
負荷バンクは、電気負荷をシミュレートし、 通常の動作負荷に接続せずに電源をテストするために使用される電気試験装置です。 [ 1 ] [ 2 ]テスト、調整、校正、または検証手順中、負荷バンクは、通常の負荷の代わりに、発電機、バッテリー、サーボアンプ、太陽光発電システムなどの電源の出力に接続されます。負荷バンクは、電源に標準動作負荷と同様の電気特性を示し、通常消費されるはずの電力出力を消費します。電力は通常、装置内の高出力抵抗器または抵抗加熱素子のバンクによって熱に変換され、強制空冷または水冷システムによって熱が除去されます。装置には通常、計測、負荷制御、および過負荷保護のための機器も含まれています。負荷バンクは、必要に応じて電源に接続できるように施設に常設することも、予備発電機やバッテリーなどの電源をテストするためにポータブルバージョンを使用することもできます。これらは、重要な電力システムに対する実際の要求を再現、証明、検証するために必要な補助手段です。[ 2 ]また、風力タービンなどの断続的な再生可能エネルギー源の運転中に、電力網が吸収できない余剰電力を放出するためにも使用されます。[ 3 ]
負荷バンクは、以下のようなさまざまな用途で使用されます。
最も一般的な負荷バンクの種類は、抵抗性、誘導性、容量性の 3 つです。誘導性負荷と容量性負荷の両方が、交流回路でリアクタンスと呼ばれるものを生成します。リアクタンスは、電流によって素子内に電界または磁界が蓄積されることで生じる、回路素子の交流電流に対する抵抗であり、インピーダンスの「虚数」成分、つまり特定の周波数での交流信号に対する抵抗です。容量性リアクタンスは 1/(2⋅π⋅f⋅C) に等しく、誘導性リアクタンスは 2⋅π⋅f⋅L に等しくなります。リアクタンスの単位はオームです。誘導性リアクタンスは電流の変化に抵抗し、回路電流が電圧より遅れる原因となります。容量性リアクタンスは電圧の変化に抵抗し、回路電流が電圧より進む原因となります。
最も一般的なタイプの抵抗負荷バンクは、発電機と原動機の両方に等価な負荷を提供します。つまり、負荷バンクによって発電機に印加される1キロワット(または1馬力)の負荷ごとに、発電機によって原動機に同量の負荷が印加されます。したがって、抵抗負荷バンクは、負荷バンクから発電機、発電機から原動機、原動機から燃料というように、システム全体からエネルギーを除去します。抵抗負荷バンクの動作の結果として、冷却材、排気、発電機の損失からの廃熱、および付属機器によって消費されるエネルギーなど、追加のエネルギーが除去されます。抵抗負荷バンクは、発電システムのあらゆる側面に影響を与えます。

抵抗負荷バンクの負荷は、グリッド抵抗器などの高出力抵抗器を介して電気エネルギーを熱に変換することによって発生します。この熱は、強制放熱または対流によって、空気または水によって負荷バンクから放散されなければなりません。
試験システムにおいて、抵抗負荷は、白熱灯や暖房負荷などの実際の抵抗負荷、および磁気負荷(モーター、変圧器)の抵抗成分または力率1成分をシミュレートします。
最も一般的なタイプは、通常ファン冷却を備えたワイヤー抵抗を使用し、このタイプは持ち運び可能で、テスト目的で発電機から発電機へと移動されることが多い。このタイプの負荷が建物に組み込まれることもあるが、これはまれである。[ 4 ]
海水用レオスタットはめったに使用されない。簡単に自作できるため、僻地での使用に便利である。
自動車用バッテリーのテストには、カーボンパイル負荷バンクを使用すると、バッテリーまたは充電システムに調整可能な負荷をかけることができ、エンジン始動時のバッテリーにかかる重負荷を正確にシミュレートできます。このような装置は通常持ち運び可能で、電圧と電流を表示するメーターを備えている場合があります。[ 5 ]
誘導性負荷には、誘導性(力率が遅れている)負荷が含まれます。
誘導負荷は鉄心リアクタンス素子で構成され、抵抗負荷バンクと組み合わせて使用すると、遅れ力率負荷が生成されます。通常、誘導負荷は対応する抵抗負荷の75%の数値で定格され、両方を印加すると結果として力率0.8の負荷が提供されます。つまり、100 kWの抵抗負荷ごとに、75 kVArの誘導負荷が提供されます。他の比率を使用して、他の力率定格を得ることも可能です。誘導負荷は、照明、暖房、モーター、変圧器などで構成される実際の混合商用負荷をシミュレートするために使用されます。抵抗誘導負荷バンクを使用すると、提供されるインピーダンスが電圧と位相がずれた電流を供給し、発電機、電圧調整器、負荷タップチェンジャー、導体、開閉装置、その他の機器の性能評価が可能になるため、電力システム全体のテストが可能になります。[ 4 ]

容量性負荷バンク(コンデンサバンク)は、定格と用途において誘導性負荷バンクと似ていますが、力率が進み負荷が生成されるため、逆方向ではなく、これらの負荷からシステムに無効電力が供給されます。したがって、主に誘導性負荷の場合、力率を1に近づけることができ、供給品質が向上します。これらの負荷は、電気通信、コンピュータ、UPS業界でよく見られる特定の電子負荷または非線形負荷をシミュレートします。蛍光灯も容量性負荷です。
複合負荷バンクは通常、抵抗要素とインダクタの両方で構成され、非ユニティ力率(遅れ)での負荷試験に使用でき、発電機セットを定格kVAの100%で完全に試験する機能も備えています。複合負荷バンクは、抵抗器とインダクタをすべて1つの構造に組み込んでおり、抵抗のみ、誘導のみ、またはさまざまな遅れ力率試験を可能にするために個別に切り替えることができます。複合負荷バンクはキロボルトアンペア(kVA)で定格されています。複合負荷バンクは、抵抗、誘導、および容量(RLC)で構成される場合もあることに注意してください。[ 2 ]
一般的に、設備には電動機、変圧器、コンデンサーが必要です。このような場合、試験に使用する負荷バンクには無効電力補償機能が必要となります。理想的なソリューションは、抵抗要素と無効電力要素の両方を1つの負荷バンクパッケージに統合したものです。
抵抗負荷/リアクタンス負荷は、電力システム内のモーター負荷や電磁機器を模倣できるだけでなく、純粋な抵抗負荷を提供することもできる。
多くの非常用発電機やタービンは、定格容量で試運転を行う際に、抵抗負荷とリアクティブ負荷を組み合わせて、その運転能力を完全に検証する必要があります。抵抗負荷/リアクティブ負荷バンクを使用することで、単一の装置で包括的な試験が可能になります。電源装置、変圧器、リレー、スイッチなど、施設全体に電力を供給する機器にこれらの負荷をシミュレートできる、さまざまな抵抗負荷/リアクティブ負荷バンクが用意されています。
抵抗/リアクティブ負荷バンクは、タービン、開閉装置、回転式UPS、発電機、UPSシステムのテストに使用できます。また、電力会社の変電所保護システムの統合システムテストにも使用でき、特に距離リレー、方向性過電流リレー、電力方向性リレーなどの複雑なリレーに使用できます。太陽光発電インバータのテストには、停電時に太陽光パネルが発電を停止できることを確認するために、抵抗/リアクティブ誘導性および/または容量性負荷が必要になることがよくあります。抵抗/リアクティブ複合負荷バンクは、エンジン発電機セットを定格力率でテストするために使用されます。ほとんどの場合、これは0.8の力率です。[ 6 ]
電子負荷バンクは、一般的に、固体負荷をシミュレートし、精密試験のために回路に一定の電力と電流負荷を提供するために使用される、完全にプログラム可能な空冷式または水冷式の設計である。
ディーゼル電気機関車が動的制動装置を備えている場合、制動抵抗器はエンジン発電機セットの試験用負荷バンクとして使用できる。
電気鉄道では、定期運行に不要になった古い電気機関車が、架線設備や配電システムの試験用移動負荷装置に改造されることがある。[ 7 ]