《電力》〈変電〉[H30:問6]変圧器の並行運転に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

次の文章は,変圧器の並行運転に関する記述である。文中の\(\fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

変電所の負荷の増大などに対応するため,複数台の変圧器を並行運転することが必要となる。変圧器の並行運転に必要な条件は,各変圧器がその\(\fbox {  (1)  }\)に比例した電流を分担し(条件①),変圧器間の\(\fbox {  (2)  }\)が実用上問題ないレベルとなる(条件②)ことである。

条件①を満足するためには,各変圧器の自己容量ベースの\(\fbox {  (3)  }\)が等しくなければならない。各変圧器を流れる電流の分担率は\(\fbox {  (3)  }\)に反比例する。

条件②を満足するためには,\(\fbox {  (4)  }\)の差が小さいことが必要である。\(\fbox {  (4)  }\)はタップにより変化するため,定格タップ以外の値についても確認する必要がある。また,結線(星形結線,三角結線など)により二次側電圧に\(\fbox {  (5)  }\)の差が生じるため,これによる\(\fbox {  (2)  }\)が生じないような結線・接続とする必要がある。

〔問6の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 短絡インピーダンス     &(ロ)& 静電容量   &(ハ)& 損失 \\[ 5pt ] &(ニ)& 励磁インピーダンス   &(ホ)& 励磁突入電流   &(ヘ)& 変圧比 \\[ 5pt ] &(ト)& 容量   &(チ)& 循環電流   &(リ)& 力率 \\[ 5pt ] &(ヌ)& 移行電圧    &(ル)& 銅鉄比    &(ヲ)& 電圧変動 \\[ 5pt ] &(ワ)& コンダクタンス   &(カ)& 位相   &(ヨ)& 電圧歪 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

変圧器の二台並行運転に関する問題で,変圧器の増設工事等に携わった経験のある方であれば,似たような検討をされているのではないかと思います。技術的な内容を問う非常に良い問題と思いますので,ぜひ内容を理解するようにして下さい。

1.変圧器の並行運転の条件
基本的には同期発電機の並行運転と同様,周波数,電圧,位相の一致が原則ですが,変圧器は\(\Delta \)巻線や\(\mathrm {Y}\)巻線の関係,変圧比の違い等があり,同期発電機よりやや細かい内容に注意する必要があります。
①変圧比が等しい(電圧の一致)
②角変位が等しい(位相の一致)
③百分率インピーダンス降下が等しい(電圧の一致)
④変圧器のインピーダンスの抵抗分とリアクタンス分の比が等しい(位相の一致)

【用語の解説】

(イ)短絡インピーダンス
 変圧器の二次側を短絡し,一次側に定格電流を流した時の電圧と電流の比を言います。事故時に流れる電流の目安となります。
(ニ)励磁インピーダンス
 変圧器の励磁回路のインピーダンスです。通常等価回路ではアドミタンス\(\mathrm {Y}_{0}\)を使用すると思います。
(ホ)励磁突入電流
 変圧器を電源に投入した時に流れる非常に大きな励磁電流で,2倍の高調波成分(第2調波成分)が多く含まれています。
(ヘ)変圧比
 変圧器の一次側と二次側の電圧の比を言い,巻数比と同じになります。
(チ)循環電流
 変圧器の並行運転の条件を満たさないと循環電流が流れ,損失が増え,効率が下がります。
(ヌ)移行電圧
 雷サージ等のサージ電圧が発生した際に,巻線の電圧変動で他の巻線の電圧変動も起こる現象で,その電圧を移行電圧と言います。
(ル)銅鉄比
 銅損と鉄損の比と言う意味でしょうか。私は聞いたことがありません。
(ヨ)電圧歪
 通常の正弦波に高調波が混ざることによって,電圧の波形が乱れることを電圧歪(ひずみ)と言います。

【解答】

(1)解答:ト
題意より,解答候補は(ロ)静電容量,(ト)容量,(ワ)コンダクタンス等になると思います。変圧器の容量に沿って運転する必要があります。変圧器は主にコイルで構成されておりインダクタンスはありますが,静電容量は関係ありません。

(2)解答:チ
題意より,解答候補は(ロ)静電容量,(チ)循環電流,(ヌ)移行電圧になると思います。電圧の不一致があると循環電流(無効横流)が流れ,損失を増大させます。

(3)解答:イ
題意より,解答候補は(イ)短絡インピーダンス,(ニ)励磁インピーダンス,(ワ)コンダクタンスになると思います。変圧器の分担率に励磁インピーダンスは関係ありません。コンダクタンスは分担率に関係なくはありませんが,後半の文章で\(\fbox {  (3)  }\)は電流の分担率に反比例するとなっているので,短絡インピーダンスが正答となります。

(4)解答:ヘ
題意より,解答候補は(ハ)損失,(ヘ)変圧比,(ル)銅鉄比になると思います。二次側の電圧に差がないようにするには変圧比の差が小さいことが必要で,変圧比はタップによって切り替えることができます。

(5)解答:カ
題意より,解答候補は(リ)力率,(カ)位相,(ヨ)電圧歪になると思います。結線の違いにより生じるのは位相の差となります。したがって,複数の変圧器導入の際は片方が\(\Delta -\mathrm {Y}\)結線であれば,もう一方も\(\Delta -\mathrm {Y}\)結線にする必要があります。



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