《電力》〈送電〉[R01:問3]送電線路の送電容量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，送電容量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べ。

送電線路により送電できる有効電力の最大値（本問題では「送電容量」という）は様々な制約を考慮して定められているが，それぞれの制約によって，送電容量を増加させるための対策は異なる。

電線温度の制約で定まる送電容量を増加させる方法としては，断面積が大きい電線や耐熱性の高い電線を用いることで，電線の\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)を大きくする方法がある。

送電線路に多導体を採用すると，断面積の合計値が同一である単導体の送電線路に比べ，送電線路の\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)が減少することから，過渡安定性，定態安定性（小じょう乱同期安定性），\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)の制約から定まる送電容量も増加する。送電線路の\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)を減少させる方法としては，多導体の採用のほかに，並列して使用する回線数を増やす方法や，\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)の採用も考えられる。

電圧階級を上げると，電線温度の制約によって定まる送電容量は電圧に比例して増加する。また，ある位相差角のときに送電できる有効電力が電圧の\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)にほぼ比例することから，電圧階級を上げることにより，過渡安定性，定態安定性（小じょう乱同期安定性）の制約から定まる送電容量も増加させることができる。

〔問3の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　線間距離　　　　　&（ロ）&　コロナ電圧　　　　　&（ハ）&　三乗 \\[ 5pt ] &（ニ）&　電圧安定性　　　　　&（ホ）&　一乗　　　　　&（ヘ）&　弛度 \\[ 5pt ] &（ト）&　周波数上昇　　　　　&（チ）&　直列コンデンサ　　　　　&（リ）&　リアクタンス \\[ 5pt ] &（ヌ）&　直列リアクトル　　　　　&（ル）&　対地静電容量　　　　　&（ヲ）&　並列コンデンサ \\[ 5pt ] &（ワ）&　二乗　　　　　&（カ）&　周波数低下　　　　　&（ヨ）&　許容電流 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

系統の安定度に関する問題は，一次試験のみでなく二次試験の論説問題でも出題される可能性があります。本問の内容は空欄を埋められるレベルではなく，内容を理解して他の人に説明できるレベルになるように努力しましょう。

1.安定度の種類
①定態安定度
　日常的な負荷の増加や減少，送電線の停止操作等の変動に対し，安定運転できる度合いを言います。
②過渡安定度
　事故等の大きな擾(じょう)乱が発生した際に，運転を継続できる度合いを言います。

2.定態安定度のメカニズム
送電電圧を\( \ V_{\mathrm {s}} \ \mathrm {[V]} \ \)，受電電圧を\( \ V_{\mathrm {r}} \ \mathrm {[V]} \ \)，送電線のリアクタンスを\( \ X \ [\Omega ] \ \)，\( \ V_{\mathrm {s}} \ \)と\( \ V_{\mathrm {r}} \ \)の負荷角を\( \ \delta \ \)とすると，送電電力\( \ P \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
P&=&\frac {V_{\mathrm {s}}V_{\mathrm {r}}}{X}\sin \delta \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となり，同期化力\( \ \displaystyle \frac {\mathrm {d}P}{\mathrm {d}\delta } \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
\frac {\mathrm {d}P}{\mathrm {d}\delta }&=&\frac {V_{\mathrm {s}}V_{\mathrm {r}}}{X}\cos \delta \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。\( \ \displaystyle \frac {\mathrm {d}P}{\mathrm {d}\delta } ＞ 0 \ \)の時，発電機は安定となり，\( \ \displaystyle \delta =\frac {\pi}{2} \ \)の時安定限界となります。

【関連する「電気の神髄」記事】

　　一機無限大母線系統の定態安定性

【用語の解説】

（ロ）コロナ電圧
高電圧の送電線において，周囲の電界強度が高くなり，空気の絶縁強度を超えるとコロナ放電が発生し電力損失，ラジオ雑音，近接通信線の誘導障害などを与える現象をコロナと呼びます。

（ニ）電圧安定性
じょう乱等が起きた時に電圧変動がどれだけ起こりにくいかを示す指標で通常ノーズカーブと呼ばれる\( \ P-V \ \)曲線として表されます。負荷が大きくなると安定性が悪くなるという特徴があります。

（ヘ）弛度
電線のたるみの度合いを表す指標です。

（ル）対地静電容量
電線と大地間の静電容量で，ケーブルは対地静電容量が大きいという特徴があります。

【解答】

(1)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ロ）コロナ電圧，（ニ）電圧安定性，（ル）対地静電容量，（ヨ）許容電流，等になると思います。断面積が大きい電線を用いると電線の温度上昇自体が抑えられ，耐熱性の高い電線を用いると温度耐性が上がります。したがって，許容電流が上昇します。

(2)解答：リ
題意より解答候補は，（イ）線間距離，（ロ）コロナ電圧，（ヘ）弛度，（リ）リアクタンス，（ル）対地静電容量，等になると思います。送電線路に多導体すなわち複数の電線を採用すると，断面積の合計値が同一である単導体の送電線路に比べリアクタンスが減少します。

(3)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）電圧安定性　，（ト）周波数上昇，（カ）周波数低下，等になると思います。送電容量は過渡安定性，定態安定性の他，電圧安定性の制約から定まります。

(4)解答：チ
題意より解答候補は，（チ）直列コンデンサ，（ヌ）直列リアクトル，（ヲ）並列コンデンサ，になると思います。送電線路のリアクタンスを減少させるためには，直列コンデンサを採用する方法が有効です。

(5)解答：ワ
題意より解答候補は，（ハ）三乗，（ホ）一乗，（ワ）二乗，になると思います。送電線路の送電電圧と受電電圧の差が十分に小さいとすると，送電できる有効電力は，
\[
\begin{eqnarray}
P&=&\frac {V^{2}}{X}\sin \delta \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となり，電圧の二乗に比例します。