病院の電気システムにおけるデータ駆動型の電力品質評価
| 施設 | ランプン大学病院, インドネシア — 大規模な大学教育病院 |
| 測定点 | 主配電盤 (民主党) — 4 つのデータセット, 高サンプリングレートの電気測定 |
| 適用される規格 | IEEE 1159 (定義) ・IEC 61000-4-30 (測定方法) ・IEEE 519 (コンプライアンスの制限) |
| 電圧 & 周波数 | 準拠 - 安定した, 公共事業の供給から予想される名目制限内で |
| 現在のTDD | 非準拠 — IEEEを超えた 519 何度も限界を超える |
| 電圧不平衡率 | 非準拠 — 基準が許容する期間を超えて許容レベルを超えた |
| 力率 | 遅れている — 無効電力損失と配電効率の低下を示します |
| 根本的な原因 | 制御されていない非線形荷重 (SMPS, UPS, VFDは, 映像機器) 内部配布について |
| 重要な発見 | 公共施設の供給はクリーンでした - すべての PQ 問題は病院独自の配電システム内で発生しました |
01 コンテキストと背景
このケーススタディは、広範な調査結果を示しています。, インドネシアのランプン大学病院で実施されたマルチパラメータ電力品質評価。臨床サービスと学術サービスの両方を提供する大規模な教育病院です。. ナマさんの研究, デスパ, つぎよの, そして貴族 (2025) 最初の厳密なものの 1 つを表します, インドネシアの主要医療施設におけるデータ主導型の PQ 評価, これまでの PQ 研究のほとんどが外乱の全範囲ではなく単一のパラメータのみを扱っていた地域文献のギャップを埋める.[1]
現代の病院は、あらゆる部門の中で最も要求の厳しい電力品質環境の 1 つです。. 負荷混合は同時に高度に非線形になります — スイッチモード電源 (SMPS) コンピューターやモニターで, 可変周波数ドライブ (VFDは) HVAC システム内, UPSシステム, CT スキャナーや MRI スキャナーなどの画像診断装置 - 高感度, 患者モニタリング付き, 生命維持装置, 波形歪みに弱い診断機器など, 電圧不平衡, そして停電.[1]
最も要求の厳しい非線形負荷 - 画像診断, UPSシステム, 電子安定器 — 同じ配電システムに接続されている敏感な臨床機器を脅かす高調波歪みを生成する同じ機器です。. 病院は、それ自身の最も重大な内部 PQ 障害の発生源であると同時に、最も脆弱な被害者でもある.
この研究は、国際的に認められた基準を全体にわたって適用しているため、特に価値があります。: IEEE 1159 定義のために, IEC 61000-4-30 測定方法について, とIEEE 519 コンプライアンス評価用. これにより、この結果は他の管轄区域での PQ 研究と直接比較でき、北米およびヨーロッパのエンジニアリング業務に関連するものになります。, インドネシアの文脈だけでなく.
02 測定方法
測定点と計器類
測定は主配電盤で行われました。 (民主党) — 病院内の主要な物品配布ポイント, 公共サービス入口の下流および個々の給電装置の上流. 4 つのデータセットは、高サンプリングレートの電気測定装置を使用して取得されました. この測定ポイントは、主要な供給ポイントから見たすべての病院の負荷の集合的な動作を捕捉します。, 全体的な社内 PQ 環境を評価するための最も代表的な場所です。.[1]
測定されたパラメータ
次の電力品質パラメータは、記録された波形データから体系的に計算されました。:
- 三相電圧と電流 — 3 相すべての RMS の大きさと波形
- 周波数 — 公称値からの偏差 50 ヘルツ
- 力率 — 皮相電力に対する有効電力の比, 先行/遅行分類あり
- 電圧不平衡率 (雪) — IEC 対称成分定義に従った負相電圧成分と正相電圧成分の比
- 電圧の全高調波歪み (THD-V) と 現在 (THD-I)
- 総需要の歪み (TDD) — IEEE 519 電流歪みのコンプライアンス指標, ピーク需要負荷電流を基準
THD-I は瞬時基本波電流に対する高調波電流の比です。基本波が小さい場合、軽負荷条件下では非常に高く見えることがあります。. TDD は高調波電流をシステムのピーク需要負荷電流に正規化します (私はザ), 負荷レベルに関係なく、ネットワーク上の実際の負荷を反映する安定したメトリックを提供します。. IEEE 519 TDD 制限を指定します, THD-I 制限ではありません, TDD は、同じ電源を使用しているすべての顧客に見られる電圧歪みを決定する量であるためです。.[2]
観察された動作パターン
データセットにより、電気負荷と建物の運用スケジュールの間に強い正の相関関係があることが明らかになりました。. ピーク電流負荷は、次の期間の平日に一貫して発生しました。 06:30 と 17:30 (月曜日から金曜日まで), 週末は著しく減少する. このパターンは PQ 評価に重要です: 高調波歪み, 電圧不平衡, と力率はすべて負荷構成によって変化します, また、単一のスナップショット測定では、配電システムが経験する条件の全範囲を捉えることはできません。.[1]
03 主な調査結果
コンプライアンス評価の概要
| パラメータ | 標準 / 限界 | 観測結果 | 準拠 |
|---|---|---|---|
| 電源電圧 - 大きさ | 公称限度内で | 安定 — 公称範囲内の平均 | 準拠 |
| 周波数 | 50 Hz±許容誤差 | 安定 — 良好な公共供給と一貫して | 準拠 |
| 電圧不平衡率 (雪) | IN 50160: ≤ 2% のために 95% 今週の | 基準の許容値を超える期間については、許容レベルを超えています | 非準拠 |
| 現在のTDD | IEEE 519: 限界は私次第サウスカロライナ州/私はザ 比率 | IEEEを超えた 519 何度も限界を超える | 非準拠 |
| 力率 | 理想的には ≥ 0.90 遅れ | やや遅れている - 無効電力損失を示しています | 限界 |
| 測定点: 主配電盤 (民主党). 基準: IEEE 1159 / IEC 61000-4-30 / IEEE 519. ソース: ナマら。. (2025).[1] | |||
高調波歪み — 主要な問題
電流高調波歪みが最も重要な発見でした. MDP の TDD が IEEE を上回った 519 推奨値を大きく上回る. これは、現代の病院の負荷構成と一致しています。: コンピュータの SMPS, モニター, LED照明と; UPSシステム; HVAC の VFD; 高出力画像診断装置 - すべては内部配電システムに高調波電流を注入する非線形負荷です。. 文献では、X 線撮影機単独で現在の THD が 100%.[1]
第3, 9番目, および 15 次高調波電流 (Tripln — の奇数倍 3) はゼロ列量です. 三相システムでは、中性線を相殺するのではなく算術的に加算します。. 高密度の単相 SMPS 負荷を備えた病院 - コンピューター, モニター, LED 電源 — 相導体電流を大幅に超える中性電流を生成する可能性があります. 中性線のサイズは次のとおりです。 100% 位相電流容量 (従来のデフォルト) はこの条件に対して過小評価されており、過電流デバイスをトリップさせることなく静かに過熱します。. これは火災の危険があるだけでなく、PQ の問題でもあります.
電圧不平衡
電圧不平衡が規格で許容される期間を超えて許容レベルを超えた. 病院で, これは、三相モーター負荷 (HVAC コンプレッサー) であるため、特に重要です。, ファン, ポンプ — 負相電圧の影響を受けやすい. 電圧の不均衡 2% 電圧不平衡係数の 6 ～ 10 倍の回転子電流不平衡が発生する可能性があります, 対応する追加加熱と加速された絶縁劣化. HVAC の信頼性は患者の快適さと感染制御に直接関係しており、その結果は電気工学の領域をはるかに超えています。.
力率
遅れ力率は、配電システムが局所的な無効電力補償を行わずに、誘導性負荷 (主にモーター負荷と UPS システム) に無効電力を供給していることを示します。. 遅れ力率により、特定の実際の電力需要に対して配電導体と変圧器の皮相電流が増加します。, I²R損失が増加し、配電システムの実効容量が減少する.
04 根本原因の分析
ユーティリティは問題ありませんでした
MDP での電圧と周波数の測定は安定しており、公称制限内であり、適切に規制された公共供給と一致していました。. 観察された PQ 問題は完全に内部起源でした: 病院独自の非線形負荷によって生成される, 病院独自の内部分布インピーダンスを介して循環, 病院自体の機密機器に影響を与える. 電力会社はクリーンな供給を提供した. 病院の内部負荷により劣化した.
これが中心的な発見です, これは、IPQDF ケーススタディで引用されている Fluke フィールド統計と一致しています。 01: 医療施設における PQ 問題の大部分は施設内で発生している. 公共料金メーターの準拠境界は、内部機器の問題の原因を探すのに間違った場所です.
非線形な負荷集中
現代の病院は、他の建物タイプと比較して、単位床面積あたりの非線形荷重密度が非常に高いです。. すべての患者モニター, すべての輸液ポンプ コントローラー, すべてのコンピュータワークステーション, すべての LED 照明器具, すべての UPS システムは高調波電流源です. 非線形負荷が限定された生産エリアに集中する産業施設とは異なります。, 病院の非線形負荷はすべての病棟全体に分散されています, すべての廊下, 各行政機関, すべての診断室 - 最も敏感な臨床機器と同じ分配システムに接続されています.
PQ の問題と稼働時間の間には強い相関関係がある (平日のピーク 06:30-17:30) エンジニアに何を探すべきかを正確に伝える: 高調波発生源は、診療時間中にスイッチがオンになる機器、つまり画像診断です。, 患者の監視, 手術室の負荷. 週末の削減により、ベースラインの高調波環境が常時オンの負荷から低下していることが確認されています。 (冷凍, 非常用照明, セキュリティシステム) 管理可能です; IEEE 上で MDP を駆動するのは臨床負荷です 519 TDD制限.
05 提言
研究著者らは、以下の緩和策を優先事項として特定しました。:[1]
- アクティブ高調波フィルタリング (AHF) — MDP または個々の負荷フィーダでの高調波電流の適応型キャンセル. AHF は臨床一日を通して変化する負荷構成に適応します, 病院の変化しやすい高調波環境に最適です。
- フェーズ間の負荷均等化 — MDP での電圧不均衡を軽減するために、3 相間で単相負荷を体系的に再配分します。
- 無効電力補償 — ローカルコンデンサバンクまたはアクティブ無効補償により力率を改善し、導体損失を低減します
- 中性線のサイジングのレビュー — 配電システム全体にわたる三重高調波中性電流負荷の評価, 必要に応じてサイズアップも可能
- IoTベースの継続的な監視 — MDP および主要なサブ配電パネルでのリアルタイム PQ 監視システム, 機器の故障が発生する前に、高調波問題の発生を早期に警告します。
1 回限りの PQ 調査でスナップショットを取得します. 病院の PQ 環境はシフトごとに変化します, 季節ごとに, そしてあらゆる装備の追加. この研究で実証された運転スケジュールと高調波荷重との相関関係は、定期的な調査ではなく、MDP での恒久的なモニタリングの必要性を強く主張しています。. 監視システムのコストは、高調波による制御の誤動作によって引き起こされる 1 台の診断装置の故障に比べて数分の 1 です。.
06 電力品質の観点
この研究は、電力品質に関する IPQDF 技術概要で説明されているコンプライアンスのパラドックスを教科書的に実証したものです。. 公共電源は準拠していました. IEEE 519 PCCでは何も問題がなかったはずだ. まだ病院の中, TDDはIEEEを超えていた 519 大差で制限する, 電圧不平衡が仕様範囲外でした, そして力率が遅れていた - 臨床機器の信頼性と配電システムの安全性を直接脅かすすべての状況.
ユーティリティエンジニアリングのバックグラウンドから, この発見は驚くべきことではない. 公益事業技術者は、PCC が契約上および計量上の境界であることを知っています。, 顧客の内部機器の保護境界ではない. メーターでのクリーンな電源は、施設自体の非線形負荷が通電された瞬間に、施設内で歪んだ電源になります。. 歪みの程度は配電システムの内部インピーダンスによって異なります。, ユーティリティネットワークとは異なります, 電圧歪みなしに大きな高調波電流を吸収するように設計されていません.
インドネシアで行われたこの研究は、IPQDF ケーススタディシリーズのすべての医療施設の PQ 評価で繰り返される発見を代表するものです。: 電力会社はクリーンな供給を提供します; 病院は内部でそれを劣化させる. エンジニアリングの対応は、公共事業の供給品質の向上を要求することではなく、内部 EMC 監査を実施することです。, サービス入口ではなく、機器のターミナルで測定する, 電力会社の標準が制御するように設計されていなかった高調波発生源と配電システムの不備に対処します。. 施設内の EMC 監査は貴重です. 特にヘルスケア分野では投資回収が早い, 診断機器の故障や中性線の火災のコストが、監査と軽減策を合わせたコストをはるかに超えてしまう可能性がある場合.
参照
- 永続的な Forda 名, ディクプライド デスパ, つぎよの, 貴族. “病院の電気システムにおける電力品質のデータ主導型評価: ランプン大学の事例紹介, インドネシア。” 電気電子工学の国際ジャーナル, フライト. 12, しない. 12, PP. 104–116, 2025. DOI: 10.14445/23488379/IJEEE-V12I12P108. CC BY-NC-ND に基づくオープンアクセス 4.0.
- IEEE規格 519-2022. 電力システムにおける高調波制御に関する IEEE 規格. IEEE, ニューヨーク, NY, 2022.
- IEEE規格 1159-2019. IEEE が推奨する電力品質監視の実践方法. IEEE, ニューヨーク, NY, 2019.
- IEC 61000-4-30:2015+AMD1:2021. 電磁両立性 (EMC) - 一部 4-30: 電力品質測定方法. IEC, ジュネーブ.
このケーススタディは、CC BY-NC-ND のもとで公開されたオープンアクセスの研究論文に基づいています。 4.0:
GFの名前, デスパD, つぎよの, ノーブルS. “病院の電気システムにおける電力品質のデータ主導型評価: ランプン大学の事例紹介, インドネシア。” 電気電子工学の国際ジャーナル, 12(12), 104–116, 2025.
DOI: 10.14445/23488379/IJEEE-V12I12P108 ・・ 元の記事を読む→
このケーススタディは、元の出版物のオープンアクセス条件に基づいて、教育目的のために概要と解説の形式で提示されています。 (CC BY-NC-ND 4.0). PQ の視点セクション (セクション 6) Denis Ruest による IPQDF 編集解説を代表する, 修士号. (適用済み), P.Eng. (レット。). IPQDF は元の研究の著者であることを主張していません.