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