工場には必ずと言って良いほど高圧受電設備があります。
直接工事したりしなくとも工場内に新しい機器を設ける、工事をするとなった場合に必ず意識しなければならない設備です。
今回は最低限知っておきたい高圧受電設備の機器構成について解説します。
画像は主にキュービクルWIKI様より許可頂き使用しております。転用にはご注意ください。
高圧受電設備とは
高圧受電設備とはAC600Vを超える電圧で受電する設備を指します。
高圧で受電した電気を100Vや200Vなどの低電圧に落とし各所へ配電するための機器で構成されています。
一般的には契約電力が50kW以上である場合に高圧受電となり三相3線式の6600Vで受電します。
7000Vを超える場合は特別高圧となり66000Vなどの高圧で受電します。
送電方法
発電所からの電気は各地に電柱を配置して電線（高圧線）を用いて送電されています。
一般家庭では電柱についてあるトランス（変圧器）で100Vや200Vに変圧してから送電されます。
工場の場合は工場内にある高圧受電設備に直接高圧線を接続後、変圧・送電しています。
責任範囲
高圧受電の場合は変電設備は工場（需要家）が持たなければなりません。
つまり責任は工場側に発生します。
また電気主任技術者の選任が必要になります。
全体構成
高圧受電設備がどのような構成になっているか、まず全体イメージをつかみましょう。
大きく電線を引き込む設備と変電設備に分かれています。
今回は変電設備やその構成機器について解説しています。
変電設備
変電設備は高圧で受電した電気を利用できるようにするための設備です。
一般的にはキュービクルが利用され、規模が大きくなると電気室を設けるようになります。
キュービクル
立方体を意味するCubeが語源である金属製の箱です。
この中に高圧受電用機器を納めます。
設置スペースが小さくて済みメンテナンス性に優れることが特徴です。
また工場内で組み立てたキュービクルをそのまま工場へ運ぶことができるため、設置コストの削減が可能です。
1000kVAのトランスまで対応しています。
それ以上の場合は次に解説する電気室を利用します。
電気室
室内に鉄パイプなどを使用して支柱を組み、そこに高圧受電用機器を取り付ける方式です。
1000kVAを超えるトランスを使用するような大容量に適しています。
キュービクルと違い増設しやすくメンテナンス性に優れる特徴があります。
一方で施工は現地で行わないといけないため初期コストが高くなってしまいます。
安全柵が設けられていますが、充電部が露出しているためキュービクルよりも安全に注意が必要となります。
電気を遮断する機器
まずは電気を遮断する役割を持つ機器です。
メンテナンスで遮断、短絡や地絡で遮断など様々な役割があります。
区分開閉器（PAS）
画像引用：キュービクルWIKI
受電線がまず最初に変電設備内で接続する機器です。
一般的に利用されるのは気中負荷開閉器（PAS）です。
過負荷・短絡・地絡が起きた際、スイッチとしての役割を果たします。
その他に地中引込タイプの負荷開閉器（UGS）もあります。
動作のイメージは日本エネルギー管理センターの動画が参考になります。
断路器（DS）
画像引用：キュービクルWIKI
ディスコンとも呼ばれます。
断路器は既に電流が流れていない電気回路を遮断する役割があります。
例えば工事やメンテナンスを行う際に受電線からの電源を遮断し安全を確保します。
ただし負荷電流を検知して遮断する訳ではないことに注意が必要です。
電流が流れている時に断路器で遮断するとアーク放電が起こり大事故に繋がります。
動作のイメージは日本エネルギー管理センターの動画が参考になります。
遮断器（CB）
画像引用：キュービクルWIKI
いわゆるブレーカーです。
サイズや見た目は異なりますが役割は制御盤などで使用するブレーカーと同じ役割です。
つまり過電流や短絡電流などの大電流を検出し遮断します。
代表的なものとして真空遮断器（VCB）や油遮断器（OCB)が挙げられます。
容量が小さな設備の場合は遮断機ではなく次の高圧交流負荷開閉器（LBS）を使用します。
高圧交流負荷開閉器（LBS）
画像引用：キュービクルWIKI
パワーヒューズ（限流ヒューズ）を取り付けて機器の保護を行います。
設置場所は変圧器の1次側です。
三相交流電源の場合にはこちらを使用しますが、電灯のような単相電源を使用する場合はコスト削減のため高圧カットアウト（PC）を使用します。
容量が小さな受電設備の場合は遮断機（CB）の代わりにも使用されます。
動作のイメージは日本エネルギー管理センターの動画が参考になります。
高圧カットアウト（PC）
画像引用：キュービクルWIKI
ヒューズを用いて機器の保護を行います。
変圧器やコンデンサの1次側に設置しますが、 高圧交流負荷開閉器（LBS） を使うほどでもない容量の場合に使用されます。
動作のイメージは日本エネルギー管理センターの動画が参考になります。
電気を変換する機器
次は電気を変換する役割をもつ機器です。
高圧で受電した電気を低圧に変換したり、メーター用に小電流に変換したりする役割があります。
計器用変圧変流器（VCT）
画像引用：キュービクルWIKI
計器用変成器、電力需給用計器用変圧変流器とも呼ばれます。
電力会社のメーターを使用する際に設置されます。
メーターで読み取るために電圧を下げ（変圧）、電流を小さくする（変流）役割があります。
変圧器（T）
画像引用：キュービクルWIKI
トランスと呼ぶ方が一般的になっているかもしれません。
6600Vの電源を100Vや200Vに変圧します。
トランスの二次側から各制御盤に電源が割り振られます。
トランス容量が足りない場合、その系統に新たな設備が入れられないため必ず確認が必要です。
高圧進相コンデンサー（SC）
画像引用：キュービクルWIKI
モーターなどを使用して悪くなった力率を改善する（力率を進める）役割があります。
直列リアクトル（SR）と共に使用されます。
力率が改善されると必要な変圧器の容量を小さくすることが出来ます。
直列リアクトル（SR）
画像引用：キュービクルWIKI
コンデンサに電源投入した際に発生する大きな電流（突入電流）を抑制する役割があります。
またコンデンサを使用することにより発生する高調波の抑制する役割もあります。
高調波とは元々の電源の波形（基本波）の3倍や5倍の周波数を指します。
これが基本波と合わさることで基本波の波形が崩れてしまいます。
オススメ書籍
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