交流電源の並列接続時の電圧への影響

Question

100VAC/50 or 60Hz の交流電源を並列に接続したときにお互いの位相がずれている場合は出力電圧はどのようになるのでしょうか？位相のずれによっては電圧が200VACぐらいにになるような可能性はあるのでしょうか？

例えば太陽光発電で充電していたバッテリーからインバーターで100VACを出力し、それが誤って商用電源又はポータブル発電機出力と並列接続されたような場合にどのようなアクシデントが起こりうるのか知りたく質問するものです。

通常の使い方ではなく誤って接続された場合についてリスク認識としての質問です。

Accepted Answer

一般論としては、回答(1)さんに同意します。

なお、太陽電池に繋がっているパワーコンディショナーが、系統連係機能を
もっていれば、並列に繋げられた商用電源と位相と電圧を合わせて、
問題なく並列運転できる可能性もあると思います。
その際は、容量の大きい商用電源の周波数・電圧に、太陽電池側が調整して
合わせるということです。

パワーコンディショナーと呼ばれる装置ではなく、ハードウェアだけで
構成される電源の場合、
誘導発電機であれば、並列接続された系統に、従属的に同期します。
同期発電機であれば、相互に位相を合わせる作用が働いて、周波数は
同期します。ただし、電圧制御が整合しないと、一方が進相運転、他方が
遅相運転となって無駄な電流が流れて総合効率が低下する可能性があると
思います。

パワーコンディショナーと呼ばれる装置がある場合は、その装置の仕様
次第ということになるでしょう。

＞位相のずれによっては電圧が200VACぐらいにになるようなこと
上記のようなことは、殆ど起こりえないと考えていいと思います。

過電圧の可能性は極めて低い一方で、
並列運転機能のない交流電源は、周波数・位相が同期していませんから、
並列接続すれば、仮に接続直後は一見問題が生じなくとも、時間経過の
うちに過電流状態が生じると考えられます。その際、過負荷保護が働いた
り、ヒューズが切れるなどして並列接続を維持しなくなるでしょう。

その過程で、機器が持ちこたえるか、壊れるかは、インバータの設計思想
（どの程度の異常負荷まで保護を行うかの条件設定）次第でしょう。

電源装置の保護において、一般論ですが、自らの出力パワーの範囲を保護する
保護回路は比較的容易に設計できますが、外部から流れ込んでくるエネルギー
を遮断する保護回路を設計することは、技術的に難しいく、コストもかかる
ものと思います。だから、並列運転機能がないインバータの出力を並列接続
したら、壊れても仕方がない。万一うまく運転できたらラッキー程度に考え
れば良さそうに思います。

並列接続した場合、壊れて当然から、殆ど問題ないまで、幅の広い回答が
出てきました。ご質問者さんはもう少し実情に即した回答が欲しいものと
推測します。

私の推測が当たっているのであれば、ご質問者さんには、条件を絞り込む
ように追記して下さることを希望します。

Answer

直接の回答でなくて済みませぬ。

回答(２)、lumiheart さんの追記にある、
> 発電機１号と発電機２号を並列接続する場合
> 発電機１号と２号の間で位相が違っていたら？・・・(中略)
> でも、これを実験で確かめた実例を検索しても見つかりません

現在、大型ディーゼルエンジンのメーカに勤務していて、
発電用ディーゼルエンジンも扱っています。
興味を持ったので、ちょっと調べてみました。
勤務先は、複数エンジン発電機の並列運転装置を多数納入しています。

実際には、自動的に位相を同期させる回路を設けてあり、
瞬時に補正されるので、重大事故にはなり難いとのことです。
大きな設備では、同期回路は殆ど義務付けらしいです（事故防止）。

参考までに余談。
複数のエンジン発電機を並列運転する場合で、
一台がエンストした場合、残りの負荷が一気に高まりますが、
ガバナが追従すれば数秒で元の回転数に復帰します。
（それまでは周波数も狂った状態です。）
ガバナで追従出来なければ、他のエンジンもダウン（＝停止）。
設定値よりも電圧が落ちた時点で、負荷から切り離されますので、
一般には、機器が壊れることはあまり無いとのこと。

Answer

↓を参考されると理解できるか？
それとも更に難解か？

系統連系
http://electric-facilities.jp/denki2/keitou.html
http://www.enecho.meti.go.jp/denkihp/genjo/rule/keito_guideline.pdf

自動同期投入装置
http://www.daiichi-ele.co.jp/product/product_0018.html
http://www.fujielectric.co.jp/products/protection_relay/pdf/DQ/IND-TN1DQEWC2.pdf

商用電源（系統と呼ぶ）に接続せず
発電機１号と発電機２号を並列接続する場合
発電機１号と２号の間で位相が違っていたら？
位相の遅い方がモータとなるだけでもある
（早い方が遅い方を回す）
逆に言えば遅い方はエンジンブレーキが掛かったようになると言われております
でも、これを実験で確かめた実例を検索しても見つかりません
是非とも実験してその結果をここに開示して頂ければ幸いです

ただ、エンジン式発電機でなく
太陽光発電でのインバータの場合、逆に回されると言う逃げが無い
なのでショートとなるかも？

念のためインバータには大きく分けて２種類あります（正弦波と非正弦波でなく）
系統連係用と単独用と言う分類

↓単独用
http://www.denryo.com/products/inverter/index.html
http://www.daiji.co.jp/product/inverter/
これらは位相同期機能がありませんので並列運転出来ません

系統連系インバータ
http://www.tokyo-seiden.co.jp/seihinn/dengen/inv/
このタイプであれば太陽光インバータと小型発電機の連係運転も
可能かなと思ったが

新方式パワコン　仮想発電機モデル型
http://www.kawaju.co.jp/techno-wm/topics/35.html
小型発電機等に連系させるのは簡単ではなさそう？

ところで、「インバータの並列運転は出来きません」
と記載してるメーカが見つかりません
やっと見つけた↓
http://www.yamabishi.co.jp/FAQ/yda.htm
でも、その理由までは記載してない

＞実際には、自動的に位相を同期させる回路を設けてあり、

さて、本件は一体どのレベルの発電機を想定してるのであろうか？
露店やレジャー用の１ｋＶＡ以下の小型からメガワットクラスまで
http://www.denyo.co.jp/products/products_1b1.html
http://www.yanmar.co.jp/construction/products/dieselGenerator/
http://www.mhi.co.jp/products/category/diesel_power_plant_and_gas_engine_plant.html
http://www.khi.co.jp/gasturbine/product/industry/cogeneration.html
http://www.ihi.co.jp/powersystems/index.html

恐らくは１ｋＶＡ程度でしょうね
「並列運転機能」
http://www.honda.co.jp/generator/technology/index.html#icon5
http://www.yamaha-motor.co.jp/generator/lineup/inverter/ef1600is/

Answer

それはショートするのと同様です。
壊れると思ってください。

交流電源の並列接続時の電圧への影響とは？