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高調波電流規格

by Malcolm Burchall C.Eng FIEE, EMC and Power Electronics Consultant

翻訳: T.Sato

高調波電流の制限の必要

主電源ネットワークの有限なインピーダンス

我々が壁面コンセントから使っている主電源電圧は、 無視できるインピーダンスを持っていない。 後で示すように、それは有限の、場所ごとに、また国ごとに異なる値を持つ。 重要なのは、 (中性導体やトランスなどに対する加熱効果を除いては) 実際の高調波電流ではなく、 それが電源インピーダンスとの相互作用によって ネットワークに引き起こす電圧であるので、 (テクニカル・レポート IEC 61000-3-5 [1]、 及び作成中の規格 IEC 61000-3-11 [2] で詳述されているように) この多様性は条件付き接続の基盤となっている基礎石の１つである。

主電源ネットワークに接続された部品に対する高調波電圧の影響

歪んだ主電源電圧の主な影響は、 温度の上昇とそれによる寿命の低下 [3] を生じる、 位相補償コンデンサや電動機のような電力部品に対するものである。 大半の家庭用電気／電子機器に対する影響は非常に少ない。

高調波を発生する負荷の急増

高調波を発生する負荷のインストール・ベースの増加が 高調波電圧問題をこれ以上悪化させない 高原状態に達したといういくつかの証拠 [4] がある。 高調波電圧問題の欠落に関して USA の専門家から出された声明は、 USA 内のテレビのインストール・ベースが 何年ものあいだ一定となっているという事実を反映したものであるかも知れない。 PC の増加にもかかわらず、 しばらく使用しないと低電力状態に切り替わる「グリーン」 PC の使用の増加により、 実際の総負荷は減少している。 実際、USA の「グリーン」プログラムは、おそらく EU の高調波問題を EN 61000-3-2 が成し遂げたよりも大きく低減したことだろう。

低圧ネットワークのインピーダンス

IEC 725:1981 [5] では、これは次のように定義されている：
Z = (0.4 + j0.25) Ω = 0.4Ω + 0.8mH

これは、顧客の視点からの、低圧、中圧、及び高圧ネットワークを含んだ 発電／配電システムのインピーダンス全てを表現している。 230V 配電システムを用いている主要国については、 それぞれ 90% の場所において、UK は最良で (0.25 + j0.23) Ω、 アイルランドは最悪で (1.03 + j0.55) Ω 以下である。 電源インピーダンスが規格値を上回っている顧客は UK においては 2% のみであるが、 これはアイルランドにおいては 40% となる。 これらは 1981年の値であるが、 これがここ 19年のあいだに大きく変わったと考える理由はない。

両立性レベル

許容される最大電圧歪みは 8% である。

これは、高調波電圧によって生じる過剰な電流に対する 交流用コンデンサの耐性に基づいている。

歴史的状況

  1. 1980年以前、テレビ・セットは主に半波整流であり、 直流、そして高調波歪みを発生した。
  2. 機器にその限度への適合のために全波整流を要求する BS 5406 [6] (IEC 555-2) が作成された。
  3. 1980年台以降、テレビ・セットが「尖った」波形を持つ スイッチング電源を使い始めた。
  4. スイッチング電源を持つパーソナル・コンピュータの出現。
  5. これも「尖った」波形を持つ、高周波蛍光灯安定器の出現。
  6. 1990年。IEC 1000-3-2 (BS EN 61000-3-2) [7] が書かれた。
  7. 1995年。IEC 1000-3-2 (BS EN 61000-3-2) が、発効日を 1997年として出された。
  8. 1996年。EMC 指令が強制となった。
  9. 一般規格 BS EN 55081-1 [8] が、対象となる機器、すなわち家庭用機器に対して、 EN 60555-2 (= IEC 555-2) への適合を要求する。
  10. BS EN 61000-3-2 の適用日が 2001年 1月 1日に延期された。
  11. 1999年。その曖昧さや不確かさのために、 BS EN 61000-3-2 が不満足なものであると判断された。
  12. 2000年。一般的な使用で受け入れられるようにするために、 BS EN 61000-3-2 の修正が行なわれた。

BS5406 (EN 60555-2/IEC 555-2) の高調波限度

家庭用機器に対する限度
高調波次数
(n) 		テレビ以外の全ての機器
(携帯型工具では 1.5倍)
(A) 		テレビ
(A)
1 - -
3 2.30 0.80
5 1.14 0.60
7 0.77 0.45
9 0.40 0.30
11 0.33 0.17
13 0.21 0.12
15以上 2.25/n 1.5/n

BS EN 61000-3-2/IEC 61000-3-2 の高調波限度

家庭用、及び専門家向け機器に対する限度
高調波次数
(n) 		クラス A
絶対限度
(A) 		クラス B
絶対限度
(A) 		クラス C
比例限度
(基本波の %) 		クラス D
比例限度
(mA/W)
1 - - - -
3 2.30 3.45 30×力率 3.4
5 1.14 1.71 10 1.9
7 0.77 1.155 7 1.0
9 0.40 0.60 5 0.50
11 0.33 0.495 3 0.35
13 0.21 0.315 3 0.30
15以上 2.25/n 3.375/n 3 3.85/n

現在の分類

Class A ― 平衡３相機器、及び他のクラスに入らない全ての機器
Class B ― 携帯型工具
Class C ― 調光器を含む照明機器
Class D ― 特別な「尖った」波形を持つ 600W までの機器

既存の規格の問題

  1. 使用するクラスの決定の困難さ。
  2. 動作中に Class A と Class D のあいだで変化する機器がある。
  3. 特に変動する負荷に対して、 異なった製造業者の試験機器が異なった結果を与える [9]。
  4. この規格が現在の形では使用できないという EMCTLA の宣言。
  5. 問題を起こすのに充分な数の生産が行なわれない多数の機器の網羅。
  6. Class D の下限の 75W から 50W への引き下げの適用日に関する曖昧さ。

この規格に対する修正案

この修正は、現時点では、 2000年 6月末を締め切りとするパブリック・コメントのためのドラフトとして、 ドキュメント 00/241586DC [10] として BSI から入手できる。 もしこれにコメントしたいのであれば、ほぼ最後の機会である。 この修正は、実際にはどの限度も変更していないが、 機器の分類を変更し、機器製造業者に試験条件を規定する責務を負わせ、 変動性負荷の測定を単純化している。

Class A ― 平衡３相機器、及び他のクラスに入らない全ての機器、 Class D のものを除く家庭用装置、非携帯型工具、白熱灯用調光器、オーディオ機器
Class B ― 携帯型工具
Class C ― 照明機器
Class D ― 600W までのパーソナル・コンピュータやそのモニタ、及びテレビ受像器

上の変更の最も重要な点は、全ての専門家向け機器は Class A となり、 従って比例高調波電流限度の対象とはならないこと、 そして波形による Class D の定義が削除され、 その定義が機器の分類によるものとなったことである。

これは、高調波電流低減用インダクタを不要とはせず、 特に Class D では 依然として現在の規格で必要となるものと同一の大きさのものとなるであろうが、 Class A に移された低電力機器の多くについては 必要となるインダクタは 既にノーマル・モードの RF 低減に用いられているものと同等のものとなろう。 例えば、あるテレビ・メーカーは、既に、 LF 減衰 (電源周波高調波電流) のための鉄か鉄粉のコアと HF 減衰のためのフェライト・コアとを１つの巻線で囲んだ、 特殊な複合コア直列インダクタを用いている。

要約

提案されている修正は、私が 1992年に数千時間の委員会の時間と 数百万ポンドの開発費を費して提案したものに非常に近いものである。 その論文 [11] から引用しておく：

「産業界の大多数の問題を解決するために、 産業界の小さな、しかし些細ではない一部が不当なペナルティを受けている。 規制当局は、片隅に隠れている最後の小さいナッツを割るために大槌を使っている！」

我々は、大槌を完全に免れることはできていないが、 それにかなり近付いている。

この話の最後の教訓は、 もしあなたがこの種の問題に他の姿や場所で直面したくないのであれば、 Trade Association が行なっていることに遅れないようにし、 あなたの意見が事後ではなく事前に聞かれるようにすることである。 これが来たパイプラインには、さらに多くのこの種の規格がある。

参考文献

  1. IEC 61000-3-5:1994, "Electromagnetic Compatibility (EMC) Part 3: Limits. Section 5. Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with a rated current greater than 16A". (Technical Report).

  2. Draft IEC 61000-3-11. "Electromagnetic Compatibility (EMC) Part 3: Limits. Section 11. Limitation of voltage fluctuations and flicker in public low-voltage power supply systems, for equipment with a rated current 75A and subject to conditional connection".

  3. "The background to the problem - the power supply view", Geoff Finlay, The Electricity Association, EMCTLA meeting 19th May 2000.

  4. "Recent moves in CENELEC to produce a standard", Maarten Vrolijk, Phillips, EMCTLA meeting 19th May 2000.

  5. IEC 725:1981, "Considerations on reference impedances for use in determining the disturbance characteristics of household appliances and similar electrical equipment".

  6. BS5406:1988/EN 60555-2:1987, "Disturbances in supply systems caused by household appliances and similar electrical equipment. Part 2. Specification of harmonics".

  7. IEC 61000-3-2:1995/BS EN 61000-3-2:1995, "Electromagnetic Compatibility (EMC) Part 3: Limits. Section 2. Limits for harmonic current emissions (equipment input current < 16A per phase)".

  8. BS EN 55081-1:1992, "Electromagnetic compatibility - Generic emission standard. Part 1. Residential, commercial and light industry".

  9. "The background to the harmonics problem - the test laboratory view", Stephen Kirk, RFI.

  10. Final draft EN 61000-3-2, amendment prA14, BSI document 00/241586DC.

  11. Burchall, M A, "Harmonics - The cost of conformity", EMC'92, "Designing EMC into your product - Conference Proceedings", London, 12-13th February 1992, ERA Report 92-0011, Leatherhead,U.K.

訳註 ―― EN 61000-3-2:1995 Ammendment A14:2000 は既に発効している。

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これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2001-12-14