調査・研究

中部支部特集高圧受電設備の使用実態と進相コンデンサ容量の最適化に関する調査研究
Research on Actual condition of receiving facilities
and Numerical recommendation of the power capacitor
高圧受電設備の使用実態と進相コンデンサ容量の最適化に関する調査研究委員会
キーワード：高圧受電設備，進相コンデンサ，受電力率，負荷力率

1. はじめに率の調査した結果を図 2 に示す。設置率の平均は 5.2%であり、
図 2 より変圧器総容量が小さいほど設置率が低い。

一般に、高圧受電設備には力率改善のために進相コン

2010

三相変圧器容量[kVA]を含めた最適な SC 設備のあり方についての調査研究の50

ギー設備の使用実態を踏まえた分散型電源導入時の影響

40

101,001以上

0501〜1,000

研究は、中部電力株式会社からの委託研究である。

20301〜500

年度の調査研究の方向性について紹介する。なお本調査

30101〜200

本稿では、平成 15 年度の調査研究結果概要と平成 16

都市部
郡部

0〜100kVAと実行戦略を継続的に検討している。

設置率[%]屋工業大学教授))では、平成 15 年度に実施した「エネルの定量的な分析とシミュレーションを背景として、提案2,001以上

図 1 三相変圧器容量別の SC/3φTr 比

必要性から、本調査研究委員会（委員長：中村光一(名古評価に関する調査研究」の成果を引継ぎ、最適な SC 設備

1,001〜2,000

そこで、高圧受電設備における SC の実態把握と、容量501〜1,0000〜100kVAとなる場合もある。

301〜5000配電系統では SC の総容量も多く、フェランチ効果が顕著201〜300電圧が上昇することがある。近年、負荷密度が高い高圧

30

201〜300

み力率となると、フェランチ効果により高圧配電系統の都市部
郡部

40101〜200等の軽負荷時にこの SC の影響により配電系統全体が進平均SC/3φTr比[%]デンサ（以下 SC とする）が設置されている。夜間、休日

50変圧器総容量[kVA]

2. 平成 15 年度の調査研究成果
2.1. 高圧受電設備の SC 設置状況
約 6,000 軒の高圧受電設備を対象に、SC 設備に関する

図 2 自動力率調整装置の設置率2.2. 高圧受電設備の力率の実態(1)受電点力率実態調査を行った。図 1 に、三相変圧器合計容量に対す過去の調査研究等で計測された 13 件の受電点の電圧，る SC 容量の割合(以下、SC/3φTr 比という)を、三相変電流データから力率を求めた。図 3 に、自動力率調整が圧器合計容量区分毎に平均値として示す。SC/3φTr 比はない受電設備の有効電力，無効電力(マイナスが進み側)，全体的に 30%前後で、高圧受電設備の設計において一般力率の実測例（事務所ビル，夏季）を示す。昼間は有効に言われる「SC 容量＝三相変圧器容量の 3 分の 1」に近電力が大きく、力率はほぼ 1 となっているが、夜間は有い値が確認できた。また三相変圧器容量が小さいほど、効電力が小さく、力率は進みの 0 に近い。これは、有効SC/3φTr 比が大きくなる傾向がある。

電力の大小に関わらず、高圧 SC は昼夜一定容量

また、力率調整の観点から、自動力率調整装置の設置（100kvar）が投入されているためである。また、自動力率調整がある場合には、夜間には SC が開放されるなどし力率＝有効電力量／√(有効電力量 2＋無効電力量 2)て、力率はほぼ 1 となる結果が得られた。

※有効,無効電力量は 8 時から22 時の間の積算値

力率

進み

無効電力

4000.5
1.5

300

1.0

2000.51000.00-0.5-100-1.0-200-1.5

力率5000.02.0

遅れ電力(kW,kvar)

有効電力

た結果が図 5 である。

これより次のことがわかる。
・受電力率は、自動力率調整ありの場合はほぼ 1.0 、調整なしの場合は、夏季，中間季共に進み力率にあった。
・負荷力率は、季別，自動力率調整有無別に関係なく、0.9 から 0.95 の範囲にあった。これらの値は、一般的に言われている「SC 容量＝三相変圧器容量の 1/3」と0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

定める前提条件が、力率 0.85(遅れ)の負荷を 0.95 に時刻改善するのに必要な容量であることを考えると、最近

図 3 自動力率調整なしの受電設備での力率実測例(2)負荷力率の負荷機器の力率は 0.9（遅れ）以上に改善されていることを念頭に置かなければならない。

受電点の無効電力(実測値)から SC の無効電力(計算2.3. 最適な SC 容量の検討値)を差し引くことにより、その需要家の負荷力率（需要SC 容量は自動力率調整等により負荷使用状況に応じ家内部で使用される負荷機器全体の力率）を推定した。て最適に制御されることが望ましい。しかしながら小規

有効電力−無効電力および有効電力−力率の特性の一例

模受電設備では自動力率調整装置はコストの点からあまを図 4 に示す。15 年度は、13 件のデータ分析から以下のり採用されていないようである。

ことを確認した。

本研究では自動力率調整なしの需要家に対し、最適な・受電点の有効電力−無効電力特性はおおむね直線で近似できる（相関係数が 0.9 以上）。

検討に際し、需要家の電力料金メリットを考慮し、夏・負荷力率は、有効電力が大きいところではおおむね一2.00.0を試算した。

1.50.5・平均的な負荷力率は 0.9(遅れ)程度であり、それを受1.0電点で夏季に 0.95(進み)に改善していたため、現状の0.50遅れ
200 400 600 800
有効電力[kW]SC 容量は 0.8[kvar/kW]程度である。

0.00200 400 600
有効電力[kW]800

図 4 負荷機器全体の電力,力率相関分析例

力率進み0.8・これに対し、受電点力率を 0.9(遅れ)から 1.0 に改善する SC 容量は 0.48[kvar/kW]でよい。
・上記理由より、SC 容量は現在の 60%程度(＝0.48／0.8×100)に削減できることが分かる。

受電点・削減比率を三相変圧器容量に対する比率で表現すると、

負荷

1／3×0.48／0.8＝1／5 となり、従来の「3 分の 1」か0.9ら「5 分の 1」の容量に削減できることとなる。ここに

1SC 容量を三相変圧器の 5 分の 1 とする「5 分の 1 ルー

0.90.8遅れ

季の受電力率が1を確保することができるSC容量を算定するものとし、現在の取り付け容量からの削減可能容量

進み力率無効電力[kvar]定である。
400
300
200
1000-100-200

SC 容量について検討した。

ル」を提案するものである。
調整あり 調整なし 調整あり 調整なし
夏季平均

中間季平均

2.4. 配電系統への影響
需要家内にある SC が配電系統電圧に与える影響を、
図6 のような簡易モデルを使って計算した。図 7 は計算結

図 5 季別，調整有無別の力率平均値
一方、電力会社の最大需要電力の算出と同様の下記式
で求めた力率について、季別，自動調整有無別に平均し果の一例であり、配電系統上の各点の電圧を、配電用変電所の送電端から見た電圧降下として示している。
計算で用いたパラメータを以下に示す。

・A〜D の各需要家は、力率 0.9(遅れ)の負荷を使用て、詳細調査を継続して実施中である。これまでの調査

・SC 設備は、固定式で、容量は 300kvar を使用

結果で次のことを確認した。

・各需要家の消費電力は 200〜500kW の範囲で変化

・自動力率調整は低圧側の SC により行われる設備が多い

このモデルは、需要家の SC が常時投入されたまま、負（軒数比で、高圧SC 側調整：低圧SC 側調整＝3：7 程度）。

荷の消費電力が昼間は大きく夜間は小さくなることに相・低圧 SC で自動力率調整をしている場合にも、さらに高当する。これより、消費電力が小さくなる場合には、送圧SC を三相変圧器容量の3 分の1 に近い容量で設置し電端よりも電圧が上昇する場合があることが確認できた。ている設備が多い（合計 SC 容量が「3 分の 1」を大幅

配電用変電所
6600V
L/4

配電線こう長 L=3[km]ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽZ＝0.313+j0.355[Ω/km]）

Z

L/4

L/4

L/4Z

ZZに超えている例もある）。
(2) 力率の実測調査
15 年度は事務所ビルを主な対象としたが、16 年度は 6業種(製造業，事務所，店舗，病院，学校，ホテル)、2A

B

CD

規模(小規模：契約電力 200kW 程度，中規模：同 500kW程度)とし、計 12 需要家において、夏季と中間季の受電500kW規模×4需要家

図 6 配電系統の簡易モデル
200kW
500kW

300kW

0.9(遅れ)よりも良いと推定された負荷力率について、業種による特徴把握と分析を行う。
(3) SC が配電系統電圧へ与える影響評価

50実態調査の結果から、配電系統電圧計算のための需要0電圧降下[V]点力率の実測を行った。これより 15 年度には平均的に家モデルを構築する。モデルとしては、需要家の負荷機-50器全体を模擬した P-Q 特性で近似するモデル等を検討し-100-150ている。またその需要家モデルを配電系統モデルに当て-200はめて、SC の設置条件を変えた場合の配電系統電圧計算-250を行う予定である。
地点A

地点B

地点C

地点D

図 7 配電系統の各地点の電圧降下

3. 平成 16 年度の調査研究概要

4. 今後の課題
本報告では8時から22時の時間帯での受電点の力率調整の関係を述べたが、それ以外の時間帯では軽負荷によ3.1. 調査研究の方向性
15 年度調査研究の主な成果は、次の 3 点である。

る電圧上昇が大きいという別の問題が顕在している。これについては別途報告したい。また、「5 分の 1 ルール」

・SC 容量は三相変圧器容量の3 分の1 程度が実態であり、 は将来の需要家設備の増加に対処できるか検討したい。
大部分が系統に常時投入されている。

本調査研究は、電力会社，需要家，設備関係者の三者・負荷力率は平均的な値として 0.9(遅れ)程度であり、に対し共にメリットが出る最適な SC の設置方法の提案「3 分の 1」の根拠である 0.85(遅れ)よりも良い。

を目指しており、16 年度までは、SC の実態調査ならびに・平均的には、SC 容量を三相変圧器容量の 5 分の 1 にし配電系統側の影響評価を主体的に実施している。今後はてよい。

需要家の視点に立ち、自動力率調整装置や低圧 SC の設置

これらの結果を踏まえ、負荷機器の力率や使用実態にによるメリットを、エネルギー効率，コスト，電源品質，合った最適な容量の SC の設置と、自動力率調整装置や低圧 SC の設置を推奨するため、調査研究を継続している。
3.2. 調査研究概要(1)自動力率調整装置の設置状況の詳細調査
15 年度調査研究で調査した自動力率調整装置につい機器信頼度等、多様な面から検討していきたい。
最後に、当調査研究委員会のメンバー各位並びに中部電力株式会社関係各位に深謝する次第である。
(文責：小林 浩（㈱トーエネック），中村光一（名古屋工業大学)）