高調波障害と対策｜THD・第5調波・共振・フィルタの考え方

この記事は、高圧進相コンデンサの点検や直列リアクトルの選定を繰り返すものではありません。局所障害の診断と、電力会社との受電点協議を分けながら、測定・計算・対策検証を閉じる方法に集中します。

高調波調査を6層で読む｜発生・伝搬・共振・症状・測定・対策

高調波は非線形負荷が生む電流だけで決まりません。系統インピーダンスで電圧ひずみが生じ、変圧器結線、母線、コンデンサ、リアクトル、運転台数によって流れる経路と拡大量が変わります。

調査番号を六層で共通化し、設備の入切、受電方式、変圧器、SC段数、発生機器の運転率、測定器設定が変わった時刻を残します。違う運転状態のTHDを単純比較しません。

症状と時間軸｜高調波・過渡・不平衡・高周波を分ける

コンデンサの異常音、変圧器の過熱、漏電遮断器の動作、機器リセットが起きても、高調波だけが原因とは限りません。定常的な次数成分、瞬時電圧低下、開閉過渡、不平衡、高周波ノイズ、接続不良を時間軸と周波数帯で分けます。

症状の発生時刻と、負荷・SC・発電機・UPS・系統切替のイベントを重ねます。平均THDが低くても短時間イベントが原因になり得て、逆にTHDが高い時間と症状が一致しなければ別要因を残します。

測定計画｜受電点・母線・負荷・SC分岐を同時刻で結ぶ

受電点の流出量、母線の電圧ひずみ、負荷の発生電流、SC・SRへ流入する電流は、同じ測定点では分かりません。単線結線図に測定点、電流方向、CT・VT比、相線式、記録間隔、基本波周波数を明記します。

測定器ごとにTHD-FとTHD-R、次数上限、窓長、アグリゲーション、イベント閾値が異なります。表示名だけで比較せず、設定ファイルと時刻同期を保存します。CT飽和、クランプ方向、VT分岐、計器レンジも誤差要因です。

負荷率が低い夜間、SC投入直後、特定設備の始動中など、症状が出る運転状態を測定計画へ入れます。危険な盤内作業を記事から計画せず、設備固有の安全手順と適切な測定点を選定します。

次数とTHD｜分母・方向・単位をそろえて比較する

第n次高調波の周波数はn×基本波周波数です。50Hz系の第5次は250Hz、第7次は350Hzですが、次数の大小だけで影響は決まりません。三の倍数は三相4線式の中性線へ加算し得て、第5次・第7次は相順成分や機器への影響が異なります。

THD-Fは基本波を分母、THD-Rは全実効値を分母とする代表的表示です。同じ波形でも値が違うため、測定器仕様と設定を記録します。電圧THDと電流THD、百分率と実電流A、負荷側へ流れる向きと受電点から系統へ流出する向きを混ぜません。

THDは複数次数を一値へまとめる指標で、原因次数や共振次数を隠します。次数別の大きさ、位相、時間変化を併記し、機器形式と運転状態へ戻して読みます。

伝搬と共振｜発生量より大きい電流が別分岐へ流れる理由

高調波電流が系統インピーダンスを流れると次数別の電圧降下が生じ、母線電圧がひずみます。進相コンデンサのリアクタンスは周波数が高いほど小さくなるため、高調波がSC分岐へ流入し、系統インダクタンスとの共振で拡大する場合があります。

発生機器の入力電流が変わらなくても、変圧器容量、並列運転、SC段数、直列リアクトル、受電方式、発電機運転で共振条件は動きます。設備変更前後は、発生源だけでなく系統側条件を再計算します。

異常音や過熱が一部のSC・SRへ集中した場合、全設備のTHD平均だけでなく当該分岐の次数別電流、機器の組合せ、旧/現JIS、温度、保護接点を確認します。点検境界は高圧進相コンデンサの点検へ分けます。

受電点計算と局所診断｜協議値と設備症状を二本立てにする

東京電力パワーグリッド等は、高圧・特別高圧で高調波発生機器を新設・増設・更新する場合、ガイドラインに基づく高調波流出電流計算書での協議を案内しています。機器の定格容量を単純合計せず、形式別換算係数、稼働率、受電電圧、契約電力、抑制設備を現行様式へ入れます。

受電点の流出上限内であることは、構内のSC・SR過熱、局所共振、中性線電流、機器誤動作がないことを保証しません。反対に構内症状があっても、受電点流出が上限超過とは限りません。二つの判定を別欄で管理します。

提出計算、実測、メーカー申請値が違う場合は、機器形式、台数、定格、換算係数版、リアクトル、運転状態、電流方向を再照合します。2026年の設備更新には、その時点の電力会社様式とJEMA資料を使います。

機器台帳と資料版｜形式・換算係数・稼働率を更新する

『インバータ50kVA』だけでは高調波発生量を決められません。入力方式、パルス数、ACL/DCL、PWMコンバータ、力率改善回路、負荷率、同時運転、メーカーの高調波抑制適合情報を形式ごとに記録します。

JEMAの汎用インバータ資料とJEM-TR 201、電力会社の計算資料は改訂されます。旧計算書から係数・分類をコピーせず、資料名、年版、機器分類、根拠ページを台帳へ残します。

設備更新時は、容量が同じでも入力回路が変わればスペクトルと換算係数が変わり得ます。型式変更、ソフト設定、リアクトル追加、変圧器・受電方式変更を同じ変更番号で結びます。

対策選定｜発生源・経路・吸収・耐量・運用を分ける

対策は、発生源で電流を減らす、流れる経路と共振を変える、フィルタで吸収・相殺する、影響を受ける機器の耐量・保護を確保する、運転組合せを管理する、のどこへ効くかを明記します。

入力リアクトル、DCリアクトル、多パルス化、PWMコンバータ、受動/能動フィルタ、SC・SR更新は、対象次数、負荷変動、進み/遅れ無効電力、損失、設置点、保護、保守が異なります。名称だけで代替できません。

フィルタやSCを追加すると別次数の共振、過補償、電圧上昇、過負荷が起こり得ます。対策前に判定指標、測定点、運転条件、合格範囲、副作用、中止・切戻し条件を決めます。

SC・SRの組合せ｜6％・13％を数字だけで選ばない

JEMAは高圧進相コンデンサ設備に直列リアクトルを設けることを原則とし、高圧配電系統では現JIS準拠のL＝6％・許容電流種別Ⅱを基本例として示しています。ただし、電圧ひずみが大きい場合の13％や特殊仕様も、測定・計算・メーカー選定が前提です。

一部のSCだけにSRを付ける、SRに対応するSCの一部を外す、旧JISと現JISを混在させる、異なる定格周波数で使うと、リアクタンス率と高調波流入が計画から外れます。銘板、製造年、SC/SR容量、端子電圧、許容電流種別を一組で管理します。

選定計算は高圧直列リアクトルの選び方、SC容量は進相コンデンサ容量計算へ分けます。高調波記事の代表値だけで製品仕様を決めません。

対策後の検証｜前後比較・副作用・変更管理を閉じる

対策完了は機器を設置した日ではありません。対策前と同じ測定点・負荷・SC段数・系統状態で、次数別電圧/電流、THD、温度、異音、警報、受電点流出を比較します。再現できない条件差は注記します。

目標次数が下がっても、別次数、力率、電圧、損失、温度、漏電監視、通信へ副作用がないか確認します。受電点協議が必要なら改訂計算書を提出し、電力会社回答と構内判定を別に保存します。

変更番号へ、計算、承認図、型式、設定、測定データ、保護試験、運転制限、保守計画を結びます。未達、条件付き使用、追加測定、メーカー照会を空欄にせず、期限と責任者を残します。

公式資料・一次情報

• 東京電力パワーグリッド：高調波流出電流計算書と協議
• JEMA：汎用インバータ・サーボアンプの高調波抑制対策
• JEMA：JEM-TR 201 高調波電流計算方法
• JEMA：高圧進相コンデンサ設備の正しい取扱い
• JEMA：SC・SRの高調波による異常音
• 日本電気技術者協会：半導体電力変換装置の影響と対策
• 日本電気技術者協会：電圧・電流波形と高調波
• 日本電気技術者協会：進相コンデンサ回路の直列リアクトル
• 日本電気技術者協会：高調波抑制要否と流出電流
• 日置電機：高調波・THD測定の仕様例

内容確認日：2026年8月31日。対象設備の承認図、現行取扱説明書、保安規程、電気主任技術者等の判断を優先してください。

目的から選ぶ関連記事

この記事を書いた人：資格太郎電気工事士の独学合格を目指して学習中。電力会社、JEMA、日本電気技術者協会、測定器メーカーの一次資料を照合し、THDの説明だけでなく、測定点、受電点協議、SC・SR、対策後の副作用までつながるよう編集しています。運営者情報と編集方針