受変電設備の設計｜放電コイルと放電抵抗の違いと選定方法について詳しく解説

進相コンデンサの仕様書を書いていると、「放電抵抗」か「放電コイル」かを選ぶ欄が出てきます。どちらも役目は同じ ― コンデンサに残った電気を抜くこと ― なのに、値段も、付く場所も、書かなければいけない条件も違います。分かれ目は容量でも電圧でもなく、「次に入れるまでの間隔」です。ここでは、その1点から順に決めていく手順で整理します。

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決め方の順番 ― 容量ではなく運用から入る

放電装置でつまずくのは、コンデンサの容量や電圧から決めようとするからです。放電装置はそこでは決まりません。決まるのは、その回路を1日に何回入り切りするかです。同じ100kvarでも、入れっぱなしの回路と自動で入り切りする回路では、選ぶものが変わります。

ペン太

容量が大きいほど放電コイルが要る、ではないんですか？

ハリタ

違います。容量は関係ありません。入れっぱなしの300kvarより、自動で入り切りする50kvarのほうが放電コイルが要ります。

切ったあとも、電気は残っている

放電装置の話は、ここを飛ばすと意味が分かりません。コンデンサは、回路から切り離しても電荷を持ったままです。開閉器を開けた瞬間の値が、そのまま直流として残ります。

どのくらい残るのかは、JIS C 4902-3の放電容量試験の条件がそのまま目安になります。この試験ではコンデンサを定格電圧の√2倍の直流で充電してから放電させます。つまり最悪の場合、定格電圧の波高値がそのまま残るという前提です。

放電装置は、この残った電気を決まった時間のうちに50V以下まで落とすための機器です。「抜けるかどうか」ではなく「どれだけ早く抜けるか」を決めるもの、と考えると分かりやすくなります。コンデンサとリアクトルの定格電圧の出し方はリアクトルの設置基準と選定方法で扱っています。

放電しないまま入れると、電圧が足し合わさる

残ったまま再投入すると何が起きるか。コンデンサに残っている直流と、そのとき電源に出ている交流の向きが逆になると、両方の電圧が足し合わさります。最悪のタイミングでは、通常の2倍近い電圧がコンデンサにかかります。

電圧が2倍になるということは、そのとき流れ込む電流も同じだけ大きくなります。もともとコンデンサの投入時には突入電流が流れますが、残留電圧があると、その上にさらに上乗せされます。直列リアクトルは突入電流を約5倍まで抑えますが、残留電圧までは面倒を見てくれません。

ペン太

一瞬のことなら、そんなに影響ありますか？

ハリタ

一瞬だから問題なんです。定格の何倍という電圧と電流が、入れるたびに毎回かかります。

5分と5秒 ― 数字はJISで決まっている

よく聞く「放電抵抗は5分、放電コイルは5秒」という数字は、メーカーが決めた目安ではありません。JISが放電性能として規定している値です。

放電コイルは、名前のとおりコイル（変圧器に近い構造）です。抵抗で熱に変えるのではなく、巻線を通して電荷を逃がします。だから抵抗よりずっと短時間で放電できます。JIS C 4902-3には二次巻線の規定もあり、これについては後の章で扱います。

ペン太

放電コイルが標準で、放電抵抗は古い方式ということですか？

ハリタ

逆です。標準は放電抵抗で、コンデンサに内蔵されています。放電コイルは必要なときに足すオプションです。

選ぶ基準は「次に入れるまでの間隔」

ここが選定の中心です。判断はひとつだけ。開放してから5分以内に入れ直すことがあるか。あるなら放電コイル、ないなら放電抵抗のままです。

実務でこれが問題になるのは、ほとんどが自動力率調整（APFC）を入れる回路です。APFCは負荷の変動に合わせてコンデンサを自動で入り切りするので、開放から次の投入までが数分ということが普通に起こります。放電抵抗のままでは間に合いません。

開閉器の側の考え方はコンデンサの開閉器仕様と容量の選定方法にまとめています。LBSの負荷開閉は約200回が限界なので、放電コイルが要る回路はほぼ例外なくVMCになります。

放電コイルにも限界がある ― 連続放電と休止

ここは、旧来の説明でほぼ触れられていないところです。「5秒で放電できる」と聞くと、いくらでも入り切りできそうに思えます。しかし放電コイルには、連続で放電できる回数の制限があります。

あるメーカーの仕様では、5秒間隔で連続5回の放電を行った場合、そのあと6時間の休止時間が必要と示されています。放電のたびに巻線が温度上昇し、冷えるまで次の放電に耐えられないためです。同じ資料では、取付は正立使用のみ（倒立不可）という条件も付いています。

この制限は、設計でひとつ仕事を増やします。APFCの投入・開放の間隔を、放電コイルの仕様の内側に収めることです。制御側の設定が短すぎると、機器の仕様を超えた使い方になります。力率調整装置の設定値は、放電コイルの仕様を見てから決めます。

ペン太

5秒で放電できるなら、何度でも入り切りできると思っていました。

ハリタ

放電のたびに巻線が熱を持ちます。連続で使える回数と、そのあとの休止時間は仕様で決まっています。

どこに付けるか ― 定格電圧が位置を決める

放電抵抗はコンデンサに内蔵なので、取付位置を考える必要はありません。位置が問題になるのは放電コイルだけです。

JIS C 4902-3では、放電コイルの定格電圧は回路電圧から決まります。6.6kVの回路なら6,600Vです。ところが直列リアクトルが入ると、コンデンサの端子にかかる電圧は回路電圧より高くなります。6％なら7,020V、13％なら7,590Vです。

つまり、6,600V定格の放電コイルをコンデンサの端子間に入れると、定格を超える電圧がかかります。だから放電コイルは直列リアクトルの電源側に接続します。リアクトルを通して放電することになりますが、直流の放電なので問題にはなりません。

二次巻線110V ― 放電だけの機器ではない

放電コイルはコイル、つまり変圧器に近い構造の機器です。JIS C 4902-3には、定格二次電圧110V、定格二次負担100VAという規定があります。つまり電圧を取り出せる二次巻線を持っているということです。

この二次側は、コンデンサ回路の電圧を監視したり、保護継電器や計器の電源として使ったりできます。放電コイルを入れるなら、二次側を使うかどうかも設計で決めておくことになります。使わないなら開放のままにしますが、図面に二次側の扱いを書いておかないと、現場で迷います。

ペン太

二次側は必ず使うものですか？

ハリタ

必須ではありません。ただ付いているので、使うのか開放のままなのかは図面で決めておきます。

点検と停電作業 ― 放電は法令で求められている

放電装置は設計の話であると同時に、作業の安全の話です。労働安全衛生規則第339条第1項第2号は、停電作業を行うときの措置として「開路した電路が電力ケーブル、電力コンデンサー等を有する電路で、残留電荷による危険を生ずるおそれのあるものについては、安全な方法により当該残留電荷を確実に放電させること」と定めています。

ここで効いてくるのが、前の章までに出た数字です。その設備が放電抵抗なのか放電コイルなのかで、待つ時間が5分か5秒かに変わります。現地でどちらか分からないときは、長いほうに合わせて待ちます。

また、放電装置は付いているだけでは確認になりません。放電時間を待ったうえで、検電と短絡接地まで済ませてから作業にかかります。同条第1項第3号が短絡接地器具の取り付けを求めているのも同じ理由です。

まとめ ― 取り違えやすいところ

この記事を書いた人：ハリタ

電気設備設計の実務者。引込・高圧受変電・幹線・接地を「設計者の視点」で解説しています。プロフィール詳細