高調波とは？発生原因と対策｜抑制対策をプロが解説

〰️高調波とは？基本波のひずみをわかりやすく

高調波とは、電源の「基本波」に対して、その整数倍の周波数を持つ電圧・電流の成分のことです。日本の電力の基本波は、東日本で50Hz、西日本で60Hz。この基本波に、2倍・3倍・5倍…といった周波数の波が重なることで、本来なめらかな正弦波であるはずの波形が「ひずむ」——これが高調波です。

なぜ「第5次」が問題になるのか

高調波にはさまざまな次数がありますが、実務で特に問題になるのが「第5次高調波」です。理由は、含有する量が比較的多いことに加え、後述する進相コンデンサとの「共振」を起こしやすいためです。次いで第7次も含有が多く、これらの低次の高調波が、設備トラブルの主な原因になります。

波形が「ひずむ」とはどういうことか

もう少しイメージをつかんでおきましょう。本来、電気の波形は、なめらかな山と谷を繰り返す「正弦波（サインカーブ）」です。ここに、周波数の異なる高調波（第5次・第7次など）が重なると、波形の山が欠けたり、肩に小さな波が乗ったりして、いびつな形になります。これが「波形のひずみ」です。

このひずんだ波形が、電線や機器を流れることで、余分な電流・発熱・振動を生みます。人間の耳には聞こえない雑音が、機械には負担になるようなイメージです。基本波というきれいなリズムに、余計な波が混ざることで、設備が少しずつ疲弊していく——これが高調波の本質です。だからこそ、混ざった余計な波（高調波）を取り除く・抑えることが、対策の目的になります。

⚙️高調波の発生原因｜非線形負荷・インバータ

高調波は、なぜ発生するのでしょうか。原因のほとんどは「非線形負荷」と呼ばれる機器です。非線形負荷とは、電源から見て、電圧に比例したなめらかな電流が流れない機器のこと。内部で電流を急激にオン・オフ（スイッチング）することで、波形をひずませ、高調波を生み出します。

高調波を発生させる主な機器

• ✓ インバータ機器空調・ポンプ・ファンのインバータ制御など。交流を直流に変換する過程で高調波が発生します。最も代表的な発生源です。
• ✓ 整流器・UPS（無停電電源装置）交流を直流に整流する装置。産業用に多く、高調波を発生させます。
• ✓ スイッチング電源パソコン・OA機器・LED照明などの電源。1台は小さくても、多数集まると影響が大きくなります。
• ✓ 調光器・アーク炉・溶接機電流を細かく制御する機器も、高調波の発生源になります。

現代の設備は高調波が出やすい

注目すべきは、これらの機器が「省エネ・高効率」の主役でもあるという点です。インバータ制御は省エネに欠かせず、LED照明も普及しています。EV充電器のように、これから増える機器も高調波を発生させます。つまり、設備を新しく・省エネにするほど、高調波は出やすくなるという側面があります。だからこそ、現代の電気設備では高調波対策の重要性が増しているのです。

⚠️高調波が引き起こす障害・問題点

高調波は、目に見えないうちに、さまざまな設備トラブルを引き起こします。「原因不明の不具合」の裏に、高調波が潜んでいることも少なくありません。代表的な障害を見ていきましょう。

📋高調波抑制対策ガイドラインとは｜規制の基本

高調波は、自分の設備を傷めるだけでなく、電力系統を通じて「他の需要家」にも影響を及ぼします。そこで、高調波の流出を抑えるための「高調波抑制対策ガイドライン」が定められています。特に、キュービクルを持つ高圧・特別高圧の需要家に関わる重要なルールです。

「受電点からの流出」を抑える

ガイドラインの基本的な考え方は、「需要家の受電点から、電力系統へ流出する高調波電流を、上限値以下に抑える」というものです。自分の敷地内で発生した高調波を、系統に垂れ流さないように、需要家側で対策する責任がある、という考え方です。

流出量は「計算」で確認する

需要家が系統に流出させる高調波電流は、設置する機器の種類や容量から計算して求めます。機器ごとに定められた換算係数などを使い、受電点での高調波流出量を算定し、上限値を超えないかを確認します。上限を超える場合は、抑制対策（次章）が必要になります。

対策が必要になりやすい事業所

すべての事業所で、同じレベルの高調波対策が必要なわけではありません。特に対策の検討が必要になりやすいのは、次のような事業所です。心当たりがあれば、一度、高調波の状況を確認しておくとよいでしょう。

• ✓ インバータ機器を多く使う工場ポンプ・ファン・コンプレッサなどをインバータ制御している設備。
• ✓ 大型の整流器・UPSがある施設データセンター、医療施設など、直流を多用する設備。
• ✓ 省エネ改修で機器を一斉導入したLED化やインバータ化を大規模に行った事業所は、高調波が増えている可能性。

これらに当てはまる場合、機器の増設や更新のタイミングで、高調波の流出量を再確認することが大切です。新しい機器を入れたことで、それまで問題なかった設備が、ガイドラインの上限を超えてしまうこともあるためです。

🛠️高調波の抑制対策｜直列リアクトル・フィルタ

高調波の抑制には、いくつかの方法があります。設備の状況や、抑えたい高調波の程度に応じて、適切な対策を選びます。代表的な抑制対策を紹介します。

基本は「直列リアクトル」

最も基本的で広く使われるのが、直列リアクトル（SR）です。進相コンデンサと直列に接続することで、高調波電流がコンデンサに流れ込むのを抑え、共振による増幅も防ぎます。一般に、コンデンサ容量に対して6%のリアクトルが標準とされ、第5次などの高調波が多い環境では13%を選定する場合があります。進相コンデンサを設置するなら、直列リアクトルはセットで考えるのが実務の基本です。

直列リアクトルは、高調波を抑えるだけでなく、進相コンデンサ投入時の突入電流を抑える役割も果たします。コンデンサとリアクトルは「二人三脚」で、力率改善と高調波対策を両立させているのです。どちらか一方だけでは、設備の安全は成り立ちません。

より強力な対策｜アクティブフィルタ

直列リアクトルで足りない場合や、より積極的に高調波を減らしたい場合には、アクティブフィルタ（APF）が使われます。高調波と逆位相の電流を注入して打ち消す仕組みで、幅広い次数の高調波に対応できる高性能な対策です。ただし、コストは高くなるため、必要性を見極めて選定します。

🔌進相コンデンサと高調波｜共振・焼損に注意

高調波障害の中でも、電気設備業者として特に注意を促したいのが、進相コンデンサとの関係です。力率改善のために設置する進相コンデンサが、実は高調波トラブルの震源地になりやすいのです。

なぜコンデンサが焼けるのか

進相コンデンサは、周波数が高いほど電流を通しやすい性質があります。そのため、周波数の高い高調波電流は、コンデンサに集中して流れ込みやすくなります。さらに、コンデンサと系統のインダクタンスが「共振」を起こすと、高調波電流が異常に増幅され、コンデンサが過熱・焼損してしまいます。特に第5次高調波との共振が、代表的なトラブルです。

進相コンデンサは、キュービクル（高圧受電設備）の中に設置されるのが一般的です。力率改善という本来の役割を安全に果たすためにも、高調波対策とセットで考える必要があります。キュービクルの構成はキュービクルの基礎知識、変圧器まわりは変圧器（トランス）交換の費用・寿命もご覧ください。

📏測定・点検で高調波トラブルを防ぐ【実務】

ここからは、電気設備業者としての実務的な進め方です。高調波は目に見えないため、「測って可視化する」ことが、対策のすべての出発点になります。

こんな症状は高調波を疑う

次のような症状が出ている場合、その裏に高調波が潜んでいる可能性があります。「原因不明」で片付けず、高調波を疑ってみる価値があります。

高調波対策は、測定・設計・施工・点検と、専門的な知識と技術を要する分野です。「コンデンサがよく焼ける」「省エネ機器を大量に入れた」といった心当たりがあれば、まずは専門業者に測定を相談することをおすすめします。早く可視化すれば、大きな故障や火災を未然に防げます。

❓よくある質問（FAQ）

Q. 高調波とは、簡単に言うと何ですか？

電源の基本波（50Hzまたは60Hz）に重なる、その整数倍の周波数を持つ電圧・電流の「ひずみ成分」です。本来なめらかな正弦波であるはずの波形が、高調波によってゆがみます。インバータなどの機器から発生し、設備トラブルの原因になります。

Q. なぜ第5次高調波が問題になるのですか？

第5次高調波は、含有する量が比較的多いことに加え、進相コンデンサと「共振」を起こしやすいためです。共振すると高調波電流が異常に増幅され、コンデンサの焼損などにつながります。次いで第7次も多く、これら低次の高調波が主な問題です。

Q. 一般家庭でも高調波対策は必要ですか？

家庭では、個別の大がかりな対策は通常不要です。家電やLEDなどは、製品側で高調波を抑える基準に対応しています。一方、キュービクルを持ち、インバータ機器を多く使う工場・ビルなどの高圧受電の事業所では、ガイドラインに基づく対策が求められます。

Q. 進相コンデンサに直列リアクトルは必須ですか？

原則としてセットで設置するのが安全です。リアクトルなしのコンデンサは、高調波の流入や共振を防げず、焼損・火災のリスクが高まります。古い設備でリアクトルが付いていない場合は、点検・更新を検討することをおすすめします。

Q. 高調波が出ているか、どうすればわかりますか？

専用の測定器で測る必要があります。電圧計・電流計の数値には表れにくいため、専門業者による測定が確実です。「コンデンサがよく壊れる」「機器が原因不明の誤作動をする」といった症状があれば、高調波を疑って測定を依頼しましょう。

📝まとめ｜見えない高調波に備える

高調波とは、電源の基本波に重なる、整数倍の周波数を持つひずみ成分です。インバータやスイッチング電源などの非線形負荷から発生し、省エネ機器が普及する現代では、ますます身近な問題になっています。目に見えないうちに、進相コンデンサの焼損、変圧器の過熱、機器の誤作動といったトラブルを引き起こします。

特にキュービクルを持つ高圧受電の事業所では、ガイドラインに基づき、系統への高調波の流出を抑える対策が求められます。対策の基本は、進相コンデンサとセットの直列リアクトル。足りない場合はアクティブフィルタなどを検討します。そして何より、対策は「測定による発生源の把握」から始まります。見えない高調波だからこそ、専門業者による測定・点検で可視化し、トラブルを未然に防ぐことが大切です。