《電力》〈変電〉[H20:問7]無効電力授受による送電線の電圧制御に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★☆☆☆☆（易しい）

次の文章は，送電線の電圧制御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語句を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。

送電線の送電端及び受電端の電圧を一定範囲に保つためには，送受電端において適切に無効電力の授受を行わなければならず，このために用いられるのが$ \ \fbox {　（１）　} \ $設備であり，電力用コンデンサ，分路リアクトル，ロータリーコンデンサ，$ \ \mathrm {SVC} \ $などが用いられている。$ \ \fbox {　（１）　} \ $設備を適切に用いることによって，受電端の電圧が高いとき$ \ \fbox {　（２）　} \ $を消費して電圧を下げ，逆に電圧が低いとき$ \ \fbox {　（２）　} \ $を供給して電圧を上げる。ロータリーコンデンサは$ \ \fbox {　（３）　} \ $を制御することによって，また，$ \ \mathrm {SVC} \ $は，サイリスタの$ \ \fbox {　（４）　} \ $を変えて$ \ \fbox {　（５）　} \ $を流れる電流を制御することによって，発生あるいは消費する無効電力を自由にしかも連続的に変えることができ，端子電圧を一定に保つことができる。

〔問7の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　開　閉　　　　　&（ロ）&　送電線　　　　　&（ハ）&　重なり角 \\[ 5pt ] &（ニ）&　界磁電流　　　　　&（ホ）&　力率角　　　　　&（ヘ）&　リアクトル \\[ 5pt ] &（ト）&　進み無効電力　　　　　　　&（チ）&　制御角　　　　　&（リ）&　蓄電池 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　有効電力　　　　　&（ル）&　回転速度　　　　　　　&（ヲ）&　受　電 \\[ 5pt ] &（ワ）&　トルク　　　　　&（カ）&　調　相　　　　　&（ヨ）&　遅れ無効電力 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

無効電力授受による送電線の電圧制御に関する問題です。
内容はいずれも$ \ 3 \ $種で学習した内容であるため，多くの受験生が完答もしくは高得点ができた問題と思います。
$ \ 2 \ $種合格を目指すならば，本問の内容は二次試験の記述問題で出題されても説明できるぐらいにしておくと良いでしょう。

1.代表的な調相設備とその特徴
代表的な無効電力の調相設備には次の$ \ 4 \ $種類があり，それぞれ以下のような特徴があります。

①電力用コンデンサ
進相の無効電力を消費し，進み位相にする設備です。重負荷時に力率を改善し，系統の電圧降下や電力損失を軽減することができます。
開閉器投入・開放操作で調整するため，無効電力の調整は段階的となります。
電力用コンデンサ投入に伴い，電圧及び電流波形のひずみ，高調波，コンデンサ投入時の突入電流防止等が発生するおそれがあるため，直列にリアクトルを挿入します。
価格面で有利であり，静止機器であるため保守が容易となります。

②分路リアクトル
遅相の無効電力を消費し，遅れ位相にする設備です。夜間・軽負荷時に力率を改善し，受電端電圧上昇を抑制することができます。
開閉器投入・開放操作で調整するため，無効電力の調整は段階的となります。
電力用コンデンサ同様，価格面で有利であり，静止機器であるため保守が容易となります。

③同期調相機
無負荷の同期電動機で図1に示すような特性があるため，界磁電流を調整し無効電力を遅れから進みまで連続的に調整することができます。
回転子の慣性質量により系統の電圧特性や安定度を向上させる効果があり，これは同期調相機特有の特徴です。
ただし，回転機であることから電力用コンデンサや分路リアクトルと比べコストが高く，軸受やブラシの摩擦損，風損等電力損失が多く，保守に労力を要します。

④静止形無効電力補償装置
サイリスタによる高速制御で，無効電力を遅れから進みまで調整可能な装置です。
サイリスタ位相制御によりリアクトル電流を調整して無効電流を連続的に調整する$ \ \mathrm {TCR} \ $方式，サイリスタによりコンデンサを開閉して無効電力を段階的に調整する$ \ \mathrm {TSC} \ $方式，自己消弧素子を用いた自励式変換器を用いることで無効電力を連続的に調整する自励式$ \ \mathrm {SVC} \ \left( \mathrm {STATCOM}\right) \ $等があります。

それぞれの特徴を比較すると下表のようになります。
\[
\begin{array}{|c|c|c|c|c|}
\hline
& 電力用コンデンサ & 分路リアクトル & 同期調相機 & 静止形無効電力補償装置\\
& & & & \mathrm {SVC}\\
\hline
調整能力 & \displaystyle {進相電力を吸収}\atop \displaystyle {（電流を進ませる）} & \displaystyle {遅相電力を吸収}\atop \displaystyle {（電流を遅らせる）} & 遅れから進みまで調整 & 遅れから進みまで調整 \\
\hline
調整 & 段階的 & 段階的 & 連続的 & 連続的 \\
\hline
コスト & 安 & 安 & 高 & 高 \\
\hline
保守性 & 容易 & 容易 & 頻雑 & 容易 \\
\hline
\end{array}
\]

【解答】

(1)解答：カ
題意より解答候補は，（イ）開閉，（ヲ）受電，（カ）調相，等になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な調相設備とその特徴」の通り，無効電力の授受が行われる電力用コンデンサ，分路リアクトル，ロータリーコンデンサ（同期調相機），$ \ \mathrm {SVC} \ $などの設備を調相設備といいます。

(2)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ト）進み無効電力，（ヌ）有効電力，（ヨ）遅れ無効電力，等になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な調相設備とその特徴」の通り，受電端電圧が高いときは分路リアクトルを投入する等遅れ無効電力を消費して電圧を下げます。

(3)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）界磁電流，（ル）回転速度，（ワ）トルク，等になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な調相設備とその特徴」の通り，ロータリーコンデンサ（同期調相機）は界磁電流を制御することにより電圧を調整します。

(4)解答：チ
題意より解答候補は，（ハ）重なり角，（ホ）力率角，（チ）制御角，等になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な調相設備とその特徴」の通り，$ \ \mathrm {SVC} \ $はサイリスタの制御角を調整することにより無効電力を調整します。

(5)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ロ）送電線，（ヘ）リアクトル，（リ）蓄電池，等になると思います。
ワンポイント解説「1.代表的な調相設備とその特徴」の通り，$ \ \mathrm {SVC} \ $にはリアクトルを流れる電流を制御することにより無効電力を連続的に調整するものがあります。