高圧受変電設備のコンデンサへ流入する第5高調波とは

質問

高圧受変電設備のコンデンサへ流入する第5高調波とはどの様なものてしょうか？

回答No.2

mdmp2

NO.1氏のご説明の通り、電力会社由来の高調波は一定値を超えないようにコントロールされているので受電設備に与える影響は小さい（問題にならない）です。問題にされているのは、インバーターエアコンなど、インバーター機器が発生する高調波です。
インバーター機器に流れる電流は矩形波なので第3次、第5次、第7次・・・の奇数次高調波を含んでいます。（原理的に偶数次高調波は発生しません。）この電流により、本来、美しい正弦波だったはずの配電線の電圧波形が歪みます。電圧波形が歪むということは高調波が含まれているということと同じ意味です。
高調波は、変圧器を通過して高圧側にも波及します。そのためコンデンサに高調波に起因する余分な電流が流れます。高調波は基本波より周波数が高いので、電圧が低い割には大きな電流が流れます。それでコンデンサーが破損することはまれなのですが、コンデンサーと直列に接続されているリアクトルが過熱し、焼損することがありました。
第5高調波より第3高調波の方が振幅が大きいのに、第5高調波の方が問題視されるのは、NO.1氏のご説明にもありましたが、３相交流の各相の第３高調波は位相が同じなので、受電用変圧器のΔ接続された二次側の各相に同相の電圧が加わることになり、二次巻線により短絡状態となり、高圧側には出ていきません。同様に、第９次高調波も出ていきません。結局第５次高調波が受電設備に最も悪影響を与えることになります。

各相の第３高調波の位相が等しくなるしくみ：
３相交流の各相の電圧の位相は120度(=2π/3 ラジアン)づつずれています。
X相の電圧を Vx=Vsin(ωt) としたとき、
Y相の電圧は Vy=Vsin(ωt-2π/3)
Z相の電圧は Vz=Vsin(ωt-4π/3)
となります。
それぞれの相の第３高調波の周波数と位相は、
X相: sin(3*ωt)
Y相: sin(3*ωt-3*2π/3)=sin(3*ωt-2π)=sin(3*ωt)*cos(2π)+cos(3*ωt)*sin(2π)=sin(3*ωt)
Z相: sin(3*ωt-3*4π/3)=sin(3*ωt-4π)=sin(3*ωt)*cos(4π)+cos(3*ωt)*sin(4π)=sin(3*ωt)
となり、X，Y，Z 相の第３高調波の位相は等しくなります。

回答No.1

hitujiotome2000

だれも記載しませんので、無いよりいいかと考え記憶等から記載してみます！
　高卒元電工の爺さんですけど、.昭和の昔発電機設計者や電力会社の人と話し
　たこともありましたので、状況証拠的な内容ですが・・・！（現実・・？？）

１．発電機の発生電圧は・・・・
　(1)基本波１００％を目指すものの、高調波（２次、３次、４次、５次・・）
　　等も含むそうで、高調波の二乗和の√　値は基本波の１％未満の要求を満
　　足させるそうです（波形狂い率の規制）。そして高調波は次数に伴い漸減。
　(2)この高調波による巻線温度上昇もあるため、発電機は　Y結線　とのこと。

２．高調波の内容は・・・・
　(1)2次調波等の偶数調波は　プラス側波形とマイナス側波形に差があると生
　　ずるが発電機は回転機であるため発生は僅かとのこと。（直流分はナシ！）
　(2)３次調波等３の倍数波は、全て同相となることから、発電機用変圧器の　
　　△結線　で消費されるため、発電はするが外部にはほとんど生じない。

３．変圧器の励磁特性からの高調波の発生は・・・・
　(1)完全対照ヒステリシス特性の鉄心採用を目指していることから、１T以上
　　のやや飽和してくるカーブから奇数調波の発生のみが次数漸減で発生して
　　いるそうです。
　(2)ただし励磁初期のみ、鉄心特性から2次調波を大量に含む歪電流を数秒程度
　　流して、近傍の電圧波形もひずませるようです。

結論
　前述のように、第５調波は電圧に含有する高調波最大の高調波のようです！
　（2次4次６次・・は直流分で無し、３次６次９次は△結線で短絡・・・）

　過去の記憶等から記載してみました、参考としていただければ幸いです！