自給自足生活

電圧降下に関する計算式

柱上変圧器から、家庭の配電盤までの電圧降下について計算してみます。

（9/√y）+（（17.8×L1×I1）/（1000×A1））+（（17.8×L2×I2）/（1000×A2））＝e[V]

y～変圧器のKVA
L1～変圧器からの低圧幹線の長さm
I1～幹線に流れる電流A
A1～幹線の太さスケア
L2～幹線からの分岐部から配電盤までの長さm
I2～分岐線に流れる電流A
A2～分岐線の太さスケア

（9/√y）の部分は全くの創作ですが、精度はなかなかだと思います。

実際に計算してみましょう！

例えば、変圧器30KVA、低圧幹線30m、電流40A、38スケア、分岐線20m、電流20A、8スケア、の場合の電圧降下は？

（9/√30）+（（17.8×30×40）/（1000×38））+（（17.8×20×20）/（1000×8））＝e[V]

1.64+0.56+0.89＝3.09[V]　　となります。

かなりの簡易計算式ですから、誤差は多いと思われますが、変圧器の電圧変動部分の簡易計算としてはまあまあの出来だと思います。
あとは、変圧器の新旧によって（9/√y）の9を±2程度可変するのもいいかもしれません。

電圧変動を測定してみました。

太陽光発電を施工した時には、受電電圧が99～103Vで推移していたので安心していたのですが、いつのまにやら電圧が上昇しているようなので、発電に影響を及ぼす恐れのある107Vを上回っていないか測定してみました。

測定条件～晴天時の休日、平日、24時間、サンプリング5S

発電中のMAX105.5Vで影響なし、変動につていは5.5Vまーこんなもんでしょ。

住宅における電圧変動の要因

1.高圧配電線の電圧変動～高圧配電線とは変電所から民家へと
電柱の最上部を走る電線である。
変電所は、送電線（110kV・66kV）からの電気を2～3台の変圧器にて
6.6kVに降圧して、変圧器1台あたり3～10回線の高圧配電線に電気を
供給している。
ここで問題となるのが、各回線ごとの電圧調整ができないことで、
3～10回線の高圧配電線の内、末端の電圧が過電圧及び低電圧となる
回線が出来ても、他の多数の回線が適正値なら簡単に変圧器の電圧を
変えられないということになる、このため日夜バランスを保つために
配電線の切り替え工事や幹線の増強に努めているが、それが原因で
許容値の最低電圧だった民家が突然、最大電圧へと変化する危険性も
はらんでいる。
電圧変動の傾向としては、変電所からの配線距離が長くなるほど、
負荷変動による電圧変動の影響を強く受ける。
目安として、変電所直近では6600～6700V、中間では6550～6700V、
末端では6500～6700V程度、尚フェランチ効果やSVRは考慮していない。

2.変圧器の特性によるもの～配電用変圧器は、柱上にて6600Vから
210/105Vに降圧し民家へ供給するものである。
電圧変動に関する特性として電圧変動率がある、1次側の電圧が一定でも
無負荷時と全負荷時では2次側の電圧が、後者の場合若干下がる、何％下がる
かと言うのが、電圧変動率である。
ちなみに、20～30年前の変圧器で5％前後、20～今日の変圧器で2.5％前後です。
この数値から、電圧変動を割り出すには変圧器の負荷率をどれだけ正確に
予想できるかによって精度が変化します。

3.低圧幹線によるもの～配電用変圧器から、民家の配電盤に至る配線による
電圧変動。
概ね住宅地では、5～25軒の民家で1台の変圧器を共有している、そして
途中まで配線も共有している場合が多い、配線の共有が無く太めの電線で
単独配線され尚且つ近距離であれば、この場合の電圧変動は極めて小さい、
だがこの3条件を満たすケースは少ないため、ケースバイケースで判断する
よりない、また、電線を流れる電流量に電圧は反比例することから、
共有部分があると正確な予想は難しくなる。
むろん、自宅及び共有しているお隣さんの電気の使い方によって変動するため
目安など存在しない、あくまでケースバイケースだ。

ざっと思い当たる要素を書き連ねたが、単に電圧だけ測定しても何の解決にも
なりません、要は上記の3要素の内どの影響を強く受けているか、またそれを
解決する方法があるのか？ということを総合的に検討しなければなりません。
そして、分散型電源の発電所の所長さんは何時いかなる時に、この問題の当事者と
なるかも知れないということを、念頭に置き日々の発電の観察をすることが
問題の早期発見につながると思います、ただ施工者を責めるだけではなんの解決にも
なりませんが、施工者が上記の現実を知らないまたは、知っているのに知らん顔の
場合は責めるのもいいかも知れません。
早期発見しスキルのある施工者に対策を講じていただくか、施工時に多少予算は
高くなっても問題の起き難い設計を依頼するのがベストだと思います。

我が家の電圧変動の要素としては、要因2が最大の問題で、要因1も多少影響（中間距離）しているものと思われます、柱上変圧器も30年以上経過していることから、電力の取替え工事がそのうち実施されるでしょうから改善が予想されます。

※5/17追記
我が家の置かれている状況～変電所の5000KVA（電圧調整機能有り、回線数5、6/6.6KV）から配電線の幹線100スケア1.5Km、配電線の分岐22スケア0.5Km、柱上変圧器単相50KVAと10KVAのV結線、DV8スケア3m、CV8スケア10m、配電盤、HIV8スケア1m、パワコン、測定点は配電盤のパワコン用ブレーカーの2次側です、パワコンの端子で測定するのと同等と考えます。
測定データーのR相T相の電圧差は、近所の民家の1/3が単2の100Vであることが起因していると推察します、この差をうまく利用しパワコンに単2の200Vのみを印加し中性線を小容量の変圧器（100-0-100で1次側巻線のみ使用）を利用し仮想入力すると、多少過電圧を防ぐ効果があるかも知れません、ただこれは、単に技術的に可能かどうかというレベルの話で、やめたほうがいいでしょう。

発電設備容量変更しまいた。

独立系のパネルをこれに取替えました→
NE-050LT/RT（2枚で100w）
70wパネルはの取り付け場所を検討中。


系統連系に、NE-100を増設しました。

A系統～既存56セル×8＋42＝490セル

ストリングコンバーターの倍率、3.4倍。

490÷144＝3.403倍

合計、1700wとなりました。

かなり変則的な設備なので、マネしないで下さい（設定を誤ると危険です）。

宅内12V配電への道 No.3

２０年以上昔のスポットライト（80w）に、

LED（白7cd×28個、15度）を搭載、

結線は４直列×７並列で、

12.8V×7×0.03Ａ＝2.688ｗ


明るさ的（感覚的）には20w電球程度。

このLEDは狭角型なのでスポットライトに

向いていると言えます。

次は、冷陰極管にチャレンジしてみます。

宅内12V配電への道 No.2

居間に12Vのコンセントを設置しました。

2階の書斎からVVF1.6mm×2Cのダブルで

４スケア相当の配線8メートル、

埋込みのメクラプレートを加工して取り付けました。

（下部の銀色のやつです）


次にACアダプター３台撤去。





左～モデム用　9V　900ｍA

中～電話用　9V　600ｍA

右～スイッチングハブ用　5V　1000ｍA



製作しておいたDC/DCコンバーターの電圧を

最終調整。

ケースはスイッチング電源の故障品を解体し再利用。


消費電流は、１次側計測で0.8A

予想より少ないのでびっくりというか

ACアダプターの容量って大きめなのですね。

したがって効率は上がったけれど数値化は？です。

これで電話周りの電源がすっきりしました。

宅内12V配電への道 No.1

独立系電源の充実を図ったところで、

次は消費する方の計画です。

居間に１２Vのコンセントを取り付け、

ACアダプターを使用している機器に

電源を供給するため、12Vから5V、9Vを

高効率（85％）取り出せるDC/DCコンバータを、製作中です。（既製品を基盤に取り付けただけ）

9V回路でも熱消費させて電圧を落とすと、効率が最大でも75％にしかなりませんから、

結局この方式を採用しました。

部品調達のついでに、電気二重層、冷陰極管、超高輝度ＬＥＤ等も仕入れました、

これで冬ごもりの準備完了です、春までちまちま楽しめそうです（笑）。

SB3024iの挙動と考察 no.3

30s/div ↑

1s/div ↑

100ms/div ↑

図1（上段）の上の線がPV電圧（フルスケール50V、5V/div）。
図1（上段）の下の線がPV電流（フルスケール10A、1A/div）。
図2（下段）の上の線がバッテリー電圧（フルスケール20V、2V/div）。
図2（下段）の下の線が充電電流（フルスケール30A、3A/div）。

図から効率を計算
(13.0V×9.0A)÷(38V×3.3A)＝94％　　　納得の値

測定条件として日射量70％～50％の条件で測定したので、信頼の置けるデータといってよいものと考えます。

図の見方としては、上から順番に横方向に拡大している様子をイメージして下さい。
ただし、日射量は絶えず変化していますから、上の図は同じ物を引き伸ばしたのではありません。


「IPN-PRO-S」を取り付けました、

シャント抵抗からの配線はOP4C0.9mm、

本体からの配線は付属のモジュラーケーブル

を地下から二階の書斎？のコントロールパネル

付近にとりあえず置いてあります。

表示は見やすく、バッテリー電圧、電流（充電、放電）、バッテリー残量等、運用する上で大変便利です、その他の機能についても徐々に使い込んでいこうと思います。

SB3024iの挙動と考察 no.2

過渡現象（瞬間的）を把握するために、レコーダーの記録速度を1枡30分から、2分にしてみました。

このグラフから読み取れるのは、かなり軽負荷の場合はMPP機能は停止していて（軽負荷時に動作させると動作電力の方が大きくなる）、電力を貯めている。
そして、MPP機能が動作すると同時に、その蓄えをバッテリーに送り込んでいます。
この動作を繰り替えしているために、日負荷曲線は乱れます。

日射量は、上段のPV電流を参照して頂くと解りやすいと思います。
（日射量100％で、約4.8Aですから4.8枡です）。

今後、重負荷時の特性等いろいろ探っていきます。


「IPN-PRO-S」のケースを探していたところ

B型メタルモールのボックスが丁度いい大きさ

ねじ穴までピッタンコではありませんか、

あとは、配線するのみです。

SB3024iの挙動と考察

測定結果↑クリックすると拡大されます。

図1（上段）の上の線がPV電圧（フルスケール50V、5V/div）。

図1（上段）の下の線がPV電流（フルスケール10A、1A/div）。

図2（下段）の上の線がバッテリー電圧（フルスケール20V、2V/div）。

図2（下段）の下の線が充電電流（フルスケール60A、6A/div）。

Rec、30min/div、サンプリング22.5s毎。

感　想
1.比較的気象条件のいい日のデータだが、季節的に悪条件のため確度は落ちる。

2.上段の図から、MPPを常に探っている動作がわかる。

3.本体にかなり、電力を蓄える特性と、一定電力を蓄えてから充電電流の吐き出しを行うので効率的に充電しているといえる（下段の図でも解る様に測定値と計算値が合わなくなる）。

4.取り急ぎここまでの解析しか出来てません、今後も解析を続けます。



只今、中央電気（すぎやまさん）様から

「IPN-PRO-S」が到着しました（感謝）。

取り付けは今週末に行う予定。
取り扱い説明書を読むと
（読めないので想像力で予想）
多機能で使い易そうだ、今後は測定器と併用し
詳細なデータを解析するとともに、
過渡現象についても調べてみます。

独立系パネル増設

あられが降る悪天候のなか、パネルを

増設しました、下段2枚が独立系のパネルで

右が既存のNE70、左が新設のNE100です。

接続は、直列接続で電圧

（15.81+20.38）＝36.19V

電流4.43Aと4.91Aです。

電力は36.19×4.43＝160w+αです。

SB3024iの挙動を探るため測定器+

シャント抵抗10A・30A（借り物）をセット。

入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流、

の4ポイントを1h/div（サンプリング45s毎）

にて、５～10日測定を実施しようと思います。

ほとんど無発電状態のためまともなデータは

まだ測定できていないが、PV電圧は36.5V

PV電流は0.4A、充電電流1.2A、バッテリー

電圧12.6Vをテスターとクランプで確認。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑
ちゃんとMPP点を探りあてているようだ。（バンザイ!） 　　　　　 太陽電池ではありません（笑）

明日以降天候が回復し、良いデーターが測定できるればいいなぁ～。