水処理プラントの管理
トップページ
１ 設備
２ 制御
３ 設計・施工
４ 故障・保守
５ 雑談
６ 余暇
設計・施工 （３ 電気設備）
１１ 液体抵抗器
高圧電動機の起動、回転数制御で主流であった液体抵抗器。また汚水ポンプで多用されていたセルビウス制御方式 は、もはや主流ではなく、ＶＶＶＦ方式に移行しつつあります。
しかし、現在、処理場には数多くの液体抵抗器が保有されています。構造が簡単なため、今後も保守が続けられてななか更新できないと思います。
今後は、汚水ポンプについては、ＶＶＶＦ方式が増加すると思いますが、
（１）高価である。
（２）電子部品の塊で構造が複雑である。
（３）電子部品が多様されているので製品寿命も液体抵抗器に比べ短い。
（更新時期までに電力回収等投資が回収できない可能性がある。）
（４）ＶＶＶＦ駆動の電動機にかご形電動機が使用され、故障時のバックアップ起動ができない。
（液体抵抗器が故障しても、巻き線型電動機を使用しており、純手動の起動が可能である。）
（５）高調波の発生が多い。
（最近のＶＶＶＦは高調波対策ができているが、高価）
等の欠点があり、全てにとって変わる訳ではないと思います。ただ、液体抵抗器のメーカーの製造意欲は減退しています。
液体抵抗器（例 １７５０ｋＷ電動機用）
項目
三菱
日立
東芝
西原環境衛生
外形寸法
Ｗ１３５０×Ｈ２４００×Ｄ１７３０
Ｗ１３００×Ｈ２３００×Ｄ１６００
Ｗ１１７０×Ｈ１９５００×Ｄ１５５０
Ｗ１８００×Ｈ２３００×Ｄ１２００
重量（液なし）
１３００ｋｇ
１８００ｋｇ
７２０ｋｇ
１８００ｋｇ
電解液
１５５０Ｌ
１４００Ｌ
８６０Ｌ
６００Ｌ
冷却水量
２００Ｌ／分
５００Ｌ／分
２８０Ｌ／分
５１０Ｌ／分
駆動容量
０．２ｋＷ
０．４ｋＷ
（油圧ポンプ）
０．４ｋＷ
０．４ｋＷ
（コンプレッサ）
駆動方式
電極可動式
（モータ）
電極可動式
（油圧）
電極可動式
（モータ）
電解液可変式
（空気圧）
外部制御信号
正逆パルス
４～２０ｍＡ
正逆パルス
正逆パルス
インチング運転
サーボの正逆
（ギヤあり、頻度注意）
連続可
サーボの正逆
（ギヤあり、頻度注意）
連続可
（電磁弁の開閉）
インチング運転
サーボ（又は電動機）
の正逆（ギヤあり）
連続可
サーボ（又は電動機）
の正逆（ギヤあり）
連続可
（電磁弁の開閉）
動作時間
約２６秒
１５～６０秒
３０～４０秒
約２分
循環ポンプ容量
１．５ｋＷ
１．５ｋＷ
０．７５ｋＷ
１．５ｋＷ
２次短絡用
２ノッチ
（コンダクタ方式）
３ノッチ
（カムコン方式）
７ノッチ
（カムコン方式）
２ノッチ
（コンダクタ方式）
製造状態
製造中止
保守のみ
この方式は製造中止
保守のみ
日立・東芝共用（ＯＥＭ）
日立・東芝共用（ＯＥＭ）
製造中止
保守のみ
１ 液体抵抗器の設計例
（１）仕様
電動機 １７５０ｋＷ
同期速度 ３００ｒｐｍ
定格２次電圧 ２３００Ｖ
定格２次電流 ４６５Ａ
定格スリップ １．９０％
（２）負荷 雨水ポンプ用
（３）速度制御範囲 ７０～１００％（２０５～２８５ｒｐｍ） 同期速度比（６６．５～９５％）
（４）計算
①１００％Ｒ
Ｒ100＝Ｅ２／（√３×Ｉ2）＝２３００Ｖ／（√３×４６５Ａ）＝２．８５６Ω
②電動機回転子抵抗 ｒ0＝０．０５５Ω／相
③液体抵抗器の必要抵抗
最小抵抗値 ＲLmin＝（R100×S1）／（１－S1）－ｒo＝２．８５６Ω／（１－０．０５）＾2－０．０５５Ω
＝０．１０３２Ω
最大抵抗値 ＲLmax＝（R100×S2）／（１－S2）－ｒo＝２．８５６Ω／（１－０．３３５）＾2－０．０５５Ω
＝２．１０８５Ω
抵抗比 K＝RLmin／RLmax＝２．１０８５Ω／０．１０３２Ω＝２０．４倍
④冷却容量
最大２次損失
PLmax＝０．１４８×P（S＝３３．３％）＝２５９ｋW
冷却容量 ２６０ｋW
⑤液温上昇
θ＝８６０×PLmax／（K×F）＝８６０×２５９ｋW／（１１００×１０）＝２０．２℃
K＝冷却器の熱伝導率１１００ｋCａｌ／m2・H・℃
F＝冷却器の伝熱面積 １０m2
２ 分路用抵抗器の動作頻度
運転方式
（１）速度運転制御方式から２次短絡運転へ切り替える場合は、分路抵抗に負荷抵抗が流れる。
（２）２次短絡運転より、速度制御運転へ切り替える場合は、負荷電流は流れない。
２次短絡運転時は、８８－１、８８－３がＯＮとなっており、速度運転時への切替時は８８－１を ＯＦＦすることにより分路抵抗へは電流は流れません。
２次側短絡時の突入電流（分路抵抗を設けない場合）
液体抵抗器の抵抗値最小位置から短絡した場合、約１５６％の先頭電流が流れます。
Ｉ2Ｐ＝α×Ｉ2×（ｒ0×ｒ1）／ｒ0
＝０．９８×Ｉ2×（０．０５５Ω＋０．０３２６Ω）／０．０５５
＝１．５６×Ｉ2 Ａ
ｒ1＝（Ｒ100×Ｓ2）／（１－（Ｓ2－Ｓ1））＾２－ｒ0
＝（２．８５６Ω×０．０３）／（１－（０．０３－０．０１９））＾2－０．０５５
＝０．０３２６Ω
３ 分路抵抗器の使用頻度
２０分に１度の繰り返し使用可能
液体抵抗器の改善案
ＶＶＶＦが主流になりつつある現在では、やや陳腐に思える液体抵抗器です。
しかし、容量の大きい雨水ポンプで可変速が必要な場合にＶＶＶＦではコスト的に合いません。
また、雨水ポンプは、確実に排水を行わなければならない設備です。
現在、ＶＶＶＦ用電動機にかご形が主に使用されておりＶＶＶＦが故障した場合に、起動するすべがありません。
この点で、まだ液体抵抗器が生き残る場所があるように思います。
注
ＶＶＶＦ用電動機にかご形が採用される主な理油
①ブラシ清掃等のメンテナンス性が向上し、構造上堅牢。
②既存の巻線型電動機をＶＶＶＦに変更する場合、スパイクノイズ等の耐圧を考慮していない。
最新のＶＶＶＦは改善されているが、巻線型はスパイクノイズに弱い。
③電動機の製造コストは巻線型に比較してかご形が安価である。
液体抵抗器は、原理的に簡単な構造なので次のような構成でも いいのでは、と考えています。（開発会社募集中）
（１）案１の液体抵抗器の動作
①排水電動弁を開くと準備完了水位（起動水位）まで低下します。
②起動時、排水電動弁を閉じて、給水電動弁を開けると増速します。
③定格運転位置で給水電動弁を閉じます。
④速度を下げたい場合は、排水電動弁を開けます。
⑤目標の回転数になれば、排水電動弁を閉じます。
⑥増速する場合は、給水電動弁を開けます。
⑦水位の上げ下げで、上部のタンクの液位が低下した場合 下部のタンクから電解液をポンプで規定液位まで揚水します。
⑧電動弁は基本的に、水位計で動作しますが、壊れても起動でき、オーバーフローし電解液が 循環するだけ、停止時は強制的に排水電動弁を開けると準備完了水位となります。
（２）この液体抵抗器の応答性を上げるための考慮点
①水量を正確に行いたいため電動弁は、高速開閉ができること
なお、電磁弁は動作が速いが信頼性に欠けるため使用しない。
②電解液給水・排水管のサイズは太くします。
ただし、最大流量で給水して、負荷が増えても電動機に過電流が発生しない口径とします。
③電解液の給水は波打ち防止のため底部から給水します。
④電解液の上部補充タンクは、深いと水圧変動で流下量の変動が大きく なるので浅く、面積を広くします。
（３）案１がいいと考えていますが、設置場所を選ぶため、信頼性がやや劣りますが、 次の案２の方式でもよいと考えます。
（４）案２の液体抵抗器の動作
①排水電動弁を開くと準備完了水位（起動水位）まで低下します。
②起動時、排水電動弁を閉じて、ポンプで液位を上昇させると増速します。
③定格運転位置でポンプを停止します。
④速度を下げたい場合は、排水電動弁を開けます。
⑤目標の回転数になれば、排水電動弁を閉じます。
⑥増速する場合は、またポンプで水位を上げます。
電極固定式では、西原環境衛生（株）の液体抵抗器で「フローマッチャー」との名称がありますが、 コンプレッサによる加圧して液位を変化させており、この案より複雑な制御を行っています。
Copyright © 2021
水処理プラントの管理
All rights reserved.
by
水処理プラントの管理
（４）案２の液体抵抗器の動作