ピーファクトリーLED照明説明文書(高周波と突入電流)について

高調波(Harmonic Distortion)

交流電源の電圧波形は基本的に正弦波(Sign波)です。 これに電灯機器を接続した時に流れる電流は必ずしもSign波(正弦波)にはならず、歪んだ波形になることがあります。 このひずみ波は50Hz(60Hz)の基本周波数と基本周波数の整数倍の周波数波に分けられます。 (5次高調波=50Hz x 5 =250Hzの高調波) この整数倍の波のことを高調波といいます。 電気機器から発生したこの高調波は電線に伝わり他の設備や機器に悪影響をおよぼし、雑音、振動、破損、焼損、などの原因となります。 水銀灯、蛍光灯などでは安定器の破損や光のちらつき、目の疲れなどが、コンピュータ機器には誤作動、暴走、故障などを、家電機器には映像のちらつき、雑音、誤作動、故障などを起こします。

交流から直流に変換する直流電源装置(AC-DCコンバータ)には、トランジスタ、ダイオ-ド などの半導体素子を利用し省エネを図ってます。 この時も、電圧波形を加工するため、こまめにスイッチング動作をさせます。 ここで問われるのが如何に細かく精密にスイッチングするかの問題で、精密にすればするほど高調波を低く抑えることが出来ます。 高調波の数値が低いほど良い電源装置になりますし、他の機器や環境、人体に影響が少ないことになります。

好調波は1次,3,5,7,9次と11次から39次までの測定で表します(KS)。 複合波の中で基本振動数の3倍の振動数を持つSign波の成分です。 3次高調波は変圧機、電磁式遮断機など電源側で動作するリアクタンス(注1)を利用する回路に 影響を与えます。 この3次高調波は変圧機にハウリング、熱、振動などを発生させ力率を低下させるなど、機器の効率を低くする原因ともいわれてます。 入力波は正弦波(Sign波)の時基本波以外の高調波成分により、系統や出力の変形により機器に異常をもたらします。 注:リアクタンス(reactance)電気回路に交流電流を流すとき、電流の流れを妨げる抵抗の程度

5次高調波は主に電子装置に影響を与えます。

7次高調波は通信装置や制御機器に影響を与えます。 これらの高調波は放射ノイズのため、TV画面の映像の歪曲や画面雑音などを起こします。

このような高調波は単一機器から生じる量では別に問題を起こさないが、複数機器を同時に 駆動すると高調波の量も増え、勢力化されるのが問題点と言われてます。

電子・電気機器集めて使えば使うほど高調波による被害が増えますが、改善策はほとんどなく 変圧機に頼る傾向になっています。 国際基準(IEC 6000シリーズ)では高調波が発生する部分近くに、高調波低減装置を設置する ことを進めているほどです。

交流電源の電圧波形は基本的に正弦波(Sign波)です。 これに電灯機器を接続した時に流れる電流は必ずしもSign波(正弦波)にはならず、歪んだ波形になることがあります。 このひずみ波は50Hz(60Hz)の基本周波数と基本周波数の整数倍の周波数波に分けられます。 (5次高調波=50Hz x 5 =250Hzの高調波) この整数倍の波のことを高調波といいます。 電気機器から発生したこの高調波は電線に伝わり他の設備や機器に悪影響をおよぼし、雑音、振動、破損、焼損、などの原因となります。 水銀灯、蛍光灯などでは安定器の破損や光のちらつき、目の疲れなどが、コンピュータ機器には誤作動、暴走、故障などを、家電機器には映像のちらつき、雑音、誤作動、故障などを起こします。

日本でも高調波による障害を防ぐために、1994年から通産省資源エネルギー庁より高調波抑制ガイドラインが通達され、需要家から流出する高調波電流が上限値を超える場合は、何らかの対策を取らなければならないと定められています。 ここで、インバータ用の電源装置の高調波低減率を見ますと主に5次・7次を規定し、50%として、電流の波形率と力率の改善を要してます。

一般家庭を例えると、各家庭から出る突入電流や高調波を低減させるために、地域一箇所に大きい リアクターを設置、危険性や被害を防いでいるのが現実です。

一般サーバーセンターにもこのリアクターを設置し、対応しなければならないが、装備のコストと大きさの問題により、対応し難い面もあるようです。  度々コンピューターのサーバーがダウンし、日常生活に支障をきたすのもこのような理由であると言うのが定説となっています。

ここで、LED照明時代に入る今こそ、高調波対策や突入電流対策に取り組み、徹底化する必要があります。

また、既存の水銀灯蛍光管を制御した安定器の基準でLED灯の電源装置を普及してしまうと、従来と同じく突入電流や高調波の被害を防げないので、メーカーはメーカーなりの技術開発を、 ユザーは対応機種の厳選を図るべきでしょう。

突入電流(In-Rush Current)

電気機器にスイッチをOn/Offした瞬間に流れる電流があります。 例えば蛍光灯、白熱灯、ヒーターを使用する時、スイッチを入れた直後は、瞬間的に規定電力の何倍もの電流が流れます。 電源100Vの時、 灯具を 点灯・消灯する為にスイッチを On/ Offした時に、 電源装置は直ぐには100Vの定格電圧に達しません。  電源内部のコイル、抵抗、コンデンサーなどの働きや施定数を設定するため為です。そして、電源装置は数 msec 後で定格の100Vに至り、この状態を過渡状態といいます。 この過渡状態の中で約√0.737~√2倍程度の電流が流れます。この現象は電源装置が定格に至るために瞬間的に高い電流を要求するからです。このときの電流が突入電流となります。

同じように、Offする時も電圧が100Vから0Vに落ちる間瞬間的に電流が0になるために、電源装置は多くの電流を放流します。このときも突入電流が発生します。 インバーター回路においては、電流を平滑化する『平滑コンデンサ』に充電するため、定格の数倍から数十倍の電流が流れます。白熱ランプでは、温度の低いフィラメントは抵抗が小さいので大電流が流れます。突入電流が起こると、白熱ランプなどではスイッチの接触部分が溶着してしまったり、ヒューズが溶断したり、あるいは回路に大きなストレスを与えたりすることがあります。

なぜ、突入電流が大事かといいますと、 回路設計の時や設置する回路保護装置や過電流保護装置の選定や特性を知らないと、始動する際にこれらの機器が誤動作したり、故障し易くなったり、問題になります。 また、多くの電気を消費する所では、同時の突入電力発生が原因で過熱したり、機器の絶縁部の劣化を招くなど、重大な障害が出てきます。

突入電力と同じ様にリレーの逆起電力も問題になります。これはリレーの接点が焼け付きを起こしてスイッチの役割果たさなかったり、接続されている機器へダメージを与えたりする物で対策用の回路を設けなければいけないからです。

この突入電流はスイッチの入切毎に発生するものですから、灯器具全ての装置・部品にも影響を与えます。1~2灯には影響は微細ですが、多数のスイッチを同時に作動させると、この突入電流が重複することで力が増幅し、電源側に大きくダメジーを与えます。

この時、予測できるのが変圧機や、モーターの振動系通に付いてある接点などの誤動作を起こす、 UPSの不安定化を始め、各種コンピューター・電算装備に電気的なショックを起こします。

スパーコンピューターのダウン、銀行ETMの不具合などなどの原因とも言われてます。 KS編集者 注

KS-LED直管型の場合 ; Inrush Currentを0.18Aまで下げています。(100V)


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