアグステム構築と分析・評価」の事業が採択され (2)，平成26年

リゲータが収集し（④），電力会社に報告を行う（⑤）。こ度も継続事業として採択された(3)。

こまでがOpenADRにて規定される通信の流れになる。

本実証事業では，OpenADRを用いて実際に電力会社

一 般に需要家がDRを実 施すると対価として契 約に応じからアグリゲータに対してDRを発動し，アグリゲータからて，電力会社からアグリゲータへ（⑥），アグリゲータから需要家に対してDR要請を行い，需要家のDR実績に応じ需要家へのインセンティブが支払われる（⑦）。ただし，イてインセンティブを支払うという一連の流れを実フィールド

ンセンティブの支払いについてはOpenADRが規定するとにて実施し，その効果の分析・評価を行った。

ころではない。

3.2

システム構成以上がOpen A DRを活用したDR発動の一例である。

電 力会 社 からD R が 発 動されると，電 力会 社の電 力DRの実施において個々の需要家では，必ずしもいつでもDR A SからアグリゲータDR A SへとDR情 報が送信されDRが実施できるわけではないため，DRを発動する際にる。受信したDR情報は需要家管理を行うサーバ（図3の

その時々の状況に応じて最適な需要家を選択する必要がコンテンツサーバ）へと送信される。コンテンツサーバにある。それを電力会社の代わりに行うのがアグリゲータでて需要家の選択を行い，選択した需要家に対してDR要請あり，現在DRにおいて注目されているビジネスモデルであが行われる。需要家にはSTiNC(東光高岳のインテリジェ

る。この他にもCPP（Critical Peak Pricing） や直接

ントネットワークコントローラ)を設置し，使用した電力量負荷制御 注2)などの様々なDR関連サービスがOpenADR

を計測し，計測したデータをデータ収集用のサーバ（図3では実現可能である。

のパーソナルサーバ）へと送る。このデータの計測・収集

注１)

3
3.1

は１分値単位で行うことで，需要家の節電行動の応答性

東光高岳の取組みの詳細な評 価に役立てた。パーソナルサーバで収集したデータはコンテンツサーバに送られ，収集したデータを元

次世代エネルギー・社会システム実証事業

O p e n A D Rに関 連する東光高 岳の取 組みとしては，
2013年度に技術検証としてOpenADRサーバの相互接続

図3に需要家へ支払うインセンティブの算出を行った。
このようにOpenADRの機能，需要家管理の機能，デーシステム構成図東 光高岳 技報 Vol.2 201531

技 術紹介OpenADRによるDR発動システム

タ収集の機能と，それぞれ 機能別にサーバを分けた。こは朝（8:00〜11:00），昼（13:00〜16:00），夕（17:00〜

れにより，需要家管理システムは持っているアグリゲータ

20:00）の3パターンとした。DRの実施を需要家に要請すに対してOpenADR機能とデータ収集機能を提供するな

る事前予告をDR実施時間の前日，1時間前，30分前，10

ど柔軟なサービス提供を行うことを可能とした。

分前の4パターンにて実施した。

開発したパーソナルサーバでは，各需要家のリアルタイム

3.5

DR実施結果の１分値データの検索及びグラフ表示機能，通信状況の監DR実施結果の一例として，2014年11月28日に発動さ視，新規需要家の登録などアグリゲータ向けの管理機能なれたDR（時間帯:夕，事前予告:1時間前）において，アグどを実装した見える化システムを搭載し，アグリゲータ業務

リゲータDRASで受信したOpenADRによるDR発動予告の効率化や，需要家データの分析などに役立てた。

の内容を表１に示す。

DR実施に協力いただいた需要家での節電方法は，自表1

家発電機の起動，空調・照明制御，蓄電池の放電，蓄熱

情報
日付
開始時間
継続時間
緊 急 レベル

設備の制御，生産設備の制御などである。アグリゲータから需要家へのDR要請はコンテンツサーバよりメール経由で行われ，メールを受け取った需要家は指定時間に上記の方法で節電行動を実施する。また，コンテンツサーバからSTiNCにDR情報を送信し，DR開始時刻にSTiNCから需要家設備に制御指令を出すことで，一部の需要家設
備においては自動制御を行った。
3.3

ベースライン

需要家の行った節電努力により得られた削減効果を定量的に評価するために，DR実施時間帯に節電をしなければ，本来使用したであろう電力量の予測値(ベースラインと呼ぶ)と実際に使用した電力量との差 分値の算出を行っ発動予告内容値

時間

表１で送られた情報は図2で示した①DR発動予告において送られる情報である。表1中の緊急レベルは低い方から
0,1,2,3の4段階あり，1は中程度の緊急度を想定している。
図2で示した①DR発動予告をアグリゲータが受信した
日時を表２に示す。それに基づき需要家がDR情報を受信した日時(図2の②DR要請)，及び自動 制御の需要家のSTiNCにてDR信号を受信した日時を同様に表２中に示す。
表２

アグリゲータ及び需要家へのDR情報通知日時
情報通知
アグリゲータ
信号 受信日時需 要 家 通 知 日 時 （メール）
信号受信日時た。図4にベースラインとDR実施日の電力量との関係の例
を示す。

日時

アグリゲータはDR実施時間の1時間前にDR情報を受信し，受信したDR情報は1分後にはメールにて需要家に通 知されている。同 様に自動 制 御の場 合も１分 後にはSTiNCにDR情報が届いている。この結果よりOpenADR
を用いてDR発動を行うことで電力会社から需要家まで速やかにDR情報の伝達を行うことができていると言える。
図4

ベースラインの例

次に，需要家にて実施したDRの実施結果を図5に示す。

図4の例では，13:00〜16:00にDRを実施し，ベースラ
インに対して赤色の棒グラフ分の電力量を削減できたことを示している。
削減量を算出するのに用いるベースラインの計算方法は種々あり，DR実施日の至近の営業日何日間かの平均使用量をベースラインとする方法や，至近Y日間の内，電力
使 用 量 の 高 か った X 日分 の 平 均 をベースラインとする「High X of Y」などが用いられている。今回の実証では至近の営業日5日間の平均値をベースラインとした。
3.4

DR発動パターン

図5

電力使用量の実績とベースライン（2014/11/28）

2013年度には，全12の需要家に協力いただき計3回の図5の棒グラフはDR実施日の各需要家の電力使用量をDR発動を行い，2014年度には全13の需要家に協力いた

積算した値を示し，折れ線グラフはそのときのベースライ

だき，計23回のDR発動を行った。DRを実施する時間帯ン示す。図5より，DR実施時間の17:00〜20:00の間にお32

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

OpenADRによるDR発動システム

いてベースラインと比べ電力使用量が削減できたことが分
かる。

技 術紹介

図7より，自動制御を行った場合は開始時間の約2分後には十分な削減効果が得られているのが分かる。STiNC

以上より，OpenADRによるDR発動システムによりDRから制御命令が出され，実際に設備の制御によって節電を発動し，需要家にてDRを実施し削減効果が得られるこ効果が現れるまでに約2分かかっているが，DR実施担当とを実フィールドにて確認できた。

者がメールに気づかずとも時間になれば 確実にDRが実3.6施できる。よって，10分前発動のようなFastDRには自動自動制御の効果

発動したDRの中で特に10分前に需要家に要請を行う制御が有効であると言える。

場合には，需要家において事前に十分な準備が行えない
ため，対応が遅れる，あるいは実 施できなかったというケースが見られた。図6に10分前発動でDRを行った場合のDR開始時刻から節電効果が得られるまでの立ち上がりの例を示す。

4

おわりに

OpenADR技術とそれを活用した東光高岳での取組みとして実 証事 業について紹介した。実 証事 業を通して，OpenADRでのDR発動システムの検証，自動制御の有効性の検 証などを行った。今 後も更に検 証を重ね ，実 証
フィールドから実際のビジネス展開へとつなげていく所存
である。
■参考文献
（1）スマートハウス・ビル標準・事業促進検討会「デマンドレスポンス・インタフェース仕様書 第1.1α版」(2014.05.28)（2）平成25年度 次世代エネルギー・社会システム実証

図610分前発動での立ち上がりの例（手動制御）

図6では，13:00からのDRを10分前に通知した場合の事業費補助金(次世代エネルギー・社会システム実証事業)（第三次公募）の採択結果について（2013.11.22）
http://www.nepc.or.jp/topics/2013/1122.html

例で，需要家は通知を受けてから手動で節電行動を実施（3）平成26年度 次世代エネルギー・社会システム実証する。13:0 0からの開始に対して実際に節電行動が見ら

事業費補助金(次世代エネルギー・社会システム実証事れ始めたのが13:24からで，十分な節電効果が得られるま業)の採択審査結果について（2014.6.27）

では27分もの時間がかかっている。

http://www.nepc.or.jp/topics/2014/0627̲1.html

10分前発動の場合，発動の通知のメールに気づくのが遅れるだけでも上記の例のように対応が遅れてしまう。事前に設備側での準備が必要な場合には，更に節電効果が得られるまでに時間がかかる。そのため，10分前発動などのDR通知からDR開始時間までのスパンが短いDR（Fast■語句説明注1）CPP（Critical Peak Pricing）:緊急ピーク時に特に高い電気料金を課す方式
注2）直接負荷制御：電力会社が直接需要家の機器を制御する方式DR）において，手動制御でDRを行うのは難しいと言える。
次に同様に10分前発動の場合に，自動制御を行った例
を図7に示す。

澁谷啓之

技術開発本部
技術研究所 ICT技術グループ
通信技術の研究開発に従事

唐澤

典行

小澤

信行

所属

技術開発本部
技術研究所 ICT技術グループ 所属
自動検針システムなどのソフトウェア開発に従事

エネルギーソリューション事業本部
ソリューション製造部 開発グループ 所属
エネルギーマネジメントシステムの開発に従事

図710分前発動での立ち上がりの例（自動制御）

東 光高岳 技報 Vol.2 201533

中国武漢試験場での自立型光CTの性能確認試験

技術紹介

■ 山口

達史

■ 川﨑

Tatsushi Yamaguchi

1

博文

Hirofumi Kawasaki

はじめに

変電 所内の自動化に関わる通信プロトコルとしてI EC
61850 (1)が制定されて以来，海外では，光変流器（以下，光ＣＴ）の実用化が進められてきた。東光高岳では，光CTを次世代の変成器として位置づけ，海外市場をターゲットに
2008年より研究開発を行っている。光ＣＴの技術開発では，電流センサの各要素技術，MU（Merging Unit）技術
および 高 精 度 化 技 術 等 を確 立し，プ ロトタイプとして220kV自立型光ＣＴを開発した。

（b）ラック収納をイメージしたMU

現在，光ＣＴが最も普及している中国市場を視野に入れ，中国電力科学研究院

電力工業電気設備質量検査測定センター（以下，武漢試験場）が実施する電子式変成器
性能確認試験（以下，性能確認試験）に合格し，長期性能検証を除くすべての試験で良判定を得たので，その概要を
報告する。

2
2.1

自立型光CTの性能確認試験
220kV自立型光ＣＴの概要(2)本装置の概略仕様を表1に示す。本装置は，電流を検出す
る光ＣＴ本体と，変調された光信号を電気変換して信号処
理演算および通信を行うＭＵにより構成されている。光CT
本体は，ポリマーがい管の上部に電流検出部を取付けた構造であり，周囲に電 界 緩 和シールドを設けている（図1(a)）。ＭＵは，電源，光源，信号処理および通信の各ユニットが独立しており，出力はIEC61850-9-2LEに準拠しオー
ルディジタル変電所に対応できる（図1(b)，(c)）。
表1
項

200kV自立型光CTの概略仕様

目

仕 様 値

準拠規 格

GB/T 20840.8-2007
IEC 60044-8 IEC 61850-9-2LE

最高使用電圧252kV

定格一次電圧220/√3kV

定格一次電流1,200A

定格耐電圧

AC 460kV / LI 1,050kVpeak

定格周波数

50Hz

確度階級

計測用：Class0.2，保護用：Class5P

定格短時間電流

50kA

電源電圧

DC220V±20％

周囲温 度

光ＣＴ：-40〜+70℃
ＭＵ：-10〜+55℃

外形寸法

光CT：480(W)×480(D)×3349(H)㎜
MU：480(W)×361(D)×222(H)㎜

34

3sec

東 光高岳 技報 Vol.2 2015（c）MU（マージングユニット）（a）光CT本体
図1

2.2

220kV自立型光CTの装置構成

自立型光ＣＴの性能確認試験

性能確認試験とは，中国国家電網公司が独自に規定する試験で，IEC規格やGB規格より厳しい試験条件や判定値となっている（表2）。武漢試験場ではこれらの試験を通して，外部環境に左右され難く長期的に安定した性能を有する光ＣＴであるとの認定を行っている。
今回の試験では，長期性能検証を除くすべての試験を行い，良判定を得て合格することができた。以下に性能確認試験の主な試験結果を示す。
表２
No.

自立型光ＣＴの性能確認試験項目一覧
試験項目

No.

試験項目

1

誤 差試験

9

RIV 試験

2

温 度サイクル
誤 差試験

10断路器開閉サージ影響試験

3

光CT絶縁試験11

機械的強 度試験

4

MU絶縁試験

12

MU 振動試験5

短時間電流試験13

MU 保護等級検証

6

複合誤 差試験

14

誤 差試験（同相電流）

7

EMC試験

15

誤 差試験（再現性）

8

温 度上昇試験16

長期性能検証（未実施）(１) 温度サイクル誤差試験
温 度 サイクル誤 差 試 験は，光ＣＴ本体の温 度 範 囲：
-40〜+70℃，ＭＵの温度範囲：-10 〜+5 5 ℃の 条 件 の中国武漢試験場での自立型光CTの性能確認試験

技 術紹介

もと高温側試験，低温側試験に分けて実施した。その結計測用，保護用とも比誤差変化，位相角変化が規定値を果，計測用，保護用とも規定値を満足した。また特殊試験

満足しており，良好な結果が得られた。図5〜6に計測用として，低温側試験時に一度ＭＵの電源を切り2.5時間放の試験結果を示す。

られた。図2〜3に計測用の比誤差特性結果を示す。

0.3

90

0.8

80

0.6

70

0.4

60

0.2

50

0.0

40

-0.2

比誤差
比誤差上限値
比誤差下限値
光CT温度
MU温度

-0.4
-0.6
-0.8
-1.0

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0

12:00

時刻

14:24

コールドスタート

図3

0.1

0.0
-0.1

9:36

12:00

時刻

14:24

比誤差
比誤差上限値
比誤差下限値
光ＣＴ温度
ＭＵ温度

16:48

比誤差変化
比誤差上限値
比誤差下限値

-0.2
-0.3
-0.4

-0.5

10

0

0.2

図5

誤 差試験（再現性）結果（比誤 差変化特性）

0
-10
19:12

40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
19:12

温度サイクル誤 差試験結果（低温側比誤 差特性）

(２) 断路器開閉サージ影響試験
断路器開閉サージ影響試験は，断路器の充電部に光Ｃ
Ｔの一次端子を電気的に接続した状態で開閉動作を行う試験である。接点の開閉に伴いアークが発生するが，ＭＵ
出力の波形異常やパケットエラーが発生することなく良好な結果が得られた。図4に試験状況を示す。

0.4

0.6

0.8

1

試験電流［定格一次電流に対する割合］

1.2

1.4

20

温度サイクル誤 差試験結果（高温側比誤 差特性）
MU電源OFF

7:12

16:48

0.2

15

位相角変化［min］

比誤差［％］

図2

9:36

20

周囲温度［℃］

7:12

30

0.4

比誤差変化
［％］

1.0

周囲温度［℃］

0.5

比誤差［％］

置後にコールドスタートを実施した結果，良好な精度が得

10
5
0
-5

位相角変化
位相角上限値
位相角下限値

-10
-15

-20
0

0.2

図6

誤 差試験（再現性）結果（位相角変化特性）

3

0.4

0.6

0.8

1

試験電流［定格一次電流に対する割合］

1.2

1.4

おわりに

本稿では，武漢試験場による自立型光CTの性能確認試験を行った結果およびその状況について述べた。試験
結果から自立型光CTは実用レベルの性能を有していることを確認した。今後は中国市場への参入を中心に，市場性を見極め，製品化を進める方向で各種検討を行っていき
たい。
■参考文献
（1）大谷，今井，天雨，牛尾他：「変電所ディジタル監視

断路器

自立型光CT

制御システムに対する IEC61850 適用の基礎検討（その１）」，電気学会研究会資料，PPR-10-22，pp.113-118（2）山口，板倉：「光ファイバ電 流センサ適 用装置の実 用 化と光ＣＴ開 発 の 取 組」，東 光 高 岳 技 報，No.1，
pp.44-48（2014）

図4

断路器開閉サージ影響試験状況(３) 誤差試験（再現性）
誤差試験（再現性）は，性能確認試験の最初に行う誤差試験 結果に対して，最後に行う誤差試験（再現性）結果の変化が，計測用，保護用とも確度階級の1/2以下に規定されている。本試験の目的は，全体の試験を通して温度 変化や振 動および電磁界 等の外部ストレスを受けても，安定した精度を維持しているか確認することである。

山口

達史

技術開発本部
技術研究所
ICT 技術グループ 所属
光 CT・光 VT 他光変成器の開発・設計に従事

川﨑博文

技術開発本部
技術研究所
ICT 技術グループ 所属
光 CT・光 VT 他光変成器の開発・設計に従事

東 光高岳 技報 Vol.2 201535

電力用モールド機器向け
植物油由来エポキシ樹脂の開発

技術紹介

■ 大竹

美佳

■ 山下

Mika Ohtake

1

太郎

■ 小川

Taro Yamashita

賢治

Kenji Ogawa

■ 平野

一美

Kazumi Hirano

一方，電力機器用エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂にはじめに

低炭素社会の実現に向け，CO 2の排出抑制や石油資源の使用量節減につながる技術開発が，様々な分野において積極的に進められている。例えば，電力分野では，多くの電力機器に絶縁媒体として用いられているSF6ガスに温室効果があるため，その使用量の節減が責務となっている。東光高岳においても，SF 6ガスの代替を実現すべく，電力用モールド機 器の絶 縁 材料であるエポキシ樹脂の適 用拡大を目的とした高性能化に取り組んできた (1) 。また，電力用モールド機器の更なるグリーン化の実現を目指
し，材料そのものが環境負荷低減に貢献する，バイオマス
資源をベースとした植物油由来エポキシ樹脂の開発を推進している。本 稿では，植物油由来エポキシ樹脂の課題であった成形プロセス性と耐サーマルショック性の両立を試みたので報告する。

は熱可塑性樹脂に比べて要求される機 械強度や耐熱性等の特性レベルが高く，バイオマス資源への代替のハード
ルが 高いためか，活発な取 組みがなされていない。しかし，電力用モールド機器は比較的大型で樹脂ボリュームを有するため，バイオマス資源を適用することができれば環境負荷低減への効果は大きい。一般に電力機器用エポキシ樹脂はエポキシ主剤，硬化剤，石英等のフィラーで主に構成されており，石油由来原料であるエポキシ主剤や硬化剤をバイオマス資源に代替することで，CO 2の排出抑制が期待できる。

3

電力用モールド機器適用への鍵

エポキシ樹脂主剤の代替として，東光高岳はこれまでに植物油の脂肪酸の不飽和部位をエポキシ化した数 種類のエポキシ化植物油 (3) を対象としてその有用性を検討

2バイオマス資源による環境負荷低減

バイオマスとは一般に「再生可能な生物由来の有機性資源で化石資源を除いたもの」と定義されている。バイオ
マス資源の利用によるカーボンニュートラルの概念を図1に示す。バイオマス資源はその成長過程でCO 2を吸収することから，CO 2の増加を抑制できる。また，石油や鉱物等の枯渇資源と異なり，繰り返し生産可能な再生資源であり，生産地域も限定されない等の特長を有する。そのため，バイオマス資源を活用した燃料や熱可塑性樹脂の研究開発やその実用化が積極的に展開されている(2)。

してきた。その結果，エポキシ化亜麻仁油を主剤，酸無水物を硬化剤としたエポキシ樹脂（以下，酸無水物系亜麻仁油樹脂）は，長年実績のある電力機器用エポキシ樹脂（以下，現行樹脂）と比較して，機械強度および耐熱性がやや劣るものの，電気絶縁性は同等レベルであり，実用可能な材料特性を有していることを明らかにした（4）。また，
熱的特性が異なる金属やセラミック等の内蔵物と一体成形する電力用モールド機器への適用においては，異種材料との適合 性，特に耐サーマルショック性が重要となるため，その性能向上を図った (5)。しかし，耐サーマルショッ
ク性の向上化アプローチとして，線 膨張 係数の低いフィ
ラーを高充填することに加え，低温で長時間の硬化プロセスが必要となり，成形プロセスの改善が適用を図る上でＣＯ22吸収
ＣＯ
吸収

バイオマス

の鍵となっていた。

枯渇しない再生資源

ＣＯ
ＣＯ22排出排出4ノボラック型フェノール樹脂の適用

ノボラック型フェノール樹脂は半導体封止分野でエポキ

バイオマス
廃棄
プラスチック
図1

36

焼却処理

カーボンニュートラルの概念

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

シ樹脂の硬化剤として多く適用されており，硬化時間を短くコントロールできる。また，他のエポキシ樹脂硬化剤と比較して，硬化物の架橋密度が高まり，耐熱性に優れ

電力用モールド機器向け植物油由来エポキシ樹脂の開発る。そこで，硬化剤にノボラック型フェノール樹脂の適用を試みた。
フェノール系硬化剤の配合量は，エポキシ化亜麻仁油のエポキシ当量に対する水酸 基当量から決定した。フィラーは注型可能な樹脂粘度を基準とし，球状溶融石英を最大限配合した（以下，本配合硬化物をフェノール系亜麻仁油樹脂と表記）。フェノール系亜 麻仁油樹脂と比較対象である酸無水物系亜麻仁油樹脂および現行樹脂の組成と成形プロセス条件を 表1に示す。成形プロセス条件
は徐冷を含めた硬化時間が 現行樹脂と同等レベルになることを目標に，ゲル化までの反 応性を事前に検 証して
決定した。
表1

硬化剤
フィラー

フェノール系
亜麻仁油樹脂エポキシ化
亜麻仁油
ノボラック型
フェノール樹脂

酸無水物系
亜麻仁油樹脂
エポキシ化
亜麻仁油

現行樹脂
（石油由来）
ビスフェノールA型
エポキシ樹脂

酸無水物

酸無水物

溶融石英

溶融石英

結晶性石英

120℃

80℃〜100℃

80℃〜130℃

バイオマス比率（樹脂成分）
成形
プロセス
条件

硬化温度

膨張係数および絶縁破壊強さを 表 2 に示す。耐サーマル
ショック性と絶縁破壊強さを除く表中の値は，酸無水物
系亜麻仁油樹脂の値で基準化して表記した。
植物油由来エポキシ樹脂の材料特性
フェノール系
亜麻仁油樹脂酸無水物系
亜麻仁油樹脂現行樹脂（石油由来）

0℃⇔100℃でクラック発生-10℃⇔100℃でクラック発生0℃⇔100℃でクラック発生キシ樹脂と同等の性能を維持しながら，課題であった硬化時間を現行の電力用エポキシ樹脂と同等レベルまで短縮することができた。すなわち，ノボラック型フェノール樹
脂を適 用することによって成形プロセス性と耐サーマル
ショック性の両立が達成され，植物油由来エポキシ樹脂の電力用モールド機器への適用可能性が確認できた。
今後は硬化剤についてもバイオマス資源に由来する材料を選定し，樹脂成分中の再生可能資源由来比率をより■参考文献（1）山下太郎 他：「電力機器用エポキシ樹脂の耐サー

マルショック性向上」，
マテリアルライフ学会誌，Vol.23，
No.1，PP.33-40（2011）（2）八百健二 他：「バイオマス樹脂材料技術」富士ゼ（3）宇山浩：「植物油脂を基礎とするバイオベース高特別講演会(2010)（4）大竹美佳 他：「環境負荷低減を目的とした植物油
由来エポキシ樹脂の電力用モールド機 器への適用性検討」，東光電気技報No.18(2013)（5）大竹美佳

他：「植物油由来エポキシ樹脂の電力

用モールド機器への適用に向けた耐サーマルショック性向上」，東光高岳技報No.1(2014)
大竹 美佳

曲げ強度
ガラス転移温度
線膨張係数
絶縁破壊強さ（kV/mm）

フェノール樹脂を適用することで，従来の植物油由来エポ

分子材料の開発」,エポキシ樹脂技術協会第38期第3回

耐サーマルショック性，曲げ強度，ガラス転移温度，線

耐サーマルショック性

植物油由来エポキシ樹脂の硬化剤としてノボラック型

ロックステクニカルレポートNo.17 pp.38-47(2007)

硬化時間（徐冷を含む）

表2

まとめ高める材料開発を推進していきたい。

各樹脂の組成と成形プロセス条件

主剤
材料

5

技 術紹介

20以上

20以上

耐サーマルショック性はJIS法をベースとした社内標準の液相冷熱試験法 (1)で評価を行った。耐サーマルショック性に優れた樹脂を簡便かつ短時間で評価するため，過酷な試験 条件を採用している。フェノール系亜 麻仁油樹脂
は耐サーマルショック性を維持しながら，現行樹脂と同レベルの硬化温度に引き上げることができ，酸無水物系亜麻仁油樹脂に対し，硬化時間を50%程度に短縮することができる。また，曲げ強度やガラス転移温度は酸無水物

技術開発本部
技術研究所
材料技術グループ 所属
エポキシモールド樹脂の研究に従事

山下 太郎
技術開発本部
技術研究所
材料技術グループ 所属
エポキシモールド樹脂の研究に従事

小川 賢治
技術開発本部
技術研究所
材料技術グループ 所属
エポキシモールド樹脂の研究に従事

系亜麻仁油樹脂と同等レベルであり，絶縁破壊強さも現
行樹脂と同等レベルであることから，電力機器用エポキシ樹脂として有望であることがわかる。

平野 一美
東京理科大学大学院非常勤講師
一般社団法人 日本機械学会フェロー
専門：先端材料工学，破壊力学，材料強度学，構造・機能融合設計，構造健全評価
工学博士

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

37

製品紹介

風力発電設備用雷電流計測装置
■ 酒井

繁美

■ 細谷

Shigemi Sakai

はじめに

1

地球温暖化対策として，再生可能エネルギーの導入促

一方，発電容量の増加に伴い，風車の大型化が進んで(3)データ保存機能
落雷データは，計測装置本体内部に保存され，記録媒体（USBメモリ）によって，容易に回収することができる。
(4)接点出力機能
風車の制御への活用を目的として，落雷発生時に，接点信号を出力する機能を備えている。

季雷によって，風車のブレードの損傷，飛散 等の雷被害が多発している。
これを受けて，経済産業省では，新エネルギー発電設備
事故対応・構造強度ワーキングを発足させ，
下記の内容を含

博文

Hirofumi Fujioka

雷発生時刻を取得する。

おり，その地上高の高さから受雷頻度が増加し，特に，世界的にも特異に「エネルギー」が大きい，日本海沿岸の冬■ 藤岡

Hosoya

GPS衛星を利用した高精度な時計により，正確な落進が加速しており，二酸化炭素の排出が極めて少ない風力発電設備の導入が世界的に推進されている。（1）雅樹

Masaki

出力の有無は，落雷のレベル（電流波高値，電荷量）
を判定条件として，計測値とお客さまが任意に設定可
能な判定値とを比較することにより制御可能である。
(5)遠隔データ収集機能

めた，風力発電設備の雷被害再発防止対策を掲げた。（2）Webサーバー機能を標準搭載しており，お客さまの・雷撃検出装置の設置ならびに落雷時の運転停止

L A N環境に接続することで，遠隔のクライアントPCか

および速やかな点検実施
・耐雷設計（設計時に想定する雷撃の電荷量）の見直しと適切な補強対策

ら落雷データを収集することも可能である。
2.3仕様

雷電流計測装置のおもな仕様を表1に示す。

このような状況の中，東光高岳では，他社に先駆け，こブラウザ画面れまでに蓄積した雷計測技術を活用して，上記の雷被害再発防止対 策に必要な機能を有する風力発電設備用の雷電流計測装置を開発し（3）（4），2005年度より全国に納入している。
・落雷の検知と外部への通知
風力発電設備と連携して，運転を停止
・電荷量（エネルギー）の計測
耐雷設計の妥当性を把握

2
2.1

構成

イル（電流センサ），落雷発生時刻を計測するためのGPS
アンテナ，風車タワー内部に設置した計測装置本体から構成される。雷電流計測装置のシステム構成を図1，設置
例を図2に示す。
機能(1)雷電流計測機能
風車のタワー脚部を周回する大口径のロゴウスキーコ
イルにより，風車への落雷電流を計測して，正負の電流
波高値および電荷量（エネルギー）を算出する。
(2)落雷時刻取得機能38

電流波高値 正負

電荷量

雷電流計測装置の概要

雷電流計測装置は，雷電流を計測するロゴウスキーコ

2.2

落雷発生日時東 光高岳 技報 Vol.2 2015

クライアント PC

光ケーブル

イントラネット
インターネット

メディア
コンバータ

風力発電設備
ネットワークスイッチング
HUB
制御装置【運転停止】

メディア
コンバータ

データ
伝送部
【落雷発生】

計測部

接点信号ケーブル
風車制御盤（お客さま設備）

計測装置本体図1 雷電流計測装置のシステム構成

LANケーブル

USBメモリGPSアンテナ

ロゴウスキーコイル（電流センサ）風力発電設備用雷電流計測装置

タワー脚部の設置例

タワー内部の設置例（計測装置本体を設置）

図2 雷電流計測装置の設置例
表1 雷電流計測装置の主な仕様
項目
電流計測範囲低周波域
カットオフ周波数立ち上がり応答時間
波高値計測精度
計測データ
計測時間
トリガ時刻精度
最大記録数
データ収集用記録媒体
落雷発生接点出力
電源
外形寸法

3

〜

仕様
トリガレベル

μ± ％ フルスケール
波高値 正負 ，電荷量
±

時計）

データ
メモリ
波高値 正負 の絶対値と電荷量の「 」条件判定，
判 定 レ ベ ル可 変計測装置本体：××
ロゴウスキーコイル：
タワー脚部外径に合せて製作

適用（導入の効果）

風力発電設備の稼働率向上をサポートする。
(1)雷被害の原因究明
雷電流の値（波高値・電荷量）と設備損傷の規模の照合により，風車故障の早期原因究明および耐雷設計の妥当性確認が可能。
(2)落雷時の風車自動停止が可能

4

製品紹介

おわりに

東光高岳の雷電流計測装置は，2014年度までに，国内の風車総設置基数の10%以上に相当する，約250台が導入されている。
風力発電設備の導入量は2010年を起点として，2040
年には15倍以上になるとの見込みもあり(1) ，今後もさらなる導入が期待される。
■参考文献(1)認定NPO法人 環境エネルギー政策研究所：「自然エネルギー白書2014」，p118(2014)(2)経済産業省:発電用風力設備の技術基準の解釈についての 一 部 を改 正する規 程 ，2 015 0 2 0 4 商 局 第 3 号(2015)(3)雨宮,関,前﨑,境野：「風力発電設備用雷電流計測装置」，東光電気技報2006 No.11，p.62（2006）(4)前﨑,藤岡,雨宮,関,小野田,梅沢：「風力発電設備用
雷電流計測装置（遠隔データ収集タイプ）」，東光電気
技報2008 No.13，p.57（2008）
酒井

繁美

細谷

雅樹

藤岡

博文

電力プラント事業本部
制御装置製造部 保護制御装置設計グループ 所属
各種監視制御装置，雷電流計測装置の開発に従事

落雷時の接点信号出力を利用して風車を自動停止。
・二次被害防止のために，落雷後の点検や補修を実施。
・落雷していない風車は運転継続して稼働率低下抑制。
・落雷レベル（波高値，電荷量）により，風車停止の有無を制御可能。

技術開発本部
技術研究所 ICT技術グループ 所属
各種通信機器，雷電流計測装置の開発に従事(3)設備故障発生時の落雷証明
正確な落雷時刻を取得するので，故障原因の特定が容易。
(4)保守・メンテナンスへの活用
落雷回数・レベルと被害状況の照合により，20年運技術開発本部
技術研究所 ICT技術グループ 所属
雷観測，雷予測に関する研究に従事

用の保守対応が可能。
（保守マニュアルへの活用等）

東 光高岳 技報 Vol.2 201539

スマート蓄電池システム

製品紹介

■ 小松

重徳

Shigenori Komatsu

1

なお，特定負荷としては三相200Vと単相100Vの負荷

はじめにを接続することができる。

東日本大震災では3月の地震発生から6月の停電復旧まで3ヵ月間も停電が継続した地域があった。道路・鉄道が被災した状態で停電が発生すると物理的にも情報的にも地域が孤立してしまう。情報孤立化対策として非常時の電源確保が大切である。
非常時の電源として非常用エンジン発電機は優れた装置であるが，長期間の停電には燃 料 の補 給 が 課 題となる。また，有資格者による半年毎の機能点検が必要であるなど手間がかかる。学校，公民館などの小規模で箇所数が多い施設には手間のかからない装置が望まれる。このような用途には，太陽光パネルと蓄電池を用いた蓄電シ
ステムが考えられ，この対応に最適なスマート蓄電池シス
テムを紹介する。

2

3

装置の特長

（1）従来，ほとんどの蓄電システムは，電灯負荷（単相）
専用で，給水ポンプなどの動力負荷（三相）には対応していない。今回開発した蓄電システムは，動力負荷（三相）にも電灯負荷（単相）にも電力を供給できる。
（2）停電時の昼間は太陽光パネルから蓄電池に充電できる。燃料給しなくても電源を確保できるので，停電が長期化した場合にも安心である。
（3）蓄電池は寿命が長い 8000 サイクル。
（4）電力会社からの受電電力を低減するピークシフト機能を有する。平常時であっても蓄電池を有効活用で
きる。

装置概要

本装置は10ｋWの太陽光パネルの接続が可能で発電した電力を特定負荷へ給電することが出来る。
また，装置内部に蓄電池を装備しており，停電時には太陽光パネルで発電した電力を蓄電池へ蓄えることができ，その電力を特定負荷へ給電する事が可能で，停電が長期化した場合でも安定した電力供給が可能である。

給水ポンプ

下記にシステム構成と適用例を示す。
電力会社の高圧系統

高圧受電設備お客様の高圧受電設備
構内系統（三相200V）

一般負荷

太陽光パネル（10kW）

特定負荷

変換器
コント
ローラ
蓄電池
12kWh

スマート
蓄電池
システム

システム構成40

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

三相200V
最大10kVA
単相100V
最大2.5kVA
×2系統
合計：最大10kVA

スマート蓄電池
システム
適用例

スマート蓄電池システム

4（2）自立運転（停電時）

装置仕様

停電時に太陽光パネルで発電された電力と蓄電池に蓄

スマート蓄電池システムの仕様と外観を以下に示す。屋外に設置する際は専用の屋外盤に収納して用いる。

蓄電システム

品

名

型

式

種類
蓄電池
容量
充放電回数
動力＋電灯
出力電力
内、電灯
寸法
質量
保護等級
ピークシフト機能

屋外盤

系統連系
寸法
質量
材質
保護等級
太陽光パネル

製品紹介

スマート蓄電池システム(公共・産業用リチウムイオン蓄電システム)

STD1−10Ｂ−12Ｈ
リチウムイオン蓄電池
12ｋWh
8000サイクル
10ｋW
2.5kW×2系統
幅770mm×奥行770mm×高さ1750mm
約750kg
IP32
デマンド監視装置からの接点入力での放電
または設定時刻での放電
逆潮流なし
幅1770mm×奥行1900mm×高さ2850mm
約1300kg
鋼またはステンレスの2種類
IP45
10kW

えられた電力を放電し，特定負荷へ電力供給ができる機
能。太陽光で発電した電力が，特定負荷の使用電力量より多い場合は余剰電力を蓄電池へ充電することにより太陽光の発電電力を有効に使用することができる。

6

外部モニタ

本装置には外部通信機能を準備しており，各機能の情報を外部へ出力することが可能である。
（1）系統側情報（交流電圧・交流電流・周波数）
屋内仕様（本体のみ）

5

屋外仕様（本体を内蔵）

運転方法

スマート蓄電池システムの代表的な運転方法を下記に示す。

（2）太陽パネル情報（PV 電力・PV 電圧・PV 電流）（3）蓄電池情報（充放電電力・蓄電池残容量）（4）特定負荷情報（交流電力・三相特定負荷電力・単相
特定負荷電力）（5）装置情報（単機積算発電電力・蓄電池電圧・蓄電池
直流電流）（1）連系運転（通常時）通常時は構内系統を経由して電力会社の高圧系統と連系している。太陽光パネルと高圧系統からの電力が一般負荷と特定負荷に供給される。
昼間の電力ピーク時に蓄電池に蓄えられた電力を放電することにより高圧系統から受電する電力を低減するピー
クシフト機能を備えている。

7

おわりに

市場では特 定負荷への 使 用用途として10 kW以上のニーズが増えてきている。今後の対応として装置定格の大容量化と蓄電池の大容量化，装置運転状態の監視や遠隔操作を目的とした遠隔監視システムの開発を進めていく。
本製品はグループ会社である日本リライアンス株式会
社の協力を得て開発したものである。

小松

重徳

エネルギーソリューション事業本部
パワーエレクトロニクス製造部
パワーエレクトロニクスグループ 所属
パワーエレクトロニクス製品の開発・設計に従事

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

41

製品紹介

配電自動化・
自動検針用光伝送装置〜ＳＳＴ，光通信ユニット，光コンセントレーター〜
■ 藤野

守也

■ 小川

Moriya Fujino

1

フラとして，効率的な光伝送装置が求められている。東光
高岳ではこれらニーズに対応すべく，技術開発を重ねており今回，ネットワークセキュリティ及びデータ欠損を考慮した光伝送方式を採用し，機器開発を行った。

デジタル 通 信 方 式 であるSDH/ATM 注4)を用いて伝送される。
波長多重による 1 心光ファイバでの双方向通信を行うことで，伝送路の効率化と 2 重化を図っている。伝送路の断線や光端末装置の故障が発生するとループバック処理を行い，障害箇所以外の光ループのデータ伝送を維持する。

システム概要主信号伝送用イーサネットポートは，SST が 2 ポート

今回開発したSST注1)(スマートメーター/スマートグリッド
用情 報伝 送 装置 )，光 C R(光コンセントレーター)及び，SC-D 注2)(センサ内蔵自動開閉器用遠方制御器)，ITHS 注3)(センサ内蔵自動気中多回路開閉器)内に実装される光通信ユニットは，ループトポロジーでイーサネットを介して，図1に示すシステム構成で使用される。
SSTは，光CR及び，SC-D/ITHS用光通信ユニット(以下，
この3つをまとめて光端末装置)で構成されるループ(以下，(LAN1：スマートグリッド < 配電自動化 > 用，LAN2：
スマートメーター < 自動検針 > 用 )，光端末装置が 1 ポートずつ持ち，SST のイーサネットポートと光端末 装置の
イーサネットポートは 1 対 N で接続される。
本システムの最大の特長は，スマートグリッド (SC-D，
ITHS) とスマートメーター ( 光 CR) の 2 つの異なる光ルー
プを SST の LAN 盤 (LAN1，LAN2) にて別々に集約し，上位サーバにデータ伝送することである。

光ループ)を，1ユニットで最大12ループまで収容可能である。光ループは，1ループあたり光端末装置を最大30台まで接続できる。システムとして最大12ループ 30台=360台

図1

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

剛志

Takeshi Suzuki

S S Tと光 端 末 装置 間は光ファイバ で接 続され ，高 速の増大や，スマートメーターの検針データを伝送するイン

42

■ 鈴木

の光端末装置が，SST配下に接続される。

はじめにスマートグリッド時代に向け，配電自動化で扱う情報量2

晃一

Koichi Ogawa

システム構成図

配電自動化・自動検針用光伝送装置

3
3.1

製品紹介

開発製品
SST

SST は，光端末装置を集約する集線型の情報伝送装置である。外観を図2に示す。
用途に応じた光インタフェースボードを選 択することで，スマートグリッド ( 配電自動化 ) 及びスマートメーター( 自動検針 ) の両システムに対応可能で，その割合は自由に設定することができる。
SST，光端末装置の各設定，制御及び監視は，SST の

図4

管理用イーサネットポートに接続される PC から行うことができる。
また，集線装置として信頼性を確保するため，電源の 2重化を図っており，2 次電池によるバックアップ機能を有する製品もラインナップしている。

3.3

ITHS/光通信ユニット外観図

光コンセントレーター

光コンセントレーターは，需要家に設置されるスマート
メーターから無線(特小920MHz帯)により検針値データを集約し，光伝送路へ接続するゲートウェイとなる装置であり，通常電柱上に設置される。図5にその外観を示す。

図5

図2

3.2

SST外観図光通信ユニット

光通信ユニットは，SC-D に実装される光端末装置である。SC-D 及び光通信ユニットの外観を図3に示す。
SC-D と接続されるセンサ内蔵自動開閉器の制御指令のほか，電圧・電流値などの情報を光ループを介して SSTに伝送する。
また，今後想定される都心部の配電線の地中化に対応するため，同等の機能に防水性能を追加した ITHS 用光通信ユニットもラインナップしている。
図 4 にその外観を示す。

4

光コンセントレーター外観図

おわりに

光通信ユニットについては2013年度より，SSTについて
は2014年度よりそれぞれの納入を開始した。残る光コン
セントレーターについても精密試験を完了し量産ライン構築を開始したところである。今後は配電自動化システム・
自動検針システムの健全な運用が継続できるよう製品の品質維持に努めていきたい。
■語句説明
注1) S S T：S m a r t m e t e r

andSmar tgr id

data

T ra n sm ission equ ipment
注2)SC-D：Automatic Switch Remote Controller with
Dual Communication method
注3)ITHS：Information Technology High voltage
Switch注4)SDH：Synchronous Digital Hierarchy，ATM：
Asynchronous Transfer Mode

図3

SC-D (柱上設置)/光通信ユニット外観図

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

43

製品紹介

1

スマートメーター
SmaMeⅡ-TypeH

まえがき

近年，
マンション高圧一括受電サービス（以下，高圧一括受電サービス）注1)を導入するマンションの普及が進んでいる。2016 年度には一般家庭を含む電力小売全面自由化が予定されているが，高圧一括受電サービスでは共用部や専有部で電気料金を大幅に削減できる点から，小売全面自由化後も高圧一括受電サービスを導入するマンションは増加し，2020年度には，既築，新築あわせて100万戸を超えることが予測される（経済産業省の平成26年度委託調査

図1

スマートメーター SmaMeⅡ -TypeH 外観 注3)

報告書「マンション高圧一括受電サービスに係わる実態調査(富士経済)」より）。また，経済産業省は，
マンション全体
でエネルギー管理，節電及びピークカットを行い，エネル
ギーの効率的な使用や無理のない節電を実現するスマー
トマンションを推進しており，高圧一括受電サービスにおけるスマートメーターの設置台数も増加している。特に専有部の電力使用量の見える化サービスにおいては，HEMS(Home Energy Management System)導入に比べ，比較的安価に導入できるスマートメーターを活用した簡易型の自動検針システムを構築し，居住者のパソコン，スマートフォン等への見える化サービスも始まっている。
東光東芝メーターシステムズ株式会社では，高圧一括受
電 サ ー ビ ス 用 に 2 0 1 2 年 度 に ス マ ートメ ー タ ー ”
SmaMe-TypeH” 注2)の販売を開始しており，これをモデルチェンジし，2 015年6月にスマートメーター”Sma MeⅡ-TypeH”の単相3線式60Aを市場投入したので，以下にその概要を紹介する。

図2

通信ユニット(RS- 485用)外観 注3)(1) 電力見える化サービスや各種料金メニューに対応
電力量（正方向・逆 方向），３０分値（正方向・逆方向），瞬時電流値等のデータが取得できる。
(2) 先進のスマートマンションにマッチするデザイン
コンパクト化，従 来機 種に比べ 40% 軽 量化し，施工性向上を図った。
(3) 双方向計量タイプをラインアップ
太陽光発電や燃料電池，蓄電池等に対応する双方向計量タイプを追加した。

2

製品の概要と主な仕様

スマートメーター” SmaMeⅡ-TypeH” 単相 3 線式 60A（以下，本製品）の概要と仕様について説明する。
2.1 概要本製品は，高圧一括受電マンション専有部用のスマートメーターである。先進のスマートマンション・住宅をサポートするための機能を追求し，デザインも一新した。
本製品の外観を図1，通 信ユニット（RS-485用）の外観を図2に示す。

44

東 光高岳 技報 Vol.2 2015(4) 高圧一括受電サービス事業者の運用効率化をサポート
開閉機能と最大電流（アンペア）の設定機能を標準搭載し，居住者の異動や，各住戸の電流制限における効率化・省力化が図れる。また，電流制限の動作記
録など，イベント情報の収集機能を追加した。
(5) 軽負荷まで高精度，高調波電流計測にも対応
ダイナミックレンジが広く高精度で，高調波電流計
測にも対応した独自の電流センサT2MACS 注4)を全機種に採用し，省エネ家電機 器やインバータ機 器の計測にも対応をした。

製品紹介(6) スマートマンションに適した通信ユニットをラインアップ
有線方式(RS-485準拠)と専用線通信が不要なPLC
方式(Power Line Communication方式，株式会社
東光高岳製)の通信ユニットをラインアップしており，新築/既築マンションでスマートメーターの設置環境に合わせた通信方式を選択できる。また，通信ユニットをコンパクト化したため，施工の効率化・省力化が図れる。

2.2 仕様
本製品の仕様を表1，通信ユニットの仕様を表2，表3
に示す。
製品名称

スマートメーター”

モデル名

単方向計量モデルⅡ”

表2

通信ユニット（RS- 485用）の仕様

製品名称

通信ユニット（

形名
適合規格

上
位
側
通
信

伝送距離

相線式

単相

線式

型式承認番号

第号

最大

インタフェース端子通計
信 器 インタフェース端子側専用モジュラープラグ

電源
環境仕様

そ
の
他

外形寸法

双方向計量モデル

質量
普通耐候形

シリアル通信規格準拠

伝送速度

形名
耐候性能

用）

Ⅱ

から供給

-10〜60℃、85％RH 以下、結露なきこと

約※突起部、モジュラケーブルを除く
約

表3

通信ユニット(PLC用)の仕様（東光高岳製）

定格電圧

製品名称

通信ユニット（

用）

定格電流

形名
圧着端子部と

Ⅱ

定格周波数

または

精度階級

普通電力量計表示

正方向電力量6桁（整数部5桁、小数部1桁）

計量値

正 /逆方向電力量
各6桁（整数部5桁、小数部1桁）※逆方向電力量表
示中は逆潮流マー
クが点灯

開閉器状態表示

現在値

電力量、電圧、電流、電力

分値

分毎の計量値（正方向、逆方向）を当日
含む

通電時：電源同期 停電時：水晶開閉器

内蔵（通信または電流制限機能で制御）

停電補償

内蔵（時計のみバックアップ）

外形寸法（

間：

以下、

間：

の

専用接続端子部接続

電源
環境仕様
そ
の
他

外形寸法

Ⅱ

から供給

-10〜60℃、85％RH 以下、結露なきこと
約※突起部、モジュラケーブルを除く
約

取得規格

電波法、総務省型式指定取得

法規制

（第

号）

以下

電気回路 一括〜ケース間

Ω

以上（

印加）

）

質量

約

取付・接続方法

表面取付前面接続

準拠規格

物理的接続

質量

日分記録

時計機能

電力損失（ ）

適合規格

通計
信 器 インタフェース端子 専用モジュラープラグ
側

動作表示、正 /逆方向表示、無計量表示、

動作

絶縁性能

上
位
側
通
信

（通信ユニット含まず）、

東 光高岳 技報 Vol.2 201545

スマートメーター SmaMeⅡ-TypeH

製品紹介

3

3.1

東光高岳グループによる高圧一括受電サービスのソリューション
東光高岳グループの高圧一括受電サービス用製品

前述のスマートメーターの他，検針システム用のコンセン
トレータ−や共用部用メーターなど，高圧一括受電サービス用の製品をラインアップしている。
(1) コンセントレータ−：ST-iNCⅡ（東光高岳製）
1台当たり最大600台（PLC方式の場合）のスマートメーターを接続でき，それぞれの30分値データを46日分保存する。
図3にコンセントレーターの外観を示す。

3.2 高圧一括受電サービス用の自動検針システム
東光高岳グループの自動検針システムは，これらの機器で構成し，データベース機能を有した ST-iNCⅡがスマートメーターに対して定期的に検針を実行しデータを蓄積する。上位検針サーバは ST-iNCⅡに対して，蓄積した検針値
データを取得要求する。これにより，検針に要する通信時間を短縮し，検針作業のスムーズ化と検針データのバックアップを実現する。
(1) 新築マンション向けソリューション
新築マンション向けには，通信ユニット (RS-485 用 ) と専用の通信線を使ったデータ伝送を提案する。
この方式は，配線施工が容易な新築マンションにおいては，安価に信頼性の高いシステム構築できるメリットがある。
データ収 集 装置（ST- iN CⅡ）+ 有 線（R S 4 8 5 通信）を活用したシステム
専有部

お客さま

ルーター

図3 コンセントレーター： ST-iNCⅡ外観

責任分解点(2) 共用部用メーター SmaMe-TypeM, SmaMe-TypeS
幅広い相線式・定格をラインアップし，本製品と共通

共有部の電 文も搭 載しているため，共用部用のメーターとして
ST-iNCⅡとシステム構築できる。図4に共用部用メーターの外観を示す。

図5 機器構成図（RS-485方式）(2) 既築マンション向けソリューション
既築マンション向けには，PLC(Power Line Communication)を提案する。PLCは電力線を通信線として利用する技術で，既存の電力線を利用して各戸に設置されたスマートメーターのデータを収集する。図6にその機器構成を示す。この方式
は，新たに専用通信線の施工が不要なことが大きな特長で，専用通信線の施工が困難な既築マンションにおいて，通信線施工にかかる作業やコストの軽減が見込める。
SmaMe-TypeM

デ ー タ収 集 装 置（ S T- i N CⅡ ）+ F L C を 活 用したシステム
専有部

お客さま

ルーター

責任分解点

SmaMe-TypeS
図4 共用部用メーター外観46

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

共有部

図 6 機器構成図（PLC 方式）

製品紹介

4

あとがき

2016 年に予定されている電力の小売全面自由化に伴い，新電力が参入し，電力小売事業者間の競争が激しくなることが予想される。
各事 業者はお客さま獲 得を目的に，電力供給に加え様々なサービス展開が予想され，既に実施されているマンション高圧一括受電サービスや地域レベルでの効率的な電力利用を目指したサービスについても，同様に今後発展・変化していくことが予想される。
東光東芝メーターシステムズ株式会社は，これらのサービス実現に向けた製品としてスマートメーター SmaMe シ
リーズをラインアップし，東光高岳グループとして，市場
ニーズにマッチしたスマートメータ―を含むシステムのワン
ストップソリューションを実現し，社会に貢献していく所
存である。

■語句説明
注1） 高圧一括受電サービス：マンション一棟での高圧契約切替えを行うことで共用部や専有部の電気料金の削減等を行うサービス。
注2） SmaMe：東光東芝メーターシステムズ株式会社の登録商標（。第5542012号）。
PLC
注3） SmaMeⅡ-TypeH及び通信ユニット(RS-485用、用)：意匠登録出願中。
注4） T2MACS：東光東芝メーターシステムズ株式会社の登録商標（。第5518577号）

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

47

製品紹介

大成建設 ZEB 実証棟へのシステム導入事例
■ 渋沢

真弘

■ 中澤

Masahiro Shibusawa

1あり , エネルギーのゼロ化が難しい都市部でのゼロエネ

はじめに

ルギービルが期待されている。

昨今，地球温暖化をはじめとする環境問題への対策として,CO 2 排出量の削減が求められている。オフィスビルでは様々な施策により省エネが進められており,最近では，ビル全体のエネルギー収支をゼロにするZEB 注1)化が叫ばれている。
東光高 岳では大 成 建 設 株 式会社とコラボレーション
し，オフィスの快適性を維持しつつ，省エネを実現するシ
ステムの開発・提供を行ってきた。
今般，大 成建設株式会社が年間の一次エネルギー収（1）を完成させるにあたり，
支をゼロにする「ZEB実証棟」

東光高岳のシステムを導入しZEB化の一助とした。

2

ZEB 実証棟の概要

33.1

導入システム紹介
T-Green BEMS

T-Green BEMSとは，大成建設株式会社と共同開発した,わかりやすい見える化，不快感を伴わない最適な制御を実現するBEMS 注2）である。
利用者の視点に立った,分かり易さ・使いやすさに重点を置いたデザインを採用することで,エネルギー管理の業
務効率をサポートする。さらに施設内のPCから電力状況を把 握することが できる「エネルギー見える化画 面」によって,省エネ意識の啓蒙を図り,施設の執務者へ節電行動を促す計画となっている。

ZEB実証棟は省エネと創エネにより,年間の一次エネル
ギー収支をゼロにすることを目標としている建物である。
建物の外観を図1に示す。

ZEB実証棟では,さらにエネルギー収支を分かり易く見える化したZEB naviを開発し,ゼロエネルギーに向けた管理や分析，制御までをオールインワンで提 供している。
ZEB naviの画面イメージを図2に示す。

図2
図1

伸浩

Nobuhiro Nakazawa

ZEB実証棟外観

3.2

さらに単にエネルギー収支をゼロにする ZEB 化だけでなく，働きやすく快適な空間の両立を可能としている。
ZEB実証棟では,新しいシステムの開発や,従来技術のZEB navi画面イメージ

T-Zone Saver

T-Zone Saverとは大成建設株式会社と共同開発した ,人の滞在／不在をリアルタイムに検知し , オフィスの照明・空調を最適制御するシステムである。

効率的な組み合わせにより,徹 底的な省エネルギーを図本システムにおいて , 人を検知する「次世代人検知セる。年間のエネルギー消費量を一般的なオフィスビルと比ンサ」は , 従来式のセンサでは行えなかった静止した人

べ75％削減し,残り約25％は,太陽光パネルによる創エネ

体を検知し，オフィスにおける人の滞在 / 不在を適切ににより賄い,消費エネルギーと生成エネルギーの収支がゼ捉えることができる。さらに , 単に照明の制御だけでなくロとなることを目標とし,検証を進めている。

空調の吹き出し口の制御や，次項で紹介する無線制御シ(1)

このように一つの施設内におけるエネルギーの消費・

ステム（照明）と組み合わせたタスクライトの制御などに生成のサイクルはスマートグリッドの概念に通ずるものが活用されている。これら機能により , オフィス内環境の最48

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

大成建設ZEB実証棟へのシステム導入事例

適化を可能としている。
また , 三階オフィス空間では知的生産性の向上を目指
し調色・調光照明制御を行っている。調色・調光照明
制御では自然の光のリズムに合わせて，照明の照度および色温度を時間帯別で最適に制御する。これにより，日中と夜間の生活リズムを整え，執務者の作業効率や集中力の向上が期待される。

4

製品紹介

おわりに

最後に，本システムの導入にあたり多大なるご指導，ご協力いただいた大成建設株式会社のみなさまに深謝の意を表する。
本稿では，ZEB実証棟において省エネを実現するために導入したシステムについて紹介した。これらシステムの相乗効果によりZEB化実現の一端を担うことができてい3.3 T-Green Wireless（無線制御システム〈照明〉）T-Green Wirelessとは大成建設株式会社と共同開発した,920MHz帯の無線を利用した照明制御システムである。照明メーカーを問わず様々な照明器具を調光制御することができ，さらに照明の電源をON/OFFすることで，る。
今後も,ZEB実証棟の運用状況から得られたデータをもとに,更なる省エネの実現に貢献する機能の開発・改善を推進していく所存である。

消灯時の待機電力も削減し,さらなる省エネの実現を果た■参考文献

している。本システムの概要イメージを図3に示す。

（1）大成建設：「ZEB実証棟」(2014)
http://www.taisei.co.jp/giken/topics/13533018530
06.html■語句説明注1）Z E B:ネット・ゼロ・エネルギー・ビル（Net Zero
Energ y Bu i ld i ng）の略。建 物内における一次エネル
ギー消費量を正味で0または概ね0となる建築物のことを指す
注2）BEMS:ビルエネルギーマネジメントシステム（Building Energy Management System）の略。ビル
内の機器設備を管理・制御しエネルギー消費の削減を図るシステムを指す

図3

T- Green Wirelessシステム概要

ZEB実証棟では一階レセプションルームでの照明制御に導入されており，タッチパネルを用いて照明の制御を行っている。また,一階レセプションルームでは照明の明るさだけではなく,大 成建設株式会社オリジナルのL ED照

渋沢真弘

エネルギーソリューション事業本部
ソリューション製造部開発グループ
ハードウェア設計に従事

所属

明器具の導入により，色温度（色味）を変えられる制御も行っており，タッチパネルをカスタマイズして容易に色温度や明るさを変えられるようになっている。
さらに，三階オフィス空間ではT-Zone Saverと連携し，タスクライトを制御している。人が滞在している場合にだ中澤伸浩

エネルギーソリューション事業本部
ソリューション製造部設計グループ
BEMSシステムの開発設計に従事

所属

けタスクライトを点灯し,無駄を省いたエネルギーの効率化を図っている。

東 光高岳 技報 Vol.2 201549

6kVセンサ内蔵自動気中多回路開閉器

製品紹介

1

背景

4

電力供給に対する信頼度は年々高まってきており，自動回路図

本製品の回路を図1に示す。

化システムの高機能化，不安定な分散電源の増加，設備の効率的運用を考慮すると架空線と同様に地中配電系統の高度運用化に対応する必要がある。そこで，高精度のセン
サを内蔵し，系統の状況を細かく監視して制御する自動気中多回路開閉器を開発した。

2

特長

1. 地球環境にやさしい気中開閉器
エポキシ樹脂ケースの採用により，開閉器をコンパク
ト化し既存のSF6ガス機器と同一サイズで高機能化を実

図1

現した。
2. 瞬時励磁方式機構採用による省エネ化を実現
主接点投入状態維持のため常時電力を消費する常時励磁方式とは異なり，投入・開放動作の瞬時のみ電力を消費する機構を採用した。

5

本製品の回路外観

本製品の外観を図2に示す。

3.既存機器からのリプレイスを実現
ケーブル接続部は従来と同じ多回路用機器直結終端とすることで，既設機器からのリプレイスを可能とした。

電源変圧器

自動操作機構部

4. 電源回路の選択を実現
電源変圧器を2台搭載することで，幹線回路が任意に選べる等，多様な運用形態への適応を可能とした。
5. 高精度センサにより地中配電線路の見える化を実現
相電圧・相電流・零相電流センサを搭載し，光通信方式を採用することで，配電線路の状態をリアルタイムで

開閉器部
保守端子
主回路終端

制御器

監視することを可能とした。

3

図2

仕様

本製品の主な仕様を表1に示す。
表1

本製品の主な仕様

項目

仕様

定格電圧

7200Ｖ

定格電流

600Ａ

定格短時間耐電流

12.5ｋＡ（1 秒間

1 回）

定格短絡投入電流

31.5ｋＡ（0.3 秒間

10 回）

負荷開閉回数50

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

100 回

6kVセンサ内蔵自動気中多回路用開閉器の外観

励磁突入電流抑制変圧器

製品紹介

1

背景

3

特長

近年，メガソーラークラスの太陽光発電の増加や，省エ

励磁突入電流の抑制は，常規磁束密度を低く設計する

ネルギー意識の高まりから，休日・夜間に変圧器運転を停手法を採用している。励磁突入電流波高値は，必要以上に止することが多くなってきている。変圧器を再投入する際，低減するのではなく，上位OCR特性との保護強調が取れ

励磁突入電流による電圧降下が系統に与える影響を無視るレベルとし，常規磁束密度の低減による機器の大型化をできないため，電力系統と連系する変圧器には，電力会社

最小限に抑えている。

からの要請もあり，別途励磁突入電流抑制機器による対・励磁突入電流波高値：約40%低減策が必要となっていた。

・機器外形体積比：約8%増

2（いずれも当社標準品との比較）

概要

励磁突入電流抑制変圧器は，電力系統との連系点に設置される太陽光発電用昇圧変圧器等において，電源投入時の励磁突入電流を抑制できる変圧器である。
変圧器自体で励磁突入電流を抑制するため，従来励磁
突入電流対策として設置していた追加の抑制機器を必要とせず，設置スペースの縮小やコスト低減に寄与できる。
図1に本変圧器の外観を，表1に主な仕様を示す。

4

導入効果

東光高岳の励磁突入電流抑制変圧器は，2013年9月から販売を開始し，以下の導入効果が得られる。
図1

励磁突入電流抑制変圧器 外観
表1

種

別

適用規格
相数
定格容量
定格周波数
定格一次電圧定格二次電圧
タップ電圧

主な仕様

油入自冷式
JEM1500-2012
JEC-2200-1995
三相300〜2000 kVA
50 Hz/60 Hz
200〜440 V
6600 VF6.75/R6.6/F6.45/F6.3/6.15 kV

・電力品質の安定上位機器との保護協調を考慮し，励磁突入電流を低く抑えることにより，保護リレーの誤動作や接続された系
統上の影響を軽減し，電力品質が安定。
・トップランナー第二次判断基準に適合
エネルギー消費効率が優れるため省エネルギーに貢献。
・導入費用の削減
抑制機器の追加設置が不要となるため，設置スペース
縮小や導入費用削減に寄与。

東 光高岳 技報 Vol.2 201551

半導体製造装置用ＤＣ絶縁変圧器をオイルレス化した

DC 絶縁エポキシモールド変圧器

製品紹介

■ 岡田

重紀

Shigenori

1

はじめに

タカオカ化成工業株式会社のモールド変圧器は，長年にわたる独自の樹脂配合技術により開発した電気的・機械的・耐クラック性等に優れた特性のエポキシモールド樹脂
を主絶縁材料とし，またコイル部分を真空注型法で成形した固体絶縁方式を採用している。そのため難燃・自己消火性に富み，防災上の安全性が高く保守点検が容易，短絡強度・
短時間過負荷耐量が大きいなど優れた特性を有する。
またタカオカ化成工業株式会社は，電力設備におけるオ
イルレス・不燃化の志向とともに多様なニーズに応じて，大容量化・高電圧化・外層接地化・屋外適用等の製品化を進め数多くのモールド変圧器を製作・納入してきた。
近年，モールド変圧器はこれらの優れた特性をもとに，
省エネルギー，地球環境保護・温暖化防止等の要求に応えるため種々多様な用途で使われている。
本稿では新たな用途として開発し商品化した半導体製造装置に使用されるＤＣ絶縁エポキシモールド変圧器について紹介する。

2

Okada

このＤＣ課電室内には真空ポンプ等が配置されており，これらの動力電源として交流（以下，ＡＣ）２００Ｖが必要となる。このＡＣ２００Ｖ電源を接地側より供給するためのＤＣ課電室側（変圧器二次側）との絶縁が必要で，更に変圧器二次側端子がＤＣ課電された機器に接続されるた
め，二次側コイルには超高圧ＤＣ電圧が常時重畳した状態となる。図１に半導体製造 装置におけるＤＣ絶 縁変圧器の構成模式図を示す。
従来はＤＣ１００ｋＶ以上の課電室に適用されるＤＣ絶縁変圧器はすべて油入変圧器であった。このため装置が設置されるクリーンルーム内の防災上の安全 性，および保守点検の容易性のためにオイルレス化の要望があった。
そこでＤＣ２００ｋＶ〜ＤＣ３００ｋＶの定格電圧仕様のＤ
Ｃ絶縁エポキシモールド変圧器を開発し商品化した。

3
3.1

特長
耐ＤＣ絶縁設計

主絶縁材料であるエポキシモールド樹脂に対して，試験片によるＤＣ絶縁破壊試験 ，モデルコイルやプロトタイプコイル

開発の背景によるＤＣ部分放電試験 , ＤＣ長時間課電試験 ，およびＤＣ
絶縁破壊試験等によりＤＣ絶縁特性を評価している。

ウェーハ処理工程の半導体製造装置は，イオン注入用

またＤＣ絶縁に対する電界シミュレーション解析も行っのイオンを発生させるイオン源，必要なイオンを取り出すている。コイル部のエポキシモールド樹脂表面を接地層とための質量分析器，イオンを必要なエネルギーまで加速

し，ブッシング部の周囲を空 気層とした状 態でエポキシを行う加速器等から構成されている(1) 。このイオン源や加

モールド樹脂と空気の抵抗率をもとに導体部にＤＣを印

速器等は，直流（以下，ＤＣ）電圧を必要とする機器のた

加した時の電界について解析した単 相 変圧器モデルおよめ超高圧ＤＣ発生電源に接続され，接地側と絶縁されたびその結果を図２および図３に示す。

ＤＣ課電室内に設置されている。

シールド電極エポキシモールド樹脂部
巻線導体部
赤色部：ＤＣ課電部
青色部：接地層
図1

52

ＤＣ絶縁変圧器の構成模式図

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

図２

シミュレーション解析変圧器モデル

DC絶縁エポキシモールド変圧器

4

製品紹介

製品仕様例

各半導体装置メーカー殿より要求される定格・仕様に基づきＤＣ３００ｋＶまでの定格電圧仕様として１０種類
以上の製品化を行った。その中には１００台以上の納入実績がある変圧器もある。表１に一例として定格・仕様を示す。また図４にその変圧器外観を示す。

（ａ）等電位線図
図３

二次側端子（ｂ）電界分布図

ＤＣ印加時のシミュレーション解析例

これらの検証結果とともに，これまで長年にわたり蓄積されたエポキシモールド樹脂配合技術，電界緩和処理技
術，および真空注型による成形技術の成果を融合させ長期信頼性に優れた最適な絶縁設計としている。
3.2

コンパクト化

ＤＣ絶縁変圧器のＤＣ印加側の二次コイル端子は，変圧器の接地部位との沿面距離を確保するためブッシング構造となる。ＤＣ２００ｋＶ〜３００ｋＶの電圧が重畳される二次側コイルはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相コイルとともにブッシング部もエポキシモールド樹脂で一体に成形することによってコンパクトとなり絶縁信頼性の高いコイル構造とした。
3.3

図４

5

ＤＣ絶縁エポキシモールド変圧器

おわりに

本稿では，タカオカ化成工業株式会社にて商品化した

コイル表面の接地化

ブッシング部以外のエポキシモールド樹脂のコイル表面には半導電性処理を施しその部位を接地することによっＤＣ２００ｋＶ〜３００ｋＶ定格のＤＣ絶縁エポキシモール
ド変圧器を紹介した。

てＤＣ印加に対する樹脂表面の帯電や放電を防止した。こ今後とも半導体製造装置に使用されるＤＣ絶縁変圧器のためメンテナンス時の帯電に対する安全性や装置稼働

は，設置されるクリーンルーム内の防災上の安全性，およ時の放電に対する品質が向上し，また変圧器保護用の金び保守点検の容易性のためにオイルレス化の需要が増加

属ケースとの離隔距離も小さくすることが可能となった。

していくと想定される。このためモールド変圧器の優れた特性を活かして，環境に優しいＤＣ絶縁エポキシモールド

表1
適用規格

ＤＣ絶縁モールド変圧器の定格・仕様

項目

設置場所

屋内用

冷却方式

モールド乾式自冷式

定格周波数
定格容量
一次定格

定格・仕様

ＪＥＣ−２２００−１９９５

５０／６０Ｈｚ１５ｋＶＡ

相数・線数 三相・３線式（三角結線）
定格電圧Ｆ２２０−Ｆ２０８−Ｒ２００Ｖ

定格電流

４３．３Ａ

定格電圧

２００Ｖ（線間電圧），１１５Ｖ（相電圧）

絶縁耐圧

ＤＣ２６０ｋＶ

相数・線数 三相・４線式（星形結線）
二次定格
時間定格

耐熱クラス
絶縁耐力

定格電流

４３．３Ａ
連続
Ｆ種

二次〜一次，接地間 ＤＣ ３２５ｋＶ × １０分間

変圧器が幅広く活用されることを期待し，またお客さまのご要求に応じた新たなＤＣ絶縁変圧器仕様に対する商品開発を推進していく所存である。
■参考文献（1）日本半導体製造装置協会編：「半導体製造装置用語辞典」，日刊工業新聞社，p.208(2000)
岡田重紀

タカオカ化成工業株式会社
開発本部 所属
モールド変圧器，エポキシモールド樹脂の開発に従事
一般社団法人 電気学会，一般社団法人 電気設備学会，
公益社団法人 日本化学会会員

一次〜二次，接地間 ＡＣ ２ｋＶ × １分間
二次〜一次，接地間 ＡＣ ２ｋＶ × １分間

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

53

製品紹介

1

高速車両搭載用 モールド形変流器
・全 3 仕様を同一の寸法形状とし，構造を簡素化すること

概要

により，運搬，据付作業などの取扱いを容易にした。

従来，各仕様によって形状・サイズが不統一であった車両搭載用の変流器をシリーズ化し，コンパクトかつ軽量化を実現したモールド変流器を開発した。現在、フリーゲージ
トレイン（軌間可変電車）新試験車両に搭載されている。

・200 ／ 5A 3000 ／ 5A 品は，従来品との比較で約 65％の軽量化を図った。
・二次端子箱を一体成型し，端子接続部を隠蔽することにより安全性向上を図った。

3搭載車両（新試験車両）

2

性能

変流器外観

特長

・鉄道車両搭載用として，振動や衝撃に対する機械特性と電気特性に優れるエポキシ樹脂を適用した。

製品紹介

1

T-Step EMS Service

概要

従来，需要家毎にEMSコントローラを設置し運用してい2

特長

・デマンド監視機能たエネルギー計測を集約してトータル的に管理出来る統合

デマンドを監視し警報メールを送信。オプション契約に型クラウドシステム「T-Step EMS Service」を2015年7月

より多拠点の「トータルデマンド監視」も提供可能。

から提供開始。全国多拠点の消費電力量を一元化することにより総合的なエネルギー管理を実現する。インターネット
環境があればどこからでも閲覧可能。

・多彩なエネルギー分析
換算値や原単位での比較分析が可能。
・LTE/3G網により導入が容易
有線によるネットワーク環境の構築や個別にサーバーをたてる必要がなくなり導入が容易になった。

54

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

教育機関向けクライアント機器〜学校法人松蔭学園 松蔭大学さま向けパソコンシステム〜

製品紹介

1

概要

3

端末が多い教育現場では，セキュリティパッチの更新などが，教員やスタッフにとって煩雑な作業になっている。
また，実習用にクライアントOSをWindowsとLinuxで切替えて使いたい，という要望がある。
生徒がシステム環境を変える，電源を突然切るなどして，仕様

パソコンは日本ヒューレット・パッカード株式会社のHP
ProDesk 600で構成をした。
オペレーティングシステムはマイクロソフト社Windows 7
Professional を採用し，Oﬃce Professional Plus 2013と松蔭大学様がご使用になるフリーソフトウェアで構築をした。

PCの環境やハードディスクが壊れることがある。
このような背景から株式会社ミントウェーブでは，導入

今回、学生のログイン時に工夫を凝らし，メリットの大きい教育機 関向けのクライアント機 器を開1) すべての学生のアカウントでログインができること発した。

2) 学生がログイン時に学生個人のデータのみ参照できること
3) 市販の有償ツールを活用せず，プロファイルなどで構成

導入のメリット
生徒の誤操作で環境が変わっても再起動ですぐ元に戻る

ディスクレスのため故障率がきわめて低い。

OSのパッチ等の更新もPC1台分の作業で済むため，ラク。

運用管理や授業でも活用できる機能のある管理ツールが便利。

することを実現した。
また，今後の拡張性についても考慮をしたシステムとなっている。
本システムの外観図を図 1 に示す。

安心して情報教育に専念できる環境が実現！

2

納品事例

学校法人松蔭学園 松蔭大学さまには2011年3月にパソコン教育システムとして，シンクライアントシステムを納品した。その当時，ノートシンクライアントを端末とした教育

図1

外観図

システムは全国的にも初めての事例である。
松蔭大学さまは2015年4月から看護学部の新設が決定しており，パソコン教育をより高度化するため，シンクライ
アントを使った教室とは別にパソコンを使った教室を新設する計画であった。
株式会社ミントウェーブは本パソコンシステムを松蔭大学さまと打合せの上で2015年3月納品をしたので，ここに報告をする。

東 光高岳 技報 Vol.2 201555

溶存水素濃度の高精度な測定を実現

溶存水素計の開発

製品紹介

■ 原田

義一

Yoshikazu Harata

1

■ 竹原

公

Kô Takehara

はじめに

近年，水素の抗酸化機能が注目され，医学分野を中心に詳細な研究が進められている。
また，市場では豊富な水素を水に溶解させる水素水生成器をはじめ，ボトルやアルミパウチに封入した水素水飲料など，数多くの水素水商品が販売されている。なお，これら水素水商品は，水に含まれる水素量（溶存水素濃度）が商品価値を定める大きなファクターとなっている。
溶存水素濃度は隔膜形ポーラログラフ電極を採用した高精度な測定器が実用化されており，研究開発や工業用途に利用されているが、価格や取扱い上の課題で汎用性に乏しい。一方，溶存水素濃度にともなう酸化還元電位の変化

酸化還元電位法は酸化還元反応系での電子の受け渡しを利用した測定器や判定試薬も商品化されているが，溶存によって発生する電位を測定する手法で，白金製の作用極

酸素や pH の影響が大きく，測定できるサンプルの水質がと電解液に浸漬された銀­塩化銀で構成される比較電極

限定されており，新たな測定技術の開発が待たれていた。

を備えた ORP 電極を利用する。

以上の背景から，
タカオカ化成工業株式会社では酵素反作用極ではサンプルに含まれる水素分子（H 2）と水素イ

応を利用した専用試薬を採用し，酸化還元電位で溶存水素オン（H＋）の濃度差によって電位が発生し，比較電極の電濃度を測定するポータブルタイプの溶存水素計 THD-100を位との電位差が酸化還元電位として検出される。水素分子開発した。

をはじめとする還元作用を示す物質を多く含むサンプルで

図 1 に開発品の外観を示す。

は低い電位を，酸素分子をはじめとする酸化作用を示す物
質を多く含むサンプルでは高い電位を示す。
飲用の水素水を対象とした場合，酸化還元電位は溶存
水素および溶存酸素の酸化還元反応にともなう混合電位として検出される。
水素および酸素の酸化還元反応を式 1a，2a に示す。
（なお，酸素の反応は複数存在するため，一例として表す。）
また，これらの反応にともなって発生する電位は Nernst 式
によって式 1b，2b で与えられる。
式 1b および式 2b に示すように，水素水の酸化還元電位は溶存水素濃度 [H 2] に加え，pH，溶存酸素濃度 [O2] の影響を受けることになる。
大気中の場合，水の溶存酸素濃度は 8 ppm 程度で平衡するが，電気分解で生成した水素水では 10 ppm を超図1

溶存水素計THD-100の外観

2

測定原理

2.1

酸化還元電位法

専門知識を必要とせず，幅広いユーザーに場所を選ばず，手軽にご利用いただける酸化還元電位法を採用した。

56

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

過するケースもある。また，水道水源を例にとると，水質基準 pH5.8 〜 8.6 の変動を見込む必要があり，溶存酸素，
pH のいずれも酸化還元電位法を採用した溶存水素濃度の測定に大きな影響を及ぼす要因となっていた。
これらの課題を一掃するため，溶存水素計THD-100では溶存酸素の除去機能とpH調整機能を備えた専用試薬を採用している。

溶存水素計の開発

2.2

専用試薬

(1)溶存酸素の除去
前述した溶存酸素の影響を取り除くため，酵素による脱酸素反応を適用した。
式 3 〜 5 に反応式を示す。
Glucose oxidase，catalase の 2 種の酵素を利用してい

3
3.1

製品紹介

特長・仕様
特長

溶存水素計 THD-100 の特長を以下に示す。
● 高精度の測定を実現（溶存酸素，pH に影響されない）

る。式 3 に示す glucose oxidase の触媒作用によりブドウ● 測定操作，保守が容易

糖と酸素の反応を進行させる。また，反応生成物である過● 軽量でコンパクト（キャリングケース付）

酸化水素（H 2O2）は酸化還元電位に影響を与える成分であ● 安全な試薬を採用るため，catalase の触媒作用で過酸化水素を水（H 2O）と● リーズナブルな測定器

式 3，4 に示す反応の収支として式酸素（O2）に分解する。

3.2

5 に示す溶存酸素の分解反応が進行する。

表 1 に仕様を示す。

仕様

なお，最終生成物のグルコン酸は弱酸性を示すが，この表1

影響は次項のpH調整機能により補完している。

仕様(2)pH調整機能
pH変動にともなう影響の解消に併せ，酵素活性への影
響を配慮してpH調整剤にはリン酸緩衝液を採用し，サンプ
ルのpHを中性域（pH 7近傍）に調整する。
以上の機能を備える専用試薬は酵素活性を維持するため，2種の酵素を配合した液体試薬（Ｉ液），ブドウ糖およびリン酸緩衝液を配合した液体試薬（Ⅱ液）で構成し，それぞれサンプルに適量を添加して使用する。
2.3

酸化還元電位と溶存水素濃度の相関専用試薬で調整した電解水素水および高い pH 値を示すアルカリイオン整水器の生成水をサンプルとし，ORP 電極で測定した結果を図 2 に示す。
飽和溶存水素濃度1.6ppm（20℃）（1）までの酸化還元電位の変化量は約30 mVであり，溶存酸素濃度やpHの影
響を受けず、精度の高い測定を実現できる。

4

おわりに

溶存水素計THD-100の概要を紹介した。
水質に影響を受けず，手軽に利用いただける利便性から，水素水商品の研究開発，品質管理から販促用途に至るまで，様々な場面での活用が期待される。
■参考文献(1)社団法人 日本化学会：化学便覧基礎編改訂2版，p.770(1975)
原田

義一

竹原

公

タカオカ化成工業株式会社
環境機器部 所属
環境製品の開発業務に従事

九州大学大学院准教授

図2

理学研究院化学部門

酸化還元電位と 溶存水素濃度の関係

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

57

SEL社代理店事業〜標準通信規格に対応した次世代汎用機器 IED 〜

製品紹介

1

2.2

はじめに

向け保 護 継電 器および産 業向けオートメーション 機 器

東光高岳は，米国のIEDメーカーSEL社 注1）と2013年にならびに通 信 機 器など，S E L 社は幅 広い製 品を製 造し代理店契約を結び，国内正規代理店としてSEL社製品のている。近年，エネルギー需要の増大により，東南アジ

日本国内販売を開始した。現在，電力プラント事業本部

アをはじめとする新 興 国の電 力市 場において，S E L 社

電力インフラ営業部 システムグループにて代理店事業を製品は急 速に普及している。とりわけ，変電 所自動化の展開している。

22.1

製品

発 電 機 ，変 圧器，母 線 ，送 電 線 ，配 電 線などの電 力

発 展の背 景には，変電 所 監 視制 御システムに関する国SEL社について際 規 格であるIEC61850の普及があげられる。SEL社の製品は，IEC61850に準拠したIED 注2）を多数ラインナップ

概要

している。

SEL社は，1982年に米国ワシントン州プルマンに設立，1984年に電気事業に世界で初めてデジタル保護継電器を導入した。より安全で信頼性があり経済的な電力を供給するため，電力システムにおける保護・制御・計測・モニ
タリングのための製品を開発・製造している。開発・製造ラインを本社(米国 ワシントン州 ブルマン)に集約することにより，より厳しい品質管理を可能にしている。
また，SEL社は，世界21か国にオフィス（販売＆技術サービス）を構え，140か国以上の国々へSELソリューションを展開している。
本社（米国）のほか，オーストラリア，中国，韓国，シンガポールなど，アジア圏にあるSEL支社のサポートにより，時差の問題が解消され，より迅速に日本国内のお客さまの声を届けることができる体制となっている。

発電機

送電線

変電所

図2

分散電源

電力管理ｿﾘｭｰｼｮﾝ

遮断器

大型変圧器

配電用変圧器

工業 商業

58

電圧調整器

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

ﾘｸﾛｰｻﾞｰ

配電線

図1

SEL社製品ガイド

SEL社のIEC61850製品

通信ネットワーク

SEL社代理店事業

3

システムについて

4

製品紹介

おわりに

現在，電力システム改革をきっかけに，新電力の増加，

3.1 IEDの特長
IED は図 3 の通り多様な機能を有しており，汎用性が高く，低価格であるためグローバル市場で展開している。
また，SEL 社が提供するソフトウェアにより，ユーザーシス
テムに応じて機能設定（機能ロック，制御ロジックなど）をカスタマイズすることができる。

業界 再編（異業種メーカー参入）など，電力分野の産業構造は大きく変化している。また，国内電力システムの国際標準導入の動きと，電力小売り自由化が重なり，より廉
価な電力システムが求められることが予想される。
東光高岳が展開するSEL社代理店事業は，SEL社のソリューションを通し，みなさまのビジネスをサポートする
サービスの提供が可能である。
■語句説明

図3

注 1）
「SEL」は，「Schweitzer Engineering Laboratories,

IEDの特徴Inc.」の略称[HP] https://www.selinc.com/ 参照。

3.2 システム構築
IEDを情報処理装置（ネットワークスイッチやインテリ

注 2）「IED」は，「Intelligent Electronic Device」のジェントゲートウェイなど）と組み合わせることにより，略称。

IEC規格に準拠した変電所自動化システムの構築が容易

国際規格IEC61850-2に定義。

にできる。また，SCADAシステムなどで多く採用されている汎用通信プロトコル

により，他社製ベンダー機器との注3）

注 3） Modbus，DNP3，IEC61850，IEC60870 など。
ただし，機種により対応プロトコルが異なる。

協調性の高い監視制御システムを構築することが可能になる。SEL社は監視制御画面をカスタマイズするためのソ
フトウェアも用意している。

図4

IEDシステム構成例

東 光高岳 技報 Vol.2 201559

トピ ック ス

eCarTec 2014展示会
デュアルタイプ急速充電器出展

1

国際的な展示会であり，昨年が6回目の開催であった。

期間・場所

開催期間

2014年は28か国から463社の出展社があり，12,000
名以上が来場した。
（主催者発表）2014 年 10 月 21日 〜 10 月 23 日（3 日間）

場所（会場） ドイツ

東光高岳出展スペースに来訪された方々の業種は，EV

ミュンヘンメッセ

ビジネスオペレータ，コンサルタント，充電器メーカー，車2

両メーカーなどで，名刺を交換した来訪者は22か国と多く

概要の国から来訪頂いた。

デュアルタイプ急速充電器とは，１台の急速充電器で日本の急速充電器メーカーとして出展したのは東光高岳

CHAdeMO方式（日本）とCCS方式（ドイツ）双方の充電

のみで，日本の充電インフラの普及状況，販売実績，欧州が可能となる新しいタイプの急速充電器である。

メーカーとの違いなどの多くの質問を頂き，また，欧州での

eCarTec（International Trade Fair for Electric &充電インフラ普及状況なども直に聞くことができた。

Hybrid Mobility）は，ドイツのミュンヘンメッセで2009年

この展示会で得た知見や各種情報を今後の営業活動，

より毎年開催されるEV，充電器などのe-mobilityに関する製品開発に繋げていく。

出店スペース

来訪者対応

会場スタッフ60

東 光高岳 技報 Vol.2 2015

トピ ック ス

第59回 澁澤賞受賞〜 WDM 型光 C87 の開発〜

1

概要

関西電力株式会社殿，東京電力株式会社殿，および東光高岳からなる共同開発グループは，「ＷＤＭ型光Ｃ８７」の開発業績が認められ，2014 年 11 月 27 日に一般社団法人 日本電気協会より第 59 回澁澤賞を受賞した。
澁澤賞は，故澁澤元治博士が 1955 年に文化功労者として表彰を受けられた栄誉を記念するため，1956 年に設けられたものである。
本賞は，電気保安に傾注された博士の意を体して，広く
電気保 安に優れた業 績を上げた個人またはグループに賞 状毎年贈られる権威ある賞で，民間で唯一の電気保安関係
表彰として各界より認められている。

2

火災発生や電気設備の損傷拡大を防止することができる。
光電流センサ信号の伝送に波長分割多重（ＷＤＭ）技術を特長

適用し，従来装置（零相電流検出タイプ）と同じ光ファイバ

ＷＤＭ型光Ｃ８７（ケーブル故障検出装置）は，架空−地

伝送路心数（２心）で各相電流検出を可能とすることで，地中混在系統における地中ケーブルの各相に光電流センサを中ケーブルの短絡事故検出並びに光ファイバ伝送路の効取り付けることにより，地中ケーブルで発生した短絡および率化利用を実現している。

地絡事故を検出し，再閉路ロック信号を出力する装置である（図 1）。本装置により，系統の再閉路によるＯＦケーブルの架空送電線

光電流センサ2007 年から適用を開始しており，今後も設置対象系統への計画的な導入が見込まれている。

地中ケーブル（単心）光電流センサ

架空送電線

～
変電所
光合分波器
収納箱

光合分波器
収納箱

光電流センサ
光ファイバ
伝送路

光ファイバ
伝送路

光合分波器収納箱
再閉路
ロック
信号

波長分割多重（ＷＤＭ）伝送波長分割多重（ＷＤＭ）伝送

検出盤

図1

WDM型光C87（ケーブル故障検出装置）の構成

東 光高岳 技報 Vol.2 201561

トピ ック ス

2014年度 TPM優秀賞
カテゴリーAを受賞（タカオカ化成工業株式会社）

1

期間・場所

公益社団法人日本プラントメンテナンス協会 ( 以下，
JIPM) が制定した審査表彰 制度において，2014 年度
TPM 注 1) 優秀賞カテゴリー A に合格した。
2011 年 9 月にキックオフし，約 3 年でカテゴリー A に合格できたのは，JIPM 村瀬由堯先生のご指導のもと全員参加で粛々と活動に取り組んだ成果である。

2

TPM 活動の特長

タカオカ化成工業株式会社の活動の特長は次の通りである。
①「お客さまに感動していただける職場にしよう」を合言葉に全員参加。
② 当初から 8 本の柱で活動を開始。
③ TPM をベースに TPS の考え方を導入して，新工場建設
時に生産ラインを構築。
④ 災害ゼロ，不良ゼロ，設備故障ゼロをめざしてゼロラインを定義し，分科会を連携させた仕組みを構築。

3

活動の結果と今後の進め方

2014 年度，経営指標である売上高，経常利益は過去最高となり，その他の管理指標や分科会の指標も良い傾向を示している。
2015 年度は，新たに第 2 工場を建設して工場全体のラインを整備し，ゼロラインを増やすために新たな改善手法も導入して改善を継続し，活動の進化と深化をめざす。
■語句説明
注 1）TPM
Total Productive Maintenance の略で，
「 生産効率を極限まで高めるための全社的生産改革活動」。

62

東 光高岳 技報 Vol.2 2015