東日本と西日本で発電機周波数が違うのはなぜ?ー戦前の日本から引き継がれた不合理ー

東日本と西日本で発電機周波数が違うのはなぜ?ー戦前の日本から引き継がれた不合理ー

お住まいの地域の発電機周波数をご存知ですか?

あなたが東日本在住なら50Hz(ヘルツ)、西日本在住なら60Hzです。

それが何か、と思う人もいるかもしれません。

実はこの発電機周波数の違いは、
電化製品の設計や送電技術において様々な不合理をもたらしています。

本記事では、「東西における発電機周波数の違い」の起源や不合理な理由、影響等を解説します。

東西で発電機周波数が違う理由

そもそも発電機周波数って?

周波数とは、一秒間に波が振動する回数です。振動数ともいいます。
主に工学分野では周波数、理学(物理)分野では振動数ということが多いです。

↓こんな感じのイメージです。

frequency

これが電気に何の関係があるのか。

ご存知のとおり、電気には直流と交流が存在します。

交流の電気は、簡単にいえば規則的に大きさが変化します。
つまり、この規則性が周波数ということです。

そして家電製品等には主に交流電源が用いられていますので、周波数の影響を受けるのです。

周波数の相違は戦前の電力会社の名残

なぜ周波数は日本で統一されていないのか?その理由に迫ります。

理由は割と単純なところにあります。

現在の東日本と西日本の発電機周波数の違いは、1890年頃、東京電燈(後に東京電力HDとなる)と大阪電燈(後に企業統廃合等を経て関西電力となる)が輸入した発電機メーカーの違いによるものが受け継がれ続けた結果です。

具体的にはどうだったのでしょうか?

当時送電技術において直流/交流のどちらが優位かとの論争がありましたが、後に交流送電の優位性が認められます。
(勿論、双方にメリット・デメリットがあります

1987年に東京電燈は直流を採用していましたが、交流に転換を決め、ドイツAEG社の発電機(50Hz)を輸入。
そして1988年に設立された大阪電燈は最初から交流を採用し、アメリカGE社の発電機(60Hz)を輸入しました。

ここから東京電燈を中心に東へ、大阪電燈を中心に西へ、それぞれの周波数が定着して行き、発電機周波数の違いが生まれたのです。

戦後、日本の周波数を統一するかという議論はあったそうですが、結局統一されなかった結果、現在の周波数相違があります。

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発電機周波数の違いが生み出す不合理

では周波数が違うと何が悪いのかを解説していきましょう。

電化製品への影響

まず、一般市民の私たちが気になるのは電化製品への影響でしょう。
電化製品は、

  • 周波数に依らずそのまま使えるもの
  • 周波数に依存し、性能が変わるもの
  • 周波数が違うと使えないもの

の3つに分けられます。

ではどう分類されるのかみていきましょう。

図 家電製品の周波数依存性(出典:中部電力公式サイト

なるほど。下に行くほどモーターを使った回転機器な感じが強くなりますね。

理由としては、以下が考えられます。

【周波数依存で性能変化】
周波数により性能が変わるものは、周波数の影響でモーターの回転数が変わるため。
例えば扇風機なら、同じ「強」でも風量が変わるというわけですね。
【周波数変化で使用不可】
周波数が変わると使えなくなるものは、「要求される性能」を発揮できなくなるためです。
扇風機やドライヤー等は、風を出す、髪を乾かすという用途ですので、要求は満たしています。

一方、洗濯機なら洗浄能力が変わってきますし、電子レンジは温め具合等が変わってしまいます。テープレコーダー何かだと、再生速度が変わってしまいますね。
つまり、要求される性能が満たされないということです。

なお、家電製品には必ず周波数に対する仕様が明記されており、50Hzや60Hzという記載であれば影響を受け50Hz/60Hzと書かれていれば内部で変換してくれるため、影響を受けません

引越しの際は、まず仕様を確認しましょう。

参考:北海道地震の火力発電所連鎖停止との関連
北海道地震では、苫東厚真発電所の停止により、需給バランスが乱れ、周波数が低下したことにより他の火力発電所も連鎖的に停止していきました。
周波数が低下した際、先述したような電化製品をはじめ、発電所内の機器まで様々な影響を及ぼします。例えば、機器の故障から、火災等の被害が考えられます。

そのため、周波数が乱れた際には発電機を自動停止させる安全機能が備えられています。

周波数の乱れの定義は地域によって異なりますが、概ね「±0.2~0.3Hzが数秒(3~15秒程度)維持されること」といった感じです。
この範囲を逸脱すると、発電機が自動的に停止します。

関連記事:【北海道地震の教訓】火力発電所全停によるブラックアウトの原因・対策と各家庭ですべき対策とは?

送電(電力融通)への影響

次に、送電への影響をみていきましょう。

発電機周波数について、東日本は50Hz、西日本は60Hzと説明しました。
じゃあ、東西間で電力を融通できないの?というと、そういうわけではありません。

東西で電源融通する際は、周波数変換所を通す必要があるというだけです。
2011年3月11日に発生した東日本大震災の時はよく取り上げられていましたね。

しかしながら、周波数変換所を通すだけとはいえ、この変換が電力融通を妨げる曲者だったりします。

理由は、日本には周波数変換所は3ヵ所しかなく、さらに容量もそこまで大きくないためです。

具体的には、

  • 東京電力新信濃変電所(東京電力HD:容量60万kW)
  • 中部電力東清水変電所(中部電力:容量30万kW)
  • 佐久間周波数変換所(電源開発:容量30万kW)
  • の3箇所です。合計120万kWですので、大型の火力発電所1基分くらい。
    夏の過負荷時に融通するくらいならまだしも、大災害を想定するとちょっと頼りない感じがしますね。

    現在は、東日本大震災の教訓から、東京電力新信濃変電所を150万kWまで増強する計画があるようですが、それでも合計210万kW

    北海道地震における不足電力は380万kWであることを考えると、今後起こり得る未曽有の大災害を想定すると不安は残ります。

    北海道地震で発生したブラックアウトはそうそう起こりませんし、構造上本州で同じことが起こる可能性は極めて低いです。
    しかし、昨今は「想定外」の連続であり、また必要電力の規模も関東であれば北海道の比ではありません。

    今更、周波数を統一することは非現実的ですし(発電機の全取替が必要になるため)、設備の増強も時間とお金がかかります。各家庭で可能な限りのリスク低減を行いましょう。

    関連記事:【北海道地震の教訓】火力発電所全停によるブラックアウトの原因・対策と各家庭ですべき対策とは?
    関連記事:防災セットの重要性:何を用意すれば良いのか?準備すべき物20選

    まとめ

    発電機周波数の違いについて解説しました。

    一見、不合理しかないようにみえますが、この不便さが日本の送電技術向上に大きく寄与したと考えている人も少なくないようです。

    周波数50Hzと60Hzが混在する国は日本のほかにもバーレーン等がありますが、周波数変換設備を有し、周波数が異なる地域で互いに電力を融通できるのは日本だけです。確かに、こういったところでも技術力の高さが伺うことはできますね。

    最後に、私たちが個人でこの問題にどうこうすることはできませんが、できる対策はあります。

    【災害時の電力融通量不足による停電の長期化に備える】
    昨今、災害による長期停電は身近なものになりつつあります。
    蓄電池等の対策は以前より重要度が増しています。

    関連記事:【北海道地震の教訓】火力発電所全停によるブラックアウトの原因・対策と各家庭ですべき対策とは?
    関連記事:防災セットの重要性:何を用意すれば良いのか?準備すべき物20選

    【引越し時、家電の周波数に注意する】
    東日本から西日本へ、あるいはその逆の引越しをする際は、
    前述の周波数の影響がある機器を確認の上、取扱説明書等で仕様を必ず確認しましょう。

    以上になります。
    昨今の電力問題の理解に少しでも貢献できれば幸いです。
    お読みいただきありがとうございました。

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