昭和 40 年 6 月 3 日　第三種郵便物認可　平成 22 年 3 月 10 日発行（年 6 回 1，3，5，7，9，11 月の 10 日発行）富士時報　第 83 巻　第 2 号（通巻第 861 号） ISSN 0367-3332

特集1 社会・産業インフラを支える エネルギー・環境技術特集2 受配電・制御機器コンポーネント

目　次

表紙写真

　政府目標の温室効果ガス20％削減に向け，

あらゆる分野で省エネルギーが求められてい

る。地球環境保護のため，有害物質の不使用・

除去の取組みも強化されてきている。

　富士電機は，社会・産業インフラを支える

分野で貢献するため，長年培ってきた環境対

応技術をさらに向上するための研究開発を

行っている。

　表紙写真は，モールドトランス，リチウム

イオンキャパシタ適用高圧瞬低対策装置，省

エネルギー空調システム，電気集じん装置と

ETC用車両検知器が，それぞれの分野で利

用され，省エネルギーと環境保護に貢献して

いることをイメージしている。

〔巻頭言〕 社会・産業インフラに求められるエネルギー・環境対応 105（ 1 ） 田中　滋夫

特集1 社会・産業インフラを支えるエネルギー・環境技術

社会・産業インフラを支える環境・省エネルギー技術の現状と展望 106（ 2 ）川村　逸生　・　横幕　博行

リチウムイオンキャパシタ適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」 111（ 7 ）依田　和之　・　菊池　貴之　・　村岸　拓郎

開閉，操作・表示，制御機器の現状と展望 146（42）久保山 勝典　・　鹿野　俊介　・　月花　正志

「モルトラ」の適用拡大に向けた最新技術 115（11）石田　　努　・　須川　俊一

エネルギー監視システム・機器「F-MPCシリーズ」の取組み 151（47）町田　悟志

首都高速中央環状新宿線　電気集じん設備 119（15）青木　幸男　・　瑞慶覧 章朝　・　中山　　勉

電磁開閉器・接触器「NEO SCシリーズ」の機種拡充 156（52）渡邊　勝昭　・　代島　英樹　・　有吉　広亙

第2世代 ETC用車両検知器「FVS-2」 124（20）長島　　淳　・　田ノ下　勝　・　古田　裕次

グローバルツインブレーカ「G-TWINシリーズ」の新技術 161（57）岡本　泰道　・　佐藤　朗史　・　浜田　佳伸

環境配慮型データセンタを支える省エネルギー冷却システム 128（24）峰岸 裕一郎　・　水村　信次　・　岩崎　正道

機械装置の信頼性を支える安全機器 167（63）石川　公忠　・　山先　孝雄　・　菅原　　聡

最新鋭液晶クリーンルームシステムとコンポーネント 132（28）澤田　朋之　・　水谷　友範　・　松木　幹夫

電子機器・設備保護のための低圧用避雷器の適用技術 172（68）石川　雅英

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術 138（34）藤田　　満　・　倉田　　巌

開閉，操作・表示，制御機器の最適設計技術 178（74）坂田　昌良　・　恩地　俊行

特集1 社会・産業インフラを支える エネルギー・環境技術

特集2 受配電・制御機器コンポーネント

〔巻頭言〕 エネルギーシステムを支える基盤技術 145（41） 澤　孝一郎

特集2 受配電・制御機器コンポーネント

産業機器向け LED照明・表示器の要素技術 184（80）吉田　　隆　・　平山　紀友　・　坊野　憲司

普通論文

解説　 PUE（電力使用効率），COP（成績係数） 189（85）

特集1

特集1 社会・産業インフラを支えるエネルギー・環境技術

社会・産業インフラに求められるエネルギー・環境対応

田中　滋夫富士電機システムズ株式会社 取締役

地球環境 改善 温室効果 削減 発

電 送電 受変電 工場 分野

省 省 高効率化 有害物質 不使

用 除去 重要 地球環境 保護 社

会 産業 分野 電気 供給設備 工場

支 各種設備 省 高効率化 道路 設備

排 削減 有害物質 除去 官民 一丸

取組 必要 富士電機 環境対応技術

社会 産業 支 分野 大 貢献

現在 地球 気温 19 世紀初頭 比 1 度近 上

昇 今後 100 年間 同程度

以上 気温上昇 続 温室効果 削減

制御 可能 大 効果 得 温暖化対策 一

世界的規模 削減 1997 年 採択 京

都議定書 2005 年 発効 一部 先進国

発展途上国 参加 目標達成 立

国 実現 危 声

一方 2009 年 発足 政権

端 発 金融恐慌対策

政策 発表 自然

環境対応機器 優遇税制 普及拡大 図

日本 同年 9 月 国連気候変動

鳩山首相 2020 年 1990 年比 温室効果

25% 削減 表明

富士電機 環境保護 省 問題 対応

太陽電池 燃料電池 新 開発

大容量 半導体 適用 技

術 省 製品 開発 以前 積極的 推進

産業 分野 代表 受変電設備 小

型化 軽量化 加 環境 省 配慮 技術開発

推進 例 開閉装置 絶縁媒体 性

能 高 SF6 適用 絶縁開閉装置 大

幅 小型軽量化 省保守 実現 最近 環境

配慮機器 環境影響指数 高 SF6 代

乾燥空気 絶縁媒体 適用 開閉装置 機種 拡

大 変圧器 従来 鉱油変圧器 環

境 省 配慮 高効率 変圧器 植

物油変圧器 開発

電気自動車 採用

液晶 家電製品 華

社会 支 重要 技術分野

省 環境 配慮 機器 着実 浸透

高速道路料金所 ETC 化 自動車 流

排気 削減 貢献 環境効

果 富士電機 ETC 車両判別装置 耐環境性

向上 省 化 保守性 向上 取 組 製品

提供 電気集 機 長年培 技

術 革新 小型化 省電力化 図 大都市地下

浮遊粒子状物質 効率的 除去 実現

今回 特集 社会 産業 支

環境技術 社会 産業 分野

富士電機 最新 環境 省 対応技術 受変電

分野 産業電源分野 道路交通分野 分野

紹介

温室効果 削減 政府目標 達成 向 富士電

機 社会 産業基盤 支 分野

貢献 所存

105（1）

1　まえがき

世界規模 異常気象 温暖化 防止 気候変動枠組条約第 3 回締約国会議 COP3 京都会議

温室効果 削減 取組 議決 既 10 年日本 削減目標 2012 年 1990 年基準 6%

削減 図1 示 削減 思目標 達成 抜本的 対策 打

必要各国 温室効果 削減 思 進 中 2008

年後半 金融危機 端 発 世界的経済危機発生 乗 切 経済対策

政権 政策 代表 環境 特筆

日本 鳩山首相 2009 年 9 月 気候変動首脳会合気候変動 温室効果 排出量 2020 年

25% 削減 表明 日本 地球環境 配慮 設備 装置 投資意欲 非常 活発

環境 対応 機器 設備 今後大 分野 成長 産業界 期待

富士電機 環境太陽電池 風力発電 燃料電池 再生可能

製品技術 適用 省 省 製品 市場 展開

持続可能 社会 実現 貢献 考本稿 社会 産業 支 産業 分

野 環境 省 ①受変電分野 ②道路 交通分野 ③ 分野 ④

分野 取組 紹介

2　受変電分野

受変電機器 電力会社 送電 超高圧 電力 工場 需要家 使用 電圧 変換

近年 電力品質 向上 機能 付加

代表的 装置 開閉装置 変圧器 応用機器 無停電電源装置 UPS 加熱機器 電力補償装置

次 各機器 現状 最新技術 紹介⑴　開閉装置

SF6 絶縁性能 消弧性能 優 絶縁開閉装置用絶縁 消弧媒体 広 利用

SF6 地球温暖化係数 GWP CO2 約 23,900倍 SF6 規制対象 一 指定

600

800

（年度）

1,000

1,200

温室効果ガス削減量

（百万トンCO2換算）

1,400

京都議定書の基準年

1990 1995 2000 2005 2008（速報値）

SF6PFCsHFCs

N2OCH4CO2

0%+5%+10%

1995年のHFCs，PFCs，SF6 排出量を1990年の総排出量に上乗せし，基準年の総排出量とする。

基準年＝1995年

基準年＝1990年

図1　日本の温室効果ガス排出量⑴

富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

社会・産業インフラを支える環境・省エネルギー技術の現状と展望

川村　逸生 横幕　博行

2008 年後半 金融危機 端 発 世界的経済危機 発生 危機 乗 切 地球環境保護経済対策 行 世界各国 環境製品 注目 集 導入機運 高 富士電機 受変電

分野 道路 交通分野 分野 分野 基盤分野 位置付 社会 産業 支産業 領域 省 環境 配慮 新技術 挑戦 環境

新 時代 要求 応 持続可能 社会 実現 貢献

To overcome the global economic crisis triggered by the financial crisis in the latter half of 2008, economic measures with a focus on en-vironmental protection are being implemented. Throughout the world, eco-friendly products are attracting attention, and efforts to introduce such products are gaining momentum. Fuji Electric is working to develop various energy-saving and eco-friendly technologies for industrial plants that support public and industrial infrastructures in basic areas such as electrical substations, roads and transportation, clean rooms, data centers and the like. By responding to the demands of a new era with energy-saving and eco-friendly technologies, Fuji Electric in-tends to contribute to the realization of a sustainable society.

106（2）

使用量 放出量 削減 大 課題課題解決 代替 研究 開発 各社 活発行 現在 自然 中 最 絶縁性能高 安全 乾燥空気 選定 富士電機

乾燥空気 使用 72 kV 絶縁開閉装置開発 完了 今後 適用拡大 期待

⑵　変圧器変圧器 用途 使用条件 応 油入変圧器

変圧器 変圧器 使 分 油入鉱油 変圧器 最 一般的 普及 屋

内 地下設備 商業地域 防災 考慮 必要場所 変圧器 絶縁変圧器 難燃性変圧器 適用

鉱油入変圧器 代 対環境性能 持 変圧器大豆 菜種 絶縁油 原料 植物油入変圧

器 商品化 富士電機 環境性能 高 信頼性 安定性 優 原料

新 変圧器 開発 製品化油 鉱油 特性比較表 表1 示⑶　 応用機器

受変電設備 使用 代表的 応用機器周波数変換装置 無効電力補償装置 UPS 特UPS 分野 蓄電 密度 環境 配慮 観点 従来採用 鉛蓄電池 代電気二重層 適用 製品 実用化

富士電機 電気二重層 大 出力 可能 採用 瞬低対策装置 製品化 各 貯蔵 特性比較図2 示誘導加熱装置 省 CO2 削減機器 注目

食品 加熱 殺菌分野 従来 飽和蒸気利用 誘導加熱技術 用 短時間 効率的

過熱蒸気 発生 可能 地球環境注目 集

3　道路・交通分野

産業 分野 道路 交通分野 納入機器受変電 UPS 機器 遠方制御機器 電気集 機

換気機器 ETC 機器 挙 各機器 小型化 省化 環境対応技術 適用 進

⑴　電気集 設備電気集 設備 開発当初 内 空気 清浄

化 視環境 確保 目的 設置近年 視環境確保以外 出口近隣

環境対策 目的 設置 増小型化 省 化 高性能化 要求 強

電極形状 変更 技術 適用高周波 技術 適用 行 市場 応

⑵　ETC高速道路 料金所付近 渋滞 起因 排 増加

周辺環境 地球環境 影響 削減 2000年 ETC 自動料金支払 普及 始

金融危機 起因 経済危機対策 一環高速道路通行料 減額 無料化 実施 検討

料金所付近 渋滞 懸念 ETC 搭載車80% 超 中 保守性 対環境性能 向上 意図新 製品 求

4　クリーンルーム分野

CR 半導体 液晶表示LCD 電子部品 精密機械 分野

医薬品 食品 分野 幅広 利用 分野 半導体 微細化 液晶 大型化 進 生産性 向上製造工程 歩留 向上 取組 行 一般空調 消費量 多大 省 取組 重要

富士電機 CR 培 生製造 直結 課題 解決 制御

観点 開発 取 組 概念 図3 示⑴　 技術動向

CR 技術 微細化 大型化 対応 発展制御 温度湿度制御 気流制御

表1　パームヤシ油と鉱油の特性比較

比較項目 条　件 パームヤシ脂肪酸エステル 鉱油

密　度 （g/cm3） 15℃ 0.86 0.88

動粘度 （mm2/s） 40℃ 5.06 8.13

引火点 （℃） 開放式 176 152

流動点 （℃） －32.5 － 45

全酸価 （mgKOH/g） 0.005 0.01

比誘導率 80℃ 2.95 2.2

体積抵抗率 （Ω・cm） 80℃ 7.1×1012 7.6×1015

絶縁破壊電圧 （kV） 2.5mm 81 70～ 75体積出力密度（W/L）

100

鉛蓄電池

リチウムイオン電池 リチウムイオンキャパシタ

電気二重層キャパシタ

高エネルギー密度

高出力密度

100

10

11,000

1,000

10,000 100,000

体積エネルギー密度（Wh/L）

図2　各蓄電デバイスのエネルギー密度と出力密度

社会・産業インフラを支える環境・省エネルギー技術の現状と展望富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

107（3）

汚染制御 要求精度 高度化 求従来 CR 全体 制御対象 構築

最近 製造装置 必要 領域 制御 化方式 採用 省

削減 図 個別装置 対応 対応 CR 機器 必要自動化 対応 搬送装置 搬送車 大型化 高速 動 発塵 気流 乱 生

歩留 低下 要因 動的気流技術 求

CR 構築三次元 CG 三次元気流 熱

気流可視化 使用 社内実験設備課題 事前検証 可能 図4 気流可視化 例

示 社内実験室 持 込 実機 走行 気流可視化気流制御 課題解決 液晶工場向 最適 CR提供

⑵　 機器CR 関連機器 CR 付帯機器 製造 用 装

置対応機器 CR 内 環境監視機器次 代表例 示

⒜　CR 付帯機器 FFU冷却装置

FFU 現在 CR 最 多用 機器 従来 AC DC 替30% 程度 省 化 風速 自由

十数万 m2 大規模 液晶工場 CRFFU 2 万 3 万台 集中監視制御 行

FFU1 台 取付 複数台 4 台 FFU1 台 制御 製品 多数納入

FFU 高効率化 構成部品最適化 図 総合効率 60%

製品 納入 当社従来比 10%UP CR化 対応 冷却装置

装置対応 FFU 清浄度 異空間 効率 化

提供⒝　装置対応機器 露光前精密温調装置 超精密

装置対応 FFU露光前精密温調装置 TFT 工程 使用

大型 基板 面内温度 短時間 ＋－0.2℃以内 均一化 装置 性能 露光装置

大 影響 及超精密 高精度 工程 要求

温度精度＋－0.005℃ 保証 富士電機PID 制御 外乱影響 最小限 短時間 温

度精度 安定化 図装置対応 FFU 製造装置 搭載 薄

型 軽量⒞　環境監視機器 環境 風向風速

CR 内 環境監視 見 化 使用 環境温度 湿度 差圧 同時

測定 風向風速寸法 装置 L/UL / 部分 清

浄度 異 空間 境界 簡単 設置 気流方向 風速 測定 CR

支援 活用 環境風向風速 分散最適配置 CR 内 異

常 変化 起 場所 特定 分析 評価FFU 連動

CR 内 環境 最適化

5　データセンタ分野

普及 世界各地建設 国内市場規模 年

間 1.3 兆円 設備投資規模 年間 2,000億円 今後 増大 傾向情報通信機器 国内消費電力量 2025 年 全体 消費電力量 20% 前後 占

安全 要求 省化 必要不可欠

パーティクル制御

™パーティクルの監視，見える化を　行い素早く除去することにより歩　留り向上，品質向上に貢献

温湿度制御

気流制御

ケミカル汚染制御

静電気制御

振動制御

環境センサ

風向風速センサ

精密温調装置

アドバンストPID制御

クリーン冷却ユニット

エンジニアリングツール有機センサケミカルフィルタ

™クリーンルーム施工の実績と当社工場の　ケミカル対策のノウハウによりケミカル　フィルタの最適選定が可能

製造装置周辺の必須環境制御

™周囲環境の影響によらず温度を　一定に保ち製品の歩留り向上に　貢献

™気流の見える化を行い，開　発納期の短縮と早急な不具　合対策が可能™気流と温熱環境，さらには　塵埃（じんあい）挙動を予　測し製品開発に貢献

図3　クリーンルームで要求される環境制御

（a）風速のコンター図　　　（併せて風向風速をベクトルで表示）

（c）風向（緑ライン上）

（b）流速分布　　　（緑ライン上）

図4　ガラス基板のロード/アンロード部分の気流可視化の例

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特集1

108（4）

⑴　 省 化 製品使用量 現状 空調

37% 大 占 本体 50% 消費 残 50% 空調 含 UPS配電 照明 消費 電力使用効率PUE 85 解説 参照 2 PUE

低減 今後 課題 取組例 機器 高効率化 運転

採用 空調関連 機器 成績係数 COP85 解説 参照 向上 自然 有効

利用 挙 関連機器 現状使用量 個別 把握 見 化 効率 最適 運用 重要 実現 最適化構築 必要 図5 PUE 低減

図6 PUE 低減 示⑵　 熱対策

主体 熱 塊1 台当 発熱量 4 8 kW 程度 将来 12

20 kW 程度 高密度化 予想 従来 単位 空調機 部屋全体 冷却

最近 当 熱負荷 増大間 熱 熱 部分

熱 対策 高 COP 結露 局所空調装置 高温領域 低温領域 間仕切 効率的 熱除去 行 省 化製品 商品化 電力量 集中監視 行 増設 移設時 各 最適効率的 給電可能 支援 提供

6　あとがき

今後 中国 代表 発展途上国 経済発展地球環境 取 巻 状況 厳

明 点 環境対策技術重要性 増 考 現在注目 浴 再生可能 自動車 家電分野 環境対応 省

対応 社会 産業 支 基盤分野環境対応 省 対応製品 開発 進 必要

受変電 道路 交通分野 都市部 中心 乾燥空気 植物油 採用 環境配慮型変電技術 道路網地下化 伴 空気 化技術 期待 大

分野 半導体 微細化液晶 大型化 技術革新 進展

対 要求 多様化 考

™高効率配電（トランス）™高効率ＵＰＳ™直流配電™２次電池™LED照明™高効率冷凍機：インバータ駆動™搬送動力（ファン・ポンプ）：同上™局所冷却装置，ラック冷却™CPU直接冷却

ハードの高効率化

PUE低減

自然冷熱源の活用

™フリークリング（外気冷却）™雪氷室™コンテナ型空調

新エネルギー（発電）

™太陽電池™風力

運用

™直流給配電システム™省エネルギーマネジメントシステム™最適配電・配置システム™最適運用制御システム

図5　電力使用効率（PUE）低減のアイテム

現状PUE＝2.0

ステップ1PUE＝1.5

IT 機器，50

照明，2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

比率（％）

照明，2

UPS7

UPS5

配電，4

配電，3

空調・熱源37

空調・熱源15

空調・熱源5

IT 機器以外を50％削減

IT 機器以外を80％削減

™自然冷熱源の活用™ハードの高効率化

™新エネルギー（発電）™CPU直接冷却

IT 機器，50

IT 機器，50ステップ2PUE＝1.2

照明，1（LED化）

配電，2（直流配電など）

UPS，2（高効率化）

PUE＝　　 ≒1.25060

PUE＝　　 ≒1.55075

PUE＝　　 ≒2.050100

図6　電力使用効率（PUE）低減のステップ

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特集1

109（5）

分野 時代 入 利用形態 対応 求

今後 市場 技術開発 行 良製品 提供 所存

参考文献⑴ 　 温室効果 排出量 吸収量 . 独立行政法

人国立環境研究所.

　http://www-gio.nies.go.jp/aboutghg/nir-j.html, 参照 2010-

02-08.

110（6）

川村　逸生装置

設計 開発 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部長 電気学会会員

横幕　博行業務 従事 現

在 富士電機 株式会社産業 事業本部第二統括部長 電気設備学会会員 空気調和 衛生工学会会員

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特集1

1　まえがき

IT 機器 普及 増強 進 多 電力 必要 環境負荷低減 瞬時電圧低下 瞬低 停電時 設備全体 電力要求 高

半導体 液晶 高付加価値製品 生産 瞬低 停電 多大 被害 発生 対策 従来 低圧 UPS 無停電電源装置

方法 個別 対応設備規模 大 対策 必要 設備費 維持費

高額 瞬低対策 必要 負荷設備 範囲 広 製造設備全体 電力

必要 出 防止 従来 鉛蓄電池 高圧瞬低対策 行 鉛蓄電池 寸法大 定期的 保守 交換作業 約 7 年 交換 廃棄物処理 必要 小型 長寿命 鉛 蓄電装置望

要求 多 10 秒程度 短時間停電対応 次世代 高性能 蓄積装置 開発 必要

富士電機 市場 応 小型 従来比40% 減 低損失 従来比 30% 低減 環境負荷低減 蓄電装置 15 年交換不要 実現

LiC 適用高圧瞬低対策装置 UPS8000H 製品化 技術内容 紹介

図1　「UPS8000H」の装置外観

表1　「UPS8000H」の基本装置仕様

項　目 仕　様 備　考

全　般

定格容量 2,000kVA/1,600kW

運転方法冷却方法切換時間周囲温度

常時商用給電強制空冷2ms以下0～40℃

JEC-2433クラス2

通常運転

入力定格電圧入力電圧変動範囲

6,600V±10%

入力周波数 50Hz/60Hz

入力周波数範囲 ±5%以内

入力相数効　率出力電圧

三相3線99.3%以上入力電圧と同等

定格満充電時

停電運転

出力定格電圧出力電圧精度

6,600V±3%以内 定格負荷時

出力周波数 50Hz/60Hz

出力周波数精度 ±0.1%

定格負荷力率 0.8（遅れ）

停電補償時間電圧波形ひずみ率

10秒線形負荷：3%以下 蓄電部による

富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

リチウムイオンキャパシタ適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」

依田　和之 菊池　貴之 村岸　拓郎

富士電機 蓄電 世界 初 LiC 適用 高圧瞬低対策装置 UPS8000H開発 FDK 株式会社 共同開発 専用 LiC 各部 構造 採用 従来比 60% 小型化

性 向上 図 独自 充電方式 適用 商用給電時 装置効率 99.3% 実現方式 高速停電検出 高速半導体 適用 切替時間 2ms 以下 無瞬断切替 JEC-2433 無停電

電源 2 実現

The UPS8000H developed by Fuji Electric is the world s first uninterruptible power supply (UPS) that uses a lithium ion capacitor (LiC) as a battery. With a custom LiC developed jointly with FDK Corporation and a modular structure adopted for each part, 60% smaller size and improved ease of maintenance have been achieved. Additionally, a proprietary single-pulse charging scheme enables this UPS to realize 99.3% efficiency when commercial power is supplied. The application of hybrid-type high-speed power failure detection and high-speed semiconduc-tor switching enables the realization of uninterrupted switching time less than 2.0ms (JEC-2433: UPS system class 2).

111（7）

2　 リチウムイオンキャパシタ（LiC）適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」の概要

UPS8000H 基本装置仕様 表1 外観 図1 回路構成 図2 示 通常時 負荷 商用電源 給電同時 蓄電装置 電力 蓄 瞬低 発生高速 HSW 商用電源 高速開放

負荷 給電 開始

3　 リチウムイオンキャパシタ（LiC）適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」の特徴

3.1　小型化

本装置 設置面積 従来機 比 40% 削減 図

3 従来 系統異常時 給電 蓄電装置 鉛蓄電池 使用 FDK 株式会社 共同開発 LiC 採用 蓄電池盤 小型化

半導体 部 部 蓄電池盤構造 採用 装置

全体 小型化 実現次 LiC 特徴 選定 説明

⑴　LiC 基本特性LiC 構成 図4 示 電気二重層

EDLC 負極 EDLC2.5V 電圧 LiC 3.8 V 高

密度 達成各蓄電 密度 出力密度 関係 図

5 示 LiC 密度 EDLC 2 3 倍

EDLC 同等 電流 出力密度 寿命特性約 15 年 持

⑵　最適 蓄電 選定図6 示 瞬低対策 従来 数 ms 程度瞬時電圧低下 2 s 以下 瞬低継続時間 対応

EDLC 適用 短 時間 密度 低 EDLC 対応 鉛蓄電池 停電対策

長 補償時間 対応 反面 設置面積 大

体積出力密度（W/L）

100

鉛蓄電池

リチウムイオン電池 リチウムイオンキャパシタ

電気二重層キャパシタ

高エネルギー密度

高出力密度

100

10

11,000

1,000

10,000 100,000

体積エネルギー密度（Wh/L）

図5　各蓄電デバイスのエネルギー密度と出力密度

停電の種類

継続時間

電圧低下率

落雷などによる瞬時電圧低下

電力会社自動再送電による停電

数 ms

数％～100％

10s程度

100％

蓄電デバイス リチウムイオンキャパシタ

電気二重層キャパシタ

鉛蓄電池

図6　瞬低の種類と蓄電デバイス

インバータ

直流コンデンサフィルタ

Tr

負荷設備6.6kV

商用電源

キャパシタ

蓄電装置

52CS52RS

52BP

52C

：「UPS8000H」の構成部

HSW

図2　回路構成

鉛蓄電池使用の従来機27.7m2〔W12.6×D2.2（m）〕

リチウムイオンキャパシタ使用の新型機16.7m2〔W7.6×D2.2（m）〕

40%の設置面積削減を実現（当社従来機種比）

図3　装置設置面積の従来機との比較

リチウムイオン二次電池

リチウムイオンキャパシタ

リチウムプレドープ

プレドープLiイオンLiイオンマイナスイオン

正極

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

電解質 負極

正極 電解質 負極 正極（酸化物）

電解質 負極（炭素材）

電気二重層キャパシタ

－

－

＋ ＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

－

－

－

－

－ －

－

－

－

－

－

－

－

－

－

+

＋＋

図4　リチウムイオンキャパシタ（LiC）のセル構成

リチウムイオンキャパシタ適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

112（8）

定期的 交換 温度管理 手間欠点 本装置 15 年間交換不要

LiC 適用 電力会社 自動再送電10 s 程度 停電 対応 実現

鉛蓄電池 問題 解決⑶　LiC 適用上 技術的課題 対応

本装置 LiC 直列 並列 接続 使用各 電圧 不均一 低電圧 過電圧

回路 適用 各状態 監視 最適 電圧 変換器 動

作 制御 構築

3.2　高効率化

富士電機独自 充電方式 損失低減 図商用給電 効率 99.3% 実現

⑴

従来 高圧瞬低対策装置 蓄電 充電変換器部分 高速 充電電流

流 電流 負荷電流 比 小 変換器 損失 発生 一方 充電完了後変換器 停止 変換器内部 漏 電流 直流電圧 徐々 低下 状態 緩放電 呼 緩放電 寿命 劣化 防 充電 継続 必要

UPS8000H 簡易回路 示 図7 U 素子 最小 運転損失 LiC 充電 1 充電方式 採用課題 解決 相電圧 R 相 負 U 素子 一定時間 状 際 電流 図7⒜① 経路 電流 流 蓄積

U 素子 図7⒝ ② 経路電流 流 直流LiC 充電 1 切 替

初期状態 U 素子 幅 最小 幅

直流電圧 指令値 低 1 基本波一定量増加 高 減少

3.3　高性能化

⑴　高速停電検出入力電圧 波形 両方 判定

出力突入電流 入力電圧 瞬間的 低下 対 停電誤検出 防 機能 併用 方式 採用本方式 電圧低下 対 誤検出

高速 確実 停電検出⑵　高速半導体

入力系統事故時 入力系統 高速 切 離 高速半導体 適用 図8 示 高速

遮断信号入力後 1ms 切 離 実現 JEC-2433 無停電電源 2 切替時間

2ms 以下 無瞬断切替 適合⑶　高速

本製品 停電 復電後 UPS 入力電流

入力電圧

1ms

出力電圧

出力電流

図8　入力系統事故時の切換波形

U

V

（a）U素子オン

W

U

①

iuV

U

V

（b）U素子オフ

W

U

②

iuV

図7　リチウムイオンキャパシタ（LiC）充電時等価簡易回路

入力電圧

出力電圧

出力電流

入力電流

インバータ電流

1s

図9　パワーウォークイン時の動作波形

リチウムイオンキャパシタ適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

113（9）

制御入力電源 影響 最小限 抑

時 動作波形 図9 示 復電後給電 電流 徐々 減少 合

商用給電 入力電流 増給電 商用給電 切換 急

激 行 約 1 s 時間 徐々 負荷移行 制御 行

3.4　並列運転機能

負荷設備容量 応 単機容量 2MVA 本装置6.6 kV 系 最大 6 台 合計 12MVA 並列増設

N＋1 台 構成 1 台分 冗長性持 構成 極 高 信頼性

得 本 並列 UPS 同士 電流取 抑制 制御 UPS 故障 発生

給電 継続 備

4　あとがき

LiC 蓄電 適用 充放電 太陽光発電 風力発電 分散電源 安定化装置 回生電力貯蔵装置 応用 期待

高圧瞬低対策装置 低圧 UPS UPS8000D製品化 電圧補償 高調波吸収

無効分電力補償 付加機能 追加 製品 開発電源品質 向上 取組 社会 貢献 所存

参考文献⑴ 　藤井幹介 . 高圧大容量瞬低対策装置 商用給電

時 効率改善 . 電気学会全国大会論文集. 2008, p.261-262.

依田　和之UPS 応用電源装置 開発 設計 従事 現在 富士電機 株式会社技術開発本部

技術 開発第一部 電気学会会員

菊池　貴之UPS 応用電源装置 開発 設計 従事 現在 富士電機 株式会社技術開発本部

技術 開発第一部課長補佐

村岸　拓郎施設電機分野 受配電設備 自家発電設備

業務 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部施設電機技術部 技術士 電気電子部門

リチウムイオンキャパシタ適用高圧瞬低対策装置「UPS8000H」富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

114（10）

1　まえがき

富士電機 変圧器 1970 年代前半 実用化 難燃性 小型軽量低損失 低騒音 耐湿性 優 短時間過負荷耐量 高信頼性 数々 特徴 評価 H 種乾式変圧器 代 普及 特徴人々 多 集 公共施設 病院 受変電設備

幅広 採用 近年 低損失超高効率

地球環境保護 温暖化防止 貢献 絶縁技術 各種技術 開発 絶縁強度

性能 油入変圧器 同等以上 達 寸法 損失 年々小

近年 温室効果 大幅削減 世界規模 目標掲 風力 太陽光 従来 化石燃料 代 再生可能 新 移行 進

一般電力用 比 絶縁性能 耐環境性能 向上風力発電用 電力貯蔵装置用 新

用 紹介 大型百貨店高層階 電気室 分解搬入 国内最大級容量

納入事例 紹介

2　新エネルギー用モルトラ

一般電力用 比 絶縁性能 耐環境性能 向上風力発電用 電力貯蔵装置用 新

用 紹介変圧器 絶縁性能 確保 部分放電特 重要 富士電機 一般

用途 以下 二 技術 高 絶縁信頼性確保

注型口

コイル

金型（外型）

エポキシ樹脂

高真空状態

金型（内型）

図1　真空注型方式でのエポキシ樹脂の注入

シート巻線の層間絶縁部まで十分にモールドされている。

図2　シート巻線のモールド状態

富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

「モルトラ」の適用拡大に向けた最新技術

石田　　努 須川　俊一

変圧器 難燃性 小型軽量 加 油 使 環境特徴 新 風力発電 用途 縮小 相間 一次側盤面間 化 H

種絶縁 採用 二次端子 相間 構造 適用 34.5 kV 絶縁性能 確保 小型軽量化 実現 電力貯蔵装置向 特殊電源用 一般高圧 ４倍程度 過電圧入力 耐 開発 国内最大級容量 建物 高層階電気室 設置 分解 治具 用 搬入制約条件 対処

Fuji Electric s MOLTRA is a fire-resistant, maintenance-free, compact and lightweight molded transformer, that is also environmental-ly-friendly because it does not use oil. In new energy applications involving wind power systems, measures such as the use of smaller coils, re-moval of interphase barriers and barriers between primary-side panels, use of H-type insulation, and the application of a shielded structure for secondary terminals and inter-phase leads ensures 34.5 kV insulation performance and achieves a smaller size and lighter weight. For use in special power supplies for power storage devices, a transformer with approximately 4 times the overvoltage input tolerance as a general-pur-pose high-voltage MOLTRA has been developed. Moreover, the installation of Japan s largest MOLTRA in the electric room on an upper floor of a building was implemented by disassembling the MOLTRA, and using a jig to transport the disassembled pieces.

115（11）

⑴　真空注型方式図1 示 金型 使用 真空注型方式 採用

方式 図2 示 樹脂 巻線内層間絶縁部 浸透 特性 優 絶縁信頼性 高 巻線

巻線表面 平滑 耐湿性 耐 性優

⑵　 巻線巻線 運転中 導体 間 負担電圧 最小

限 抑 絶縁信頼性 対 安全性 確保巻線 一般的 占積率 高

化 軽量化 有利 巻線新 用 特別 絶縁性能強

化 図

2.1　風力発電用モルトラ

風車発電機電圧 系統電圧 34.5 kV 昇圧 変圧器製作 主 仕様 表1 示

数十 高 上部 風車本体 内部 設置 次 項目 要求

⒜　限 収納 化⒝　設置時 絶縁離隔距離 縮小

風力発電所 設置環境 次 項目 要求

⒞　耐環境性能 塩害対策⒟　1,000m 超 高地 対応 絶縁性能

対 次 対策 実施 変圧器 最高電圧 34.5 kV 絶縁性能 確保小型軽量化 実現

⒜　巻線内部 絶縁寸法検討 縮小⒝　相間 一次側盤面間 化⒞　 H 種絶縁 採用⒟　二次端子 相間 構造適用

風車 特有 振動 変圧器 加 要求仕様 対 設計検証 上 表2 示 実機 振動試験 実施 問題 確認

2.2　電力貯蔵装置用モルトラ

電力貯蔵装置 商用系統 連系変圧器製作 主 仕様 表3 示 出力

接続 一般高圧用 4 倍程度 過電圧入力 耐 絶縁性能 実現

必要 次 対策 要求仕様 満足 開発

⒜　22 kV 巻線構成 適用⒝　絶縁寸法検討 縮小化⒞　電界集中 解析 対策

表3　電力貯蔵装置用モルトラの主な仕様

適用規格 JEC-2440-2005，JEC-2200-1995

定格容量（kVA） 1,200/2×600

一次 二次，三次

定格電圧（V） 6,600 2×280

定格周波数（Hz） 50

耐熱クラス H種

最高周囲温度（℃） 50

冷却方式 自冷式

結　線 Dd0d0（Δ/オープンΔ/オープンΔ）

寸法（mm） 2,095（W）×1,888（H）×985（D）

質量（kg） 4,900

表1　風力発電用モルトラの主な仕様

適用規格 IEC-60076-11-2004

定格容量（kVA） 2,700

一次 二次

定格電圧（V） 690 34,500

定格周波数（Hz） 60

耐熱クラス H種

最高周囲温度（℃） 50

冷却方式 自冷式

結線 Dyn11（Δ/Yn）

寸法（mm） 2,700（W）×2,260（H）×1,315（D）

質量（kg） 6,500

表2　振動試験の条件

加振条件 加速度0.5G（TR本体最大値3G）

周波数 5～100Hz

加振方向 X，Y，Z方向

振動試験後確認 外観構造・一般特性試験

図3　国内最大級容量モルトラの外観

「モルトラ」の適用拡大に向けた最新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

116（12）

3　モルトラの大容量化と分解搬入対応

近年需要 高特高設備 屋内 配置 多

従来 大容量 油入変圧器 絶縁変圧器採用 環境 防災対応

脱 SF6 脱油 要求 大容量拡大

以下 大型百貨店高層階 受電設備用変圧器 国内最大級容量 納入 事例 紹介 外観 図3 仕様 表4 示

本事例 現地 許容重量制限

16 t 搬入経路 寸法制限 高 2,750mm 2日間 搬入 時間制限 厳 制約条件

対応 分解可能 構造設計 現地 搬入時間短縮 再組立 効率化図 分解 梱包 工夫

梱包数 最少 搬入回数 最小限 特 最大部材 鉄心 分割 高 抑

図4 図5 示 L 字型 治具 製作横倒 搬入時 高 制限 制約条件

現地 鉄心 据 付 後 図6

使用 上 組立 行組立完成後 絶縁耐力試験 位相角試験 変圧器比測定

性能確認 行 工場試験結果 差異確認

4　あとがき

適用拡大 向 最新技術 紹介小型化 低損失化 進 一方 高電

圧 大容量 高 今後 環境 防災優 製品 生 用途 拡大努 特殊品 対応力強化 絶縁技術 高

取組 強化 優 向 技術的

表4　国内最大級容量モルトラの主な仕様

適用規格 JEC-2200-1995

定格容量（kVA） 13,000

一次 二次

定格電圧（V） 22,000 6,600

定格電流（A） 341 1,137

試験電圧値（kV） LI95/AC50 LI60/AC22

タップ電圧（V） F23000-R22000-F21000-F20000 6,600

定格周波数（Hz） 60

耐熱クラス Ｈ種（巻線平均温度上昇度：120K）

最高周囲温度（℃） 40

冷却方式 自冷式（13,000kVA）風冷式（16,900kVA：8時間，年3回）

結　線 Dd0（Δ/Δ）

寸法（mm） 3,545（W）×3,592（H）×2,300（D）

質量（kg） 24,700

冷却ファン 250W×8台

耐震水平震度 1.5

＜二次側＞

＜一次側＞

平面図E形鉄心

輸送荷張り

W=3,500

正面図

輸送搬入時質量

右側面図

D=1,670

H=3,250

横倒し兼輸送治具

12,600kg

図4　鉄心輸送姿図

ワイヤ

すべて右側面図

図5　鉄心横倒し計画図

図6　現地組立中のモルトラ

「モルトラ」の適用拡大に向けた最新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

117（13）

努力 続 所存

石田　　努産業 電機設備

業務 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部施設電機技術部主任

須川　俊一産業 電源設備

業務 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部産業電源技術第二部主査 電気学会会員

「モルトラ」の適用拡大に向けた最新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

118（14）

1　まえがき

都市部 建設 高速道路 交通渋滞 環境問題 地下 化 進 内

空気 自動車 排出 浮遊粒子状物質 SPM Sus-pended Particulate Matter 含 外部排気 環境基準 満足 環境対策設備 必要

富士電機 2010 年 3 月 開通 首都高速中央環状新宿線 環境対策設備 電気集 装置 ESPElectrostatic Precipitator 納入 ESP 静電気力

SPM 空気中 除去 装置 当該工事 装置 化 除去性能 維持

処理風速 高速化 除去 SPM 再飛散 抑制 集 部 矩形 波交流電圧 印加

新型 交流式 ESP 採用本稿 首都高速中央環状新宿線 納 空気浄化設

備 概要 ESP 技術 変遷 新型 交流式 ESP 技術説明 最近 研究開発動向 紹介

2　首都高速中央環状新宿線の特徴

2.1　路線の概要

中央環状新宿線 3 号渋谷線 接続部 大橋JCT 山手通 地下 通 4 号

新宿線 接続部 西新宿 JCT 経由 熊野町JCT 至 延長約 11 km 路線 対象路線 図1

示全線地下構造 路線内 全 9 所 換気所

5 所 換気所 大橋 神山町 代々木 西新

西松・富士 JV工区

大橋換気所

神山町換気所

代々木換気所

西新宿換気所

本町換気所

大橋 JCT

山手通り　　　　

西新宿 JCT

富ヶ谷出入口

新宿南出入口

中野本町出入口

図1　対象路線

換気ファン（排気）

電気集じん機SPMを除去

脱硝装置NO2を除去

消音装置

換気塔

換気所

本線トンネル

図2　低濃度脱硝設備の概要

富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

首都高速中央環状新宿線　電気集じん設備

青木　幸男 瑞慶覧 章朝 中山　　勉

都市部 高速道路 交通渋滞 環境 問題 地下 化 進 内 空気 自動車 排出 浮遊粒子状物質 SPM 含 外部 排気 環境基準 満 環境対策設備 必要

富士電機 首都高速中央環状新宿線 環境対策設備 電気集 装置 ESP 納入 ESP 内部構造電源 見直 図 SPM 除去性能 維持 処理風速 高速化 実現 SPM 再飛散 抑制 集

部 矩形 波交流電圧 印加 方式 採用

In consideration of traffic congestion and environmental issues, urban highways are progressing toward the use of underground tunnels. The air inside a tunnel includes suspended particulate matter (SPM) from automobile emissions. The discharge of air outside the tunnel re-quires the use of environmental protection equipment in order to meet environmental standards.

Fuji Electric has delivered electrostatic precipitators (ESPs) as environmental protection equipment for the Metropolitan Expressway s Central Circular Shinjuku Route. Based on a review of the ESP internal structure and power supply, the gas flow velocity was increased while maintaining the same level of SPM removal performance. ESP applied the rectangular AC high voltage, which is unique to Fuji, was installed to prevent the particle re-entrainment.

119（15）

宿 本町 西松建設株式会社 共同企業体 低濃度脱硝設備 ESP 低濃度脱硝装置 納入 設備概要 図2 示

2.2　電気集じん設備のエンジニアリング

大都市 地下高速道路 施設 設置 極小化 求 地下 限 空間 装置 設置

制約条件 対 単位処理風量 向上 圧損 抑制 装置 化

図 課題 内部構造 電源設計 見直 ESP 流入 気流 解析 行 流速分布 均一化 整流装置 配置検討 行 結果 表1 示 従来 処理風速 高 高除去性能 維持 低圧損 達

成

2.3　電気集じん装置（ESP）

電気集 装置 外観 図3 示 ESP 除去SPM 再飛散 抑制 独自 開発 交流集

方式 採用 刻々 変化 内 環境 応換気 風量可変運転 行 運転

風量 連動 ESP 印加電圧 制御 除去性能 維持 約 20% 省電力 実現

除去性能 長期的 維持 2 回/週程度頻度 定期的 電極板 自動洗浄 再生 備

今回適用 装置 性能 表1 示業界

2.4　低濃度脱硝装置

低濃度脱硝装置 内空気 含 二酸化窒素NO2 吸着剤 吸着除去使用 吸着剤 再生液 用 装置内 再生

構成 低濃度脱硝装置 構成 図4

示 今回適用 装置 性能 次 示⒜　NO2 除去率 90% 以上 一日平均⒝　圧力損失 600 Pa 最大

3　電気集じん設備の変遷

3.1　歴　史

用 ESP 技術 1970 年代 急速 高環境保全 背景 1973 年 建設省建設技術研究補助金

研究課題 一 基礎研究⑴

用 ESP 当初 山岳 内 走行 自動車運転者視環境 確保 目的 1977 年北陸自動車

道日野山 実用試験 経 実用化 至⑵

1985 年 日本 最 長 関越 開通用 ESP 開発 大 視環境改善用電

気集 設備 概要 図5 示 車道内 汚染空気吸引 清浄化 空気 送風機 再

図3　電気集じん装置の外観

SPM除去装置 低濃度脱硝装置加湿スプレー

トンネル空気

処理後空気

集じんユニット 吸着剤

再生液P

図4　低濃度脱硝装置のシステム構成

バイパス用ESP

図5　視環境改善用電気集じん設備の概要表1　装置の性能比較

項　目 従　来 今　回

集じん方式 直　流 交　流

処理風速 9.0m/s 12.5m/s

SPM除去率 80%以上 80%以上

圧力損失 200Pa 300Pa

首都高速中央環状新宿線　電気集じん設備富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

120（16）

車道空間 吹 出 内 視環境 改善都市部 建設 高速道路 1章 説明

地下 多 自動車排 SPMNO2 有害物資 含 近年近隣 空気環境改善 目的 ESP 海外強 求

3.2　電気集じん装置の性能と構造

ESP 方式 一段式 二段式⑶

用ESP 設置空間 制約 一般 小型 大風量処理

可能 帯電部 集 部 構成 二段式 採用

用 ESP 開発変遷 表2 示 実用化当初性能 処理風速 7m/s 除去率 80% 1996

年 処理風速 9m/s 除去率 80% 1999 年 90% 以上高除去化 成功実用化当初 粒子 帯電 保守作業員 衛生環境

確保 生成 低 正 放電 利用1996 年 放電極 劣化 少 負 放電 見直 放電極構造 製 線電極採用 2002 年 断線 放電板電極 改良

3.3　高電圧発生電源の構造

ESP 機能 高電圧発生電源 性能 大 依存表2 示 開発当初 回路方式 構成

産業用 ESP 採用実績 多 商用周波倍電圧整流方式 採用 半導体素子 性能 向上 2002年 回路 一部 高周波 PWM

幅変調 制御 交流 ESP 用 対称矩形波交流高電

圧発生電源 開発 2007 年 非対称矩形波交流高電圧 発生 改良 同時 回路

高周波 PWM 制御 従来 装置比 体積比 約 1/2 質量比 約 2/5 小型化 成功

3.4　再生方式とダスト処理方式

捕集 粒子 ESP 払 落 再生方式 払落 粒子 処理 装置 改良 推進

実用化当初 加圧空気 再生 乾式洗浄方式 採用 乾式洗浄方式

空気 分離 1989 年以降 加圧水 再生 湿式洗浄方式 開発 採用 洗浄時 発生 汚水 独自 開発 加圧浮上方式 汚水処理装置 清水 分離 1996年 境 加圧浮上方式 加圧 過方式 変更

4　交流式電気集じん技術の採用

従来型 直流式 ESP SPM 挙動 図6⒜ 模式的 示 直流式 EPS 帯電部 集 部 直流高電圧 印加 方式 帯電部

帯電 SPM 集 部 集 電極上 数珠状 凝集肥大化 気流 再 ESP 飛散 現象発生 再飛散現象 防止 目的 対称矩形波交流式 ESP 独自 開発 矩形波交流式 ESPSPM 挙動 図6⒝ 模式的 示 帯電部 直流高電圧 集 部 矩形波交流高電圧 印加 帯電部

帯電 SPM 集 部 電極上捕集 数珠状 凝集粒子 形成 集 部 電界

表2　トンネル用ESPの開発変遷

開発年 1977 1989 1996 1999 2001 2002 2003 2005 2007 2008 2009

集じん装置の仕様

処理風速（m/s） 7 9 9～ 13

集じん率（%） 80 90 80～ 90

放電極構造 線 板

帯電方式 直流正コロナ 直流負コロナ

集じん方式 直流電界（＋電圧）

直流電界（－電圧） 対称矩形波交流電界 非対称矩形波交流電界

再生方式 乾式 湿式

高圧発生装置の仕様

帯電部出力波形 直流正極性 直流負極性

集じん部出力波形 直流正極性 直流負極性 対称矩形波 非対称矩形波

帯電部回路方式 商用周波倍電圧整流 高周波インバータ

PWM制御

集じん部回路方式 商用周波倍電圧整流 高周波インバータPWM制御

外形寸法H×W×D（mm）

810×520×750 910×600×1,000 600×600×800

概算質量（kg） 190 345 150

首都高速中央環状新宿線　電気集じん設備富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

121（17）

周期的 反転 数珠状凝集粒子 球状 変化球状凝集粒子 集 電極 接触面積 大 流体抗力 小 再飛散 抑制 2007 年

安定 除去性能 得 非対称矩形波交流式ESP 開発 首都高速中央環状新宿線 納入

5　最近の研究事例

SPM 除去性能 効率 向上化 有害 分解 除去 要求 応 取 組

開発 一 粒径 1 μm 以下 微粒子 除去率向上 微粒子 排 中 多

含⑷

人体 有害⑸ ⑹

以下微粒子 除去率向上 関 研究例 紹介

⑺

実験 用 ESP 帯電部 集 部 構成二段式 構成 図7 示 実験用 ESP 小

型 模型 実用機 集 率 実用機 値 比 低 試験用 道路 内空気 模擬 排 大気 希釈

用 内 平均 流速 7m/s帯電部 接地平板電極 対 線電極 直流－9kV 印加 負 放電 発生 集 部 接地平板電極 高電圧用平板電極 合計 3 枚 流方向 平行

交互 配置 粒子濃度 粒径 20 nm 以上 微粒子計測 可能 Scanning Mobility Particle Sizer SMPS

TSI 社 MODEL3080 用 測定 集 部 電極構造 図8 示 高電圧用平板電極 極板 穴開 電極 穴 平板電極 用 電極

開 穴 直径 2.5mm微粒子 除去率 対 電極 効果 図9

示 本実験 模型 用 集 率 値

160mm

70mm

160mm

70mm

21mm

21mm

（a）パンチング電極

（b）平板電極

図8　集じん部の電極構造

010 100 1,000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

粒径　 （nm）d

集じん率η（％）

パンチ穴直径2.5mm

平板

図9　微粒子の除去率に対するパンチング電極の効果

ガス流

ギャップ9.37mm

H.V. H.V.タングステン線φ0.26mm

70mm 70mm

65mm

80mm

帯電部 集じん部

180mm

ギャップ9.1mm アクリルダクト

清浄空気

図7　実験装置の構成

－－

＋＋＋＋

＋＋

＋

＋＋＋＋ ＋

＋＋＋

＋＋＋＋ －＋＋

－－

DC H.V.

粒子帯電粒子

ガス流

帯電部

（a）従来型（直流式ESP）

集じん部

DC H.V.＋＋＋＋

＋＋

＋

＋＋＋＋

－＋＋

＋

＋

AC H.V.

粒子帯電粒子

ガス流

帯電部 集じん部

DC H.V.

（b）新型（交流式ESP）

図6　 従来型（直流式 ESP）と新型（交流式 EPS）におけるSPMの挙動模式

首都高速中央環状新宿線　電気集じん設備富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

122（18）

実用機 比 低 平板電極 除去率 粒径特性対 電極 場合 粒径除去率 向上 電極 開口部近傍 電界強度 強 考 結果人体 有害 微粒子 除去率向上 可能性

示 引 続 開発 推進 予定

6　あとがき

今後 建設 計画 進 都市高速 地下構造採用 多 当該工事 本格的 地下道路 先駆

今回 実績 生 技術開発 推進 環境技術 社会 貢献 所存

参考文献

⑴ 　社団法人建設電気技術協会. 道路 用集 便覧.

1979.

⑵ 　株式会社 . 用電気集 機 開発 今後

展望. . 1994, no.2.

⑶ 　静電気学会編. 静電気 . 社. 1981.

⑷ 　伊藤泰郎 . 電気集 機 粒子 集

特性. 電気設備学会. 1995, vol.15, no.2, p.113-120.

⑸ 　菅又昌雄, 武田健. 排 自閉症 一因 ?.

. 2007, vol.26, no.8, p.107.

⑹ 　Nemmar, A. et al. Passage of inhaled paritocles into the

blood circulation in humans, Circulation 105, 2002, p.411-414.

⑺ 　安本浩二 . 電気集 装置 粒 集 率

向上. 電気学会論文誌A. 2008, vol.128, no.6, p.434-440.

青木　幸男換気 業務

従事 現在 富士電機 株式会社産業事業本部第一統括部道路技術部課長補佐

瑞慶覧 章朝換気 研究開発

業務 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部道路技術部課長補佐 博士 工学 IEEE 会員 電気学会会員 静電気学会会員 電気設備学会会員

中山　　勉換気 設計

業務 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部道路技術部

首都高速中央環状新宿線　電気集じん設備富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

123（19）

1　まえがき

ETC 自動料金支払 車両 進入車載器 有料道路 料金所 設置 無線装置間 送受信 料金所 一時停

止 発進 自動的 料金 支払ETC 利用 料金所 一時停止

渋滞 緩和 車 排 減地球温暖化 原因 CO2 排出量 減 周辺環境 改善 貢献 地球温暖化 抑止効果

有料道路

富士電機 車両 検知 ETC

用車両検知器 数多 納入 2008 年 各高速道路会社 東日本高速道路株式会社 中日本高速道路株式会社 西日本高速道路株式会社 設備間 接続条件 明確化 仕様統一 目的 2G GenerationⅡ 機材仕様 満足 車両検知器 開発 必要富士電機 2009 年度 2G 仕様対応 第 2 世代 ETC 用車両検知器 FVS-2 製品化 行 初号機 納入

開発 当 2G 仕様 対応 耐環境性 向上 省 化 調整 保守 利便性

向上 目指 以下 実現 第 2 世代車両検知器 紹介

FVS-2 外観 図1 示

2　ETC用車両検知器の概要⑴

⑴　ETC 構成ETC 車両検知器 ETC 車両表示板 無線装置

路側表示器 発進制御機 車線

図1　第2世代 ETC用車両検知器「FVS-2」の外観

路側無線装置（第2アンテナ）

路側無線装置（第1アンテナ）

通信領域

車載器

車両検知器（S1）

車両検知器（S4）

車両検知器（S2）

発進制御機

車線監視カメラ

ETC車線表示板

インターホン

路側表示器

通行券発行装置

図2　ETC入口レーンのシステム構成

富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

第 2世代 ETC用車両検知器「FVS-2」

長島　　淳 田ノ下　勝 古田　裕次

各高速道路会社 ETC 自動料金支払 改良 設備間 接続条件 明確化統一化 第 2 世代 仕様 決 富士電機 第 1 世代 培 車両検知器 技術 発展 新 仕様対応 虫 小動物 雪 異物対策 筐体 小型化 必要性 光軸調整 保守管理 容易化 考慮 設計 2009 年度 第 2 世代 ETC 用車両検知器 FVS-2 製品化 行 初号機 納入

To improve ETC (electronic toll collection) systems, expressway companies have finalized a new specification for a 2nd generation sys-tem that clarifies and standardizes the connection conditions (interface) between facilities. By refining the technology acquired with 1st gen-eration vehicle sensors and supporting the new specification, Fuji Electric created a new design in consideration of measures to prevent in-terference from foreign matters such as insects, small animals and snow, the need for more compact enclosure size, and easier optical axis alignment and easier maintenance. In 2009, Fuji Electric released the FVS-2, a 2nd generation vehicle detector for ETC-use, and delivered the first product.

124（20）

監視 構成 入口 構成図2 示

ETC 通過 車両 入口 車両検知器 S1 検知 次 通信領域 無線装置車載器間 通信処理 行 次 車両検知器 S2

内 進入 検知 車両検知器 S1測定 車軸数 情報 車載器 通信情報

整合 発進制御機 開 車両 ETC通過通過 際 通信領域 車両 進入

車両検知器 S4 検知 無線装置 車載器入 記録

⑵　ETC 用車両検知器 構成 動作ETC 用車両検知器 光 踏板 車軸 踏

板上 通過 検知 装置 料金所進入 車両 通過 車軸数 ETC 必要 情報検知 送信 装置 図3 車両検知器 構成 示

基本動作 次⒜　発光器 赤外線 受光器 投光⒝　遮光 受光器 判定⒞　遮光 位置 数 車両 通過 検知⒟　踏板 踏 順番 車両 前進 後退

車軸数 検知⒠　車線 検知情報 送信

3　第2世代 ETC用車両検知器「FVS-2」

FVS-2 主 仕様 以下 示⒜　設備間 接続条件 明確化 統

一化　™ 異 間 接続 可能⒝　車両検知性能　™ 進入速度　80 km/h 以下　™ 車間距離　0.5m 以上　™ 検知精度　最小 15mm 高 ×50mm 幅⒞　機　能　™ 車両通過検知 車軸数検知 前後進検知 長尺積載

物検知 車両 出 積載物 検知　™ 異常情報 送信 検知異常部 切離 運転⒟　環境条件　™ 周囲温度 －20 ＋50℃　™ 屋外固定使用条件 IEC 60721-3-4⒠　　™ 内部 結露 発生 構造　™ 電源部 回線 雷 保護　™ 側面 背面 簡便 保守点検　™ 小型 薄型 軽量表1 1G GenerationⅠ 仕様 2G 仕様 主 相違点

表2 第 1 世代機 課題 示第 2 世代機 2G 仕様 満足 技術課

題 耐環境性 省 化 保守性 向上 図要求 実現 本稿 特 耐環境

性 向上 省 化 保守性 向上 関 重点的述

3.1　機能・性能向上

2G 仕様 仕様 統一 設備間変更 信号 追加 削除

変更 行対応 第 2 世代機 回

路部分 再構築 回路 行 車両検知器 機能 性能 向上 検証 実際 車線 接続

接続試験 行 要求仕様 検証第 1 世代 既存検知器 同一 上 混在

使用 可能 互換性 実現

3.2　耐環境性の向上

⑴　結露対策第 1 世代機 筐体 密閉構造 内部 光

制御部 個々 密閉構造 屋外環境 対応 虫 小動物 雪 侵入

電源部

HMI 部

故障診断部

インタフェース部

投光

遮光

受光塔

車線サーバ

発光塔

発光器

受光器

受光器

受光器

発光器

発光器

踏板マット

図3　車両検知器の構成 表1　1G仕様と2G仕様の主な相違点

項　目 1G仕様 2G仕様

インタフェース メーカー個別仕様 統一仕様

電源部保護 JEC 0210 JIS C 5381-1　クラスⅡ

回路保護 ITU-T K. 20（10/96） JIS C 5381-21　カテゴリC2

表2　第1世代機の課題

項　目 課　題

異物対策 虫，雪などの侵入による遮光

筐体（きょうたい） 小型・省スペース化

光軸調節 設置時の光センサの光軸調整にオシロスコープなどの計測機器が必要

保　守 保守点検時に扉の開閉が必要

第2世代 ETC用車両検知器「FVS-2」富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

125（21）

遮光 課題 第 2 世代機 筐体全体密閉構造 異物 水分 侵入 防 異物 遮光

装置内部 結露 防止 結露 発生検知性能 影響 出 前面 2 層

透明導電膜 利用 採用表面 外気 温度 高 保 結露 防

止⑵　雷 対策

電源部 加 制御 車線 接続信号用 端子台基板 発光信号 中継 基

板 避雷素子 実装 耐雷対策 行

3.3　省スペース化

ETC 適用 道路 増加 伴 狭 敷地 設置小型 省

2G 仕様 要求 第 2 世代機小型化 目指 構造 構成 見直 行⑴　受光部 小型化

回路 電子部品点数削減 高密度実装技術 適用第 1 世代機 光 制御基板 受光分岐基板 相当回路 中段 受光 基板内 収 図4

一体化 受光部 機器 小型化 実現⑵　光 部 小型化

検知器 奥行 最 影響 与 光 部分 特 焦点距離 光 部 奥行

決定第 2 世代機 開発 短焦点 光学

最適設計 試作機 性能 十分満足 検証 小型化 実現 図5 光学

例 示 図6 第 1 世代機 第 2 世代機 光 外形比較 示

3.4　保守性の向上

⑴　保守側面 検知器 状態 表示 保守 設保守 装置 異常時 点灯 LED 車

両 検知 点灯 LED 備 定期点検時 料金所 閉鎖 運用 止

保守 確認 点検 図7 保守 位置 表示内容 示⑵　保守通信

第 1 世代機 前面 扉 開 内部 設定変更 行 保守 切替 側面 設

保守通信 接続 行車両通過状況 記録 受光

受光 詳細 扉 開閉収集

⑶　光軸調整 LED

受光分岐基板

光センサ制御基板

CPU基板

CPU基板

受光センサユニット 受光センサユニット

（a）第1世代機の構成 （b）第2世代機の構成

™電子部品点数の削減™高密度実装

図4　受光部の構成比較

（a）第1世代機

容積比　約1/3

正面側面

（b）第2世代機

正面側面

図6　光センサユニットの外形比較

①配光分布

③光線追跡

X

Y

②配光分布のプロファイル

0.2

0.6

1.0

1.4

1.8

0

光量（相対値）

X 方向距離 ＋－

図5　光学シミュレーション例 保守パネル LED

保守通信コネクタ

詳細データ収集™ロギングデータ™受光レベル

正面側面

状態確認™検知機能™異常™光軸状態など

保守パネル

図7　保守パネル・保守通信コネクタ

第2世代 ETC用車両検知器「FVS-2」富士時報　Vol.83 No.2 2010

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126（22）

第 1 世代機 計測機器 用光軸調整 行 調整時間 大幅

第 2 世代機 計測機器 使用調整 可能 上段 中段 下段 各光

受光状態 表示 光軸調整 LED 中段 受光備

光軸調整 LED 検知器正面 視認可能 位置発光 LED 受光 位置 方向 正 光軸 一致

点灯 検知器 設置 時 必要 光軸調整 LED 点灯 光 角度 調整 光軸調整図8 光 角度調整箇所

光軸調整 LED 位置 表示内容 示

4　あとがき

第 2 世代 ETC 自動料金支払 用車両検知

器 FVS-2 紹介 車両検知器 ETC車両 通過 知 上 重要 機

器 ETC 円滑 運用 実現 上 車両検知器 耐環境性 向上 保守 容易 不可欠設置場所 選択肢 広 省 化 ETC 拡充貢献 要素

ETC 円滑 運用 拡充 世界規模 温暖化抑制対策 一助 今後 対応 図

所存

参考文献⑴ 　安本浩二 . ETC用車両検知器. 富士時報. 2002, vol.75,

no.2, p.126-128.

長島　　淳道路関連設備 業務 従事 現在 富士電機 株式会社産業 事業本部第一統括部道路技術部

田ノ下　勝車両検知器 貨幣検査装置 設計 従事 現在富士電機 株式会社 事業本部東京工場 機器部主任

古田　裕次車両検知器 煙霧透過率測定装置 細粒異物検査装置 業務 従事 現在富士電機 株式会社 事業本部東京工場 機器部

光軸調整LED

受光塔

光軸状態表示

上段受光センサユニット

中段受光センサユニット

下段受光センサユニット

上段発光センサユニット

中段発光センサユニット

下段発光センサユニット

発光塔

左右振り（上中下一体）

前後首振り（ユニット個別）

発光・受光センサユニットの角度調整箇所

図8　光センサユニットと光軸調整 LED

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特集1

127（23）

1　まえがき

企業 国 地方自治体 情報処理 運用低減 強化 観点 情報処理業務

化 進 需要 拡大地球温暖化防止 環境 対 配慮

化 求 省 省温室効果 低減 急務 国内国際的 事業者 環境 配慮 高付加価値 低価格 提供 対応 求 運用時 電力使用量 削減 大 課題

環境配慮型 消費電力量 割合情報通信機器自身 約 50% 残 50% 空調 電源設備

設備 図1 経済産業省 発表

情報通信機器 国内消費電力量予測 示 省 対策2025 年 2006 年 5 倍 予測今後 革新的 省 技術 2025 年時点

電力消費予測 4 割減 目指⑴

富士電機 向 数多 受変電設備 発電設備 無停電電源装置 UPS 電源設備 納入 電力削減 貢献

本稿 富士電機 取 組 空調 低減 目的 冷却 紹介

2　従来のサーバルーム冷却方式

従来 図2 示 全体冷却方式 多 採用 方式 冷気 床下 吹出 熱 奪 上昇気流 高温空気 天井面 吸 込 気流形態 採用 天井内 吸 込

高温空気 天井 通 空調機械室空調機 冷却 床下 送風 方式

2006年 2025年（5倍増）

2050年（12倍増）

2,900億 kWh

CO2約 1.3 億トン

2,400億 kWh

CO2約 3億トン

5,500億 kWh

CO2約 2,600万トン

→乗用車800万台分

500億 kWh

新技術によるIT 省エネルギー

ケース

4割削減

5割削減現状予測ケース

IT 機器の国内消費電力量

日本全体の総電力消費量の約5％ 1,400億 kWh

図1　情報通信機器の国内消費電力量予測⑴

ベース空調機

空調機械室

サーバ サーバ

サーバルーム

空冷チラー

P

コールドアイル（低温領域）

ホットアイル（高温領域）

図2　全体冷却方式

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特集1

環境配慮型データセンタを支える省エネルギー冷却システム

峰岸 裕一郎 水村　信次 岩崎　正道

発生 熱 効率 除去 工夫 求 富士電機 局所空調開発 局所冷却 取 込 空気 露点温度 冷媒温度 常時監視 結露発生 未然 防止 自動冗

長機能 異常発生時 局所冷却 冷媒 冗長機 自動切替 可能気流解析 気流 均一化 図 局所冷却 小型 高性能化 実現 省 化 図

At data centers, an energy-efficient cooling solution for the heat generated by servers is required. Fuji Electric has developed a local air conditioning system for this purpose. The system constantly monitors the dew point temperature and the coolant temperature of air intro-duced into a spot air-cooling unit to prevent the dew condensation. An automatic redundancy feature enables spot air-cooling unit and pumped refrigerant unit to changeover automatically to redundant units when an abnormal condition occurs. Airflow analysis has been performed to equalize the flow of air and to realize a compact, high-performance local cooling unit that saves energy.

128（24）

全体 複数 空調機 一様 冷却内 一部 熱負荷密度 高

局所的 温度 高 熱 発生熱負荷密度 高 熱 処

理 循環空気量 増大 天井内 二重床 有効高 大 必要 建築的 制約 受

問題 発生情報量 増大 効率的運用 伴 処理

能力 向上 1 当 消費電力 数 kW 十数 kW 大 全体冷却方式 対応

3　局所空調システム

3.1　新しい局所冷却方式

熱負荷 増大 熱 解決 富士電機局所空調 開発 局所空調

内 局所冷却 分散設置局所的 熱 解消 低 消費電力

多 熱 処理 特徴 冷却機器消費効率 目安 成績係数 COP Coef-

ficient Of Performance 85 解説 参照 使局所空調 COP 13 以上 従来空調機 比較 約 2 倍以上 省 図熱源 含 空調 全体 消費電力

従来 全体冷却方式 比較 約 25% 省例 1,000m2 総発熱量

1,000 kW 試算例 表1 示局所冷却 天井 下

上部 余剰空間 有効活用 全体冷却方式 冷気 送風 必要 二重床 必要

新設 増設既設改修 適用

3.2　システム構成

図3 局所空調 構成 示 局所空調送風 蒸発器 流量調整弁 水冷式凝縮器 冷

媒 構成 冷媒循環式冷却局所冷却 冷媒 1 台当 最大11 台 予備機含 設置 可能

熱負荷 合 対応

3.3　システム仕様

表2 局所空調 仕様 示増設 対応 1 台 1 台 局所冷却 設置 局所冷却 寸法W695×D1,000×H400 mm 1 台 局所冷却

7.5 kW 冷却能力 従来 全体冷却方式併用 当 10 kW 以上 冷却

可能内 水漏 生 作動

流体 代替 系冷媒 R134a 採用

3.4　システムの特徴

⑴　結露回避機能上部 設置 局所冷却 結露

水 漏 浸入 故障 大 損害 発生 局所空調 冷蔵培 露点温度監視 結露回避技術 生 局所冷却

取 込 空気 露点温度 冷媒温度 常時監視冷媒 冷媒温度 制御

結露発生 未然 防止 図4 局所空調制御構成 示

⑵　異常検知 自動冗長機能近年 対 高信頼性化 要望 応

局所空調 TIA 米国通信工業会TUI 米国 事業者 協会 定

表1　試算例

方　式空調システムの消費電力（kW）

熱源設備 空調設備 計

全体冷却方式（従来） 232 159 391

局所冷却方式 215 77 292

〈条件〉 ①サーバラック数：200ラック， ② 1ラック当たりの電力消費量：5kW　　

サーバ総発熱量1,000kW

③サーバルーム面積：1,000m2

④熱源設備：ターボ冷凍機

約25%の省エネルギー

冷媒ポンプユニット

サーバラック

局所冷却ユニット

床下冷風（全体冷却方式）

冷媒ポンプ

凝縮器

蒸発器

冷水

送風ファン

流量調整弁

図3　局所空調システムの構成

表2　局所空調システムの仕様

冷却能力 75kW（局所冷却ユニット10台接続時）

冷却効率 COP＝ 13（水冷式冷媒ポンプユニット）

室内機定格風量 42m3/min

室内機寸法（底基準） W695×D1,000×H400（mm）

入力電源

局所冷却ユニット AC200V　1φ

冷媒ポンプユニット AC200V　3φ

標準機能結露回避機能

異常検知・自動冗長機能

封入冷媒 R134a

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129（25）

Tier3 品質格付 基準 満足自動冗長機能 備 局所冷却 冷

媒 運転 常時監視 異常 生 場合局所冷却

冷媒 冗長機 切替 可能⑶　局所冷却 小型 高性能化図5 試作局所冷却 構造 示 局所冷却

小型化 高性能化 実現 局所冷却構成 各主要機器 送風 蒸発器

高効率 最適配置 送風 最小限 抑必要 局所冷却

多 実績 FFU用 送風 使用 信頼性 高効率化低騒音化 実現 図6 送風 外観 示

蒸発器 仕様 配置 局所冷却 内部圧力分布 温度分布 最適

化 図 図7 局所冷却 内 圧力分布例 示 蒸発器周 偏流 抑 均一 熱

交換 可能 分

3.5　実証試験局所空調 実証試験 行 実際

模擬 試験室 新 設図8 模擬 構成 図9 実証試験

風景 示 実証試験 局所空調 単独 性能評

制御指令

局所冷却ユニット

運転･監視情報

冷媒ポンプユニット

冗長局所冷却ユニット

局所冷却ユニット

コントローラ

冗長冷媒ポンプユニット

局所冷却ユニット

コントローラ

局所冷却ユニット

コントローラ 制御指令・運転情報

監視情報

制御指令・運転情報

監視情報

システムコントローラ

上位通信コントローラ

図4　局所空調システムの制御構成

送風ファン 蒸発器

吸込み

吹出し

図5　局所冷却ユニット構造

図6　送風ファンの外観

送風ファン

吹出し

蒸発器

吸込み

－10Pa

400Pa

図7　局所冷却ユニット内部圧力分布シミュレーションの例

ホットアイルホットアイル

　　　　　　（高温領域）

コールドアイル　　　　　　　 （低温領域）

サーバラック床下から冷風供給

室内機

暖気を天井へ排気

図8　模擬サーバルームの構成

図9　実証試験風景

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130（26）

価 制御機能評価 信頼性評価 加 全体冷却方式 組合 評価 実施 稼動状態 把握

最適 運転 局所空調 運転制御従来 全体冷却方式 比 約 25% 省

運転 可能

4　あとがき

世界規模 地球温暖化対策 叫 中分野 省 化 今後 重要

明白 富士電機 分野向冷却 高効率化 追及 継続

自然 有効活用 冷却研究開発 積極的 推進 環境 社会作 貢献 所存 今回紹介 局所空調富士通株式会社 共同研究

参考文献⑴ 　 情報通信機器 革新的省 技術 期待 . IT

2007. 経済産業省.

峰岸 裕一郎IDC 関 開発

従事 現在 富士電機 株式会社産業事業本部第二統括部商品開発部長

水村　信次IDC 空調関連 商品開発 従事 現在

富士電機 株式会社産業 事業本部第二統括部商品開発部

岩崎　正道IDC 空調関連 研究 開発 従事 現在

富士電機 株式会社技術開発本部先端技術研究所生産技術研究 設備設計技術部副主任研究員 日本機械学会会員 日本伝熱学会会員

環境配慮型データセンタを支える省エネルギー冷却システム富士時報　Vol.83 No.2 2010

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131（27）

1　まえがき

FPD 産業 19701980 年代 電卓 液晶 普及 1990 年代

PC 搭載 加 PC 市場 CRT Cathode Ray Tube TFTThin Film Transistor 液晶 置換 急

成長 遂 2000 年代 入 高精細 用急速 普及 現在 至 FPD

技術的 異 方式 競合 大型 液晶PDP Plasma Display Panel 中小型 液晶有機 EL Electroluminescence 注目

液晶 薄型 高画質 特長 生大型化 視野角 応答性 消費電力 技術課題

解決 生産効率 向上 低価格化 実現FPD 主流 市場 牽引 富士電機 1990 年 液晶工場 化 取 組

現在 大型液晶 用 G10 呼世界初 世界最大 第 10 世代 2,880×3,130

用 最新液晶工場 建設 携 本稿最新液晶工場向 富士電機

冷却装置 紹介

2　液晶工場の課題

液晶 市場 競争 激化 大型化 低価格化 急速 進行 中 液晶工場 各種課題 次 述

2.1　生産効率の向上

液晶 抱 最大 課題 投資

生産性 式⑴ 向上 製造 低減 図解決 必要 推進項目 次 示

⒜　面取 数 増加 大型化⒝　 投入枚数 増加 短縮⒞　歩留 向上 化対策中 大型化 表1 示

面取 数 増 効果 図1 急速大型化 大型化 含 工場全体 巨大化 3章 述 効率的

環境 確保 求 工場建設 巨

表１　マザーガラス１枚当たりのテレビ生産数

マザーガラス世代 42型テレビ 65型テレビ

第8世代 8台 2台

第10世代 15台 6台

２,８８０×３,１３０（ｍｍ）　　　　　　 ２００９年

２,１６０×２,４００（ｍｍ）　　　　　　 ２００６年

１,８７０×２,２００（ｍｍ）　　　　　　 ２００５年

１,５００×１,８００（ｍｍ）　　　　　　 ２００３年

３２０×４００（ｍｍ）

１９９１年

５５０×６５０（ｍｍ）　　　　　　 １９９５年

第１０世代

第８世代

第７世代

第６世代

１,１００×１,２５０（ｍｍ）　　　　　　 ２００２年

３６０×４６５（ｍｍ）　　　　　　 １９９３年

第５世代

６８０×８８０（ｍｍ）　　　　　　 ２０００年第４世代

第２世代

第１世代

第３世代

図1　TFT液晶マザーガラス基板の変遷

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特集1

最新鋭液晶クリーンルームシステムとコンポーネント

澤田　朋之 水谷　友範 松木　幹夫

FPD 産業 牽引 液晶 工場 生産性向上大型化 高速化 短縮 進 世界初 第 10 世代 用 最新鋭液晶 工

場向 新方式 気流制御 垂直立上 大型化 対応 工事体制 築 実際 模擬 富士電機内 設置 工事作業者 入所前教育

体制 敷 歩留 改善 短縮 基板精密温調装置 開発 納品

LCD panel factories which drive the FPD industry are using larger mother glass sizes to improve productivity and are increasing the rate of production to achieve shorter tact times. At a state-of-the-art LCD panel factory, the first in the world to use 10th generation mother glass, we have vertically launched a clean room system that uses a new method of airflow control. To build a system capable of supporting the construction of a larger clean room, a learning center that models an actual clean room has been installed at Fuji Electric, and a system capable of training construction workers before they enter the factory is provided. Fuji Electric also developed and delivered a precise tem-perature control unit for glass substrates that improves yield and reduces tact time.

132（28）

額 資本投入 早期回収 綿密 施工 安全計画 立案 実施 従来 増 工場 垂直立上 実現 必要 生産効率向上 課題 図2 示

⑴

投資生産性⑵

　= 生産量/投資金額　= 投入枚数 × 面取 数 × 歩留　　/ 投資 + 投資 + 投資 +　　搬送投資 + 建屋投資 + 投資 …⑴

2.2　 製造装置の各種課題

液晶工場 図3 示 TFT 工程 液晶工程 工程 組立工程 4

種類 構成 各工程 数十種類 製造装置検査装置 導入製造装置 液晶 生産 大幅 削減

技術 常 期待製造装置 主 課題 次

⒜　製造装置 生産性向上　①　 大型化対応　②　 面内 品質 均一性　③　 歩留 改善 対策　④　 短縮　⑤　 装置稼動率 向上⒝　液晶 性能 品質向上 改善⒞　省 機器 専有

削減⒟　省 削減

3　最新液晶工場での富士電機の取組み

富士電機 液晶工場 各生産工程最適 環境 提供 提案 納入 特

製造装置 大型化 高速化 伴 発塵 増加 歩留 低下 招 対策 注力一方 投資生産性向上 視野 局所 化 効率的

モジュール組立

カラーフィルタ

液晶セル

洗浄 スパッタ

洗浄 CVD ドライエッチング

洗浄 コータ オーブン 冷却 露光 デベロッパ

レジスト剥離（はくり） イオン注入 アニール パターン

検査 リペア アレイ検査

配向膜材塗布 ラビング シール材

塗布トランスファ形成

スペーサ散布

カラーフィルタ張合せ 液晶注入 シール封止 偏光板

張付け

ブラックマトリックス生成

洗浄・顔料レジスト塗布 露光 現像・

エッチングカラーフィルタパターン検査 保護膜形成 共通電極

形成カラーフィルタ

検査

TCP実装 プリント基板実装

バックライト実装

点灯・色彩検査 完成

ガラス基板

ガラス基板

TFTアレイ

ウェットエッチング

5回程度繰り返す

① ⓐ

ⓑ②

RGB3回繰返し

図3　各生産工程⑶

システムエンジニアリング【建屋，クリーンルーム・付帯設備（純水・薬液・ガスほか）】

製造装置の機能・性能の向上【製造装置・搬送装置ほか】

マザーガラス大型化™ガラス面内の均一性™フットプリント低減™省エネルギー

歩留り向上™パーティクル対策

タクトタイム短縮™処理速度短縮™高速搬送

™設備性能確保™高効率化™大規模プロジェクト対応

™短工期™安全対策

図2　生産効率向上の課題（投資効率の最大化）

最新鋭液晶クリーンルームシステムとコンポーネント富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

133（29）

環境提供 対応

3.1　原寸大タイプテストによる検討

基板 露出状態 工程 対策生産性 直結 非常 厳重 管理 必要 富士電機 新液晶工場 事前 評価 研究棟新設 各製造装置 製造装置 評価 改善 行 世界初 G10 液晶 垂直立上 寄与⑴　気流改善図4 改善 一例 改善前 環境

目標 要求仕様 満足 分清浄度 改善 循環風量 増加

一般的 輸送用 2 段積大 装置 高速移動 空間 清浄度確保 気

流 乱 大 一般的 方式 不可能次 改善策 施 清浄度 大幅

改善 要求仕様 満足⒜　 効果低減 乱流抑制⒝　発塵源 特定 局所除塵⒞　気流 巻 上 防止構造 採用⒟　 採用

⑵　清浄度 異 物理的

区分 一般的 液晶工場 大型 受渡 部 物理的遮断 困難 多 発生 富士電機独自 大型FFU 専用 組合 基板 遮断効果 得

風速 確保 図5 総延長 8km区分 可能

⑶　 冷却装置 採用高清浄度 必要 工程 化

図7　クリーン冷却装置の外観

FFU

クリーンルーム

（a）従来方式

（b）クリーン冷却装置

ドライコイル

加圧空気

クリーンルーム

加圧空気クリーン冷却装置

図6　従来方式とクリーン冷却装置とのシステム比較

改善前 改善1 改善2 改善3 改善4

高　←　清浄度　→　低

最小値要求仕様パ

ーティクルカウント数

最大値

平均値

図4　クリーン化対策と効果の推移

02,500 3,500 4,500 5,500 6,500

5

10

測定高さ（mm）

風速（m/s）

要求仕様

吹出口ポイント

不採用

採用

スリット大

スリット小

図5　エアカーテンスリット評価

表2　クリーン冷却装置の仕様

項　目 仕　様

集塵率 0.3μm　99.99%以上

処理風量 200m3/min

冷却能力 16.3kW（14,000kcal/h）

騒　音 70dB（A）

質　量 420kg

電　源 3Φ　200V　50/60Hz

最新鋭液晶クリーンルームシステムとコンポーネント富士時報　Vol.83 No.2 2010

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134（30）

効率良 要求 満足 重要 大規模化工場 施工面 含 総合効率 向上 取組 必要 冷却装置 採用 紹介

液晶工場 清浄度 確保製造装置 発熱 除去 機能 併設

天井 FFU 構成図6⒜ 冷却装置 同等

機能 満足 図6⒝ 図7 短工期 施工工数 大幅 削減 内 有効 拡大 寄与表2 冷却装置 仕様 示 本装置 清浄度ISO 6 程度 1 台 100m2

清浄度 回復特性 図8 示 24 分要求仕様 満足 確認 実際 採用当 製造装置 温度冷却 考慮 設置必要 図9 結

果 設置位置 決定

3.2　施工管理

実装面積 世界的 例 見 大規模 工期短縮 複数 工区 同時 施工 必要 G10 最新鋭液晶 工場建設 時 約 500人/日 作業人員 要

状況 安全 品質 工期 確保 対対処 事前準備 強化 現地対応

実施⑴　安全 確保

製造装置 大型化 伴 実装面積 増大 天井高 増加 施工時 危険 高

特 天井内 機器 動力制御盤 温調用

設置 中 作業 墜落災害 落下事故 高 設計段階

導線 親綱 安全 設置場所計画 安全対策 強化

現地工事中 天井内 安全作業 監視 要員 専任化 天井内 安全 定期的 実施

安全 確保 富士電機川崎工場内図10 設置 液晶工場内 施工開始

前 構成 天井 構造 天井内 危険箇所 安全対策 実体験 関係者 危険 関 理解 向上 努⑵　品質 均一化

液晶工場 工程 製造装置必要 施工 要求

基本的 清浄度 温度 性能確保 加 大規模 構造物 構成 材質 強度 耐腐食性

対 低 採用 危険物耐火基準 対応 検討箇所 多岐一方 作業員 増加 伴 作業方法 作業手順

対 理解度 起因 品質 大課題 次 対策 実施 技術

図10　ラーニングセンタ

クリーン冷却装置

23±2℃

製造装置

図9　温度分布シミュレーション

1

10

50 100経過時間（min）

1ft=0.3048m

A B

C D

0

24分

要求仕様

A

C

D

8m8m

6mB

パーティクル数（個/ ）ft3

106

105

104

103

102

図8　清浄度回復特性

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特集1

135（31）

現地管理 工場 協力業者 物流倉庫 至役割 明確 品質向上 努

⒜　施工 整備⒝　内装分科会 開催 部材 選定 施工方法⒞　工場出荷前 立会検査 徹底⒟　技術 現地管理要員 完成検査 実施⒠　各種教育 実施 新規入所教育 教育 天

井内教育⑶　工期 厳守

大面積 従来 同 工期 垂直立上施工管理体制 強化 細 工程管

理 特 製造装置 搬入複雑 工程計画 対 綿密 対応

計画 施工 性能 確保 新方式 冷却装置 導入 対 搬入据付 専用

特殊 開発 施工効率 向上 図

3.3　プロセス製造装置対応

富士電機 新 取組 製造装置 開発商品化 力 入 最新 基板精密温調装置 紹介⑴　概　要

工程 基板上 高精度 微細 焼 付 大型化 基板上

微細 温度 局所的 熱膨張 収縮 基板上焼 付 微細 精度 影響 無視 表面温度 精度良 均一化 求 本装置 露光工程 至 直前 塗布 基板 表面温度分布 短時間 均一化 装置 図

11 本体 外観 示⑵　特　徴

⒜　 基板表面温度 急速 均一化表面温度 急速 均一化 熱伝達率

高 本装置 高 熱伝達率 低圧損 両立 新流路設計 行

基板面 均一 風 接触 可能温度 面分布向上 目指 多点温度制御

直接 基板面 精密 温度調整 空気 吹 付方式 採用 図12 基板表面温度測定

結果 示 測定 常温 性能 応答性 高白金測温抵抗体 使用 測定 基板面内16 点 行 高温 装置内 投入 基板所定 処理時間 所定 温度 収束 分

⒝　省 省新流路設計 採用 低圧損 空気循環 可能

送風機 台数低減 実現結果 機械室部分

低減 寄与送風機動力 低減 加 不要 熱負荷 進入

抑制 流路構成 部分的 過冷却過加熱 抑制 攪拌 構造 採用消費電力削減 実現

4　あとがき

液晶 価格 数年 1/4 程度大型 新興国 含 急速 普及 世

界 出荷量 現在 1 億台 数年後 3 億台拡大 予想

急速 変化 液晶市場 富士電機 長年化技術 開発 続 新

製造装置分野 精密温調技術 生改善 寄与 企画

設計 製造 施工 保守 一貫 対応 経験生 今後 富士電機 得意 &

核 技術革新 社会 貢献 所存

参考文献⑴ 　横幕博行, 澤田朋之. 技術 現状 展望.

富士時報. 2005, vol.78, no.6, p.457-461.

⑵ 　生垣展 . 液晶 製造装置実用便覧. 株式会社

経過時間

低←　温度（℃）　→高

初期温度

要求仕様温度

処理時間

測定ポイント：ガラス基板面16点

図12　ガラス基板表面温度分布図11　ガラス基板精密温調装置の外観

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特集1

136（32）

. 1993-4.

⑶ 　石橋健夫 . 半導体 液晶 　

技術 . REALIZE. 2006-1.

澤田　朋之業務

従事 現在 富士電機 株式会社産業事業本部第二統括部技術第一部長

水谷　友範業務

従事 現在 富士電機 株式会社産業事業本部第二統括部Ｓ 部長

松木　幹夫業務

従事 現在 富士電機 株式会社産業事業本部第二統括部技術第一部主査

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特集1

137（33）

1　まえがき

地球温暖化問題 対 各方面 対策 行 CO2 排出量 製品性能評価 一 化石燃料 電気 熱源転換 加速 誘導加熱 IH技術 必要 部分 加熱 可能 加熱体

間 断熱施工 熱 抑制 温度制御性 高 急速加熱 可能

本稿 誘導加熱 新技術 応用 面食品加熱 殺菌 脱脂 分野 適用

業界最高 発生効率 95% 過熱蒸気発生装置 IHSSInduction Heating Super Steamer 従来 MOSFETMetal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor

電源 代 約 60% 化 最大出力 2,000 kW達成 5 50 kHz 高周波 IGBT Insulated-Gate Bi-

polra Transistor 電源 紹介

2　過熱蒸気発生装置（IHSS）

2.1　過熱蒸気の特徴と用途

過熱蒸気 飽和蒸気 加熱酸素 含 気体 食品加熱 殺菌 脱脂

廃 多 分野 使 始

⑴　過熱蒸気 特徴過熱蒸気 特徴 次⒜　極 高 伝熱性

伝熱作用 熱伝導 放射 凝縮伝達 複合 熱伝導 主体 熱風 比 伝熱性 高⒝　大 熱容量

比熱 熱風 約 2 倍 加熱媒体 優

⒞　高 乾燥力約 170℃以上 蒸発速度 空気 速 熱風

短時間 乾燥⒟　低酸素雰囲気

雰囲気 酸素濃度 1% 以下 可能材料 酸化 防止⒠　有機物 低分子化

過熱蒸気 水分 熱 加水分解 有機物 低分子化 化

⑵　過熱蒸気 用途⒜　食品加熱

⑴

強 乾燥力 凝縮伝熱時 凝縮水 食材 侵入外 中 理想的 調理

可能 加熱中 酸化 抑制破壊 保持 焙煎使

⒝　殺　菌熱 殺菌 比 凝縮伝熱 菌 内部 加

熱 低温 殺菌 食 安全 食材 長期保存 面 期待 大⒞　脱　脂

部品 切 子 付着 機械油 膜 分解飛散 清浄化 高度化 図

⒟　廃樹脂 樹脂

材料 低分子化 板材化装置 原料 供給 油 取出 可能⒠　 他

乾燥 炭化 可能用途 蒸気温度 表1 示 殺菌 焼成

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特集1

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術

藤田　　満 倉田　　巌

誘導加熱 IH 非接触加熱 高効率 高 制御性 安全 作業環境 特徴 持 金属 溶解 板 加熱 主 素形材分野 使 富士電機 IH 応用 水 450℃0.3MPa 過熱蒸気 発生効率 95% 発生 装置 IHSS 製品化 素形材以外 食品加熱 殺菌 脱脂 分野 適用拡大 図 従来 MOSFET 電源 小型 体積 約 60% 低減 髙効率化 変換効率97% 図 5 50 kHz 100 2,000 kW 高周波 IGBT 電源 製品化

Induction heating (IH) is non-contact method of heating that is highly efficient, highly controllable and provides a clean and safe working environment, and has been used in processes for forming and fabricating materials, such as melting metal and heating billets and plates. As an application of IH, Fuji Electric has also commercialized a once-through induction heating super steamer (IHSS) capable of generating 450 ºC and 0.3MPa superheated steam from water with a generating efficiency of 95%. The range of applications for this product is expanding be-yond use for forming and fabricating materials to the fields of food heating and sterilization and the removal of fat, and so on. Fuji Electric has commercialized 5 kHz-50 kHz and 100 kW-2,000 kW high frequency IGBT power supplies for IH. These are smaller than conventional power MOSFET power supplies (reducing the volume to about 60%) and have higher efficiency (conversion efficiency of 97%).

138（34）

乾燥 150℃ 可能 脱脂 炭化 400℃必要

2.2　過熱蒸気発生装置（IHSS）の特徴

図1⒜ 示 過熱蒸気 作飽和蒸気 供給 蒸気配管 途中 誘導加熱

IH 蒸気 昇温 方法 一般的過熱蒸気 利用 場所 数百 m 離

室 置 場合 途中配管

熱 起動 1 時間近 熱効率 60%程度 IH 加熱 効率 60% 程度 効率40% 弱図1⒝ 示 IH 使 装置 市場要求 次

⒜　省 化 熱源転換 要請 高効率 短時間起動温度制御 優

⒝　過熱蒸気 利用 機器 隣接 内蔵免許不要 誰 使用可能 水 一気 過

熱蒸気 生成 不要 電気式⒞　部品 脱脂 400℃ 蒸気空間 必要

（a）従来技術（ボイラ加熱）

ボイラで焚（た）いた飽和水蒸気をIHで再加熱して生成

過熱蒸気発生装置

ボイラ

IH技術を使って水から直接作り出す装置

（b）新技術［過熱蒸気発生装置（IHSS）］

過熱蒸気

飽和蒸気

湿り蒸気

過熱蒸気

飽和蒸気

水沸騰水

蒸気ボイラ（油，ガス）湿り蒸気または飽和蒸気まで発生

IH技術を使って飽和蒸気や過熱蒸気を一気に発生

過熱蒸気を作り出すため配管途中での再加熱

過熱蒸気発生装置（IHSS）

IHSS

図1　過熱蒸気発生方法

表1　過熱蒸気の用途別処理温度

温　度 殺　菌焼　成・焙　煎

乾　燥脱　脂・分　解

炭　化

400℃ ◎ ◎ ◎ ◎ ○

300℃ ◎ ◎ ◎ × ×

150℃ ○ ○ ○ × ×

120℃ ○ ○ △ × ×

表2　技術課題

技術課題 解決策

高効率 誘導加熱現象が生じている熱をすべて回収

短時間起動 伝熱面積大の加熱体

コンパクト 磁界閉じ込め構造

ボイラ免許不要 簡易貫流ボイラ適合品

水入口約20℃

温水ヘッダー温水約80℃

低損失IHコイル

高周波電源20kHz20kW

①誘導コイルの冷却水を予熱に利用－温水を作る

②予熱された温水を誘導加熱で一気に飽和蒸気を生成

③磁界を封じ込めると同時に高温に加温過熱蒸気生成

熱を無駄なく蒸気に変える熱効率　95％達成

水入口約20℃

飽和蒸気144℃

温水約80℃

伝熱面積大の蒸気発生加熱体

2段遮蔽（しゃへい）リング過熱蒸気発生管

気水分離槽

飽和蒸気144℃

過熱蒸気450℃

図2　過熱蒸気発生装置（IHSS）の過熱蒸気発生メカニズム

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

139（35）

450℃以上 高温 過熱蒸気 生成 装置

IH 非接触加熱 広 加熱 確保 短時間加熱 可能 技術 IH 式過熱蒸気発生装置 開発 前述 市場要求 満表2 技術課題 独創的 解決

IHSS 本体 高周波電源 接続 IHIH 内側 蒸気発生加熱体 外側 磁界遮蔽

蒸気発生加熱体下側 温水 上側気水分離槽 構成 蒸気発生 図2

示本体 供給 水 IH 中 通

冷却 水温 入口 20℃ 出口80℃ 80℃ 温水 温水 導蒸気発生加熱体 加熱沸騰 飽和蒸気 飽和蒸気

温度 圧 0.3MPa 144℃ 飽和蒸気 気水分離槽 乾 蒸気 次 蒸気 磁界遮蔽 構成 内 通 磁界 遮蔽

誘導電流 加熱 出口 450℃ 昇温誘導加熱現象 生 熱 有効

活用 電源 含 熱効率 95% 実現

磁界遮蔽 内側 磁界 閉 込温水 気水分離槽 周辺部材 局部加熱 生磁界漏 環境性 優 全体

高周波電源 富士電機製 汎用使用

2.3　製品仕様

IHSS 過熱蒸気 利用 機器 隣接 配置内蔵 水 一気 過熱蒸気 発生

構成 短時間起動 高効率 特徴 操作者免許 不要 誰 運転 制御 出口温

度一定 ＋－1℃ 圧力一定 ＋－0.01MPa 電力一定 ＋－0.1 kW 各 用意 正面 設

定 間欠運転 可能 据付付 手押 搬入 製品外観

図3 製品仕様 表3 示 本製品 東京電力株式会社 共同開発品

表3　過熱蒸気発生装置（IHSS）製品仕様

形　式 IHSS-20

蒸気発生量 20kg/h

電源容量20kW

20kHz

蒸気最高温度 450℃

蒸気圧力 0.3MPa

入力電圧 三相　AC200V

効　率 95%

起動時間 15分（冷時）

水処理 逆浸透膜（オプション）

制御方式（運転方式） 蒸気温度一定運転圧力一定運転，電力一定運転

構造規格 簡易ボイラ等構造規格

寸　法 W700×D950×H1,000（mm）

質　量 約300kg（キャスタ付き）

図3　過熱蒸気発生装置（IHSS）製品外観

大腸菌

検出限界以下

熱風 ろ紙

熱風 ボルト

過熱蒸気 ろ紙

過熱蒸気 ボルト

熱風 ろ紙

熱風 ボルト

過熱蒸気 ろ紙

過熱蒸気 ボルト

滅菌区間通過時間（s）0 50 100 150 200

生存率（％）

枯草菌

検出限界以下

滅菌区間通過時間（s）0 50 100 150 200

生存率（％）

102

101

100

10－1

10－2

10－3

10－4

10－5

102

101

100

10－1

10－2

10－3

10－4

10－5

図4　コンベヤ殺菌評価

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

140（36）

2.4　過熱蒸気発生装置（IHSS）の適用

⑴　 殺菌実験⑵

搬送 過熱蒸気殺菌 試験 行工場 4 5回/日 頻度

納入 24 時間操業 連続式安定 殺菌法 確立 急務 過熱蒸気空間 場合

熱風空間 場合 雰囲気温度 300℃一定 上 紙 大腸菌枯草菌 付着 実験結果 図4 示 過熱蒸気 場合 熱風 比 滅菌区間通過時間 1/10

10 倍 搬送速度 殺菌可能 判明表4 示 一緒 移動 熱電

対 測定 温度 過熱蒸気 方 高⑵　試処理実験設備

IHSS 有効活用 過熱蒸気 反応容器 必要富士電機 顧客 目的 合 反応容器 設計

次 試処理実験設備 用意 過熱蒸気所望 処理 行 上 注意点 次

⒜　過熱蒸気 蒸気 100 ℃以下

凝縮水 IHSS 処理装置間 配管処理装置 100℃以上 予熱 必要

⒝　処理装置内 外気 混入 必要混入 空間温度 一気 低下 蒸気

空気 軽 上方処理装置内 蒸気 流 作

⒞　排気 露点以下 凝縮水 抜対策 必要 場合

顧客 体感 実対象物処理 条件出 経済的検討 行 試処理実験設備 顧客 開放設備 図5 示

3 設備 用意上 食材 板 蒸気

空間滞在中 加熱処理 連続処理系 蒸気 屋内漏 構造 連続処理系小型部品 切 子 金属小片 羽根 攪拌

蒸気空間 搬送 加熱処理蒸気流 作 蒸気 大空間 実

現 大型部品 加熱処理 廃使用

3　高周波 IGBT電源

3.1　開発の背景

熱処理 燃焼炉 使用 顧客 省省 CO2 削減 作業性改善 対 要求

増加 誘導加熱 熱源転換 進

M

ＩＨコイル

過熱蒸気

材料投入口

材料排出口

排ガス

特徴：蒸気の大空間を確保，　　　蒸気漏れなし仕様：W600×L800の蒸気空間　　　搬送速度　0.5～10m/min対象：食材，板

ファン

コンベヤノズル

ベルトコンベヤタイプ

特徴：羽根で攪拌（かくはん）　　　蒸気をスパイラル流で供給仕様： φ400×L1,200対象：小型部品，切り子

特徴：蒸気をスパイラル流で供給仕様： φ600×H600対象：大型部品，廃プラスチック処理

バッチタイプキルンタイプ

過熱蒸気

凝縮器IHコイル

図5　試処理実験設備

表4　サンプルと一緒に移動した熱電対で測定した際の到達最高 　　　温度

通過時間（s） 6.7 20 40 60 180

搬送速度（m/min） 6.2 2.1 1.1 滞留1min

滞留3min

最高到達温度（℃）

過熱蒸気 73 113 142 171 280

熱風 64 101 99 159 224

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

141（37）

需要 応 周波数 数 kHz数十 kHz 出力電力 1,000 kW 以上 大容量 高周波電源 必要 図6 示 従来 誘導加熱用電源

5kHz以上 領域 1,000 kW対応 10 kHz 以上 高周波電源

電力密度 低 MOSFET 用 電源盤 体積 大 問題 近年 電力密度 高IGBT 素子 速度 向上 50 kHz 周波数領域 IGBT 素子 適用可能

背景 周波数 5 50 kHz 範囲 MOS-FET 電源 小型 最大 2,000 kW 対応可能 高周波 IGBT 電源 製品化

2章 紹介 IHSS 電源 IGBT使用

3.2　高周波 IGBT電源の特徴

⑴　小型 高効率IGBT 多並列接続新 開発 5 30 kHz 周波数 1

MOSFET 対2 倍 電力 出力 高周波 IGBT 電源盤 体積

1,000 kW 機 比較 MOSFET 式高周波電源盤 約60% 低減 高周波電源部 変換効率

97% 以上 高効率化 達成 高周波 IGBT 電源盤 外観 図7 示⑵　充実 保護機能

保護機能 出力電流 過電流 整合回路部 接地検出 直流中間電圧 過不足検出 負荷回路 短絡検出

事故 対 電源 確実 保護

⑶　高入力力率 高調波 低減整流器 小容量 平滑 組 合

入力力率 常 0.95 以上 維持12 以上 多 整流 対

応 入力高調波 低減 0.98 以上 入力力率

⑷　定電力制御 高速応答負荷 出力電流制限範囲以内 電力

一定 出力電流 制御 制限値 達 定電力制御 電流制限 優先 電流制限付定電力制御方式

採用 出力側 電圧 電流 位相差制御 出力電流 高速 制御応答 実現

常 負荷回路 共振周波数 変化 追随

1 10 100 1,000周波数（kHz）

IGBTインバータユニット（小型）

MOSFETインバータHF IGBTインバータ

溶解用 IGBTインバータ

サイリスタインバータ

トランジスタインバータ

今回製品化した高周波 IGBT電源がカバーする範囲

MHz級インバータ

100,000

0.1

10,000

1,000

100

10

電力（kW）

図6　高周波電源と適用デバイス

図7　高周波 IGBT電源盤の外観（500kW，30kHz）

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

142（38）

動作 被加熱物 温度 形状 変化 共振周波数 変動 対 高速 安定 動作

可能⑶

⑸　操作性 向上

採用 運転 運転記録 故障内容 故障履歴 表示 運転状況 容易 確認

3.3　主回路構成

図8 主回路構成例 示 整流器 三相順 結線 部 2 in 1IGBT 多並列接続 構成

内 IGBT 接続導体時 電圧 防止 構造

最小 低型 直流中間 採用 中間IGBT 接続 低

構造 採用 不要IGBT 実装 冷却体

図9 示 IGBT 内部 半導体 位置 合 三次元 熱解析 冷却

配置 最適化

3.4　標準系列の仕様と主な用途

本高周波電源 標準系列 仕様 表5 示 用途例以下⑴　電縫管 処理

電縫管溶接部分 全体 処理前 加熱

⑵　水溶性塗料 乾燥大気汚染防止法 改正 伴 VOC 揮発性有機

化合物 排出規制 始 対応 各種材 塗料 水溶性 切 換 有

機溶剤 比 乾燥 時間 生産性 低下本電源 用 対象物 誘導加熱 乾燥 早

生産性 向上⑶　半導体製造

製造用 溶解電源工程 加熱用電源 用

⑷　焼 入 熱処理高速応答 生 各種焼 入 装置 適用 熱処

理用燃焼炉 置 換

4　あとがき

誘導加熱 IH 式 過熱蒸気発生装置 IHSS IH新技術 高周波 IGBT 電源 述 工場

電化推進 通 誘導加熱技術 高度化 応用分野 拡大 CO2 排出削減 寄与 作業環境 改善 図

社会 貢献 所存

インバータスタック

整流器

制御装置

加熱コイル

整合コンデンサ

電流バランサ

図8　主回路構成例

図9　三次元熱解析による IGBTモジュールの温度分布

高

低

温度

（a）側　面 （b）上　面

表5　標準系列と仕様

項　目 仕　様

入　力 3φ440VAC±5%周波数：50/60Hz

周波数 5～30kHz 31～ 50kHz

出力電圧 954V

出　力

電　力（kW）

出力電流（A）

電　力（kW）

出力電流（A）

250 500 100 200

500 1,000 200 400

750 1,500 300 600

1,000 2,000 400 800

1,250 2,500 500 1,000

1,500 3,000 600 1,200

1,750 3,500 700 1,400

2,000 4,000 800 1,600

制御範囲 5～100%

制御対象 電力制御（出力電流制限付き）

インバータ形式 フルブリッジ

効　率 97%

冷却方式 水冷式（純水）水温　5～38℃（結露なきこと）

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

143（39）

参考文献⑴ 　鈴木寛一. 過熱水蒸気 食品分野 適用 . 第3回

. 日本 .

2008.

⑵ 　中山浩伸 . 過熱蒸気 用 滅菌法 確立 . 第35回日

本防菌防黴学会. 2008, no.11Pp-38.

⑶ 　倉田巌 . 誘導加熱用高周波 . 富士時報. 2007,

vol.80, no.2, p.135-140.

藤田　　満電磁応用機器 開発業務 従事 現在 富士電機

株式会社経営管理室技術企画部長 工学博士 電気学会会員

倉田　　巌誘導加熱用 応用製品 開発 設計 従事 現在 富士電機 株式会社技術部 電気学会会員

過熱蒸気発生装置と誘導加熱の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集1

144（40）

特集2

特集2 受配電・制御機器コンポーネント

エネルギーシステムを支える基盤技術

澤　孝一郎慶應義塾大学 名誉教授日本工業大学 特別研究員

昨年 2009 年 9 月 IEEE The Insti-

tute of Electrical and Electronics Engineers 接点 関

Holm 会議 開催 Holm 会議 電気接点 特

化 会議 50 年以上 歴史 前年 暮

主催者 世界的 不況 論文 思 集

心配 日本

開 90 件 越

集 日程 関係 51 件 絞

参加者 110 名程度 盛況

一時期 接点 基盤技術 会議

存続 危惧 状況 数年

主催者 新 技術動向 招待講演 導入 努力 共

接点技術 重要性 見直 会議

活性化 印象 受

多数 参加者

会議 間 開 IEC TC-ECCC 以前 TC-1

各分野 技術動向

報告 関係 電気

自動車 太陽光発電 急速 発展 直流 開閉技術

注目 話 関係 高

周波接続 技術 引 続 重要

21 世紀 環境 大 課題

2009 年 12 月 開 国連 気候変動枠組

条約第 15 回締約国会議 COP15 地球温暖化 対

対策 世界中 考 目的 合意

必 皆 満足 中

国 参加 今後 進展 期待

太陽光発電 風力発電 新 電気自

動車 普及 加速

環境 人類史上最初 大 課題 対

解決 電気自動車 代表 電気

役割 大 考

2006 年 西安交通大学 開催 国際会議 Gas

Discharge2006 久 振 会 高電圧 専門

名古屋大学 大久保 仁 教授 技術 面白

私 自動車 相談 来

言 電気自動車 大電流 遮断

伴 高電圧 発生 絶縁 問題

技術 奥 深 感 今 大学生

風潮 電磁気 基盤 技術 敬遠

傾向 先端的

支 基盤技術 今後 日本

科学技術立国 方針 維持 必要

先端技術 共 世界 高信頼性 基

盤 開発 製作 目指 大切 考

太陽光発電 風力発電

自然 普及 分散形 源

環境問題 電気自動車 普及 期待

支 先 述 直流 開

閉技術 受配電技術 電力 技術

重要

話 変 2009 年 10 月 中国浙江省温州市 第

3 回電気製品 信頼性 電気接点 関 国際会議 開催

等 開閉器 主 対象

発表論文数 口頭発表 57

60 件 参加者 150 名 越 活発 意見 交換

温州市 日本 知 開

閉器 部品 関 企業 多 集 工業都市

発展 会議後 MCCB 生産

信頼性 試験 実施 試験 見学

市内外 建設 帰 寄 上海 万

博開催準備 活気 中国 勢 伝

昨年 不況 中国 初 国々 早

回復 将来 技術的 側面 含

諸国 連携 一層大切 感想 持

帰

145（41）

1　まえがき

近年 地球温暖化 防止 低炭素社会 実現地球規模 急務 課題 従来 化石燃料燃焼 発電 替 自然界 存在 繰 返 再生可能 発電 加速的 拡大

本稿 電気 供給 変化 対応開閉 操作 表示 制御機器 動向 電気設備

安全要求 動向 最近 新製品 特徴 紹介 今後 取組 述

2　 再生可能エネルギーの利用と省エネルギー化の動向

2.1　世界・国内動向

地球温暖化対策 2008 年度 京都議定書削減実行期間 始 2012 年度 5 年間 温室効果 排出量 平均 1990 年度比 6% 削減 計画

京都議定書 定 削減目標達成使用 合理化 関 法律 省 法

適用範囲 網羅化 上 規制 強化改正 行 2010 年 4 月 1 日 施行

鳩山首相 2020 年 温室効果 排出量1990 年比 25% 削減 中期目標 発表 2009 年

12 月 気候変動枠組条約第 15 回締約国会議 COP15先進国 京都議定書 排出削減 強化

合意 成 地球規模 取組 推進国内 経済産業省 2008 年 3 月 低炭素社会 作

21 技術 Cool Earth 革新技術計画発表

動 背景 各企業 省

省 化対策 太陽光 風力 再生可能用発電設備 拡大 CO2 排気量 低減 電気

自動車 開発 積極的 取 組電力各社 発電 送電 電力効率向上 太陽光

発電 大幅 増 政府方針 対応 日本型次世代送電網 構想 進

次 再生可能 注目 太陽光発電 環境配慮型 直流回路

低圧器具 要求 具体的 適用 述

2.2　太陽光発電システム

再生可能 自然 発電 太陽光発電風力発電 挙 発電 自然

環境 依存 出力変動 大 発電 電力直流電力 蓄電池 蓄 電気設備事例 多開閉機器 交流回路 電流零点 絶縁 確保

遮断 直流回路 零点 存在 電流 遮断難 断線 事故 発生

消弧 火災 発生 感電事故 心配

分電盤

低圧配電線太陽電池アレイ

接続箱

MCCB MCCBELCB

パワーコンディショナ

（－/　）インバータ

図1　太陽光発電システムの構成例

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特集2

特集2

開閉，操作・表示，制御機器の現状と展望

久保山 勝典 鹿野　俊介 月花　正志

低炭素社会 実現 発電 給電 多様化 進 多様化 太陽電池発電設備直流回路向 器具 要求 電気設備 省 省 要求 高 要求 応

富士電機 配線用遮断器 Compact NS 機種 拡大 直流遮断器 提供 事業所 電気水道 使用量 監視 F-MPC 製品化 省 活動 貢献 低圧機器 安全規格

法律 動向 対応 製品 行 顧客設備 本質安全 貢献

In order to achieve a low carbon society, systems for generating and supplying energy are becoming more diversified. As a result of this diversification, there is increasing demand for devices for the DC circuits in solar power generation facilities and data centers and for ener-gy savings in electrical equipment. To meet this demand, Fuji Electric provides DC circuit breakers that expand the range of models in the Compact NS Series molded case circuit breakers and has commercialized F-MPC multiple function protection systems and devices that

monitor the electricity, gas and water usage of a business or the like. Fuji Electric also contributes to the energy-saving initiatives of its cus-tomers. Furthermore, so as to support, on a product or system level, the trend toward safety standards and regulations of low-voltage equip-ment, Fuji Electric also contributes to the intrinsic safety of customers equipment.

146（42）

直流回路 適用 開閉機器 制御機器 保護機器 要求 急激 高

太陽光発電 構成例 図1 示⑴

太陽電池入力部

直流電圧 一般的 定格入力電圧 DC200 500V 電圧変動 開放電圧考慮 開閉器 遮断器 DC750V 程度 性能 要求

接続箱 内部回路図 構成機器例 図2 示⑴

接続箱太陽電池 故障時 波及範囲 極少化 保守 点

検時 回路 分離 作業 容易 直流開閉器 避雷器 逆流防止 設置 直流開閉器 太陽電池 直流電圧 通電電流 太陽電池

短絡電流遮断能力 持 MCCB 遮断器使用 避雷器 太陽電池

雷 保護 設置電源給電 安定性 信頼性 高 保護機器重要

2.3　環境配慮型データセンタの高電圧直流給電方式

IT 機器 高密度化 大量 電力 消費省 対策 高電圧直流給電方式 検討高電圧直流給電 受変電設備 効率向上 電

力消費量 低減 狙 方式⑵

交流給電 直流給電 比較 図3 示高電圧直流給電方式 DC400V 程度 高電圧 直流

直接 機器 給電 方式 UPS 機器 IT機器 AC-DC 変換 回数 減 電源系統全体 変換効率 高

細径化 設備 削減 長距離化 可能設置自由度 向上 図

図4 高電圧直流 HVDC 給電 構成例示 直流開閉器 通常配線用遮断器 MCCB

MCB 遮断器 使用機器 選定 直流電圧 負荷電流

直流電源装置 用蓄電池特性 考慮 遮断容量 検討 保護協調 検討 必

要直流給電 家庭 工場 店舗 電気自

動車 多岐 分野 普及 加速 開閉機器 保護機器 直流回路 選定 適用技術 重要

3　低圧器具の直流回路適用

3.1　低圧遮断器の直流回路適用

⑴　直流回路 Compact NS 直流回路 適用

蓄電池

直流電源装置

交流無停電電源装置

交流給電

高電圧直流（HVDC）給電

DCDCACDCAC ACAC200V

効果　①効率向上（交流 /直流交換エネルギー損失の削除）　　　②信頼性向上（構成部品の簡素化，蓄電池直結）　　　③高電圧によりケーブルの細線化，長距離化

サーバなど IT 機器

サーバなど IT 機器DC400V程度

蓄電池

DCAC

CPU

DC CPU

図3　交流給電と直流給電システムの比較

図5　「Compact NSシリーズ」

太陽電池アレイ側

MCCBまたは断路器

避雷器

ダイオード

・・・・

MCCB（主開閉器） パワーコン

ディショナ側

図2　接続箱の内部回路図と構成機器の例

直流無停電電源装置（N＋1）

直流電源装置

整流装置（絶縁型）

充電装置

蓄電池盤

蓄電池

直流配電盤

直流分電盤

・・・・・

・・・・・

・・・

・・・・

・・・・

サーバ

IT 機器

IT 機器

図4　高電圧直流（HVDC）給電システムの構成図

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147（43）

電流零点 直流配電回路 安全 開閉 遮断Compact NS 形 配線用遮断器 図5

可動接触子 二 接点 配置 回転遮断方式 採用 方式 1 接点 配

置 MCCB 1 極当 開極距離 大高電圧遮断 達成 DC250V 100 kA 2 極直列

DC500V 回路 3 極直列 DC750V 回路 適用4 極 設置 大 負荷電

流 対応図6 示 回路電圧 DC24V DC750V

回路電流 1,000A 広範囲 適用 可能⑵　高電圧直流回路 適用 注意事項

国内 交流電気設備 TT 接地方式 主流病院 絶縁劣化時 地絡動作

突然 給電停止 感電 防止 狙 非接地IT 系統 採用 直流回路 同様

TN TT IT 各種接地方式 採用 以下 各種接地方式 接続方法 注意事項 述表1 高電圧直流回路 Compact NS 接続

方法 短絡 地絡事故点 1 極当 分担電圧示 表下段 事故点 配線用遮断器 動作

不動作 関係 示 IT 方式 一線地絡故障地絡電流 流 不動作 一線地絡故障気 放置 二重地絡 感電 遮断事故 恐

絶縁監視装置 設置 予防監視 必要 考

表1 示 負極設置 場合 有極性 直流遮断器 用 場合 接続方法 注意 必要

3.2　低圧開閉機器の直流回路適用と直流制御化

電磁開閉器 低圧開閉機器 用途 主 誘導電動機 始動/停止 交流負荷開閉 一般的

前述 電気設備動向 直流回路 開閉 異常時 断路 直流負荷制御用途 拡大

電力損失 低減 蓄電池 大容量化 直流回路高電圧 高電流化 進図7 低圧開閉機器 直流回路適用範囲 示 電圧

DC24 1,500V 電流 1 1,000A 広範囲 電圧/電流領域 対応

生産設備 電機 制御盤 最近 技術動向 感電保護対策 PELV 保護特別低電圧 回路 採用 PLC

制御機器 直接 直流電源 小容量化挙 直流操作形電磁接触器

低 操作電圧 低消費電力 求 LC1-

D 接点定格 9 38A SC-N4 N5/

16

＊1

*1：各種電圧に対する適用回路例は表1を参照*2：Compact NSの 4極品を適用

Compact NS100-630（DC）

最小使用電圧　DC 24V遮断電圧　　　DC 250V/ 極

＊2

CompactNS400　640A　NS6301,000A

定格電流（A）

電圧（Ｖdc）

12244860125255300460500750900

1,0001,200

32 63 100 160 250 400 550 6301,000

図6　「Compact NSシリーズ」直流回路への適用範囲

表1　高電圧直流回路の接続方法と保護動作

接地方式 直流電路接地 直流電路非接地

回路図と地絡 ・短絡事故点

A B負荷

A B

C

負荷

遮断性能：250V/極の遮断器 （Compact NS）

適用極数

TN（接地極を切り離さない）

適用極数

TT（電源と負荷を切り離す）

適用極数

IT（非接地）

250V １極

A B 負荷 ２

極

A B 負荷

１極

A B

C

負荷

２極

C

A B 負荷

500V ２極

A B 負荷 ３

極A B 負

荷 ２極

C

A B 負荷

750V ３極

A B 負荷 ４

極

A B 負荷 ３

極C

A B 負荷

750V正極接地

３極

負荷 ４

極負荷 ３

極 －

事故点に おける

1極当たりの分担電圧

A，B：250V

A：250VB： 125/167/188V（適用電圧：

250/500/750V）

A，C： 非接地で電圧 分担なし

B： 250（1極）/125（2極）（適用電圧：250V）　　/250/250V（適用電圧：500/750V）

地絡・短絡時の配線用遮断器の動作/不動作＊

事故点

A ○ 地絡 △地絡（抵抗値により変化） ×（一線地絡）

B ○ 短絡 ○ 短絡 ○ 短絡

C － － ×（一線地絡）

＊）○：動作を示す　△：不定を示す　×：不動作

分類

適用電圧

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148（44）

G 接点定格 80 93A 消費電力世界最小 2.4W 20W 低減

3.3　改正省エネ法とエネルギー監視システムの動向

再生可能 消費 電力 監視 重要 2010 年 改正省 法施行 従来 工場事業場単位 管理 事業者単位 企業単位 経営的視点 省 企画立案 推進管理 求

管理 規制 変 管理者展開 業

務部門 規制 強化 規制対象範囲率 現行約 10% 改正 50% 程度 拡大 予想

個々 契約電力 使用量 大事業者 加盟店 対象 専門知識

人 簡単 電力監視 行 必要応 比較的廉価 初期投資 小規模導入可能 F-MPC Web 開発

図8 F-MPC Web 例 示汎用 専用

不要 簡単 消費 把握

4　電気設備の規格動向と器具の取組み

4.1　電気設備の規格動向

国 低圧電気設備 使用部品 国際規格IEC 規格 ISO 規格 整合化 急激 進行電気設備技術基準 解釈 国際規格 取入

IEC 60364 適用 追加 国内電気設備 IEC規格 工事 認 併 IEC 規格 整合

JIS C 0364 発行産業機械 電気装置 関 安全規格 IEC

60204-1 JIS B 9960-1 確実 普及 機械 制御盤規格 設計 指針

新 安全規格 動向 半導体製造装置米国 SEMI 規格 S22 IEC 規格 整合 積極的

行 半導体製造装置 国際規格 IEC 60204-33 新規発行 非常停止 各種

安全機器個別 規格 整備 機械 電気装置安全規格 順守 強 求

米国 NEC National Electrical Code 米国電気設備基準 改定 短絡事故発生時

二次災害 発火 現場 作業者 安全

16

SCシリーズ

SBシリーズ

LC1シリーズ

定格電流（A）

電圧（Ｖdc）

12244860125220300440460500750900

1,0001,2001,500

63 10032 160 250 400 550 630 8001,000 2,400

図7　低圧開閉機器（電磁開閉器）の直流回路への適用範囲

監視パソコンF-MPC-Net Web

F-MPCWeb（GW）

F-MPC

監視パソコン（既設PC） 電力量トレンド・積算グラフ

社内 LAN

・・・・

・・・・

図8　エネルギー監視システムの構成例

図9　「Power Pact シリーズ」

表2　低圧機器関連の法・規格の動向

法・規格の動向 内　容

電気設備技術基準へ IEC規格の導入，細則発行

TNシステムおよび感電保護や過電圧保護方式の思想導入

低圧電気設備の使用部品の JIS が IEC規格に一本化

低圧電気機器の設計基準の欧米流統一プラットフォーム

ISO 12100，IEC 60204-1の普及，IEC 60204-33の新規発行

機械の電気装置や半導体製造装置の安全規格の充実と浸透

改正省エネ法，RoHS指令 温暖化防止と環境規制，有害物質の使用禁止

NEC（National Electrical Code）の改定

米国へ輸出される制御盤に“SCCR：短絡電流定格”の値の表示

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149（45）

確保 目的 SCCR Short Circuit Current Rating 短絡電流定格 値 産業用制御盤 表示 義務付

短絡電流定格 盤内機器 短絡電流 耐限界電流 機器 短絡電流 損傷

発火 爆発 絶縁機能 消失 人 周辺設備 危害 及 表2 低圧機器関連法 規格 動向 示

4.2　低圧遮断器のSCCRに対する対応

OHSA Occupational Safety and Health Administra-tion IAEI The International Association of Electrical Inspectors NEC 基 製品 設備 安全 構築

検査 場合 改善 強制 機関 工場 電源 供給 推定短絡電流値 制御盤 SCCR 値 協調 OHSA IAEI 監査 仮

制御盤 設置 場所 推定短絡電流値 制御盤SCCR 大 設備 通電 部品

設計変更 SCCR 値 高富士電機 制御盤 多様 SCCR要求 幅広 対応

AC240V/25 50 kA AC480V/10 50 kA SCCR 要求 G-TWIN 適用SCCR 要求 AC240V 480V/50 kA 超

北米向 UL489 対応 Power Pact 図9

対応可能 本 600V 回路 採用

4.3　機械安全規格動向と器具の取組み

機械安全 機能安全 浸透 伴 作業者 安全 確保機械 設備 安全対策 実施 故

障 誤 使 方 場合 人 危害 及生産設備 機械 制御装置 多様 安全機能求 主 要求 単一部品 不具合 安全機能 損 冗長設計 要求 安全

3 4 故障 自己検出機能 要求 安全3 4 電磁障害 冗長性 妨害 現象 防

要求 安全 4 不用意 起動防止 要求 視認

性 要求 挙 制御装置安全機能 適切 安全機器 使用 構成実現富士電機 φ16 非常停止押

各種 安全 安全

安全 安全機器MCCB 開閉機器 製品 加 安全機器

総合的 信頼性 高 生産設備 安全構築 貢献

5　あとがき

地球温暖化対策 今後 取組 進有効 手段 一 再生可能 採

用 電力設備 多用化 予測電気設備 確実 保護 制御 監視 低

圧受配電機器 開閉機器 安全制御機器 予防保全機器重要 富士電機 市場要

求 今後 製品 取 込 客 抱 課題製品 供給 所存

参考文献⑴ 　太陽光発電協会編. 太陽光発電 設計 施行. 改訂

3版. 社. 2006, p.245.

⑵ 　NTT . 高電圧直流給電 実証実

験 結果 . NTT .

2009-12-15, no.00134.

久保山 勝典低圧遮断器 開発設計 低圧機器全般 商品企画

従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術開発本部副本部長

鹿野　俊介回路 回路 設計 製品企画業

務 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術開発本部開発部

月花　正志制御 設計 低圧器具製品 企画業務 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部

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特集2

特集2

150（46）

1　まえがき

地球温暖化対策 世界中 叫 温室効果大部分 占 消費 起因 二酸化炭素排

出量 削減 省 省 対策 強化必要 日本 使用 合理

化 関 法律 省 法 改正 重 排出量削減 強化

富士電機 環境 2020⑴

策定 省創 製品 提供 2020 年 社会 CO2 排出量 240 万 削減 目標

本稿 施策 一 工場 産業施設小売店舗 遊技場 学校 病院 業務施設

適用可能 監視 製品化紹介

2　システム機器の紹介⑵

CO2 排出量 削減 向 各事業者 省 推進活動高効率設備機器 更新 中心

高効率設備機器 利用者 省 効果 実感 省意識 向上 継続的 省 施策 実施

作 重要 一般的 仕組 現状把握 課題 抽出 対策 実施 効果 測定

課題 見 活動 PDCA構築 中

監視 問題点 探 出 現状把握 効果 確認 大 貢献

富士電機 受配電系統 保護 不可欠 電力監視機器F-MPC Fuji-multiple function Protectors and

Controllers 多機能 F-MPC60BF-MPC50 集合形配電監視 F-MPC04 多

回路形電力監視 F-MPC04P 1 回路用電力監視 F-MPC04S 計測表示機能付

漏電遮断器 FePSU 提供近年 F-MPC 電力監視機器 利用

監視 化製品 加 用途規模 応 次 示 化製品 用意

適当 装置 組 合 水道 使用量 監視

⒜　 F-MPC WebF-MPC Web 収集 蓄積 監視

小規模 監視実現 業務施設

主 受電点 数系統想定 次 監視 可能

① 　受電点 電圧三相 回路 電流三相 有効電力 無効電力 力率 電力量 監視 約 100 点

② 　 下 分電盤 各 12 回路 有効電力 電力量 監視 約 150 点

③ 　 電力以外 量 温度湿度環境量 原単位管理 生産量 想定最大 256 点

⒝　 F-MPC-Net WebF-MPC-Net Web 産業施設向 中 大規模

監視 構築 収集 監視

Windows注 1

上 動作 受電点 分電盤

注 1 Windows 米国 Microsoft Corp. 商標 登録商標

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特集2

特集2

特集2

エネルギー監視システム・機器「F-MPCシリーズ」の取組み

町田　悟志

富士電機 地球温暖化対策 貢献 省 創 製品 提供監視 上 動作 収集 F-MPC-Net Web 解析

F-MPC-Eco Web 機能 化 実現 F-MPC Web取 計測装置 組 合 工場 産業施設 学校 病院 公共施設 店舗 業務施

設 電力 水道 使用量 監視 小規模 大規模施設 高 拡張性 特徴

To help prevent global warming, Fuji Electric provides various energy-saving and energy-generating products. For energy monitoring systems, Fuji Electric provides the F-MPC-Net Web for aggregating data and the F-MPC-Eco Web for analyzing data, which are software programs that run on a PC, and a compact F-MPC Web unit that realizes these software functions in hardware. The use of this software and hardware in combination with measurement equipment enables the power, water and gas usage to be monitored at industrial facilities such as factories, public facilities such as schools and hospitals, and business facilities such as stores. Additionally, this software and hardware is highly scalable, from small to large facilities.

151（47）

詳細 監視 6,000 点 監視 可能⒞　 F-MPC-Eco Web

F-MPC-Eco Web 前述 ⒜ ⒝化製品 記録 用 省

推進 解析機能 提供F-MPC Web

F-MPC-Net Web 集 計測SQL Structured Query Language管理 使用量 比較 評価 原単位評価解析情報 表示 使用状態 分

析 解析 容易 行化製品 Web 技術 用

汎用 簡単 見 化 実現 従来 監視 上 直接操作

情報 見 監視画面公開 関係者全員 使用状態 自由

見 省 効果 確認 比較 管理者 情報 整理 的 情報配信 形

現場 省 推進 容易

図1 電力計測機器 監視 製品表1 化製品 機能一覧 示

2.1　小規模監視に最適な電力監視ユニット

蓄積 監視 F-MPC WebF-MPC 計測機器 RS-485 通信

接続 各機器 計測情報 収集計測機器 最大 31 台 接続可能 各機器

有効電力 電力量 計測情報 256 点 収集日報 1.5 月分 蓄積 月 1回程度 接続 取 出 使用量検針 簡単 Ethernet

注 2

経由 監視自動送信

収集 Web 機能 使 汎用簡単 確認 使用量 情報 30

秒更新 比較 生産量 原単位表示 解析機能画面 専用 見

管理者 利用者 確認見 化 容易

簡易 監視 加 40 点 実効値 上下限監視 接点情報 － 監視 設備監視 機能 備 監視 同時

設備監視 利用監視情報 汎用 表示 機能 使遠隔通報 監視 構成 監視画面例 図2

（a）電力監視機器 （b）システム化製品

ディジタル多機能リレーF-MPC60BF-MPC50

データ蓄積・監視サーバユニットF-MPC Webユニット

データ収集パッケージソフトウェアF-MPC-Net Webソフトウェア

データ解析パッケージソフトウェアF-MPC-Eco Webソフトウェア

集合形配電監視ユニットF-MPC04

特別高圧，高圧受電盤

高圧フィーダ

低圧フィーダ

計測表示機能付オートブレーカFePSU

分電盤

分電CT

多回路形電力監視ユニットF-MPC04P

１回路形電力監視ユニットF-MPC04S

図1　電力計測・監視システムのラインアップ

電力量計測 パルス・アナログ

RS-485　32台

Ethernet

使用量グラフ

トレンドグラフデマンド監視

使用量比較

警報ログ

クライアント

データ収集データ記録解析画面デマンド監視レベル・接点監視

F-MPC Web

Web画面例

図2　「F-MPC Web」ユニットを使用したシステム構成と画面例

表1　システム化製品の機能一覧

F-MPC Webユニットデータ蓄積・監視サーバユニット

F-MPC-Net Webソフトウェアデータ収集

パッケージソフトウェア

F-MPC-Eco Webソフトウェアデータ解析

パッケージソフトウェア

データ収集 256点 6,000点 －

日月年報 CSV出力 CSV出力定型印刷

CSV出力Excel 出力

使用量グラフ 2点比較 8点比較 2点比較

状態監視 40点 6,000点 －

デマンド監視 2点 10点 －

グループ比較 3階層 － 6階層

使用量評価 あり － あり

コスト表示単位 円，CO2-t＊ － 円，CO2-t＊

原単位管理 あり － あり

＊ CO2-t：エネルギー使用量のCO2 質量換算

注 2 Ethernet 富士 株式会社 登録商標

エネルギー監視システム・機器「F-MPCシリーズ」の取組み富士時報　Vol.83 No.2 2010

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152（48）

示

2.2　中～大規模監視システム向けパッケージソフトウェア

監視収集 F-MPC-Net WebF-MPC 機器 RS-485 通信 直接 接続F-MPC Web 通信 RS-485

Ethernet 変換器 利用 Ethernet 経由接続 最大 6,000 点 収集

上下限 － 監視機能持 監視 10 点 使用量

設定 受電点 特定設備 対細 範囲 監視 監視異常時 画面

表示 電子 使 設備管理者 携帯電話通報F-MPC Web 同様 収集

Web 機能 用 発信 側 専用 Ethernet 回線上 情報 確認 監視 上 計測情報

表示 設備系統図上 計測値 張付 現在計測

確認 例 遮断器 入/切 状態 色分表示 状況 表現 設

備 常時監視機能 利用 図3 監視画面例 示

本 収集 定型 帳票形式印刷 電子 保存

印刷結果 帳票保存 容易

2.3　設備データ解析パッケージソフトウェア

解析 F-MPC-Eco Web 使用量 比較監視 必要 解析機能 提供

計測機器 F-MPC 計測 CSV Com-ma Separated Values 形式 保存 省推進 建物 間 生産設備 間

比較 行 施策 効果確認 現在 過去比較 行 多 大量 記録

使 比較解析 高速 行 SQL管理

機能 Ethernet 回線 経由 提供比較作業 簡単 実施 管理者以外 関係者

公開 店舗 来店者情報 提供 全員参加 省 活動推進

活用F-MPC-Eco Web 2.2節 述 F-

MPC-Net Web 収集 解析表示 基本的 表示方法 点在 業務施設 F-MPC Web 用 監視 行 本

用 本部 一括管理 応用図4 本 使用量監視画面例 示

3　適用事例

3.1　中小エネルギー監視システム

⑴　学校 教育施設学校 教育施設 省 活動削減 地域住民 一体 活動 教

育的視点 重要 活動 強化

製造業 産業部門 同様 現状把握 始重要

⑶ ⑷

大学 高校 専門分野使用状況 例 各学科

建屋別 空調 照明 動力 電力使用状況 監視 建屋 特徴 現図1⒝ 化製品 用 学内

用 計測 情報 公開 省目標 設定 教職員 学生 巻 込 省 推進

某大学 導入時 電気室受電点 各棟送 出 電力 計測 F-MPC Web 使管理者 小規模自動監視 始 時点契約電力量 下 監視機能 活用

後建物 照明 空調 動力 監視対象

図3　スケルトン監視画面例 図4　「F-MPC-Eco Web」ソフトウェア使用量監視画面例

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153（49）

拡大 計測機器 追加 建物 F-MPC Web 配置 学科棟 監視 行 教職員 情報 公開 所管棟 省 取組

始 将来的 計測対象 教室 拡大F-MPC-Eco Web 統合 上 解析 学内全域 監視 省 活動 進展 期待 小規模

簡単 監視 F-MPC Web 特徴 規模 拡張 対応 仕組 適合 典型的 事例

例 図5 示⑵　 遊技場

⑸

受電点 低圧主幹 計測 式高圧受電設備

実施 F-MPC Web 小規模監視 典型的 構成 店舗施設 最適 店舗

内 省 高効率機器 導入 照明化 LED 化 設備更新 主体

従業員 行動 使用量 大 影響意識向上 注意喚起

用 情報 共有 提供

複数 店舗 本部 各店舗 状況把握 店舗 省 推進度合 比較情報 集約 一括監視 必要

利用 ADSL 携帯電話回線 利用店舗 本部 接続 各店舗毎日自動送信 本部 集約

初回導入範囲：F-MPC04S×5台，F-MPC Web×1台電気室 受電 フィーダ1

フィーダ2

フィーダ3

フィーダ4

RS-485 LAN

A棟

3F

2F

1F

3F

2F

1F

3F

2F

1F

B棟 C棟

構内LAN

管理者PC

第2期増設範囲：F-MPC04S×18台，F-MPC Web×3台

図5　学校へのシステム適用例

F-MPC Web F-MPC04PサーバF-MPC-Eco Web 店舗B

公衆回線

本部

店舗A

店舗C

図6　分散店舗の本部監視システム例

計測機器工場電源系統

低圧

監視・解析サーバデータ収集

高圧

6,600kV受電

フィーダ1 フィーダ2 フィーダ3 フィーダ4 フィーダ5 フィーダ6

第2変電所 第3変電所第4変電所 第5変電所

A棟

B棟 C棟

P棟

RC棟 食堂

売店

機械装置

第1変電所

保全棟

健康管理

機械装置

F-MPC-Net Web

F-MPC-Eco Web F-MPC Web

F-MPC Web

F-MPC04S

F-MPC04S

F-MPC04P

×7台

×46台

×19台

×15台

構内 LAN

RS-485

RS-485

図7　工場の監視システム構成

エネルギー監視システム・機器「F-MPCシリーズ」の取組み富士時報　Vol.83 No.2 2010

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154（50）

本部 F-MPC-Eco Web全店舗 一括集計 統合監視業務 効率的

例 図6 示

3.2　製造業のエネルギー監視事例

製造業 適用例 富士電機 工場 事例 紹介

富士電機 工場 一般的 工場 同様 受電点設置 契約電力 守 制御

実施 加 F-MPC-Net Web監視機能 細 監視

実施 設備管理者 早 段階 警報 送信建物 単位 F-MPC Web

配置 工場全体 使用電力量 計測収集 F-MPC-Eco Web階層化 公開

構成 図7 示 製造 溶接機成型機 製造機械装置 電力 計測 生産管理

得 1,000 超 機種 生産情報 突合 製品 電力 原単位 導出

監視 導入 従来 人 実施 各種 計量値 確認 情報整理 評価 作業

自動化 管理者 業務効率 向上 1 時間使用量 日単位 見 休日

夜間 電力使用状態 顕在化 制御行 省 対策 進監視情報 従業員 見 表示 例 昼休照明消灯 徹底 成果 上

3.3　簡易SCADAとしての利用例

省 目指 監視 若干目的異 簡易 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 使用例 紹介 F-MPC Web

F-MPC-Net Web 応用受電設備 適用 多機能 F-

MPC60B/F-MPC50 遠隔集中監視 行多機能 受配電設備保護機能 加 計測機能持 監視 組 合

図1⒜ 示 F-MPC 電力監視機器 高圧受電点 低圧負荷 計測監視 可能 点富士電機 監視 特徴

多機能 動作情報 自己診断情報 機器表示 確認 時計機能

事象 発生 明確 一般的情報 出力 通知 際 管理

者 運用手順 従 記録 F-MPC WebF-MPC-Net Web 適用 保護

動作 入出力接点 状態変化履歴情報 記録 設備監視

機能 簡易 SCADA 構築 方法

多機能 動作履歴 記録 例 図8 示監視情報 30 件 情報 記録可能

件数 超 古 順 自動消去 新着情報記録 記録 情報 CSV

保存 容易

4　あとがき

今回紹介 監視 機器 F-MPC小規模 設備 対応 可能

中 大規模 監視 至 優 拡張性 最適対応 特長 持 今後 特長 生

監視 必要 機能 機器 拡充推進 地球環境 改善 貢献 所存

参考文献⑴ 　富士電機 株式会社. 環境 2020 .

http://www.fujielectric.co.jp/about/csr/special/environ-

mental_vision/index.html, 参照 2010-02-02 .

⑵ 　鹿野俊介 . 富士時報. 受配電保護 監視機器 F-MPC

最新機器 技術. 2008, vol.81, no.3, p.246-249.

⑶ 　文部科学省. 学校施設 省 対策

.

　 http://www.mext.go.jp/a_menu/shisetu/green/080501-2.

htm, 参照 2010-02-02 .

⑷　資源 庁. 学校 省 実施要領 .

　http://www.enecho.meti.go.jp/topics/080804/4.pdf,

　 参照 2010-02-02 .

⑸ 　財団法人省 . 省

平成19年度版 . http://www.eccj.or.jp/audit/

build_guide07/index.html, 参照 2010-02-02 .

図8　監視画面による多機能リレーの動作履歴管理

町田　悟志監視機器 開発 従事

現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部主任 電気学会会員

エネルギー監視システム・機器「F-MPCシリーズ」の取組み富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集2

特集2

特集2

155（51）

1　まえがき

電磁接触器 電磁石 操作 電気回路開閉 行 負荷 自動開閉用 使用

電磁接触器 熱動形過負荷継電器組 合 電磁開閉器 主 電動機 自

動運転用 使用 過負荷状態 電動機 焼損 保護機能 備

富士電機 電磁開閉器 接触器 1954 年 発売以来50 余年 間 国内 No.1 歩 続 累積生産数 2 億7 千万台 達成 富士電機 常 時代 市場要求

技術動向 先取 特徴 商品 市場 提供電動機制御分野 技術発展 貢献

地位 堅持市場 化 伴 国際性 富 製品 環

境性 考慮 製品 求 中 1999 年 電磁開閉器 接触器 NEO SC SC-N1 SC-

N16 電動機容量 AC200V 5.5 200 kW 発売標準品 CE 欧州規格 UL/CSA 北

米規格 対応 製品 消費電力 大幅 低減省 省 貢献 商

品 客 好評環境配慮 対 取組 使用時 消費電力 低減

製品使用時 省 化 製品 製造輸送 使用 廃棄 至 全体

消費量 環境負荷 最小化 注目制御盤 同様 次 環境対策 進

™ 部品点数 削減 設置 縮小 省資源化™ 制御盤 軽量化 輸送 低減™ 使用時 消費電力 低減

機械装置 関 安全規格 整備 制御盤感電保護 対 本質的 安全設計方策 DC24V回路化 代表 制御回路 低電圧直流化 進

上記環境対策 安全対策 要求 直流電源小型 小容量化 制御盤 開発 設計 重要 課題

前述 環境対策 安全対策 実施 上 制御盤内設置 電磁接触器 小型 軽量化 低消費電力化 直流

表1　「NEO SCシリーズ」（22kW以下）のシリーズ構成

フレーム N1 N2 N2S N3 N4 N5

定　格 モータ容量AC200V

5.5 kW26A

7.5 kW35A

11kW50A

15kW65A

18.5 kW80A

22kW93A

操作方式

交直両用操作形（スーパー

マグネット付き）N1/SE N2/SE N2S/SE N3/SE N4/SE N5

交流操作形 N1 N2 N2S N3 N4 N5A

直流操作形 N1/G N2/G N2S/G N3/G N4/G N5/G

：新製品

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電磁開閉器・接触器「NEO SCシリーズ」の機種拡充

渡邊　勝昭 代島　英樹 有吉　広亙

電磁接触器 小型軽量化 操作回路 低電圧直流化 直流操作回路 投入電力低減 市場 応 富士電機 従来品 互換性 外形寸法 取付寸法 端子位置 維持 軽量化 交流操作形電磁接触器 SC-N5A 従来品 比 操作回路 投入電力 大幅 低減 直流操作形電磁接触器 SC-N4/G SC-N5/G 開発 5.5 kW

22 kW NEO SC 機種 拡充 多目的 活用 消費電力 電磁石寸法 最適化 電磁界運動連成解析 大変形解析 熱流体解析 行 新電磁石構造 開発

In response to market needs for magnetic contactors with smaller size and lighter weight, and a low-voltage DC control circuit with re-duced inrush power consumption, Fuji Electric has developed the SC-N5A AC operated contactor that retains compatibility (external dimen-sions, mounting dimensions and terminal locations) with, but is lighter than, the previous model, and the SC-N4/G and SC-N5/G DC oper-ated contactors which feature greatly reduced inrush power consumption of the DC control circuit, and these models, ranging from 5.5 kW to 22 kW, have been added to the NEO SC Series. Using a multi-objective algorithm, the power consumption and electromagnet dimensions were optimized and electromagnetic field analysis of coupled motion, large deformation analysis and thermal-hydraulic analysis were per-formed to develop a new electromagnet structure.

156（52）

操作回路 投入電力低減 要求 一段 強

要求 変化 対応 交流操作形電磁接触器 SC-N5A 直流操作形電磁接触器 SC-N4/GSC-N5/G 開発 電動機容量 AC200V SC-N4

18.5 kW SC-N5A 22 kW NEO SC充実 図 表1 図1 外観 示

次 開発品 概要 紹介

2　開発の狙い

電磁接触器 電磁石操作方式 交直両用操作 交流操作 直流操作 3 種類 大別 図2

NEO SC 大型電磁接触器 SC-N5 SC-N16電動機容量 AC200V 55 200 kW 交直両用操作

方式⑴

採用AC 入力 整流 DC 変換 DC 励

磁方式 電磁石 駆動 方式 操作回路 電圧検出回路 回路 搭載 特徴

操作回路 電圧印加 電圧検出回路 大 確認 投入動作 支障 判断 場合 投入信号 発生

励磁 投入動作完了後 保持信号 切 換回路 励磁電流 抑 消

費電力 低減化 図 電圧変動 電圧程度降下 保持状態 維持 電圧 著低下 場合 接点 生 電圧 低下 前

電圧検出回路 開放 要否 判断 電圧保持信号 停止 開放 電圧検出回路 電圧 常時監視

電圧変動 瞬時停電 低電圧領域電圧印加 他 操作方式 不安定動作 条件 接点 安定 動作 実現

特徴 持 交直両用操作形電磁接触器 電圧変動 大 環境下 使用 電力 重視 用途 適 製品

一方 交流操作方式 AC 入力 AC 励磁 交流電磁石搭載 特徴 交流電磁石 開放状態

磁気抵抗 小 小

投入時 大 励磁電流 流 吸引後大 励磁電流 小 特性

持 小型 電磁石構造 投入時 吸引力 比較的大 利点

直流操作方式 DC 入力 DC 励磁 直流電磁石 搭載特徴 直流電磁石 開放時 保持時

励磁電流 変化 投入時 吸引力 確保増大 必要 巻

線 体積 大 投入電力 低減 利点

各操作方式 特徴 制御盤 考慮 交流操作形電磁接触器 SC-N5A 小型 軽量 制御盤 環境対策 最適 製品 直流操作形電磁接触器 SC-N4/GSC-N5/G 投入電力低減 直流電源 小型 小容量化 貢献 安全対策 最適 製品

顧客 多様 用途 合 最適 電磁接触器 提供

3　特　徴

以下 今回開発 交流操作形電磁接触器 直流操作形電磁接触器 主 特徴 述

3.1　交流操作形電磁接触器

SC-N5A 従来品 SC-N5 交直両用操作形 仕様比較 表2 示 SC-N5A 小型 軽量 交流電磁石採用 従来品 互換性 外形寸法 取付 寸法 端子位置 維持 軽量化 図 制御盤 軽量化 省資源化 貢献

3.2　直流操作形電磁接触器

SC-N4/G SC-N5/G 従来品 SC-N5 交直両用操作形 仕様比較 同 表2 示 SC-N4/G SC-N5/G 世界最小 消費電力 外形寸法 実現特 投入電力 交直両用操作形 1/5 抑 制御盤 搭載 直流電源 小型化 小容量化 図制御盤 小型化 省資源化 低 化 貢献

各操作方式 特徴 表3 示 各種用途 合 最

「SC-N5A」 「SC-N5/G」

図1　「SC-N5A」「SC-N5/G」の外観

コイル

（a）交直両用操作形 （b）交流操作形 （c）直流操作形

AC入力AC励磁

DC入力DC励磁

AC入力DC励磁

固定接点可動接点

固定鉄心可動鉄心

整流回路・電圧検出回路など

図2　電磁接触器の電磁石操作方式

電磁開閉器・接触器「NEO SCシリーズ」の機種拡充富士時報　Vol.83 No.2 2010

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157（53）

適 電磁接触器 選定 可能

4　小型・軽量化を達成するための技術

4.1　交流操作形電磁接触器

図3 交流操作形電磁接触器 SC-N5A 構造 示電磁石 可動鉄心 固定鉄心 構成可動鉄心 可動接触子支 呼 可動接点 格納

部品 連結 可動接点 接点閉時固定接点 対 接触圧力 付加 接点 取

付 励磁電流 流 可動鉄心固定鉄心 吸引 可動接点 可動鉄心 固定鉄心 方

移動 一連 動作 接点 投入 仕組接点投入後 可動鉄心 最終的 固定鉄心

衝突 衝突時 衝撃 吸収 固定鉄心筐体 間 配置

SC-N5A 小型 軽量化実現 下位SC-N4 同一寸法 小 交流電磁石 採用

電磁石 負荷 図4 示 可動部 復帰 接点 合成負荷力 電磁石 負荷力 乗

越 吸引力 発生 必要 接点 負荷力接点 接触圧力 電磁接触器 通電性能 閉路電流性

能 決定 SC-N5A 通電性能 閉路電流性能確保 要 負荷力 大 通電電

流 大 接点部 発熱 電磁反発力 大強 負荷力 必要

負荷力 見合 吸引力 与 可動部運動 増大 SC-N5A 開発

電磁石 鉄心 衝突 衝撃 緩和 機

表2　開発品（交流操作形・直流操作形）と従来品の仕様比較

交直両用操作形（スーパーマグネット付き） 交流操作形 直流操作形

モータ容量　200V 18.5 kW 22kW 22kW 18.5 kW 22kW

形　式 SC-N4/SE SC-N5 SC-N5A SC-N4/G SC-N5/G

外　観

コイル消費電力200V, 50Hz

投入（VA） 100 80 250 20

保持 （VA） 2.8 4 18.4 20

外形寸法（mm） H×W×D 127×88×132 127×88×132 127×88×159

質　量（kg） 1.8 1.5 2.3

：新製品

表3　各操作方式の特徴

交直両用操作形 交流操作形 直流操作形

小型化 ◎ ◎ ○

軽量化 ○ ◎ ○

省エネルギー化（保持電力） ◎ ○ ○

直流電源小容量化（投入電力） △ － ◎

電圧変動対応（SEMI 瞬低対応） ◎ × ◎

◎：最適である，○：適している，△：あまり適さない， ：新製品×：不適である，－：対象外

可動鉄心 筐体

クッションゴム固定接点

可動接点

可動接触子支え

コイル

接点ばね

復帰ばね

固定鉄心

図3　「SC-N5A」の構造

開放主接点接触閉路

接点ばね（3相分）

吸引力

復帰ばね

ストローク

負荷力と吸引力

図4　電磁石の負荷力と電磁石が発生する吸引力

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158（54）

械的 開閉耐久性 確保 課題 課題 解決 最適化設計

行 小型 軽量 強力 吸引力 耐久性 備 電磁石構造 実現

鉄心衝突時 衝撃緩和 不十分 場合 鉄心 可動接触子支 折損 至 機械的開閉耐久性 確保

衝撃吸収機能 十分 発揮 圧縮変形量 大設計 必要 圧縮変形量 大

繰返 変形 損傷 衝撃吸収機能 低下

大 変形 部材 解析 適 大変形解析行 変形量 応力 求 材料

形状 保持構造 最適化設計 行 衝撃緩和機能 強度両立 構造 開発固定鉄心 両側面 配置 両部品 形成 貫通穴

支持板 挿入 連結 筐体内 収納 図5 本解析例 示

4.2　直流操作形電磁接触器

図6 直流操作形電磁接触器 SC-N5/G 構造 示消弧部 接点部 構造 交直両用操作形 SC-N5 同一構造 電磁石部 高効率化 図 直流操作形 世界最小 消費電力 外形寸法

実現 SC-N4/G 基本構造 SC-N5/G 同一 接点部 異⑴　最適化手法 適用

直流電磁石 一定 場合 消費電力 巻線 体積 電磁石寸法

関係 消費電力 低減巻線 巻数 増 体積 大 逆 巻線体積 小 巻線 巻数減 補

電流 大 消費電力 増大 新直流電磁石 開発 多目的遺伝 MOGA

注

呼 最適化手法 利用 関係消費電力 電磁石寸法 最適解 導出 電磁石形状 巻線仕様 最適化設計 実施 図7 MOGA 最適解 導出結果例 示⑵　直流電磁石 詳細設計

電磁接触器 投入動作 可動鉄心 駆動

変形量

クッションゴム支持板支持板

固定鉄心

高応力

低

図5　クッションゴムの応力分布と変形の解析例（1/2モデル）

消弧部・接点部 電磁石部

図6　「SC-N5/G」の構造

大きい方が望ましい

（望大特性）

小さい方が望ましい（望小特性）

導出された最適解

図7　MOGAによる最適解の導出結果

時間（s）

電流（A）

解析結果

実測値

図8　電磁界運動連成解析によるコイル励磁電流波形例

注 MOGA 生物 遺伝 進化 模擬 確率的探索手法 遺伝

用 関係 複

数 関数 最適解 多目的最適化

求

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159（55）

吸引力 確保 必要 吸引力 巻線 巻数 励磁電流 積 発生 直流電磁石 詳細設計 精度 高

励磁電流 求 可動鉄心 変位 間 磁束 変化 増加

投入時 励磁電流 一時的 減少過渡現象 静的 電磁界解析 用 求

電磁界 運動 連成解析 行 過渡的 励磁電流 吸引力 求 新直流電磁石 高精度設計行 図8 電磁界運動連成解析 投入時励磁電流波形 例 示

電磁石設計 巻線 熱寿命 確保温度上昇 規格内 収 不可欠

空気 流 考慮 熱流体解析 用 放熱孔 位置 大 最適化 行 温度上昇 最適化 図

図9 熱流体解析例 示 結果 外形寸法 消費電力 制約 温度上昇 最小

発熱 効果的 分散 筐体設計 行

5　あとがき

環境対応 安全対応 市場要求 即応 NEO SC 機種拡充 行 今後 市場 要求変化 的確 応 積極的 商品 充実 努 所存

参考文献⑴ 　古川国幸 . NEO SC 新大形電磁接触器. 富士時

報. 1999, vol.72, no.7, p.370-376.

温度高

低

図9　筐体を含む直流電磁石内の熱流体解析の例

渡邊　勝昭電磁開閉器 開発 設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部

代島　英樹制御機器 技術 開発 経開閉器 開発 設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部

有吉　広亙電磁開閉器 開発 設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部

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160（56）

1　まえがき

配線用遮断器 MCCB 漏電遮断器 ELCB 配電線路 負荷 過電流 配電回路 短絡 地絡 漏電 電気事故 配線 設備機器 人体 保護

役割 果 電気 使用 機器 装置設備 建造物 設置

富士電機 1990 年 世界 初 MCCB ELCB外形寸法 統一 発売 取付互換性 付属装置 共用化 利便性 向上 盤設備装置 標準化 小型化 貢献 多 客

支持 受 一方 近年 事業展開進 客 要求 応 規

格 適合認証 取得 製品 対規格 一

MCCB/ELCB 必要 考統合 G-TWIN

開発 発売 2009 年 1 月 32 800AF 全化 完成 表1 表2 表3 本格的 市場展開

図開発 基本 新 JIS/IEC 規格 UL489 規格

適合 統合 要素技術開発 既刊別稿 述

⑴ ⑵

本稿 下位機器 遮断保護協調 分岐回路遮断器 高限流化 対 技術革新 125AF

取 上 小定格電流品 高限流遮断技術 述電力 供給安定性 信頼性 観点 近年需要伸長

期待 母線直結形 遮断器 直流回路適用拡大 対応製品 紹介

2　125AF小定格品の高限流遮断技術

使用 低圧遮断器 遮断能力 遮断時 発生 処理限界 決定 制御 場合

急激 内部圧力 増大 破壊高温 導電部材 絶縁部材 溶融 飛散 絶縁耐力 低下 開閉機構 動作不具合 発生

従来 UL 規格品 北米向独立 系列 持

比較 外形寸法 大 遮断機構主接点開極距離 大 許容同一外形寸法 新 JIS/IEC 規格 UL 規格品 同時 満

足 G-TWIN 開発 当 限流効果 高 新 遮断機構 開発 行 必要

遮断能力 高 方法 短絡発生時点 高速開極 電圧 高 冷却可能 電流値 限流

最 有効 G-TWIN 小定格領域 限流性能 向上 大定格品 採用

細隙 板 効果 拡大 駆動促進 磁気 最適配置 筐体 隔離構造 負荷側 排出 抑制 技術 加 形 2 接点遮断方式 開発

限流効果 高 技術 実現大定格品 小定格品 遮断部構造 特徴 比較 図1

図2 小定格品 遮断部構造 概要 図3 示形 2 接点遮断方式 電磁反発原理 図4 示

電源側端子 接続 一次側固定接触子 U 字 折返 固定接点 接合 対向 可動接触子

幅方向 字 折 返 二次側 接点 介固定接触子 対向 二次側 固定接触子 負荷

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グローバルツインブレーカ「G-TWINシリーズ」の新技術

岡本　泰道 佐藤　朗史 浜田　佳伸

富士電機 市場 化 背景 G-TWIN 開発 製品化 順次進 2009年 1 月 32 800AF 完成 本格的 市場展開 図 下位機器 遮断保護協調 関係 小型 高限流化新技術 型二接点遮断方式 採用 電力 供給安定性 信頼性 観点 近年需要伸長 期待 母線直結形 機種 拡充 独自 消弧機能 開発 太陽電池 直流回路向 遮断器 機種 拡充

Against the backdrop of market globalization, Fuji Electric has developed and commercialized the G-TWIN global breaker, and upon completing the 32 to 800AF series in January 2009, launched a full-scale effort to expand the market. Because of the relationship of protective coordination with lower devices, a fork-type dual-contact breaking method was adopted as new technology for compact high performance cur-rent-limiting breaking. Moreover, to ensure the stability and reliability of the supply of electric power, Fuji Electric has expanded its lineup of plug-in circuit breaker models, and demand for these models is expected to increase in recent years. Fuji Electric has also developed a propri-etary arc extinguishing function and expanded its lineup of breaker models for use in photovoltaic cells and the DC circuits in data centers.

161（57）

側 延長 過電流検出部 接続短絡電流 発生 一次側 二次側 固定接触子

可動接触子間 電磁反発力 発生 磁気効果 加 2 接点 同時 高速開極 接点間 発

生 一次側 二次側 直列 発生電圧 上昇率 dV/dt 1 接点 比較 約 2 倍

1 接点 同様 消弧室 2 倍 開極距離 確保 電圧 値 約 2 倍実現 限流効果 大幅 高 図5 従来構造

電圧 比較 示技術 適用 従来

比較 通過電流二乗時間積 I2t 約 15% 低減同時 国内標準 外形 UL489 規格

満足 性能 実現 MCCB ELCB 同一寸法 思想 維持 40A 以上 大定格品 開閉機構 部品 共用化

3　高信頼性・高効率な電力供給システム技術

3.1　母線直結形プラグインブレーカ

近年 設備施工 簡素化 省力化 電気供給 安定性保守性 向上 環境負荷低減 観点 母線直結形

差込形遮断器 注目公共施設 電気 供給信頼性 要求 高

設備 中心 普及 始母線直結形 図6 従来 挿入

形 端子方式 替 電源側端子状接続子 設 盤側 施工 銅 直

表1　「G-TWINスタンダードシリーズ」（配線用）

フレーム（A）

定格遮断容量 lcu（kA）FAB ELB

AC230V AC440V

32

2.5 － EW32AAG

2.5 1.5 BW32AAG EW32EAG

5 2.5 BW32SAG EW32SAG

50

2.5 1.5 BW50AAG EW50AAG

5 2.5 BW50EAG EW50EAG

10 7.5 BW50SAG EW50SAG

25 10 BW50RAG EW50RAG

125 65 BW50HAG EW50HAG

63

5 2.5 BW63EAG EW63EAG

10 7.5 BW63SAG EW63SAG

25 10 BW63RAG EW63RAG

1005 1.5 BW100AAG EW100AAG

25 10 BW100EAG EW100EAG

125

50 30 BW125JAG EW125JAG

100 50 BW125RAG EW125RAG

125 65 BW125HAG EW125HAG

250

36 18 BW250EAG EW250EAG

50 30 BW250JAG EW250JAG

100 50 BW250RAG EW250RAG

125 65 BW250HAG EW250HAG

400

50 30 BW400EAG EW400EAG

85 36 BW400SAG EW400SAG

100 50 BW400RAG EW400RAG

125 70 BW400HAG EW400HAG

630

50 36 BW630EAG EW630EAG

100 50 BW630RAG EW630RAG

125 70 BW630HAG EW630HAG

800

50 36 BW800EAG EW800EAG

100 50 BW800RAG EW800RAG

125 70 BW800HAG EW800HAG

表2　「G-TWINグローバルシリーズ」（配線用）

フレーム（A）

定格遮断容量 lcu（kA）FAB ELB

AC230V AC440V

50 25 10 BW50RAGU EW50RAGU

100 25 10 BW100EAGU EW100EAGU

12550 30 BW125JAGU EW125JAGU

100 50 BW125RAGU EW125RAGU

250

36 18 BW250EAGU

50 30 BW250JAGU EW250JAGU

100 50 BW250RAGU EW250RAGU

400

50 30 BW400EAGU

85 36 BW400SAGU EW400SAGU

100 50 BW400RAGU EW400RAGU

125 70 BW400HAGU EW400HAGU

630

50 36 BW630EAGU

100 50 BW630RAGU EW630RAGU

125 70 BW630HAGU

800

50 36 BW800EAGU

100 50 BW800RAGU

125 70 BW800HAGU

表3　「G-TWINスタンダードシリーズ」の派生機種構成

フレーム（A）

電動機保護用

変圧器一次側用

瞬時遮断式

ノンオートスイッチ

漏電警報付き

ＺＣＴ付き

単三中性線欠相保護付き

二種耐熱形

抵抗溶接機用

４極品

ＤＣ専用品

32 ○ ○ ○ ○ ○

50 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

63 ○ ○ ○ ○

100 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

125 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

250 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

400 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

630 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

800 ○ ○ ○ ○ ○ ○

グローバルツインブレーカ「G-TWINシリーズ」の新技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

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特集2

162（58）

接挟持接続 構造 図7 電源側 配線電線 使用 構成 次 効

果⒜　配電盤 分電盤 省 化 省資源化⒝　組立時間 短縮 短納期化⒞　容量変更 容易化 交換作業時間 短縮⒟　作業忘 接続 防止富士電機 配電盤用 70mm

分電盤用 45 30mm 用途 保護目的 合 選択 豊富

用意 表4

配電盤用 分岐回路用 125 630AFMCCB/ELCB 搭載可能 母線 最大通電電流 2,100A 一般配線用 MCCB/ELCB 漏電警報付 電力監視機能付 FePSU 用途選定自在

動力分電盤 電灯分電盤用 盤 小型化45mm 30mm 2 種類 準

備 分岐回路用 32 250AF 3250AF 取付 可能 30mm 品

MMS 搭載 可能 MMS 超高限流遮断性能 上位遮断器選択協調遮断 構築 電気 供給信頼性 実現 貢献

引 出 母線 閉鎖安全 機能 差込 状態 確認 機

能 安全性 配慮 準備 一部機種 除

3.2　「G-TWIN」の直流用ブレーカシリーズ近年 太陽光発電

普及 電力供給 高信頼性化 高効率化要求 高 従来 交流送配電 直流送配電 適

用需要 増 特 分野AC-DC 変換 少 最大 10 20% 送電 減

省 効果 大近年 送電 減 高 電圧

送配電技術 要求

消弧室

可動接触子

固定接触子

細隙板+磁気ヨーク

筐体による隔離壁

図2　小定格品（15～30A）遮断部構造の特徴

アーク電圧 （V）

フォーク型

従来構造機

時間（ms）

図5　アーク電圧比較

消弧グリッド アークの駆動方向

細隙板磁気ヨーク

アーク

図3　小定格品の遮断部構造

電源側端子

電流経路

接点間アーク 電磁反発力

二次側の接点

二次側固定接触子固定接点一次側固定接触子

可動接触子

図4　接触子形状による電磁反発原理

消弧室

可動接触子

固定接触子 細隙板+磁気ヨーク

筐体による隔離壁

図1　大定格品（40～125A）遮断部構造の特徴

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163（59）

一般 交流回路 電流零点 周期的 存在 零点絶縁 確保 容易 電流 遮断

図8 直流回路 零点 存在

接点間 発生 電圧 電源電圧以上 上電流 遮断 零点 作 技術 必要 図9

電源電圧 大 消弧機構 大型化 接点間 開極距離 必要 機器 小型化困難

富士電機 DC 専用 独自 消弧機構 開発効果的 遮断 技術 確立

高 電圧 遮断 3 極 4 極直列配線 接点開極距離 確保 高電圧 適用

可能 標準的 適用範囲

表4　「G-TWIN」の母線直結形プラグインブレーカのバリエーション

名　称 母線直結形プラグイン

主用途 配電盤 分電盤

適用AF 125，250，400，630 32，50，100，125，250 32（MMS） 50（MCCB-2P）

分岐遮断容量200V/100kA

分岐遮断容量200V/2.5 ～ 25kA

取付ピッチ 15mm 15mm 50mm

取付高さ 125mm 91mm 94mm

母線配置 垂直 垂直 垂直

ブスバー厚さ 10mm 4mm 3mm

ブスバーピッチ 70mm 45mm 30mm

特　徴

™差込確認インジケータ™ 電力監視ブレーカや漏電警 報など搭載可

™高遮断容量

™充電部シャッタ機構™差込確認インジケータ™高，中遮断容量

™超高遮断容量™選択遮断性能™省スペース

™中遮断容量™省スペース

I

t

I

t

電流零点なし電流零点が存在

（ａ）交流回路 （b）直流回路

図8　交流回路と直流回路の電流波形

アーク電圧

電源電圧

アーク

電流

ｔ

接点開極開始

図9　直流回路の電流遮波形

図6　母線直結形プラグインブレーカの外観

図7　母線接続部の構造

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164（60）

DC250V 対 G-TWIN DC3 極品 400 500V 4 極品 125 800AF

600V 電圧回路 適用 G-TWIN全 AF 幅広 合 製品

構築 表5 過電流保護素子 持開閉器 SW 化 行 機種選択

幅 広

3.3　直流用ブレーカの派生機種

⑴　並列通電G-TWIN 直流 低

電圧直流回路用 並列通電仕様 新 加 表6

主 携帯基地局 向 直流電源設備図10 採用 2 相 3 相 分流

通電 1 相当 流 電流 小 従来 各AF 最大定格以上 通電 機器 盤小型化 寄与

表5　「G-TWIN直流シリーズ」ラインアップ一覧

定格電圧DC（V）

基本形式 接続方式

定格電流（A）

遮断容量 Icu（kA）

EAG JAG SAG RAG HAG

250

BW32□＊

２極

3～32

－ － 2.5 － －

BW50□BW63□

5～63

2.5 － 5 5 －

BW100□50～100

5 － － － －

BW125□15～125

－ 15 － 40 －

BW250□125～250

10 20 － 30 －

BW400□250～400

20 － 20 40 40

BW630□BW800□

500～800

20 － － 40 40

400

BW32□

３極

3～32

－ － 2.5 － －

BW50□BW63□

5～63

－ － 5 － －

BW100□50～100

5 － － － －

500

BW50□

３極

5～50

－ － 2.5 － －

BW100□50～100

2.5 － － － －

BW125□15～125

－ 10 － 20 －

BW250□125～250

－ 10 － 20 －

BW400□250～400

20 － 20 40 40

BW630□BW800□

500～800

20 － － 40 40

600

BW125□

４極

15～125

－ － － 25 －

BW250□125～250

－ 25 － 40 －

BW400□250～400

－ － － 40 40

BW630□BW800□

500～800

－ － － 40 40

＊：□は遮断容量形式を表す

図10　並列通電用ブレーカ

表6　「G-TWIN」並列通電仕様

形　式 AF 極　数 定格電流（最大）

定格遮断容量（Icu）

DC60V DC125V

BW32 322P 40A

7.5 kA 5kA3P 60A

BW50 502P 75A

20kA 10kA3P 100A

BW63 632P 90A

20kA 10kA3P 125A

BW100 1002P 150A

15kA 10kA3P 225A

BW125 1252P 175A 30kA 20kA

3P 250A 60kA 40kA

BW250 250 3P 550A 60kA 40kA

BW400 400 3P 950A 80kA 60kA

BW630 630 3P 1,400A 80kA 60kA

BW800 800 3P 1,900A 80kA 60kA

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165（61）

⑵　太陽光発電用小型断路器市場普及 著 太陽光発電分野 太陽電池

保守点検 可能 断路器 設置JIS C60364-5-55 規格 要求 太陽電池

発電効率向上 狙 高電圧化 進 対応 従来 消弧機構 永久磁石 搭載小型 消弧機構 開発 太陽光発電 最適 小型断路器 開発 交流出力側 設置 ELCB 同一

盤設計 標準化 太陽電池設備 小型化 貢献

4　あとがき

G-TWIN 要素技術 市場対応機種紹介 今後 国内外 電気設備 信頼性 安全

性 効率化 進展 選択遮断協調 直流配電市場 対 品 製品品質 向上重要 考 客 要求 的確 取入 市場 G-TWIN製品 拡充 充実 図 所存

参考文献⑴ 　久保山勝典 . 新 MCCB/ELCB G-Twin

. 富士時報. 2006, vol.79, no.2, p.160-166.

⑵ 　高橋康弘 . G-Twin

商品拡充 機能 高 付属装置. 富士時報. 2008,

vol.81, no.3, p.237-241.

岡本　泰道低圧遮断器 開発設計 低圧機器全般 商品企画

従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術開発本部開発部担当課長

佐藤　朗史低圧遮断器 開発設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部主任

浜田　佳伸低圧遮断器 開発設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部主任

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166（62）

1　まえがき

近年 鉄道 公共施設 事故 工場大規模 産業事故 発生 背景 機械装置

信頼性 安全性 関心 大 高 見本稿 停電発生時 再始動 安全 制御 電源設備 防止 瞬停再始動 安全 構築 安全規格適合機器 役割 適用例 紹介

2　瞬停再始動リレー

瞬停再始動 複数台設置 工場主回路 短時間 停電 発生 際

自動的 再始動 復旧作業 時間 未然 防止 再始動時 突入電流 時間的 分散 主回路 流 最大電流 抑制 小型 電源設備 容量不足

防止 投資 削減 省効果 期待

今回開発 MB4 図1 示 内容 紹介

2.1　瞬停再始動リレー「MB4」における改良点

⑴　再始動禁止 可調整化従来形 MB2 停電時間 長 再始

動 許容 無効 判断 設定 固定化 MB4 設定時間 調整

使 勝手 向上⑵　小型化 共用

従来形 MB2 外形 大 取付 配線用

専用 ATX1PS 対 MB4体積比 従来 65% 小型化 同時 適合汎用 MS4S 用 TP48X 共用

化 従来形 対応 DIN取付

2.2　瞬停再始動リレーの動作

図2 瞬停再始動 接続図 示 停電時間電源復帰時 動作 異 図3 動作用 違 説明

⑴　瞬時再始動

図1　瞬停再始動リレー「MB4」

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機械装置の信頼性を支える安全機器

石川　公忠 山先　孝雄 菅原　　聡

工場 鉄道 発生 事故 背景 機械 設備安全 関心 高 開発 瞬停再始動 停電時間 応 瞬時再始動 時限再起動 再始動禁止 三 機能 併 持 特徴 再始動制御 安全 行 非常停止 安全安全 両手操作 安全 安全規格適合機器 機械装置 低減 貢献

Against a backdrop of frequently occurring accidents at factories, railways and the like, interest in the safety of machinery and equip-ment is increasing. A newly developed short interruption restart relay combines the three functions of instantaneous restart, timed restart and prohibited restart in response to a power failure, and makes possible the safe implementation of the motor restart control. Also, a varie-ty of safety standard-compliant devices such as emergency switches, trip wire switches, safety door switches, light curtains, safety mats, two-hand control stations and safety relay units are provided and help to reduce the risk associated with machinery and equipment.

167（63）

停電 発生 電磁接触器 MC 自己保持解除 後 瞬時再始動時間 t1 以内 電源 復帰 出力接点 Ta 状

電磁接触器 MC 再 自己保持 自動的再始動

⑵　限時再始動停電時間 上述 瞬時再始動時間 t1 以上 場合 出

力接点 Ta 電源 復帰 限時再始動時間 td 経過後複数個 再始動 使用 場合 遅延時間

td 時間差 設 再始動順次再始動 突入電流 分

散 主回路 流 最大電流 抑制⑶　再始動禁止

停電時間 設定時間 t2 以上 電源 復帰 出力接点 Ta 手動 START

再始動 無効富士電機 瞬停再始動 停電時間 応 前述3 種類 動作 備 無人 電気設

備 信頼性 高 自動制御 行

動力中断後 自動再起動 機械装置 操作者 危険 及場合 3.2節 紹介 安全

用 対策 図 必要

3　安全規格適合機器

3.1　安全機器の市場動向

機械安全 国際規格 ISO 12100 機械類 安全性 基本概念 ISO 14121 労働者 安全 確保 機械 設備 安全対策 実施 故障 発生 誤 使 方 場合人 危害 及 要求 従来日本 労働者 安全 確保 重点

機械 設備 安全対策 進 2006年 労働安全衛生法 改正 2007 年機械 包括的 安全基準 関 指針 改正

国際規格 沿 機械安全 考 方 浸透始

安全対策 使用 機器 安全機能 信頼性 高次 特徴 汎用機器 区別

⒜　冗長化設計⒝　診断機能 故障時 安全側

設計⒞　無効化防止機能 持表1 図5 示 代表的 機器 個別説明

3.2　安全規格適合機器の特徴

⑴　非常停止用2007 年 開発 minico

制御盤内 省 化 貢献 好評 得 同機種拡充 2008 年 10 月 発売 非常

停止用 AR16V 特徴 紹介 図4

⒜　多接点化従来 富士非常停止用 接点数 1 2 個一般的 電気安全 回路 二重化 要求

多接点化 望 AR16V対 最大 4 接点

STOP

START MC

2

6

4

5

7

時限回路

MC

Ta

Tb

図2　瞬停再始動リレーの接続図

主電源瞬時再始動（ ＜ ）

電磁接触器MC

主電源限時再始動（ ≦ ≦ ）

電磁接触器MC

主電源再始動禁止（ ＜ ）

電磁接触器MC

：20msまたは175ｍｓ， ：0.5～ 4.5s 可変 ：0.2～ 3ｓ可変

停電時間：　

ONTOFFONOFF

ONOFFONOFF

ONOFFONOFF

t 2

t d

t 1

t 0

t 1 t 0 t 2

t 2

t 1 t 2t d

t 0

a

Ta

Ta

t 1

t 0

図3　再始動の動作パターン

表1　安全規格適合機器の機能と種類

機　能 種　類

危険が生じたときに機械を停止させるスイッチ

非常停止用スイッチワイヤトリップスイッチ

危険な箇所を隔離するガードの開閉を検知するセンサ 安全ドアスイッチ

人の侵入または存在を検知するセンサ ライトカーテン安全マット

人を安全な場所に固定し，機械を運転するスイッチ

両手操作ステーションフットスイッチ

上記機器を安全に制御する機器 安全リレーユニット安全コントローラ

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168（64）

minico 接点部一体構造 採用胴体 φ16 取付 穴 直接挿入限 胴体 中 効率 4 接点 配置

⒝　操作性 改良IEC 60947-5-5 機械的 機構 持 非常停

止機器 取付 穴径 5 倍 操作力 耐要求 φ16 場合 80N 緊急

時 操作 径 応 加減 難AR16V 規格 最大径 φ30 相当 150N 余裕

持 耐 構造 市場二 解除方式 存在

機械 操作 異 混乱 招 可能性解除

構造 安全性 確保 上 顧客 使 勝手 改良

⒞　照光品特 大型 機械 速 非常停止用

見 視認性 向上 必要φ16 取付 穴 対応 非常停止用初 照光付 加 光源

LED 採用 低消費電力化 CO2 削減

寄与⑵　

搬送設備 長 非常停止 必要 場合 引 停止機能 作動

適 図6 示 作業領域内 位置 操作 作業者 直接危険

回避 複数 非常停止用 設置 場合 比 配線工数 大幅 削減⑶　安全

安全 ISO 14119 装置無効化 防止 機能 求 図7

示 XCS 専用挿入 限 動作 機構 備

作業者 針金 一般的工具 用 無効危険 状態 機械 操作 防 停止指

令後 慣性 直 機械 停止 場合 開閉 機能 持 XCSE 後述 停止検知 組 合 使用

非接触型 安全 XCSDM 磁気部 機械的 接触 摩耗粉

発生 IP67 保護構造 持 半導体製造設備 水 使用 食品機械 適⑷　 安全

XU 人 侵入 検知IEC 61496 電気的検知保護設備 適

非常停止用スイッチ

両手操作ステーション 安全マットライトカーテン

安全リレーユニット 安全ドアスイッチ非接触形

図5　安全規格適合機器の設置例

ガード

専用アクチュエータ

アクチュエータ挿入口

安全ドアスイッチ

図7　安全ドアスイッチ「XCSシリーズ」

図6　ワイヤトリップスイッチ

図4　非常停止用スイッチ「AR16V」の外観

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169（65）

合 指検出用 手検出用 人体検出用各種準備 投 受光器間 距離 最大20m 長 安全柵 代用 使用

危険 外周 設置危険 内 存在 人 機械 判別 困難

場合 床 敷 人 存在 検知 安全XY2TP 適 検知加重 20 kg 以上

比較的大 工具 落下 対 誤動作仕様⑸　両手操作

両手操作 XY2SB 両手 使用押 場合 機械 始動 二

形押 非常停止用化 操作時 安全 確保

ISO 13851 両手操作制御装置 要求事項 準拠専用 組 合

体格 姿勢 合 設置高 方向傾 自由 調整⑹　安全 安全

強制 機構式 安全 組 合二重化 溶着検出 診断機能 備 安全回路

構成 開発設計 規格認定 要時間 投資 問題安全 XPS 安全制御部

回路 化 安全 容易 実現表2 示 ISO

13849-1 制御 安全関連部 規定各 使 分 XPS

3 単独 故障 安全機能 喪失 招 設計4 故障 累積 安全機能 喪失 招

設計 対応

安全 単一 安全機能 対応規模 大 機械 複数 安全機能 実現 場合

設置数 増加 配線 複雑 安全XPS MC 最大 32 点 機器 1 台

監視 配線工数 削減 貢献本製品 安全出力 半導体 接点出力 双方

内蔵 4A 負荷 対応 電磁接触器駆動 認証済

構築 簡単

表2　安全リレーユニット・安全コントローラとアプリケーション

安全リレーユニット・安全コントローラ形式

安全アプリケーション

適合カテゴリ

非常停止用スイッチ

安全ドアスイッチ

非接触式ドアスイッチ

ライトカーテン 安全マット 両手操作

ステーション オフディレー 停止検知

XPS AF ○ ○ 4

XPS ATE ○ ○ ○ 3

XPS AV ○ ○ ○ 4

XPS VNE ○ 3

XPS AK ○ ○ ○ ○ 4

XPS DMB ○ 4

XPS BF ○ 4

XPS MC ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 4

XPS MP ○ ○ ○ ○ ○ 4

＊1： ISO 13849-1（制御システムの安全関連部）

可動式ガード

ロック付き安全ドアスイッチ

XPS AK

ガードロック解除

停止検知安全リレーユニット

多機能形安全リレーユニット

XCSE

（S1，Ｙ1）Ｙ1

A1 41332313

42342414

B1

A2 B2

S21

S13 S14 S33 S34

S11 S12 S31 S3２S22

XPS VNE

Z1 Y33/Y43

Y44Y34

Z2

A2

Z3

14

13A1

51

52

21

22

入力B

K1

K2

K1 K2

K1

K2

A1/A2 ゼロ

スピード

K1

L1L2L3

K2

U

U

PE PE

PE

V W

M

V W

1 3 5

2 4 6

Y1

E1

E2

S3 確認

S1

S2

F

F

F

F

入力A

L（＋）F

N（－）モータ

Ｆ：ヒューズ

電磁接触器

図8　回転停止検知ユニットの接続例

＊1

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170（66）

安全機能 実現 各安全機器 機能 不具合発生時 状況把握 可能

3.3　モータ回転停止検知の適用例

XPS VNE 惰性回転 検知 安全逆起電力 検出 方式 採

用 近接 回転 不要設置 調整 手間 省 特徴

持 一般的 適用例図8 回路構成 説明

⑴　回転停止 検知各相 U V W XPS VNE 入力端子 Z1

Z2 Z3 接続 各相間 電圧 検出 電源 遮断 巻線 逆起電力 発生

逆起電力 回転速度 比例 監視電圧 判定値 下回 回転停止 判断

⑵　故障診断Z1-Z2 間 Z2-Z3 間 電圧 差 生 場合XPS VNE 間 配線 異常 判断 断線

故障 誤動作 防止⑶　可動式 電磁接触器 制御

可動式 閉電磁接触器 接点溶着 安全 XP

SAK 監視 接点溶着 異常時 出力接点 23-24 33-34 起動制御 回転中 付 安全

XCSE 可動式 固定 回転停止確認後 XPS VNE 指令 内蔵

駆動 解除以上 構成 慣性 装置 対 安全 確

保

4　あとがき

本稿 以前 提供 無人運転設備用 安全機器 加 客 自身 安全

認知 移行 潮流 応 新 安全規格適合機器 特徴 紹介 安全機器 検出機器 組合 提供 社会 貢献 安全 普及 努 所存

参考文献⑴ 　清水源広. 最新機器 技術. 富士時報.

2008, vol.81, no.3, p.242-245.

石川　公忠電磁接触器 開発 従事 現在 富士電機機器制御株式会社営業本部市場開発室 第一部課長補佐

山先　孝雄FA 設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部

菅原　　聡制御機器 FA 設計 従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部

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171（67）

1　まえがき

近年 企業 事業継続 BCM 注目地震 台風 自然災害 対 企業 社会的責任 強 求 電源給電 信頼性 高

事業継続 達成 上 重要 解決策 雷害 給電 各種電気設備 機器 守 雷保護対策 必要性 認識

電気学会技術報告 高度情報社会 雷害問題 実情 研究課題 第 902 号 2002 年 二次災害 含年間 雷被害総額 1,000 億円 2,000 億円 推定

電子化 化 高度情報化社会 進展 機器 省電力化 低電圧化 小型化

進 雷 電圧 電流 影響 雷害 増大大 要因 巨大 雷 脆弱

機器 守正 安全 機能 雷保護 構築 急

状況下 図1 示 雷保護保護体系 関連 JIS ①建築物 雷保護 関

外部雷保護 内部雷保護 ②建築物内 電気設備 雷保護 規格化

外部雷保護 受雷部 避雷針 捕捉 雷電流 引 下 導体 接地 速 大地 放流 内部雷保護 雷電流 建物内部 金属部分 鉄骨 発生 過電圧抑制 電位 安全離隔距離 確保

本稿 ②電気設備 雷保護 機能 果防護

注

以下 避雷器 種類 動作原理使用回路例 雷 機器 設備 保護

適用技術 概説

2　雷保護の考え方

2.1　雷の種類と保護

雷 種類 直撃雷 誘導雷 大別 雷 種類 応避雷対策 重要

直撃雷 一般的 落雷 雷放電 人 建築物 送電線直接落雷 時 流 雷電流

200 kA 超 大 電流 人命 奪建物 破壊 爆発 火災 起 大 被害 引

起 直撃雷 対 建築物 外部雷保護内部雷保護 設 保護 一般的

山頂 無線中継局 配電線 放流 雷電流 近隣 悪影響 及 条件満 場合 直撃雷用 避雷器 設置 保護

誘導雷 直撃雷 建築物 配電線 樹木

建物の保護JIS A 4201

電気設備の保護JIS Z 9290-4

外部雷保護システム（外部 LPS*）

受雷部引下げ導線接地

等電位ボンディング絶縁

™サージ防護デバイス™金属部への接続

等電位ボンディング電磁遮へい接地隔離（絶縁）

JIS C 0664

JIS C 5381-1JIS C 5381-12JIS C 5381-21JIS C 5381-22

内部雷保護システム（内部 LPS*）

雷保護システム

*LPS（Lightning Protection System）：雷保護システム

図1　雷保護システムの保護体系と関連 JIS

注 防護 JIS C 5381-1:2004 SPD Surge

protective devices 呼称

称

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特集2

特集2

電子機器・設備保護のための低圧用避雷器の適用技術

石川　雅英

雷害 増大 避雷器 JIS 制定 雷保護意識 高 避雷器 需要 拡大 富士電機 需要 応電源用 通信 信号用 低圧用避雷器 製品開発 化 取 組 電源用避雷器 被保護機器 電源線接地端子 間 設置 計装 信号用避雷器 側 監視室側 被保護機器 設置

望 SPD 避雷器 分離器用 配線用遮断器 雷 電流耐量試験結果 基 不要動作 発生接点溶着 不具合現象 生 配線用遮断器 機種選定

Demand for surge protective devices (SPDs) has grown and awareness of the need for lightning protection has risen as a result of an in-crease in lightning hazards and the effect of establishing a JIS for SPDs. To meet this demand, Fuji Electric has worked to develop products and to enrich its product series of low-voltage SPDs for power supplies and for communications and signals. A power supply SPD is installed between the power line and ground terminal of the device to be protected. For instrumentation systems and the like, signal SPDs are desir-ably installed near the devices to be protected on the sensor-side and on the monitoring room side. For SPD disconnector use, molded case cir-cuit breaker models can be selected such that, based on the experimental results of the lightning surge current tolerance of molded-case cir-cuit breakers, unwanted behavior and failures such as fusing of the contacts do not occur.

172（68）

落 際 流 雷電流 電磁誘導 配電線信号線 金属構造物 発生 過電圧 過電圧

建物内 設置 電気設備 機器 電源 大地間 絶縁破壊 起 機器 誤動作 引 起

誘導雷 対 電磁遮蔽 等電位配線工事 工夫 雷 影響 低減重要 最終的 避雷器 設置 雷電

流 大地 放流 機器 絶縁破壊電圧以下 電圧 抑制 保護

2.2　誘導雷の侵入経路とその対策

図2 誘導雷 侵入経路 示 配電線 通信信号線 通 侵入 雷 建物 避雷設備

落雷 建物鉄筋 鉄骨 誘導 雷地中 埋設 接地 接地線 侵

入 雷 考 雷 電気設備 機器 保護 雷 侵入口 避雷器

設置 避雷器 通 雷 電流 大地 放流避雷器 設備 機器 接地 共通化 被保護

機器 過電圧 印加 図3 避雷器 設置場所 示 電源用避雷器 信号回路用避雷器 被保護機器 見合 性能 仕様 持 避雷器 適切 設置

設備 機器 保護 必要

3　避雷器の種類と動作原理

JIS 低圧配電 接続 避雷器 通信信号回路 接続 避雷器 所要性能 試験方法 規定

電源用避雷器 信号回路用避雷器動作原理 記述 図4 避雷器 動作原理図 示

⑴

電源用避雷器 一般的 1 電圧制限型避雷素子使用 例 多 避雷素子 金属酸化物

MOV 特 酸化亜鉛 ZnO 主流MOV 電流耐量 大 放電後 続流

電源線 大地間 接続 電源用避雷器 適素子 MOV V-I 特性 示 平常時 高

対 雷 侵入時電流 電圧 増加 従 連続的

減少 機器 絶縁耐電圧以下 電圧 抑 機器 電源－大地間 絶縁破壊 抑止

信号回路用避雷器 電圧制限形素子 電圧形素子 組 合 2 複合型避雷器 一般的

抑圧特性 応答特性 優 電圧制限形素子ABD 耐量 大 電圧 型素子

入 放電管 GDT 組合 耐量 低 電子機器 保護 万全 平常時 放電管 高 雷 侵入時

電流 分流 電圧電流通過 放電管端子電圧 上昇 放電管 放電端子電圧 数 V 程度 制限 機器 対地間絶縁

破壊 抑止

落雷

放射電磁波③アンテナ

①配電線

サージ サージ

サージサージ

サージ

②通信・信号線

④接地線

電気機器

図2　誘導雷の侵入経路

アンテナ

配電線

サージ

サージ

E

サージ

サージ

（注）（注）テレビの場合アンテナと　　　電源線の間に入れます。

サージ通信・信号線

接地線

電気機器

避雷器

避雷器 避雷器

図3　避雷器の設置場所

™電源用避雷器

電圧

0 時間

1.0kV0.5kV

1kA1mA電流（log目盛）

MOVの － 特性V I電圧（log目盛）

™信号回路用避雷器

回路構成

回路構成 電圧応答波形

電圧

0 時間

電圧応答波形

図4　避雷器の動作原理図

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173（69）

4　避雷器の選定と設置方法

4.1　避雷器の選定

避雷器 選定 配電線 発生 誘導雷電圧 大 把握 重要 図5 低圧配電線 発生 誘導雷過電圧 観測例 示

⑴

柱上取 付 過電圧波高値 発生頻度

測定 雷過電圧 発生割合 観測例70% 2 5 kV 範囲内 10 kV 程度 雷過電圧

10% 程度 確認 加味雷過電圧 累積分布 低圧配電回路 雷過電

圧 3 30 kV 想定⑵

過電圧 機器設備 印加 接地抵抗 通 大地 放流 接地抵抗 10 100Ω 雷 電流 接地抵抗低 想定 3kA 程度 雷 電流

設備 機器 保護 富士電機 電源用避雷器最大放電電流 Imax 10 kA 20 kA

電源用避雷器 選定 避雷器 電圧防護 適用回路 定格電圧 相数 従 機種選定 行 通信 信号回路 適用 避雷器 関

接続 装置 機器 多種多様 仕様 用途 適機種 選定 重要 被保護機器 充電部

-接地間 絶縁耐力 耐電圧 適合 避雷器 選定信号電圧 電流 伝送特性 周波数帯域 挿入損失

伝送速度 配線心線数 考慮 選定 必要表1 避雷器 代表的 種類 仕様 示

4.2　避雷器の設置方法

電源用避雷器 被保護機器 電源線 接地端子 間設置 基本 避雷器 雷 侵入口

幹線用 配線用遮断器 MCCB 負荷側 後述SPB 分離器 配置 避雷器 通常絶縁物

作用 侵入時 一種 短絡状態 接地電位 等電位化 図 機器 過電圧 印加防 雷 通過 避雷器端子間 制限電圧 機器 絶縁破壊 守 機器 接地 避雷器 接地 等電位化 重要 図6 示 避雷器 接地端子 被保護機器 接地端子 接続 避雷器

接地端子 盤 装置 接地端子 最短距離 接続必要 同一盤内 同一電源 配線

多数 被保護機器 対 基本的 電源入口設置 一台 避雷器 機器 保護避雷器 設置位置 10m 以上離 位置 被保護機器

場合 避雷器以降 配線 条件 避雷器 制限電圧以上 電圧 恐 機器直前

避雷器 設置 推奨計装 熱電対 流量計

設置 現場 計器 設置 監視室 離一般的 監視室 信号線

通信線 誘導雷 誘起 避雷器側 監視室側 被保護機器 設置 機

器保護上望 PLC機器 信号伝送回路 CPU

入出力 通信 間 通信線 誘導雷 誘起 同様 避雷器 被保護機器 設置望 図7 信号回路用避雷器 設置例 示被保護機器 電源回路 保護 関 電源用避雷器必 併用 重要 信号線 通信線外部 敷設 場合 金属管 収納誘導 過電圧 侵入 防止 大切

5　SPD分離器としての配線用遮断器

避雷器 分離器 JIS SPD 分離器 SPD discon-nector 呼称 JIS C 5381-1 JIS C 5381-12 避雷器 故障 場合 避雷器 系統 切 離 装置系統 持続的 故障 防 避雷器 故障 表示

定義 SPD 分離器 役割 ①避雷器 破損 劣化 他 回路 波及事故 防

遮断 行 ②設備 装置 耐圧試験 絶縁抵抗試験 行 避雷器 交換

回路 断路 富士電機 SPD 分離器 高遮断容量 栓形 接続 推奨

取扱 利便性 考慮 避雷器組 合 使用 配線用遮断器 試験検証 行

選定 説明

発生頻度（%）

00 5 7 10 15以上

雷過電圧（kV）

雷過電圧レベル （kV）

（a）低圧配電線の雷過電圧電圧別発生頻度

（b）低圧配電線の雷過電圧累計分布

1009080 70.4

：横軸に示す値以上の割合

14.14.8 4.6 6.1

70605040302010

ある過電圧 以上の

頻度 （%）

11

10

100 : 東京電力観測結果（観測累計460）: 耐雷設計ガイドブック（観測累計187）

= ・ （%） =100， =14

下限値を1kVで基準化した雷過電圧分布

10Pvp

Pvp

Vp

V p

VKK n

pn－

図5　雷サージ電圧の観測例

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174（70）

配線用遮断器 JIS 規定 雷 対試験項目 耐電圧試験 規定雷 電流耐量 関 規定 SPD 分離器

検証 不十分 SPD 分離器 配線用遮断器 適用 避雷器設置場所 想定短絡電流

対応 遮断容量 持 機種 選定

表1　避雷器の種類と主な仕様（1）電源用避雷器

形　式 CN23211 CN23212 CN23232 CN2324E CN2324L CN23311 CN23312 CN23332 CN2334E

適用回路定格電圧（最大連続使用電圧）Uc（50/60Hz）

1φ2W

120V

1φ2W

240V

1φ3W

100/200V

3φ3W

240V

3φ3W

440V（対地間用）

3φ3W 440V（線間用）

1φ2W

120V

1φ2W

240V

1φ3W

100/200V

3φ3W

240V

3φ3W

440V（対地間用）

試験クラス（JIS C 5381-1） クラスⅡ

最大放電電流Imax（8/20μs）

対地間 10kA 10kA 10kA 10kA － 20kA 20kA 20kA 20kA

線　間 5kA 5kA 5kA － 5kA 5kA 5kA 5kA －

公称放電電流In（8/20μs）

対地間 5kA 5kA 5kA 5kA － 5kA 5kA 5kA 5kA

線　間 1.5kA 1.5 kA 1.5 kA － 1.5 kA 1.5 kA 1.5 kA 1.5 kA －

放電開始電圧V1mA

対地間 420～520V

610～750V 610～ 750V 990～

1,210V － 420～520V

610～750V 610～ 750V 850～

1,100V

線　間 240～310V

420～520V 420～ 520V － 800～

1,100V240～310V

420～520V 420～ 520V －

電圧防護レベルUp

対地間 1,100V以下

1,500V以下 1,500V以下 2,500V

以下 － 1,100V以下

1,500V以下 1,500V以下 2,500V

以下

線　間 700V以下

1,100V以下 1,100V以下 － 2,000V

以下700V以下

1,100V以下 1,100V以下 －

（2）通信・信号用避雷器

形　式 CN227-RS42 CN227-RS44 CN227-RS44A CN227-350S CN227-SD CN227-UCP CN227-NT CN227-TV

用　途

RS-485，PLC(T リンク )，リモートターミナルDC60V以下の信号回路

RS-485，リモートターミナル，DC24V以下の信号

回路

放送スピーカ回路AC100/200V接点信号回路

一般電話回線用

一般電話回線用

（モジュール形） ITV・監視カメラ用

BS/CSデジタルTV用

2線式 4線式 小静電容量形，４線式 ４線式 2線式 ２線式

最大連続使用電圧Uc DC60V DC27V AC275V/DC350V DC180V DC170V DC30V DC60V

定格電流 500mA 100mA 2A 120mA 130 ｍ A 250mA 500mA

伝送周波数帯域 DC～2MHz DC～ 500kHz DC～ 100kHz DC～5MHz

DC～10MHz

DC～10MHz

DC～2.2GHz

挿入損失 1dB以下 1dB以下 1dB以下 1.5dB以下 1dB以下 1.5dB

以下0.5dB以下

直流抵抗 0.1Ω以下 5Ω±10％（1線） 0.5Ω以下 20Ω以下

（1線）13Ω以下（1線） 4Ω以下 －

直流動作電圧V1mA

線　間 DC82V±10％ － － － － － －

対地間 － 1,2,3,4-5,8 間：　DC33V±10％

1,2,3,4-5,8 間：　DC470V±10％ － － － －

直流放電開始電圧（100V/s）

対地間 DC90V±20％ 5,8-6,7 間：　DC90V±20%

5,8-6,7 間：　DC90V±20％

DC230V±20%

DC175～ 275V

DC90V±20％

DC90V±20％

電圧防護レベル（インパルス制限電圧Up）

線　間 400V以下 A,B,C,D 相互間：　100V以下

A,B,C,D 相互間：　1,300V以下

400V以下

300V以下

250V以下 －

対地間 400V以下

A,B,C,D-E,H 間：　100V以下

A,B,C,D-E,H 間：　1,300V以下 400V

以下300V以下

250V以下

600V以下

（中心導体～外部導体間）

E,H-F,　G間：　600V以下

E,H-F,G 間：　600V以下

インパルス耐久性

カテゴリC2（8/20μs） 10kA 10kA 10kA 10kA 10kA 10kA 10kA

カテゴリD1（8/350μs） 2.5kA 2.5 kA 0.5 kA 5kA 2.5 kA 2.5 kA 2.5 kA

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175（71）

雷 電流通過時 配線用遮断器 性能検証 必要

富士電機 提供 電源用 最大放電電流値試験 Ⅱ　8/20 μs 見合 雷 耐量試験

富士配線用遮断器 EA30 50 SA30 50 試験検証 表2 試験結果 代表例 表3 電源用避雷器 SPD 分離器 選定表 示

5.1　導電部の過電流耐量（熱的損傷）

配線用遮断器 雷 電流 流 場合 雷 電

流 通過 電流二乗時間積 I2t 短絡遮断試験時全遮断 I2t 大 導電部 溶断 電磁

損傷 発生 恐 試験検証済 栓形容量 基 30A 定格品 10 kA 50A 定格品

20 kA 雷 電流通過 異常 生 確認

5.2　電磁コイルの絶縁破壊，機械的損傷

完全電磁式 配線用遮断器 過電流 検出電磁 使用 電磁

成分 雷 電流 影響 過電圧 発生電圧 絶縁破壊電圧 超 閃絡

生 30A 定格品 10 kA 50A 定格品20 kA 雷 電流 確認 電磁 不具合現象 発生

5.3　瞬時引外し機構の不要動作

電源用避雷器 最大放電電流値 配線用遮断器 瞬時引外 電流 大 瞬時引外 機構 働 配

線用遮断器 不要動作 懸念 電流通過時間 極 短時間 瞬時引外 機構 応答不要動作 誤動作 現象 発生

5.4　接点の溶着現象

配線用遮断器 雷 電流 大 電流 流場合 可動 -固定接点部間 電磁反発力 瞬間的

接点 浮上 再接触時 溶着 生 可能性 試験結果 10 kA 雷 電流 接点 浮上 現象

インバータ

インバータ

インバータ

幹線用ＭＣＣＢ6kV

SPD分離器

避雷器の接触端子

電源用

避雷器

盤の接地

被保護機器の接地端子

3～9台のインバータ回路に1台の避雷器を設置

以下同上（注）インバータの接地線と避雷器の　　　接地線を接続して1点接地とする。

分器用ＭＣＣＢ

M

M

M

図6　電源用避雷器の設置例

測温抵抗体

発信器

発信器

アース線

アース線

信号用

信号用

制御用

接地端子 接地端子

接地線

4～20mA

DC24V制御用電源

DC24V制御用電源

DC24V制御用電源

4～20mA

避雷器

避雷器

避雷器

制御用

避雷器

制御用

避雷器

信号用

避雷器 メータ記録計PLCなど

温　度調節計

信号用

避雷器

信号線 信号線

上下水処理場

熱電対

熱電対

トランスデューサ

トランスデューサ

集中監視室各種センサ

流量センサ

図7　通信・信号用避雷器の設置例

表2　雷サージ電流耐量試験例

供試品形式 EA33AC 30A 定格 EA53AC 50A 定格

試験検証項目試験電流（8/20 μs） 試験電流（8/20 μs）

5kA 10kA 15kA 20kA

不要動作 無 無 無 無

接点の浮上り現象 無 無 有 有

接点溶着 無 無 無 無

導電部の損傷 無 無 無 無

電磁コイルの損傷 無 無 無 無

試験後の動作（200%過電流引外し動作試験）

良 良 良 良

表3　電源用避雷器とSPD分離器選定表

避雷器形式 CN232シリーズ CN233シリーズ

最大放電電流 （8/20μs）10kA （8/20μs）20kA

ＳＰＤ分離器

配線用遮断器形式

EA33AC/30

SA33C/30

SA53C/30

SA53RC/30

EA53AC/50

EA53C/50

SA53C/50

SA53RC/50

定格遮断容量

AC230V(kA) 2.5 5 10 25 2.5 5 10 25

AC440V(kA) 1.5 2.5 7.5 10 1.5 2.5 7.5 10

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176（72）

発生 15 20 kA 接点 浮上 現象見 接点 浮 上 微小 発弧現象 認

接点溶着 結 不具合 発生

6　あとがき

雷保護対策 考 方 基 避雷器 種類 動作原理機種選定 SPD 分離器 選定 概説 雷保護関連 JIS 整備 雷保護 関 関心

高 今後 客 批判 仰 避雷器 適用技術 充実 多様 要求 応商品化 図 所存

SPD 分離器 配線用遮断器 適用検討試験設備 使用 株式会社昭電殿

感謝 申 次第

参考文献⑴ 　 2.2 雷 防護 SPD 種類 特徴 構造

機能 . 最新 雷 　防護 設計. 日本規格協会.

電子情報技術協会雷 防護 設計委員会. 2006.

⑵ 　 第3章 建造物 侵入 雷 様相 . 雷 高度情報化

社会. 電気設備学会. 1999.

石川　雅英低圧回路遮断器 電磁開閉器 制御汎用電気機器 設計 開発企画 従事 現在 富士電機 株式会社営業本部営業企画室

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177（73）

1　まえがき

富士電機 配電系統 接続 電線 機器 過電流保護 配線用遮断器 始動 停止 過負荷保護

行 電磁開閉器 各種機械 装置 使用 操作用表示灯 代表 電気回路 保護 開閉 制御

開閉機器 提供開閉機器 半導体 使 製

品 大半 開閉機器 接点 機械的 接触極 動作

動作 数百 高電圧 数百 大電流 瞬間的 遮断 技術 逆 電流 変化

遮断 技術 耐久性 1,000 万回以上保障 品質 信頼性 確保 開閉時 電流

抑 技術 分野 長年経験 積重 上 成 立

近年 計算処理 進歩多 物理現象 予測

開閉機器 多技術 補 計測技術 開発 適用

性能 信頼性 確保 本稿 高品質 高性能 確保 最新 技術 計測技術 製品開発 適用 紹介

2　開閉機器と要素技術

図1 代表的 開閉機器 要素技術 示電磁界 熱 機構 強度解析 解析技

術 測定技術 駆使 時代 対応 高機能 小型化 高信頼性 製品開発 進 開閉機器 － 機械的 機構 接点

駆動力 蓄積力 電磁石 電磁力 用 場合 製品開発 機構要素

電磁力 精度良 推定 電磁界解析 技術 必要 電磁界 解析技術 挙動予測高周波 電磁 電磁 解析 多 適用分野 持 技術 一

接点投入時 衝突現象 跳返 発生 接点 接触 開離 繰 返

電気的 原因 接点寿命影響 与 小 望現在 構造 機構解析 電磁界解析 組 合

精度良 予測⑴

接点 接触抵抗 発熱 主原因 定格電流 小電磁 問題 配線用遮断器

数十 以上 通電 機器 開閉機器 温度上昇 問題 電流 熱 連成解析技術 配線用遮断器 程度 温度上昇事前 予測 適切 導体 通電容量 筐体

形状 最適化 行 近年 省 化配線用遮断器 小型化 傾向 発

熱 問題 表面化 過電流検知用 開閉機器 多 開閉機器 中

温度上昇 事前 予測設計上 重要

⑵

開閉機器 手動操作 影響 受 速入速切 基本要求事項 配線用遮断器 短絡時大電流 遮断 早 安全 行 性能

接点 開 発生挙動予測 爆発的 発生 圧力流 予測 技術 必要 現在 筐体 接点

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開閉，操作・表示，制御機器の最適設計技術

坂田　昌良 恩地　俊行

開閉 操作 表示 制御機器 高性能 高品質 達成 独自 技術 計測技術 工夫開発 行 開閉機構 利用 用 品質 向上 動作機構 利

用 開発 渦電流 考慮 電磁界解析 適用 行 近年関心 高 直流遮断 開発挙動 計測技術 遮断特性 技術 短絡時 発生 高温 温度評価技術 漏洩

電流評価技術 用 絶縁空間 最適化 行 小型化 低消費電力化 貢献

In order to achieve a high level of performance and high quality with switches, operation/display devices, and control devices, proprie-tary simulation technology and measurement technology are being developed. Simulations have been performed to enhance the quality of the snap action of switching mechanisms, and electromagnetic field analyses accounting for eddy currents were applied to the development of so-lenoids used in moving mechanisms. Moreover, in the development of DC breakers, for which there has been intense interest recently, tech-nologies for measuring arc behavior, for simulating breaker characteristics, for evaluating the temperature of hot gas generated during a short circuit and for evaluating leakage current were used to optimize the arc space and to realize a more compact size and lower power consump-tion.

178（74）

材質 選定 遮断時 発生 量熱 精度良 予測

考慮 筐体 強度解析 短絡時 安全 遮断器設計 可能

⑶ ⑷ ⑸

3　製品開発での適用事例

3.1　スナップアクションの動作特性予測技術

開閉機器持 動作機構 用

多 変形過程 平衡点 越 自 復元力 変

形 進 特性 利用

動作 代表的 構造 薄 円盤状 板 凸形状加工 皿状 知 富士電機

図2 示 形状 打 抜 平板 図2 黒線 A1 A2 間 幅寄 凸形状 図2

緑線 反転 用 反転P1 点 力 作用 過電流

変位 平衡点以上 達 急激 P2 点変形 接点 動作 仕組図3 幅寄 時 角度 反転荷重

求 結果 過電流検知 特性 一定 反転 反転荷重

電磁開閉器・サーマルリレー マニュアルモータスタータ 操作表示機器高圧真空遮断器 配線用遮断器・漏電遮断器

熱冷却技術 /電流－熱連成解析 強度・疲労寿命予測技術衝撃・強度解析

機構・機械要素技術スナップアクション解析

接点技術 /接点バウンス解析絶縁・シールド技術遮断技術 /アーク挙動，ガス流解析

電磁操作技術渦電流を考慮した電磁界・運動連成解析

要素技術

開閉機器

図１　開閉機器と要素技術

ストローク

反転ばね特性

荷重6050403020100

－6－5－4－3－2－1 1 2 3 4 5 6－10－20－30－40

（a）反転ばね （b）反転ばね特性

カシメ位置P2：動作点P1：作用点

図2　反転ばねとばね特性

角度設定②角度設定①

反転荷重

反転荷重ばらつき①

反転荷重ばらつき②

幅寄せ量

カシメ角度

カシメ角度

幅寄せ量：小幅寄せ量：中幅寄せ量：大

（a）幅寄せ時のカシメ角度 （b）反転荷重のばらつき

図3　カシメ角度と反転荷重のばらつき

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179（75）

抑 必要 解析 用製造時 中 最 特性安定 幅寄 位置 角度 特定 品質 安定 確保

機構 用機器 多

⑹

図4 用例 示

作用点 端部 単純検討 途中

作用点 置 場合 自体 弾性変形 影響形状自体 化 必要

図4⒜ 初期状態 下方 引 張動作板 支 右側 傾 状態 支

静止 図4⒝① 作用点 力 加弾性変形 図4⒝② 反転荷重 達

動作点 瞬間的 左方向 移動 図4⒝③動作過程 個々 部品

摩擦 慣性 複雑 連動 静的 機構解析現実 運動 再現 製品開発

動解析 用 一連 動作 再現

3.2　ソレノイドの動作特性予測技術

電磁 電磁接触器 接点駆動機構 漏電遮断器 機構 高圧真空遮断器 投入機構

用 設計 関電磁界解析技術 進歩 高 精度 電磁駆動力 予測 開閉機器 動作過程 過度現象 渦電流 現象 考慮

過渡電流 高周波 同様 渦電流 発生 構造体 表面 電流 集中 結果 電磁力

大 方向 影響 及 小型 電磁開閉器 積層板 形成 交流電磁石 影響 少 大型 直流電磁石 影響 顕著 図5 高圧

真空遮断器 用 磁束分布 計算 求結果

解析 質量 負荷機構全体 減衰 電源部 整流回路 含

化 運動 電磁界解析 連成解析 行渦電流 考慮 場合 均一 磁束分布 対 渦電流 考慮

表面層 磁束 集中 分図6 電流波形 計算 結

果 電源投入 動 出 時間渦電流 考慮 実測 一致 分

3.3　直流遮断性能の予測技術

近年 温室効果 排出抑制 関心 高太陽光発電 代表 直流給電 適用拡大 急速 進 直流給電系統 保護 配線用遮断器 接点開離時 発生 電圧 電源電圧対 逆電圧 作用 限流遮断 行 方式 適用

遮断性能 精度良 予測挙動 正確 把握 電圧 考慮

配電系統 解析技術 必要挙動 評価 方法 高速度

観測 一般的 限 消弧大 処理 配線用遮断

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180（76）

作用点 作用点作用点

①動作点

支え

動作点：接点を動作させる位置作用点：バイメタルの力を作用させる位置

②動作点

動く順序

（a）モデル （b）動作順

③動作点

動作点が左方向に移動し，前にある接点を押す。

図4　スナップアクション部品とその動作

実測値（電流）

渦電流あり（電流）

渦電流あり（ストローク）渦電流なし

（電流）

渦電流なし（ストローク）

実測値（ストローク）

時間

ストローク，電流

図6　ストロークと電流波形（渦電流の影響比較）

ヨーク

コイル

ブランジャ

渦電流なし 渦電流考慮

密度大

小

図5　高圧真空遮断器用ソレノイド（磁束密度）

器 内部 充満 高温 高密度放射光 直接観測 困難

気体 構成 原子 分子 消弧 内部 至 所 放射光 吸収 再放出 繰 返

電流 形成 磁場 測定変化 挙動 観測 方式考案 磁場 測定 線径 0.05mm 銅細線

状 形成 用 図7 示消弧室側面 状 配置

両端 発生 起電力 E 式⑴ 表鎖交 磁束 変化率 比例 値

　 　　　　 ⑴

　　 n 巻 数　　φ 鎖交磁束遮断動作 進行 伴 位置 図7 示 接点

紙面左方向 移動 配置直近 通過 際 磁束 向 反転

⑴式 誘導起電力 E 符号 逆転検出 挙動 知

前述 手法 使 挙動 考慮 直流電流遮断技術 開発 遮断特性 予測 行

解析結果 一例 図8 示 予測結果 実測一致

交流配電系統 電流遮断技術

⑶

直流遮断 技術 組 合直流電源 対応 配線用遮断器 結線方法 2 極

3 極直列接続 考慮 加 解析構築

3.4　アークスペースの予測技術

短絡電流 遮断 際 遮断器 排気口 化高温 排出 導電性 例遮断器 電源側端子 配電盤筐体 接地金属

間 短絡 可能性 防 配電盤 小型化要求 応 適切 絶縁空間確保 必要 高温 中 漏洩

電流評価技術⑺

高温 温度評価技術 開発⑴　高温 中 漏洩電流評価技術

配線用遮断器 排出 高温 距離徐々 冷却 導電性 低下 高温

dtd

nE＝－φ

可動子（開極位置） サーチコイル

可動子（開極位置）

接点

固定子

図7　サーチコイル配置状況

Probe1

Probe2

Probe3

V

I

500Ω

1MΩ

20kΩ

100mm

70mm

40mm

3mmφ1

48V

図9　高温ガスのコンダクタンス測定回路

00 20 40 60 80 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

遮断器～接地電位までの距離 （mm）L

漏洩電流値 （p.u.）

I

実測値（ =7.3Ω）R推定値

図10　遮断器～接地電位間距離と漏洩電流の関係

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

アーク電圧 遮断時間

アーク電圧，遮断時間

実測解析

図8　遮断特性の予測結果

開閉，操作・表示，制御機器の最適設計技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集2

特集2

特集2

181（77）

噴出 際 排気口 配電盤筐体間 複数地点導電性 測定漏洩電流通過経路全体 抵抗値 推定 次 抵抗値 充電部 電位 漏洩電流値 求図9 測定回路 示 高温 到達

範囲 設置 間 直流電圧 印加 間 導電性 通過

間 微小電流 通電 電流 間 電位差 算出

測定 値 元 漏洩電流値 求 結果 図10 示 同図

推定 漏洩電流値 実際 測定 値 傾向一致 結果 地絡実験 繰 返 必要

推定⑵　高温 温度評価技術

縮小 噴出 温度 低下導電性 低減 有効

噴出 非常 高温 非接触 測定 前提 高温 放射光 利用 温度 算出 具体的 温度測定 広

用 二線強度比法 適用 高温中 原子 放射光 分光 2 本 輝線 I1

I2 強度比 温度 得 方法高温 温度 T 下記 式 算出

　　　　　　　　　　　　 ⑵

　　 T 温度　　 k Boltzmann 定数　　λ 波長　　 g 上準位 縮退度　 　A 遷移確率　　 E 上準位　　 I 輝線 放射強度

g A E⑻

公開 値 使用 I1 I2 実測輝線 選定 当 遮断器 構成 部品 熱 化 想定 図11

観測 波形 一例 示 電極材料銅 接点材料 銀

観測 分 中 単 発光強度 高 他 重

準位差 比較的大 選定 銅原子 放射 510.6 nm 515.3 nm

図11中 ② ③ 強度比 用 温度 算出

温度評価技術 基 噴出 温度低減 検討 結果 一例 以下 示 遮断部 構造 簡略化 遮断器 用

熱 利用 構造体蒸発 発生 近

傍 高温 作用 冷却 試表1 温度測定結果 比較 示 1

場合 2 場合 噴出 温度 約1,000K 低下 結果 高温

導電性 約 1/2 程度 低下 推定 高温 低減 対 有効分

4　あとがき

数多 電気機器 中 開閉機器存在 役割 重要 高 信頼性 求

今回 紹介 開閉機器 要素技術 長年 開発 設計 製造 中 蓄積 技術 一部 日々進歩 技術 取 入 従来 観測

事象 数値化 過去 蓄積 比較検証新 知見 性能 品質 改善 図

技術 積重 着実 実施品質 信頼性 向上 努

所存

参考文献⑴ 　和田正義 . 交流電磁接触器 動的挙動 解析. 富士時

報. 2002, vol.75, no.9, p.535-538.

⑵ 　内山拓 . 熱変形解析 信頼性

向上. 富士時報. 2009, vol.82, no.3, p.188-191.

⑶ 　恩地俊行 . 配線用遮断機 遮断 技術.

富士時報. 2003, vol.76, no.4, p.217-220.

⑷ 　中村修, 恩地俊行. 低圧遮断器 流解析技術. 富士時報.

0

500

500 510 520 530

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

波長（nm）

発光強度（任意） ①（銅）

②（銅） ③（銅）

④（銀）

⑤（銅）

図11　発光スペクトルの観測例 表1　適用したプラスチック材料と噴出ガス温度

プラスチック１ 6,990K

プラスチック２ 8,030K

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特集2

特集2

182（78）

T＝－

－E1 E2

λλ

k ln ln2 2 1

1 1 2

1

2

2007, vol.80, no.3, p.199-203.

⑸ 　中野雅祥 . 低圧遮断器 筐体 強度解析技術. 富

士時報. 2007, vol.80, no.3. p.195-198.

⑹ 　清水源広 . 最新機器 技術. 富士時

報. 2008, vol.81, no.3, p.242-245.

⑺ 　恩地俊行 . 配線用遮断器 排出 高温 特性

放電特性 関係 . 電気学会放電研究会資料. 2005, vol.ED-

05, no.37-51, p.73-77.

⑻ 　 国立標準技術研究所. NIST Atomic Spectra Da-

tabase .

　 http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/index.html,

参照 2009-11-30 .

坂田　昌良機械系 技術 開発 製品適用従事 現在 富士電機機器制御株式会社技術 開発本部技術部 日本機械学会会員

恩地　俊行低圧遮断器 研究開発 従事 現在 富士電機

株式会社先端技術研究所基礎技術研究 電磁気応用研究部 電気学会会員

開閉，操作・表示，制御機器の最適設計技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

特集2

特集2

特集2

183（79）

1　まえがき

地球規模 環境問題 将来 環境変動数値示 CO2 排出量削減目標 設定

向 取組 広 CO2 排出量削減 省 省 取組 一般家庭 産業分野 積極的 進

2009 年 12 月 合意 気候変動枠組条約第 15回締約国会議 COP15 協定 日本 1990 年比 25% 温室効果 削減 目標今後 省 促進 必要

一般家庭 電力消費量 照明機器 全体 16%占 冷蔵庫 大 光源 低消費

電力 発光 LED 用 LED 照明 置換 進 LED 長寿命 発光素子 小 照明器具 小型化 光 制御 容易

特徴 可視光以外 光 含紫外線 被照射物 色 心配

必要⑴

LED 特徴 一般照明適用 産業用照明機器 表示器 注目

富士電機 産業機器 産業 販売省 取 組 今回 産業分野

展開 主 目的 LED 照明 表示器 要素技術 開発 試作 紹介

2　LED照明・表示器の構成

一般的 LED 照明 表示器 多 LED 素子 並直接照射 方式 採用 方式 照度 高

LED 素子 数 比例 消費電力 増加 発熱量

増 温度管理 要求 厳 産業用機器組込 適 場合

機器 組 込 最適 照度 省 達成導光板 用 方式 採用 LED 照明 表示

器 要素技術 開発 図1

導光板方式 後述 特殊 加工 施 透明樹脂 導光板 高輝度 LED 内蔵 LED 光源部 導光板 両端 備 簡単 構成 従来 LED 照明

比較 大幅 省 期待 蛍光灯外

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普通論文

産業機器向け LED照明・表示器の要素技術

吉田　　隆 平山　紀友 坊野　憲司

LED 発光効率 高 紫外線 色 起 特徴 一般照明 産業用照明機器 表示機器 適用 注目 富士電機 LED 照明 表示器 導光板 用 方式 採用 少 光源数広範囲 照光 工夫 行 従来 LED 照明 表示器 比 大幅 省 期待

蛍光灯外形 薄型 機械 装置 組 込 導光板 形状 変 用途 対応可能 備

Having a high light emission efficiency and colors that do not fade due to ultraviolet rays, LEDs are attracting attention for application to industrial lighting devices and displays, in addition to their use in general-purpose lighting. Fuji Electric s LED lighting and displays use light-guiding plates, and are devised so as to illuminate a wide area with just a few light sources. Compared to conventional LED lights and dis-plays, Fuji Electric s LED products provide not only significant energy savings, but are easier to install in machinery and equipment because they have a thinner external shape than fluorescent lights, and by changing the shape of their light-guiding plates, are capable of supporting a wider variety of applications.

184（80）

23mm

1,200mm

50mm

55mm230mm

13mm

光源部

導光板

LED光源部

導光板

LED光源部

（b）LED表示器

（a）LED照明

図1　LED照明・表示器の構成

形 薄型 導光板 長 変用途 対応可能 備本稿 導光板方式 LED 照明 表示器 関

構成 原理 適用事例 紹介

2.1　LED照明・表示器の原理

導光板方式 原理 図2 示LED 素子 出射光 導光板 両端面 入射

導光板内 多重反射 伝播 導光板 長手方向 一面 光 取 出 照射面 反対面光 拡散 特殊 加工 施 光拡散面LED 発光面 導光板 照射面 対 直角 配置

LED 出射 導光板内 伝播 光 導光板 照射面 対 臨界角以上 角度 入射

光拡散加工 施 伝播 光 導光板外部 取 出 導光板方式 LED

照明 表示器 導光板 一面 光拡散機能 持加工

構成 光拡散面 光 入射光 拡散反射 光 導光板 外部 出射

大 数 μm 極小並 液晶

適用 入射波長関係 光 散乱角度 強度 制御 特徴 持

光拡散面 一定間隔 規則的 配置 配置 形成

光 回折 影響 低減 光取出 量 導光板 中心 大 両端 沿 小 構成

光取出 量 凹凸量一致 凹凸量 段階的 変 照度 調整

均一 照明 可能

2.2　LED照明の特徴と仕様

導光板方式 LED 照明 適用 場合 LED 自身 持特性 生 次 特徴 持 表1

LED 照明装置 仕様 示⒜　蛍光灯 比較 低消費電力

⒝　長寿命⒞　LED 選択 光源 含有波長 制限⒟　導光板 非発熱⒠　小型 曲線 自由 形状 可能

2.3　LED光源部

導光板方式 光源部 LED 素子 出射 光導光板 入射 光源部 素子 劣化 防止発光 安定 目的 LED 光源部 金属

LED 素子 格納 LED 素子自体 発熱 効率放散 構造

照明装置 用途 応 光源 対 要求仕様 異例 半導体製造工場 500 nm 以下 波

長 感度 持 感光材料 扱 紫外線 用 黄色樹脂被膜 管外面 設 黄色蛍光 使用

場合 多 植物 育成 赤色 660 nm 近辺 青色 450 nm 近辺 光 有効

本開発 LED 照明 適用 用途 最適 色波長 照明 LED 光源部 図3 示

最適 波長 LED 光源 選択 容易 設置 構造

産業機器向け LED照明・表示器の要素技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

普通論文

185（81）

表面粗（あら）さ（ 　）

0

反射シート

光出射方向導光板

光拡散面

LEDLED

1

m

0.5

図2　導光板方式の原理

LEDケース（アルミ系）

86mm

23mm

LED（白）

基板

図3　LED光源部

表1　LED照明装置の仕様

項　目 仕　様

外　形 W71×D1,196×H22.5（mm）

質　量 1,870g/1灯

電源電圧 DC12～ 25V

直下照度（距離）

1,325 lx（200mm）

362 lx（500mm）

113 lx（1,000mm）

色温度 5,000Kまたは3,000K

消費電力 16W/1灯

使用周囲温度 －20～＋40℃

相対湿度 45～85%RH

2.4　電鋳による導光板の製作方法

導光板 光拡散面 数 凹凸 持配置 数 μm

凹凸量 光 拡散角度 制御 機能 持μm 精度 凹凸 形成 要求

製作 電鋳 技術 適用原版 転写型 製作 転写型 樹脂成形

導光板 光拡散面 形成 図4

導光板 図2 示 導光板 長手方向 沿 段階的 凹凸量 変 構成 凹凸変化 合

用意 金型 使 成形 精度良 導光板 製作

2.5　点灯回路

照明用 LED 素子 高輝度化 進歩 伴 駆動電流増加 点灯回路 役割 重要本装置 点灯回路 素子

PWM Pluse Width Modulation 波 比変化 LED 駆動電力 一定 制御

電源 LED 駆動方法 図5 示点灯回路 LED 照明 省 考慮

LED 素子 高周波数 点灯動作 可能特性 生 70 kHz － 動作周波数 － 動作 人間 視認性 低下

LED 素子 発熱 抑制 全体 消費電力 抑

3　シミュレーションによる導光板解析技術⑵

前述 LED 照明 表示器 原理 述 導光板方式 光拡散面 光拡散角度 光取出 量 制御

均一 照度分布 得 LED 出射光効率 取 出 光拡散面 形状 照度分布 関

設計 重要 現状 解析技術配置 解析

困難 長 1.2m 導光板 数十 μm 直径 球面 解析 量 多

解析 数十時間 現実的代表的 光拡散面 実測 基

構築 次 補間 方法 考案 照度分布解析 適用

一般的 光 透過 拡散 図6 示 3 種類拡散 組合 光 拡散状

態 示 光入出射面 平滑 場合正反射 透過 表面 凹凸 反

射 透過成分 増 反射 透過成分 光入射角度 依存 等方反射 透過 光入射角度 依存

拡散 用 光拡散面反射 透過成分 多 実測例 反射

成分 透過拡散角度 表面粗 関係 図7 示凹凸 表面粗 示 拡散角度

関係 見 比例 関係 近似光拡散面 表面粗

関係 拡散角度 反射率 定義構築 表2

原版 シード層形成無電解ニッケルめっき

電極装着 マスキング

製品 成形 剥離（はくり）

ニッケル電鋳

図4　電鋳めっきによる導光板製作フロー

（a）正反射 （c）等方反射（b）ガウス反射

図6　導光板内の光の拡散性

00 0.5 1 1.5

2

4

6

8

10

12

表面粗さ　 （ ）

拡散角度（°）

実測値

近似曲線

mRa

図7　表面粗さと拡散角度

ＧＡＴＥ

設定電流

1/70kHz

スイッチング素子オフインダクタの放電時間

図5　LED駆動方法

産業機器向け LED照明・表示器の要素技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

普通論文

186（82）

用 生成 表面状態 光拡散 OptisWorks

導光板 適用 解析 図8 表面粗考慮 実測 誤差 大 導光板

内 伝播 光 損失 導光板 光拡散面 背面特性考慮 解析 10% 以内 誤差 解析

導光板 長 変更 場合最適 導光板 凹凸状態 解析 均一 照明 設計

4　ショーケースへの設置例

LED 照明 適用例 紹介蛍光灯 照明 用 装置 商品 陳列

取 上 試作品 LED 照明設置 例 図9 図10 示

蛍光灯 LED 照明 置 換 消費電力288W 69W 約 76% 削減 見込LED 照明単体 消費電力 削減効果 加

蛍光灯発熱 冷却 削減 従来店内 空調機器 冷却 周辺

空調機器 省 寄与 LED 照明従来 蛍光灯 比較 明確 省 効果 機器

5　あとがき

本稿 富士電機 開発 LED 照明 表示器 関要素技術 紹介

近年 LED 素子 急速 高効率化 低 化 進展光源 本格的 適用 期待 照明 表示器 要求 客 用途 設備 異 蛍光灯

白熱灯 実現 難 要求 容易 対応可能性 富士電機 導光板 用 方式

採用 薄型化 機器 組込 性 向上用途 適用 検討 LED 照明 素

子 数 低減 従来 LED 照明 比較大幅 省 期待

富士電機 環境 事業 軸産業 社会 貢献 目指 今後 機械装置 適用 中心 LED 照明 表示器 利便性向上 最適化 推進 同時 消費 低減

寄与 地球環境 改善 貢献 所存

参考文献⑴ 　日経 , 日経 共同編集.

表2　表面特性データベース　入射角度（°）

0 40 80

正反射（%） 0.0 0.0 0.0

等方反射（%） 97.5 56.7 10.0

ガウス反射（%） 2.5 43.3 90.0

ガウス拡散角度（°） 36.8 31.7 14.0

600mm

250mm

0－600 －400 －200 0 200 400 600

500

1,000

1,500

位置（mm）

照度（lx）

実測 シミュレーション

光照射面

図8　照度分布解析結果

（a）LED照明ケース （b）蛍光灯ケース

288W69W

76%削減

図9　LED照明の省エネルギー効果

図10　LED照明の設置例

産業機器向け LED照明・表示器の要素技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

普通論文

187（83）

LED2009-最新技術 市場動向. 日経BP社, 2008.

⑵ 　Xiao, D. He et al. A Comprehensive Physical Model for

Light Reflection, Computer Graphics. 1991, vol.25, no.4.

吉田　　隆電子機器 機器 開発企画 従事 現在富士電機機器制御株式会社技術 開発本部開発部担当課長 電子情報通信学会会員

平山　紀友工業用計測機器 光応用機器 研究開発 従事現在 富士電機 株式会社技術開発本部計測技術 計測機器開発部

坊野　憲司制御機器 LED 関連技術 研究開発 従事 現在株式会社秩父富士技術本部研究開発室長

実装学会会員

産業機器向け LED照明・表示器の要素技術富士時報　Vol.83 No.2 2010

普通論文

188（84）

解　説富士時報　Vol.83 No.2 2010

解　説

■PUE（Power Usage Effectiveness：電力使用効率）

室 使用効率 示 指標 一 全体 使用電力量IT 機器 使用電力量 割 値

数値 小 IT 機器以外 使用電力量少

■ COP（Coefficient of Performance：成績係数）

冷凍機 消費効率 表 指標一 使 何倍 冷房 暖房 仕事

示 値 数値 大 効率 良

解 説 PUE，COP

PUE＝ 全体 IT 機器 使用電力量全体 使用電力量

COP＝ 消費冷房能力 暖房能力

解

説

189（85）

　2010　Fuji Electric Holdings Co.， Ltd.， Printed in Japan（禁無断転載）

主要事業内容

富 士 時 報

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平　成 22 年 2 月 28 日 印　刷平　成 22 年 3 月 10 日 発　行

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第 巻 第 号83 2

190（86）

　

　

　

昭和 40 年 6 月 3 日　第三種郵便物認可　平成 22 年 3 月 10 日発行（年 6 回 1，3，5，7，9，11 月の 10 日発行）富士時報　第 83 巻　第 2 号（通巻第 861 号）

本誌は再生紙を使用しています。 雑誌コード 07797-3　　定価 735円（本体700円）