スマートグリッド・インフラ技術
インテリジェントな配電網（スマートグリッド）は、エネルギーシステムの基幹である。
何百万台もの電気自動車が道路を走り、何テラワットもの再生可能エネルギー容量が送電網に設置される中、私たちのエネルギー・システムは急激な転換期を迎えています。
断続的な再生可能エネルギーや分散型エネルギー資源を確実に統合するスマートグリッドには、よりスマートな機器が必要である。
LEMは電気パラメーターを測定することでグリッドを改善し、制御室での自動化、遠隔監視、リアルタイムの機器データの共有を可能にします。
スマートグリッドとは何か？
スマートグリッドとしても知られるインテリジェント電力ネットワークは、以下のような重要な機能を果たすことで、あらゆるスマートシティの基盤となっている：
- 「プロシューマー」への情報提供: スマートグリッドは、エネルギーを消費・生産する個人または事業体である「プロシューマー」に貴重な情報を提供する。この情報は、いつ、どのように、どのように電力を使用し、貯蔵し、あるいは販売するかについて、十分な情報を得た上で意思決定することを可能にする。これは特に、屋根にソーラーパネルを設置している人々にとって重要である。その目的は、省エネ、効率化、需要応答プログラムへの住宅、商業施設、工業施設の積極的な参加を促すことである。
- 分散型再生可能エネルギーの統合を促進： スマートグリッドは、分散型再生可能エネルギー源、エネルギー貯蔵システム、電気自動車充電ステーションを確実に統合する。そのためには、故障を迅速に検出、隔離、復旧できるインテリジェントな保護装置と変電所の導入が必要です。
- グリッド・コンポーネントの強化： スマートグリッドには、センサ、インテリジェントな電子機器、スマートメーターなどのインテリジェントなソリューションが組み込まれている。これらのコンポーネントは、制御、自動化、遠隔監視、リアルタイムのデータ共有を可能にします。これらのコンポーネントがシームレスに連携することで、コントロールセンターは、変圧器などの重要なコンポーネントの詳細なステータスとともに、グリッドの現在および将来のパフォーマンスに関する洞察を得ることができます。この集合的なインテリジェンスは、グリッド管理と応答性の向上に貢献します。
スマートグリッドソリューションの代表的なアプリケーションには、以下のようなものがある：
- 配電自動化 - 故障検出、絶縁、復旧
- 送電網監視（インテリジェント変電所など）
- 保護と安全
- 配電変圧器監視
- 配電自動化 - 電圧制御
- 電力品質
MV/LV（高圧・低圧）変電所におけるスマートグリッド技術
このスマートグリッド・アプリケーションの例では、MV/LV変電所内の配電変圧器の低電圧（LV）側に接続されたスマートメーターとともに、フレキシブルなLEM ARTロゴスキーコイルセンサを利用します。
スマートメーターに組み込まれたソフトウェアは、LV測定値に基づいて計算を実行し、電気システムの状態を特定するのに非常に役立つ多くの指標を決定することができます。この情報には、油温、経年劣化率、電流値、電力フローなどが含まれます。
この革新的なアプローチは、MV側に追加のセンサを必要とせず、より費用対効果の高い配電網管理を実現します。スマートメーターは、ARTコイルと組み合わされることで、従来のクラス0.5メーターとクラス0.5変流器（CT）の精度を向上させ、全体として1%以上の精度を達成します。
MV/LV変電所では、電力の流れが中電圧から低電圧に変換される。低圧変電所では、スマートメーターが電力品質を常時監視し、予知保全を計画します。3つのARTロゴスキーセンサは、ケーブルからの情報をエネルギーメーターに送信する。
配電システムオペレーターの利点は以下の通りである：
- 各配電変圧器の熱挙動、経年劣化率、有効・無効損失をリアルタイムで監視。
- 消費者、生産者、変圧器のLV負荷曲線の作成により、予期せぬ損失を検出し、効率を高めることができる。
- 各MV-LV変圧器によって分配される有効エネルギーの集計。スマートグリッドのMV側における非技術的問題の検出を容易にする。
スマートグリッドのためのIoT遠隔エネルギーモニタリング
モノのインターネット（IoT）はスマートグリッドの実現に非常に適しているが、その主な理由は、広範囲な通信距離の要件と、伝送に必要な最小限のデータサイズにある。長距離通信の標準である狭帯域RFを活用することで、革新的な遠隔エネルギー監視ソリューションの開発が可能になる。このソリューションでは、電気機器の遠隔監視用にワイヤレス・エネルギー・メーターを配備し、ハードウェア、M2M接続（LORA、SIGFOX、3G/GPRSなど）を組み込み、収集したデータ（履歴、アラート、グラフ、統計など）を管理するためにウェブ・サービスを利用する。
このIoTソリューションは、ネットワークの実装とユーザーの設置を合理化し、インフラコストを削減し（中継器が不要になる）、一般的に既存のソリューションと互換性がある。このアプローチは、電力ペイロードが小さく、長距離要件があり、伝送に必要なデータサイズが最小であるため、IoTアプリケーションに特に適している。IoTスター型ネットワーク構成は、スマートグリッドの展開で一般的に採用されている。
エネルギー監視の典型的な用途は、エネルギー消費バランスを特定し、過剰消費を分析し、注意を要する領域をピンポイントで特定することである。ATO（A）またはART（B）を利用する各無線エネルギー・メーター（1）は、RF長距離インターネット（2）に接続し、安全なウェブ・サーバー（4）にメンテナンス・データ（3）を送信する。
エンドユーザーは、サイクル、作業時間、消費量などを含む機器の使用状況を遠隔監視し、電力損失や電力ピークなどの異常が検出された場合にアラートを受け取ることができる(5)。電気モーター、換気装置、ポンプ、コンプレッサーを備えた機器は、エネルギー消費をモニターする典型的な機器のひとつである。
このソリューションの利点は、ATOまたはARTの設置が簡単なこと、インターネット接続、リアルタイム測定、エネルギーメーターの自律性などである。動作モードは、1秒ごとに10秒間RMS電流を取得し、10分または15分ごとに消費電流統計を送信する。
IoTベースの遠隔エネルギー監視の主な利点：
- ローカル・ネットワーク・インフラを展開する必要なし
- 屋外と屋内の両方の機器をモニタリング
- 広範囲をカバー
- エネルギー消費量が非常に低く、長寿命の自律型エネルギー・メーター
- LEM ATOまたはARTセンサによる手頃な価格と展開性
配電架空線監視におけるスマートグリッドソリューション
新しい電流センサにより、電力会社は架空配電線を監視し、その容量を最大化し、クリアランス違反を防止して、MV配電網の信頼性と効率を高めることができます。
架空送電線のモニタリングは、NB-IoTやLPWANといった新しいIoT（Internet of Things）通信ネットワークの登場により、より速く、より簡単に、より費用対効果が高くなりました。2本のMV電柱(2)の間に設置されたラインセンサ(1)を利用することで、系統運用者は電流の流れをリアルタイムで可視化し、配電を改善するために送電線の容量を最適化することができる。ワイヤレス・ライン・センサ（1）は、テレコム・リレー（3）を介して、セキュアなクラウドベースのデータベース（4）またはオンプレミス・システムにデータを送信する。エネルギー管理プラットフォーム(5)は、必要に応じて調整、警告、保守チームへの通知を行うことができる。最新のラインセンサは、LEMロゴスキーコイルART（A）を活用して電流測定、電流レベルに基づく老朽化検出、ライン容量の優先順位付けを行います。
以前は、送電網を見通すことができなければ、架空送電線を通じて分散された再生可能エネルギーが過負荷につながる可能性があった（赤で描かれている）。しかし、三相ライン・センサ・システムを導入することで、1つのラインの余剰電力を隣接するラインに再分配することができ（黒で表示）、最初のラインの容量を効果的に許容レベルまで減らすことができる（青で表示）。この最適化された再分配により、送電網全体の容量出力が最大化される（図1参照）。
図1：ラインセンサ設置前と設置後
さらに、ラインセンサ（1-35kV配電網用に設計）は、定期的な時間同期測定を提供し、状況認識と運用効率を高めます。このセンサは、振幅と位相の両方を含む電流と、導体表面の温度に関する情報を提供します。また、このセンサは故障状態を検出し、迅速な特定と通知を可能にします。メッシュ化されたネットワークでは、この3相ライン・センサ・システムにより、異なるライン間のリアルタイム均等化が保証されます。AC測定には、LEM ARTのスプリット・コア・ロゴウスキー・コイルが採用されており、ライン・センサに使用されている他の2つの電流測定技術と比較して、下表にまとめたようないくつかの利点があります。
スマートグリッド製品
LEMは、革新的で、正確で、信頼性が高く、設置が簡単で、非侵入型のスマートグリッドセンサを提供し、送電網の性能向上と都市のスマート化を実現します。
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 帯域幅 | 20Hz - 6000Hz | 1500Hz | 1500Hz | 10Hz - 400Hz | 30Hz - 2000Hz | 300kHz - 420kHz | 320kHz | 50Hz - 60Hz | 50Hz - 60Hz | 2kHz | 100Hz | - | 100Hz | 20Hz - 6000Hz | 4kHz - 10kHz | 30kHz | 50kHz | 1000kHz |
| 消費電流 | 30mA - 35mA | 350mA | 100mA | - | 30mA | - | - | - | - | 50mA | 80mA | 100mA | 400mA | 30mA | 20mA | 50mA | 0.35A | 80mA - 140mA |
| 最大電流範囲 | 2000A - 3000A | 5000A | 5000A | 5A - 2375A | 10A - 400A | - | - | 5A - 150A | 6A - 176.7A | 32A Per Phase +/- 150mA (leakage) | 80A 1000V DC | 20A - 400A | 400A & 600A 1000V DC | 600A - 1800A | 100A - 3000A | 20A | 12000A | 9000A |
| 電源電圧 | 20V - 50V | 16V - 31V | 10V - 32V | 24V | 12V - 24V | Self Powered | Self Powered | Self Powered | 20V - 28V; Self Powered | 3.3V | +12, +24V DC | 20V - 50V | +12, +24V DC | 20V - 50V | 12V - 15V | 26V | 24V | 12V - 24 V |
| 取付方法 | On Primary Fastening | DIN Rail | DIN Rail | Panel / DIN Rail | Panel / DIN Rail | On Primary Fastening | On Primary Fastening | On Primary Fastening | DIN Rail / On Primary Fastening | 1 Phase - 2 Jumpers 3 Phases + N - 4 Jumpers | DIN Rail/ Screw Mounting | Panel / DIN Rail | DIN Rail/ Screw Mounting | Panel | Panel / On Primary Fastening | Panel | Panel | On Primary Fastening |
| 出力 | Current | Current | Current | Current | Current | Voltage | Voltage | Current | Current | SPI + Analog Tripping Output | Ethernet HTTP REST | Current | Ethernet HTTP REST | Voltage | Current | Current | Current | Voltage |
| 総合精度 | 1% | 0.5% | 0.5% | 1% | 1% | 0.5% | 0.5% | 1.5% | 1% - 1.5% | +/- 0.5mA @ 1mA | Class B (1%) | 1% - 2% | Class B (1%) | 1% | 2% | 2% - 5% | 0.06% | 0.5% |
| テクノロジー | Open Loop Hall Effect | Integrator | Integrator | Current Transformer | Prime Air- Core | Rogowski Coil | Rogowski Coil | Current Transformer | Current Transformer | Open Loop Fluxgate | Bi-directional Meter | Open Loop Hall Effect | Bi-directional Meter | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Open Loop Hall Effect | Closed Loop Fluxgate | Open Loop |
ロゴスキーコイルとは何ですか？
ロゴスキーコイルは、測定する導体に簡単に巻き付けられる柔軟なセンサを作るために使用されます。これは、一方の端からのリード線がコイルの中心を通ってもう一方の端に戻り、両方の端子がコイルの同じ端に位置するようにした、らせん状のワイヤーコイルで作られています。コイルの長さは、最適な伝達特性を得るために、関連する一次ケーブルの直径に基づいて選択されます。
この技術は、一次電流の変化率（微分）を正確に検出し、コイルの端子に比例した電圧を誘導します。
認証および標準
最も厳格な業界標準に準拠
LEMの製品および工程は、以下の業界標準に準拠しています。
- 電磁適合性を認定するLEMトランスデューサーのCEマーク
- 以下の自動化用途向けIEC標準
- 性能に関するIEC 61869-2、-6、-8、-10、-14、-15
- 安全に関するIEC 61010-1、-2-030、-2-032、-031
- 環境面および機構面の制約に関するIEC 61800-1およびIEC 61800-2
- EMCに関するIEC 61000-6-2およびIEC 61000-6-3またはIEC 61326-1
- RoHSに準拠
- すべての生産センターおよび開発センター（スイスおよび中国）がISO TS 16949認証取得済み
高品質の製品およびサービス：弊社の最優先事項
LEMは、用途および電流測定技術に関する深い知識に基づき、カタログ製品だけでなく、性能、スペース要件、およびコストに関するお客様のご要望に応えるよう完璧に仕上げられる特別注文製品の両方を開発しています。
製品資料
エネルギー管理システムを最適化するための詳細な洞察とソリューションについて、包括的なスマートグリッドパンフレットをご覧ください。
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