高電圧直流給電システム 情報通信サービスの環境負荷低減に向けた取り組み テクニカルリクワイヤメント 給電系ガイドライン 高電圧直流給電システム導入拡大に向けた 取り組み やました のぶひこ 山下 暢彦 さくらい とおる か と う い わ と たけし しんたく じゅん /田中 徹 /加藤 潤 あつし み き お 櫻井 敦 /岩戸 健 /新宅 幹雄 通信ビル・データセンタにおける給電システムは，省エネ化・ 低コスト化が期待できる直流380 Vとする高電圧直流（HVDC） 給電システムが注目されており，実導入段階にきています． 本稿では，HVDC給電システムの導入状況と標準化の取り組み， さらなる普及推進のためNTTグループで策定したテクニカル リクワイヤメントと給電系ガイドラインについて紹介します． 高電圧直流給電システム た な か たかはし あ き こ まつもり ひろあき 高橋 晶子 あ さ き も り こ う き /浅木森 孔貴 はなおか な お き /花岡 直樹 松盛 裕明 NTT環境エネルギー研究所 ムを，世界に先駆けて開発し現在は導 給電システムと従来の交流給電システ 入段階に移りつつあります． ム ・ 48 V直流給電システムとの比較 NTTグループでは，通信ビル ・ デー HVDC給電システムは，商用の交流 を図 1 に示します．交流給電システム タセンタの電力消費量の増大に伴いさ 200 Vを直流380 Vに変換し，蓄電池 は主にデータセンタで導入されていま まざまな省エネ化施策に取り組んでい に充電しつつICT装置に電力を供給し すが，変換段数が多いことから電力損 （1） ます．この中で，電力システムの省エ ます ．商用が停止した場合には蓄電 ネ化施策として，NTT環境エネルギー 池から直接ICT装置に電力を供給する 研究所はNTTグループ各社と連携し ことで，上位のエンジン発電機の起動 直流380 VでICT装置に電力を供給す 時間や駆けつけによる対処時間中の ＊ る高電圧直流 （HVDC）給電システ バックアップとして機能します．HVDC 交流（AC）給電 ICT装置 DC AC 1 2 AC100 ∼200 V 直流電源装置 AC DC DC DC MB 3 AC DC 4 2 高電圧直流（HVDC）給電 HVDC電源装置 AC DC ICT装置 DC380 V DC DC MB 2 ケーブルの細径化 （設備コスト低減） （設置自由度向上） 構築コスト削減 バッテリ 変換段数が 2 段 図 1 高電圧直流（HVDC）給電システム NTT技術ジャーナル 2015.1 MB 変換段数が 2 段のみ→シンプル 1 損失削減 DC DC バッテリ 変換段数が 4 段と多い→複雑 システム効率の向上 （電力変換段数：少） 高信頼性 （蓄電池直結） 省スペース （設備コスト低減） ICT装置 DC48 V 1 バッテリ 36 ＊高電圧直流：ICT分野において，直流の給電電 圧は，電気通信用として世界的に直流−48 Vが 使用されています．これに対して，直流300〜 400 V程度の高い電圧範囲を高電圧直流と呼ん でいます． 直流（DC）給電（48 V系） UPS AC DC 失が大きいこと，蓄電池からICT装置 MB: Motherboard 特 集 間には直流から交流に変換する変換器 め電流が減り，ケーブルの細径化が 際の電圧変動がほかのICT装置に影響 が必要となるため，信頼性を確保する 可能です． を及ぼさないよう，電圧変動を抑制し これまで，NTT環境エネルギー研 た新たなヒューズや電流分配装置を開 究所はHVDC給電システムの全体構 発しました．開発した給電装置類や接 通信ビルで導入されており，シンプル 成を整理するとともに，NTTグルー 地方式を図 2 に示します． な構成のため極めて高い信頼性を維持 プと連携し各種給電装置類 （整流装置， しています．しかし近年，ICT装置の 電流分配装置，コンセントなど）を開 電力消費の増加に伴い電流が増加する 発し，販売しています．特に，安全性 HVDC給電システムを普及推進す ため， ケーブルが太くなる傾向にあり， に配慮し，感電のリスクを回避するた るためには国際標準化が必要であり， ケーブル敷設の施工性やICT装置の設 め露出のないコネクタやコンセントを NTT環境エネルギー研究所は国際電 置自由度に課題が出てきています．こ 開発するとともに，接地方式を工夫 気通信連合電気通信標準化部門 れ に 対 し てHVDC給 電 シ ス テ ム は， し，万が一感電しても人体に流れる電 （ITU-T）において積極的に標準化策 48 V直流給電システムと同様のシン 流を抑制するなどの対策を行ってきま 定にかかわり，ICT装置の入力点に対 プルな構成のため，極めて信頼性が高 した．また，電気的安定性を確保する する要求条件（L.1200）や給電シス く，変換段数も少ないことから電力ロ ために，ICT装置で短絡等の事故が生 テム構成への要求要件（L.1201）の スも低減でき，また電圧を高くするた じ，ヒューズなどの遮断器が開放する ，3） 制定に貢献してきました（2）（ ．これら 対策を要するなどの課題があります． 一方，48 V直流給電システムは， 国際標準化 500 kWシステム：100 kW×（ 5 + 1 ） 入力盤 電源モジュール盤 出力盤 直流分電盤 HVDC コンセントバー ヒューズタイプ MCCB タイプ ICTラック DC380 V 100 kW システム： 15 kW×（ 7 + 1 ） 商用 AC200 V 整流 装置 電源プラグ ICT装置 （HVDC対応） ICT装置 （HVDC対応） 電流分配 装置 ICT装置 （DC48 VやACなど） ICT装置 （DC48 VやACなど） 電圧変換装置 バッテリ ケーブル 保護盤 コネクタ 接地方式 図 2 HVDC構成製品のラインアップ NTT技術ジャーナル 2015.1 37 情報通信サービスの環境負荷低減に向けた取り組み の国際標準の制定をトリガに各国で 電気料金の削減に貢献しています． アピールすることができ，ICTベンダ HVDC給電システムの導入が進むと 今後NTTグループがHVDC給電シ の開発 ・ 製品化を後押しすることがで ともに，HVDC対応ICT装置のライン ステムをさらに普及推進していくには きます．またGLの制定により，給電 アップが増えてきました． HVDC対応ICT装置のラインアップ拡 システムの設計要綱などのマニュアル 充とさらなるシステムコストの低減が に反映することができるため，標準的 必要です．NTT環境エネルギー研究 な設計や施工の確立によりさらなる構 NTTグループのHVDC給電システ 所では，NTTグループがHVDC対応 築のコスト低減が可能となります． ムの導入では，研究所へのトライアル ICT装置を調達していく際の技術資料 ■TRの規定項目 をはじめとして，NTTファシリティー として，テクニカルリクワイヤメント TRはICT装置の入力部に対する要 ズの電力監視システムに実導入を果た （TR）の制定と給電システムの開発 ・ 求条件であり，国際標準との整合を図 すとともに，最近ではNTTコミュニ 調達 ・ 設計 ・ 施工において考慮すべき るため，ITU-T L.1200をベースとし ケーションズの大規模システムへの導 インタフェース条件や機能条件などの て電圧範囲や異常電圧時の動作条件な 入を完了しました．この大規模システ 指針である給電系ガイドライン（GL） ど基本的な条件を盛り込みました（4）． ムは₅00 kWシステムを 8 システム導 を 策 定 し ま し た．TRの 制定により 規定範囲を図 ₃ に，主な規定項目を図 入し，全体で約 4 MWと非常に大きな NTTグループは広くHVDC対応ICT装 ₄ に示します．ここで，NTTグルー システムであり，導入コストの低減や 置を調達する意志があることを世界に プが事業運営していくにあたって，必 NTTグループへの導入 整流装置 基本構成 AC DC DC380 V 本TRの インタフェース （L.1200準拠） ICTラック ICT装置 マザー ボード PSU バッテリ ICTラック 整流装置 AC DC バッテリ その他の 構成 整流装置 AC DC ICT装置 DC380 V PSU 本TRの引用が 可能 DC380 V PSU バッテリ DC12 V DC48 Vなど マザー ボード ICTラック DC 48 V入力装置 AC 100 V入力装置等 DC48 V AC100 Vなど PSU: Power Supply Unit 図 3 TRの規定範囲 38 NTT技術ジャーナル 2015.1 特 集 ○電圧範囲 ICT装置の動作電圧範囲を規定 ○異常時における動作条件 (v) (v) 異常直流 電圧範囲 異常直流 を超える 電圧範囲 電圧 410 400 動作電圧 範囲 260 最低動作電圧時において上位の遮断器が開放しない よう，ICT装置の搭載電源について， 1 給電系統当 りの定格容量を規定 異常条件 2k 定格容量：7.8 kW以下 正常条件 500 420 410 400 電圧 ICT装 置 の 動 作 電 圧 範 囲 を逸脱した電圧条件（過 電圧，瞬時停電など）に おける動作条件を規定 ※ ○ 1 給電系統当りの定格容量 ICT装置の動作電圧範囲 DC260 V ∼ 400 V ○定格電圧 装置の効率等の特性を適切に比較するため，ICT装 置の定格電圧を規定 L.1200の試験電圧に準拠 260 異常直流 電圧範囲 0 電圧範囲の定義 0 20μ 100 m 試験条件 1 定格電圧：直流380 V (s) ○安全性 ○突入電流 突入電流による遮断器の意図しない保護動作を防止するため，通過電流と 時間を規定 整流装置 AC 遮断器 開放 DC バッテリ ※ 突入電流 ※ ICT装置の搭載電源入力部において感電を防止する 構造や危険が減少する設計等の条件を規定 ICT装置 フィルタ コンバータ フィルタ コンバータ ※国際標準L.1200規定項目以外の追加規定項目 図 4 TRの主な規定項目 要な項目について検討を進めました． から本格導入するニュースリリースを （₅） 設置されているICT装置に電力を供給 安全性や電気的安定性の観点を重視 発出しました ． する異フロア給電はノイズや迷走電 し，感電リスクを低減するためICT装 ■GLの規定項目 流，直撃雷による過電圧等のリスクの 置停止時における蓄積エネルギーのレ GLは給電システム全体の要求条件 ため禁止されていました．HVDC給電 ベルや定格電圧や最大定格容量等の規 であり，NTTグループが事業運営す システムでは，接地方式が異なり，ノ 定を設けました．また，これまで48 V るにあたって安全かつ信頼性を確保し イズと迷走電流に対するリスクは低減 直流給電システムで規定されていた， HVDCシステムを導入 ・ 運営するた できるため，直撃雷によるリスクを低 発振条件や突入電流の詳細条件などに めの規定を盛り込みました．HVDC給 減する対策について検討を進めまし ついてリスク評価を実施し，HVDC給 電系GLの規定範囲と主な項目を図 ₅ た．NTT環 境 エ ネ ル ギ ー 研 究 所 と 電システムではリスクが小さいことを に示します．すでに48 V系の給電系 NTTファシリティーズでは，サージ 明らかとしました．本TRにより，ICT ガイドラインは発行されていますが， 防護デバイス（SPD）を開発し，過電 ベンダはHVDC対応ICT装置の開発 ・ HVDC給電システムでは，普及拡大を 圧の抑制効果を明らかにするととも 販売がしやすくなり，NTTグループ 特に意識し，安全性を確保しつつ従来 に，SPDの設置条件を整理しました． は広くHVDC対応ICT装置を調達する の規定が緩和可能か検討を進めまし これにより，異フロア給電が可能とな ことが可能となります．TRの発行を た．例えば，48 V系では整流装置が る指標を示すことができました． また， 契機にHVDC給電システムを201₆年 設置しているフロアから別のフロアに 遮断器開放時における過渡電圧が他の NTT技術ジャーナル 2015.1 39 情報通信サービスの環境負荷低減に向けた取り組み TR（2014年 6 月制定） HVDC給電系GL規定範囲 ICT装置 整流装置 DC380 V AC DC 2-3 1 バッテリ HVDC電源装置 電流分配 装置 2-1 2-2 3 変換 装置 HVDC給電システム 搭載 電源 1 配線条件，異フロア給電，接地 2 2 - 1 定格電圧・容量，入力電圧範囲， 異常条件，EMC＊ 2 - 2 電流遮断機能，EMC 2 - 3 電源構成，脈動電圧，EMC 3 配線条件，接地，EMC マザー ボード 既存タイプICT装置 （DC48 VやACなど） ＊EMC（電磁両立性）：電気機器が放出する電気的 ノイズを抑え，かつ周囲からの電気的ノイズによっ て電気機器が影響を受けないための 2 つの性能 図 5 HVDC給電系GLの規定範囲と主な規定項目 ICT装置に及ぼす影響についても評価 テム全体のコスト低減をさらに進め， し，詳細なモデルにて実験 ・ シミュレー HVDC給電システムの導入を加速さ ションを行いました．NTT環境エネル せていきます． ギー研究所が開発したヒューズおよび これにより，情報通信分野のさら 電 流 分 配 装 置 に よ り， 過 渡 電 圧 は なる省エネルギー化を推進していき ITU-T L.1200の動作電圧範囲に収ま ます． ることを明らかとし，安定した運用が 可能であることを確認しました． 今後の展開 前述したTR，GLにより，NTTグ ループは本格的な導入体制を整えるこ とができ，導入戦略を立案しました． 201₆年度から本格導入を開始し，2030 年までにはHVDC給電システムを基 本システムとすることを目指していき ます．高効率 ・ 高信頼 ・ 低コストな HVDC給電システムの普及により，電 気料金の削減と導入コストの低減が期 待できます． 今後，ICT装置ベンダなどのステー クホルダへの働きかけを強めること で，HVDC対応ICT装置のラインアッ プを拡充していくとともに，給電シス 40 NTT技術ジャーナル 2015.1 ■参考文献 （1） T. Babasaki, T. Tanaka, Y. Nozaki, T. Tanaka, T. Aoki, and F. Kurokawa: “Developing of higher voltage direct-current power-feeding prototype system， ” INTELEC200₉，pp.1-₅, 200₉． （2） ITU-T L.1200: “Direct current power feeding interface up to 400 V at the input to telecommunication and ICT equipment,” 2012. （3） ITU-T L.1201: “Architecture of power feeding systems of up to 400,” 2014. （4） h t t p : / / w w w . n t t . c o . j p / o n t i m e / i m g / p d f / tr1₇₆002ed1_j.pdf （5） http://www.ntt.co.jp/news2014/1408/140804a. html （後列左から）櫻井 敦/ 浅木森 孔貴/ 高橋 晶子/ 花岡 直樹/ 松盛 裕明/ 加藤 潤（右上） （前列左から）岩戸 健/ 山下 暢彦/ 田中 徹/ 新宅 幹雄 HVDC給 電 シ ス テ ム の 普 及 を 推 進 し， NTTグループの省エネ化に貢献するととも に，世界に広げていきます．また，さらな る給電システムの省エネ ･ 低コスト化とな る給電トポロジの研究開発を加速していき ます． ◆問い合わせ先 NTT環境エネルギー研究所 エネルギーシステムプロジェクト エネルギー供給方式グループ TEL 04₂₂-₅₉-388₇ FAX 04₂₂-₅₉-33₁4 E-mail tanaka.toru lab.ntt.co.jp
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