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静岡の大地(その11)商用電源の周波数と富士川 2022年4月7日


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商用電源の周波数(Wikipediaによる)

 商用電源は、電力の製造(発電)と販売(送電?配電)を業とする者、すなわち電力会社から電力消費者に届けられる電力および電力を電力消費者に供給するための設備一般の総称である。電気(電力)は形の無いエネルギーであるが、「物」と同様に扱われ、個人が製造し、個人で使用することは自由である。

 日本では、静岡県の富士川を境に50Hzと60Hzの2つの交流の電力系統がある。一つの国に二つの系統があるのは世界的に見ても珍しい。1896年に東京電灯が浅草発電所にドイツより50Hzの3相交流発電機を導入し、西日本では同年に大阪電灯が幸町発電所にアメリカのGE社から60Hzの交流発電機を導入した。その後、各地で電気事業が発足し、各地域でいろいろな周波数の電気が使われていた。第二次世界大戦中から戦後にかけても、何度か周波数統一の検討が行われたが、九州や東北の一部を除き、周波数統一は進まなかった。

 商用電源の周波数は、発電量が多くなると高くなり、負荷が大きければ周波数は低くなる。周波数は常時変動している。その地域の定格周波数である50Hz、あるいは60Hzの±0.1Hzから±0.2Hz内になるよう、タービンの出力が制御されている。周波数が変動すると、時計では進みや遅れ、オートメーション機器では製品ムラが発生する。

 2011年3月11日の東日本大震災で、発電所などが大きな被害を受け、関東地方、東北地方では電力不足に陥り、社会に大きな影響を与えた。このような災害時の対策として注目を集めたのが周波数の異なる地域からの電力融通である。東と西の周波数変換は、長野県の新信濃変電所と静岡県の佐久間周波数変換所、東清水周波数変換所で行っていて、変換能力は、計約100万キロワットである。震災直後も西日本から東日本へ電力融通の応援をしたが、上限があるため電力不足を解消することはできなかった。

周波数変換所の場所(左)と佐久閒周波数変換所(右)

 一般送配電事業者9社は、東京中部間を連系する周波数変換設備の90万kW増強に取り組んでいる。50Hz側の新信濃変電所と60Hz側の飛騨変換所にそれぞれ設置した交直変換設備と、これらを連系する直流送電線で構成する飛騨信濃の設備の建設工事が完了し、2021年3月31日に運用を開始した。この設備は計画確定から運用開始までに約8年を要した。この設備の運用開始によって、変換能力が120万kWから210万kWまで拡大し、大規模災害発生に伴う需給逼迫時等の電力の安定供給をはじめ、平常時の電力取引の活性化や再生可能エネルギーの導入拡大、需給調整のための調整力の広域的な調達?運用にも貢献できるようになった。今後300万kWまで増強することが決定しており、2027年度の運用開始に向けて取り組んでいる。
 長野新幹線の場合、軽井沢駅と小諸駅の間で周波数が異なる。これに対応するために、電源の周波数を変換できる機能を持った「E2系」という車両が使用されている。北陸新幹線の車両もどちらの周波数の電源にも対応しなければならない。長野県内は60Hz、新潟県の一部、糸魚川付近では電力会社の都合で東日本の50Hzに、富山県に入るところで再び60Hzと変わる。東京駅から軽井沢駅までは東京電力、そこから上越妙高駅までは中部電力、糸魚川駅までは東北電力、金沢駅までは北陸電力である。その周波数の変化に対応できる機能を持った車両である「W7系/E7系」が今回北陸新幹線として使用される車両になる。東海道新幹線は全線60Hzとして西日本側にあわせている。東京や神奈川での変化に対応するために専用の変電所を用意し、電源の周波数を50Hzから60Hzに変換している。

尾池 和夫


下記は、大学外のサイトです。

一般社団法人電気学会のサイト
http://www2.iee.or.jp/ver2/honbu/16-committee/epress/index11.html

東京電力パワーグリッドのサイト
https://www.tepco.co.jp/pg/company/press-information/press/2021/1591426_8616.html

パワーアカデミーのウェブサイト
https://www.power-academy.jp/electronics/familiar/fam01000.html

静岡新聞「まんが静岡のDNA」の記事でも静岡の大地を紹介しました。
https://www.at-s.com/news/article/featured/culture_life/kenritsudai_column/700397.html?lbl=849

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