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情熱ボイス【ハーモニックスセーバ篇】第2回 ワンモデル化への険しい道のり情熱ボイス【ハーモニックスセーバ篇】第2回 ワンモデル化への険しい道のり

困っているユーザを無視することはできない 困っているユーザを無視することはできない

2019年5月8日、東洋電機(当時)技術課長の常峰孝司は、兵庫県丹波市の同社氷上工場で長谷らの訪問を受けた。用件はもちろん、東洋電機のエネセーバをベースにした高調波引込み現象対策機器の開発の検討である。

常峰は長谷や矢部から、高調波引込み現象で起きている事故事例や対策の基本方針、そしてその方針になぜエネセーバの技術が有効と考えたかについて説明を受けた。常峰にとっては、自分たちが開発した機器に他社の技術者が着目し、ソリューションの「種」として認識してくれたことを素直に嬉しく思った。

エネセーバは機械的な接点の動きで変圧器への励磁突入電流を防ぐ。電源投入時にまず抵抗を含む回路に電流を誘導し、その後抵抗を短絡により切り離して主回路につなぐまでを接点の一連の動作で実現する。東洋電機が特許を持つ技術で、機構自体は比較的シンプルだが確実な処理が可能な点が評価されており、太陽光発電設備の変圧器の励磁突入電流対策で電力会社から推奨された実績もある。

エネセーバの励磁突入電流抑制の仕組み。機械的な接点の動きで抵抗を投入しその後主回路につなぐ

その機構を使って高調波引込み現象の対策機器を開発してほしいというのが長谷らの要望だったが、常峰には大きな懸念があった。開発費を十分に回収できるかどうかという点だ。高調波引込み現象は新しい問題であり、事故件数自体は、まだそれほど多くはない。高調波は知られていても、共振による高調波引込みまではまだ知られていないのが実情だ。直列リアクトルが異常過熱しても「原因不明の故障」と処理されるだけのこともある。

その状況では、当面、それほどの販売台数は見込めないだろう。問題解決のための機器といっても、事業として成り立たないのであれば十分な開発リソースをかけることはできない。経営サイドからプロジェクトとして承認されるか、常峰には不安だったのだ。

しかし、高調波引込み現象に困っているユーザを無視することはできない。エネセーバの仕組みを評価して訪れてくれた三菱電機や指月電機製作所の期待に応えたい想いもある。常峰はある条件の下で考えることにした。

「ワンモデル化を前提に、実現可能性を検討してみましょう」。

開発する機器が複数のモデルに分かれると、それだけリソースも分散されて採算がとれにくくなる。ワンモデルに集約することで、コストの圧縮をはかることにしたのだ。

指月電機製作所の矢部と池永は安堵した。13%の直列リアクトルでも対処できなくなった状況下で、同社は顧客だけでなく電力会社からも新たな対策確立のプレッシャーを受けている。2人は全面的な協力を確約し、2019年夏をメドに実現性を検討することにした。

だが常峰はそれでも不安だった。わざわざワンモデル化という条件をつけたことは、そうはならない予感が本人にあったことに他ならない。

実現可能。しかしワンモデル化は?

ワンモデル化の最大のネックは、投入する抵抗の大きさを一つに限定できるかという点だった。開発を目指す高調波引込み対策機器は、さまざまな進相コンデンサに接続して使われることになる。進相コンデンサの多様なモデルに対して、一つのモデルすなわち一つの抵抗値で対策しなくてはならない。常峰はそれにどうしても無理がある気がしてならなかったのだ。

一方で三菱電機と指月電機製作所は、常峰ら東洋電機の検討作業を支援するために自らも動き出した。7月には三菱電機伊丹製作所で進相コンデンサの設備にエネセーバを接続し、開閉試験を実施。指月電機製作所で小型の高調波引き込み現象を再現する装置を準備した。エネセーバは変圧器に接続して使う機器であり、進相コンデンサを単独で使うことは想定していない。そこでそうした環境でも基本的な動作は可能か検証するためだったが、試験は無事成功。エネセーバは高調波引込み対策機器のベースになり得ることを確認した。

実現可能性の検討期限とした2019年秋。それら試験結果などを受けて「実現可能」という判断が下された。これでエネセーバを元にした高調波引込み対策機器の開発プロジェクトは、正式に立ち上がることになった。

とは言っても、実現の前提条件としていたはずの「ワンモデル化」は、この時点で可能かどうかの確認は取れていない。投入する抵抗値に関する検証はまだだったからだ。開発プロジェクトはある意味「見切り発車」で始まったのである。

最適な抵抗値を見つけるまで

案の定、抵抗値の見極めは難航した。対策機器につなぐ進相コンデンサを限定することができれば、高調波は抵抗の投入によって確実に小さくなり引込みは防止できる。しかしワンモデル化する以上、一台であらゆる進相コンデンサに対応しなくてはならない。その進相コンデンサの容量によっては、抵抗投入時はよくても主回路につないだとき共振によって再び大きな電流が流れてしまうのだ。

主回路につないだときの電流増大は避けられない以上、目指すべきは増大した電流が共振を起こさないレベルに抑えることである。しかしそれがどの程度の抵抗値だと最適なのか、皆目見当がつかない。

指月電機がテストを繰り返した試験設備(電源設備)

常峰はエネセーバに搭載できる抵抗値について机上で計算を行い、実力を確認するために検証を重ねた。一方で矢部や池永はシミュレーションツールを駆使するとともに、常峰を社内の試験設備に招いてテストを繰り返し、常峰同様に最適な抵抗値を探り続けた。しかしベストな抵抗値はなかなか見つかりそうにない。

「抵抗を変えて影響を分析しようとしても、投入のタイミングや抵抗が持つ熱など周りの条件が一定ではないため、単純な比較がしにくいのです。正確に比較するためには一つの抵抗値でも100回ぐらい繰り返す必要があり、試験はなかなか進みませんでした」(池永)。

いつの間にか季節は秋も終わりにさしかかっていた。常峰らが苦戦している間にも高調波引込み現象による事故の情報は入ってくる。長谷はこの頃、ある考えが頭をよぎるようになった。

「モデルを二つに分けるしかない」

ワンモデルで進相コンデンサの全モデルをカバーしようとするから難航しているのである。進相コンデンサのモデルごとというのは無理でも、せめて二つにすれば抵抗値の最適化は実現しやすいだろう。

しかし常峰はワンモデル化にこだわった。ワンモデルという前提で経営陣から開発プロジェクトへの承認をもらっているのだ。簡単に取り下げるわけにはいかない。

6%の直列リアクトルでも適用できる

年が明けて2020年2月。指月電機製作所の設備で繰り返された実験の結果、最適な抵抗値は、矢部が推す20Ωと常峰が推す30Ωの二案にようやく絞られた。高調波引込みを確実に防止するには20Ωと主張する矢部に対し、常峰は製品化の際のバラツキを考えると30Ωが最適と主張。議論の結果、最終的には30Ωが選ばれることになった。

指月電機での実証試験

この時の実験は13%の直列リアクトルにつなぐことを前提としたものだった。13%の直列リアクトルでも高調波引込み現象に悩む顧客へのソリューションというのが、開発の原点だったからだ。しかし直列リアクトルの市場は、今も6%の直列リアクトルの方が主流である。販売面を考えると6%もカバーできることが望ましい。

3カ月後の2020年5月。今度は6%の直列リアクトルの実験設備で実験を行った。その結果、30Ωの抵抗値で13%だけでなく6%の直列リアクトルにも対応できることが明らかになった。高調波対策で6%から13%への切り換えを検討する顧客もカバーできる製品になり得るわけだ。開発費の回収を気にしていた常峰には朗報だった。

最初の相談から約1年を経てやっと抵抗値の問題が解消し、開発は一気に前に進み出した。抵抗値が300Ωのエネセーバよりかなり小さくなったことで、電流増大による開閉器の熱問題が浮上したが、接点の素材をステンレスから黄銅に変えることで対応。さらにエネセーバの筐体を流用することで、現在の生産ラインの大きな改修も不要にした。

ただ、問題が一つだけ残っていた。これまでの検証はいずれも、指月電機製作所での小容量の実験設備で作った高調波に対して行ったものであり、適用できる最大容量による高調波で行ったものではない。しかしいつどこで出るか分からない高調波をずっと待ち続けるのでは、実験にならないのだ。それでも適用できるすべての容量範囲で実際の高調波に対する検証を行わなくては、製品として世に出すことはできない。

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