100mの配線のインピーダンス測定について

質問

10秒に一回程度、瞬間的に約6,000A流れる設備を、電気室から100m程ケーブルを引いて設置したところ、稼働時に想定外の電圧降下が発生して困っています。ケーブルの断面積は足りているので、ケーブルが3相組みのCVTではなくバラ線で配線したことによる「同相多条配線」のリアクタンス不平衡が起きていると考え、配線並び替えを検討中です。

念のため工事前後にインピーダンスの変化を確認したいのですが、適した装置が分からず悩んでいます。近しいご経験やノウハウお持ちの方居ましたらアドバイスお願いします！
・LCRメータ？インピーダンスアナライザ？
・100mあるケーブルをどうやって測定する？ など

回答No.8

ohkawa3 · ベストアンサー

質問ばかりで申し訳ありませんが、
瞬間的に約6000A流れると記載なさっていますが、実測なさった値でしょうか？
1) 6000Aという電流は、電流計で測定するには大きすぎるので、CT（変流器）を用いて数Aオーダーに変成していると思います。
2) 6000Aという電流は、定常的に流すことのできる電流よりも相当に大きい電流と思われます。
3) CT（変流器）の鉄心が大電流で飽和すれば、変成比が保てなくなるので、実際に流れる電流が、6000Aより大きな値になっている可能性がありそうです。

という訳で、電圧降下が予測よりも大きいのであれば、計算に使った電流値についても検討することがよさそうに思います。

お礼

１）先方の設備課から入手した常時監視の電力データです。Flukeのシステムで、もちろんCT経由です。
２）6000A流れるのは衝撃のタイミングで10～20msという短時間です。
３）なるほどです。

沢山お答え頂き有難うございます。その後のメーカとの協議で、サーボモータは電圧降下した場合同じ仕事をするために電流が増えることを確認しました。例えば100V 10A で1kWの指令のとき、電圧が50Vまで落ちると20A流して1kWの仕事をする。従って大電流流れる謎は解けました。電線のインピーダンスの他にトランス容量が瞬間ピークを考慮出来ていない（実効負荷はカバーしているが）可能性など色々確認事項が増えました。助言ありがとうございました！

回答No.7

ohkawa3

いりいろと補足して頂き有難うございました。
状況が幾分か見えてきたので、更にお尋ねしたいことが出てきました。
1) サーボモータにもいろいろな方式があると思いますが、永久磁石を使った同期電動機なのでしょうか？
2) サーボモータであれば、モータの回転をドライバにフィードバックして制御を行っていると思いますが、どのような制御を行っているのでしょうか？
3) ケーブルの電圧降下を求めるには、負荷の力率が必要ですが、6000A流れるときの負荷（サーボモータ）はどのような運転状態なのでしょうか？例えば、50Hz又は60Hzで同期速度で回転中に、機械的負荷が急増して電流が増える状況なのでしょうか？
4) ケーブルの本数が4本とのことですので、3相3線式ではない方式のようです。Y結線で中性線があるのでしょうか？

お礼

１）回転子に永久磁石を使ったACサーボモータです。
２）モータエンコーダをアンプへ、駆動機械のエンコーダをCNCへフィードバックしています。
３）はい、機械的負荷が急増して電流が増える状況です。
４）ケーブルは4条、つまり12本に加え接地線2本、中性線2本があります。

回答No.6

lumiheart

>400V級の大きいサーボモータ8台が同時に稼働する機械なので、
なんで肝心な事は書かないの？
秘密保持契約に抵触するから？

何処のメーカの何ｋW？型番は何？
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/drv/servo/index.html
https://www.e-mechatronics.com/product/servo/
https://www.innomotics.com/en/products/motors/low-voltage-motors/non-standard-motors.html?ste_sid=54bd0bcbe6e7697962e4bf9f497eff80
https://www.tmeic.co.jp/product/rotating_machinery/motor/tm21/tm21_lw/
https://meidensha.co.jp/products/industry/prod_01/prod_01_01/prod_01_01_01/prod_01_01_01_01/index.html

回答No.5

ohkawa3

3相400Vで、最大電流6000Aということは、皮相電力で４MVAを超えます。
サーボモータ8台とのことなので、1台の容量が500kVA以上ということです。サーボモータということは、電源直結ではなく、ドライバー（駆動回路）を介して電源が供給されていると思います。
電圧降下についてのお問い合わせですが、ドライバー（駆動回路）の入力側、同じく出力側、ケーブルの末端で電圧を確認なさることが適切と思います。
また、これだけの大容量システムであれば、サーボモーターのメーカーが深く関わっていると思います。サーボモーターのメーカーの見解は如何でしょうか？

さらに、４MVAを超えるような負荷設備の増設であれば、貴所の電気主任技術者や電力会社との協議があって当然と思いますが、協議が行われているでしょうか？ 負荷設備の増設ではなく、更新であれば、更新前後において、電力の使用パターンに大きな変化がないことを確認する必要がありそうですが、どのような確認結果でしょうか？

回答No.4

lumiheart

インピーダンス計測は置いといて
ケーブル長を１ｍとか１０ｍとかの仮設で実験してみては？
憶測ですが１ｍにしても６千Aは出ないんじゃあ？

補足

それが出来れば最高ですが、残念ながら電気室から物理的に遠く、また持ち運びできるような設備ではないため不可能です。
400V級の大きいサーボモータ8台が同時に稼働する機械なので、それくらい電流が必要なんです。

回答No.3

ohkawa3

回答(1)(2)再出
「稼働時に想定外の電圧降下が発生」とのことですが、
失礼とは存じますが念のためにお尋ねしますが、負荷の力率と、ケーブルのリアクタンス成分を考慮した計算式で電圧降下を計算なさっているでしょうか？
https://www.fujikura-dia.co.jp/pdf/tech/catalog-tech-info4.pdf

6,000A流れる設備であれば、ケーブルインピーダンスだけではなく、トランスを含めた上位系統のインピーダンスも考慮する必要があろうかと思いますが、如何でしょうか。

補足

ありがとうございます。今回は400V電圧が瞬間的に250V程度にまで落ち込んでいるものでした。しかしながら電気室で計測した結果はそれほど落ちていないため、その間の配線に問題があると踏んでいます。大きな工場なので受電設備はそれなりに大きいようです。

回答No.2

ohkawa3

6000Aの電流容量があるケーブルであれば、相当の大断面積になると思います。建屋の壁を貫通する部分などで、3本を一括して電線管に通すことができずに、芯線それぞれを個別の電線管に通しているような箇所はないでしょうか？ このような施設方法では、インピーダンスが予想外に増加する可能性がありそうです。

お礼

ありがとうございます。断面積は各相300sq×4条の1,200mm2です。
興味深い情報ですね。まとめてなら問題ないのに、相毎だとインピーダンスが増える。不平衡になるためであれば私の推測と近いですが、現象の名前等ご存知なら教えて欲しいです！

回答No.1

ohkawa3

商用周波（50/60Hz）の電流が流れるケーブルでしょうか？
商用周波であれば、ケーブルの電圧降下に相当する2次電圧であって、6000Aの電流容量（短時間定格でよい）がある降圧トランスを準備して、終端を短絡したケーブルに商用周波電流を流して確認することが順当と思います。
使用する測定器は、電圧計、電流計、電力計です。なお、電流を測定器に導入するために、CT（変流器）が必要です。

上記の測定系を構成するには、相当の大容量の降圧トランスが必要なことが大きな課題になりそうです。6000A流して測定することが望ましいのですが、まずは100A程度流せる測定系を構成して、あたりを付けてみたら如何でしょうか。

測定電流を100A程度としても、測定系を構成するためには、それなりの費用が必要になると思います。どの程度の時間的猶予があるか不明ですが、「想定外の電圧降下」について電磁気学的に解析して、「同相多条配線」が原因なのか、他の要因があるかなどを確かめることを先行して実施なさったら如何でしょうか。この電磁気学的解析は、使用する測定器の妥当性や、測定精度を確保するために、テストリードをどのように結線することが適切なのかなど、有益な情報を引き出すこともできると思います。

お礼

はい、商用周波数です。大きなサーボモータ8台が同時にフルトルクになるような設備です。
100m先でRSTをショートさせて100A程度を流して電圧降下からインピーダンスを測定するのでしょうか？
そこまで大がかりな設備を用意する余裕は費用的にも時間的にもないので並び替えをやって確認するほかなさそうです。
後半はちょっと主旨は理解出来ませんでしたがありがとうございます！