当社のDC専門家は、ACおよびDCシステムのケーブル断面の計算と選択を支援するアドバイザーを作成しました。自分自身に問いかけてください。
- 直流グリッドの導体電流の計算にはどの公式が使えますか？
- 必要な導体断面積はどのように決定しますか？
- 予想されるケーブルの長さはどのように計算に入れていますか？
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産業用工場フロアへの電力供給は、今後ますます直流で確立されることが明らかになっています。従来のAC供給から脱却することで、すでに内部的にDC中間回路に依存しているアプリケーションの増加において、より高いエネルギー効率とその他多くの利点を達成することができます。つまり、企業はCO2排出量も削減できます。
直流給電システムにはどのような利点と可能性がありますか？
以下では、直流で供給される工場の目的について概要を説明します。ケーブルと電線は、このようなインフラの建設を計画する際に不可欠な部品です。産業界の要件に完璧に適合した低電圧用のDCケーブルも供給可能です。
LAPPはODCAの創立メンバーである
LAPPは長年にわたり、産業界における直流電流をテーマとした研究プロジェクトに積極的に関与しており、2022年に新たに設立されたODCA (Open Direct Current Alliance)に創設メンバーとして加わりました。ODCAは、その後継プロジェクトと考えられています。 DC-INDUSTRIE2. 現在、産業用エネルギーグリッドに直流を供給することの利点と、既存のコンセプトの国際標準化に焦点が当てられている。直流はエネルギー転換を成功に導く有望な手段であり、気候変動や資源保護に大きく貢献します。
直流による産業用供給ネットワークの目的
エネルギー転換の実施とCO2排出量の削減
工業生産工場を直流化するというアイデアは偶然の産物ではなく、DC-INDUSTRIEやDC-INDUSTRIE2のような、産業界と研究機関が工業生産におけるエネルギー転換の実施に取り組んでいる直流プロジェクトが成功した結果です。ここで重要な役割を果たすのが、持続可能性という概念です。電気モーターと駆動装置が、工業生産におけるエネルギー消費の最大の原因となっているからです。必要なエネルギーを削減したり、効率を上げることができれば、企業のCO2排出量に直接影響を与えることになります。
再生可能エネルギーの統合による柔軟性と供給安定性の向上
しかし、直流グリッドは交流グリッドに比べて柔軟性が高く、安定性も高いため、有望視されています。再生可能エネルギーが統合されれば、高度に自動化され、デジタルネットワーク化された生産環境は特に、分散型かつ自律的な電力供給と、それに伴う恒久的に安定したプラントの稼働率から恩恵を受けます。
業界の大規模な関与により、直流システムの標準化が加速します ユーザー、プランナー、メーカー、サプライヤー、研究機関、標準化団体、協会が緊密に協力することで、産業用電源の移行を加速させることが期待されています。
どのような場合に、どのような人に直流を選択しますか？
要するに、今日、新しいプラントを建設する人は、直流による電力供給について調べるべきだということです。
DCシステムに適した生産工場は？
- 高電力を必要とするプラント（例：アークまたは溶接用途
- 再生可能エネルギーによる自家発電を行う工場
- 各種サーボドライブを使用して、装置や機械を正確に制御、位置決め、加速、制動する工場
- ダイナミックな動作が行われるロボット工学を応用した工場
- 大規模オフィスビル
プラントや機械工学、データセンター、ロジスティクス、再生可能エネルギーなど、直流グリッドは多くの産業で活用されています。当社は、植物に直流電流を供給することの利点に関する情報を提供します。
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交流と直流 - 簡単に説明
AC/DCという略称は、単なるオーストラリアのロックバンド以上の意味を持ちます。電気工学では、これらの略語は常に交流(AC)と直流(DC)という2種類の電流を表してきました。
交流電流と交流電圧とは？
古典的な機械や家庭用電化製品のほとんどは、交流電流で作動します。交流電流とは、流れる方向が絶えず変化する電流のことです。
交流電圧は、大規模な発電所（水力発電所、石炭発電所、原子力発電所など）で発生します。これは、周期的に極性が変化する電気的な正弦波電圧です。（グリッド内で）消費者が接続されている場合、正弦波電流が流れます。
単相交流電圧のシステムに加え、三相電流のシステムもあります。より大きな電力を必要とする大型の機械や装置に電力を供給できるように、1本ではなく、120度位相シフトした交流電圧の3本の通電導体があります。
直流電流と直流電圧とは？
コンピューター、携帯電話、そしてLEDも直流で動作します。直流電流とは、流れる方向を変えない電流のことです。
直流電流は、直流電圧が存在する場合にのみ発生します。これは常に同じ極性を持つ電気電圧です。
工場で直流を使用する5つの確かな理由
工業生産工場を交流から直流に切り替えることには、同時にいくつかの利点があります。
サーボドライブを使用した機械や装置の正確な加速と制動は、工場で多くのエネルギーを放出します。フィードバックされたこのエネルギーは、バッテリーやその他の蓄電システムによって一時的に「蓄える」ことができます。つまり、未使用のエネルギーが失われることはなく、むしろ必要であれば後日すぐに利用できます。 この効率の向上は、プラントに短期的な負荷ピークがある場合にも顕著です。
必要なエネルギー量を地域のグリッドから供給する必要がなくなり、代わりに工場内の蓄電池から供給できるようになります。
バッテリー、燃料電池、再生可能エネルギー、特に太陽光発電システムなど、さまざまなエネルギー源が、グリッドから独立した電力供給を確立するために使用されています。直流グリッドへの接続は、すでに直流電流を供給しているため、かなり容易です。
生産工場では、周波数コンバータによって時間制御されるさまざまな速度制御サーボドライブがあります。周波数変換器は、その内部中間回路で常に直流を必要とします。このため、交流電圧から直流電圧を一時的に発生させ、速度に応じて周波数を変化させた交流電圧に変換します（原理：交流→直流→交流）。
交流で電力を供給する生産に比べ、直流システムではエネルギーを交流から直流へ、あるいは直流から交流へ変換しなければならない箇所がはるかに少ないです。
一般に、エネルギー変換のたびに変換ロスが発生するため、変換点が少ないほど、より大きなエネルギー節約につながることが立証できます。例えば、ACとDC間の変換ロスは、アプリケーションによっては一桁台のパーセンテージで節約できます。
また、直流グリッドの直流ケーブルに流れる導体電流[A]が少ないため、直流グリッドにおけるエネルギー損失も少なくなります。これは、直流グリッドの系統電圧が基本的に高く、アイドル電力が発生しないためです。機械における電界および/または磁界の周期的な蓄積と消滅のために、対応するエネルギーは追加のアイドル電流の形で導体に残り、これは実際の電流の流れ（有効電流）に加えてさらなる損失を引き起こします。しかし、これらのフィールドはマシンを操作するために必要なものです。このプロセスは連続ループで行われ、交流グリッドでは不要なエネルギー損失となります。
公共AC供給網への接続が1つしかなく、それ以外は内部で直流で運転される生産工場は、外部からのエネルギー変動や電圧障害の影響を受けにくいです。特にデータセンターや、正確な時間に生産が行われる生産施設では、無停電電源装置に大きく依存しています。ナノ秒単位の応答時間を持つ、より独立性の高い直流グリッドでは、電圧変動を素早く補正することができます。そのため、プラントの計画外のダウンタイムを回避することが容易になり、プラントや機械部品の可用性と機能性がより保証されます。
直流給電：どのような節約効果が期待できますか？
直流電源は、多くの利点だけでなく、さまざまなコスト削減も約束します。
以下による省エネルギー
- ストレージシステムの統合
- 再生可能エネルギーの統合
- 全回復エネルギーの使用
- 送電ロスの低減
以下による資源節約
- 断面積が小さく、コア数が少ないケーブル（銅の必要量が少ない）
- より少ないコンバータ、より小さなコンバータ（より多くのスペースを確保）
外部グリッド変動によるプラント停止からの保護
- 生産工程におけるコスト高なダウンタイムや、高額な修理費用を避けることができます。
DCケーブルとACケーブルの違いは何ですか？
LAPPでは、ケーブルおよび接続技術の分野におけるグローバルマーケットリーダーであり、低電圧範囲のケーブルの特性に精通しています。交流ケーブルと直流ケーブルの主な違いについて簡単にご説明します。
デザインの違い
交流電圧（三相電流方式）の送電には5芯のケーブルが必要で、直流電圧の場合は1～2本少ない導体が必要となります。DCケーブルは、DC+とDC-コア、そして最も単純なケースでは中性導体で構成されています。
カラーコーディングの違い
直流用に特別に設計されたケーブルの導体は、交流ケーブルとは異なるカラーコーディングがなされています。DIN EN 60445によれば、外部導体は赤と白で識別されなければならないが、ACケーブルの場合、外部導体は灰色、茶色、黒でコード化されます。
素材使用
導体数が少なく、導体断面積が小さいため、直流ケーブルに必要な銅の量は通常交流ケーブルより少ないです。関連する状況に合わせて、そのままの直流電圧を供給するために、高品質のコア絶縁に注意を払わなければなりません。ただし、交流電圧で使用する場合に比べ、この点での追加仕様はありません。
導体断面積の選択
正しい導体断面積を選択することで、ケーブルは必要な定格電流の寸法になります。関連する保護エレメントにより、接続されたデバイスは過負荷や短絡から保護されます。多くの場合、ACケーブルと同じプロセスで必要な断面を決定することができます。導体電流を決定し、設置タイプやケーブルの長さを考慮し、使用するケーブル素材が耐熱性に適しているかどうかを確認します。
LAPPの本格的な直流グリッドに対応するケーブルと電線
LAPPでは、ケーブル用絶縁材料の長期安定性とコア絶縁の絶縁強度を数十年にわたって研究してきました。現在では、産業用およびその他の直流用途の低電圧ケーブル開発のパイオニアでもあります。
Fig.: Example depiction of a factory floor with a direct current supply
当社はお客様の課題を理解し、直流グリッドに不可欠なコンポーネントを備えた直流向けの高品質で最先端のポートフォリオをご用意しています。
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