《電力》〈送電〉[R04:問6]送電系統の損失低減対策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，送電系統の損失低減対策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。
送電系統の電力損失は線路の抵抗損と変圧器の銅損及び鉄損が主なものである。

このため，電力損失の低減には，線路電流の$ \ \fbox {　（１）　} \ $と電線，変圧器の電気抵抗の低下が有効であり，具体的な電力損失の低減対策としては次の方法がある。

①　送電電圧の$ \ \fbox {　（２）　} \ $

②　$ \ \fbox {　（３）　} \ $の設置

③　電線の太線化，こう長の短縮，回線数の増加

④　$ \ \fbox {　（４）　} \ $に変電所を導入

⑤　変圧器の鉄心に方向性けい素鋼板，アモルファスなどの材料の採用

⑥　並列運転している変圧器の$ \ \fbox {　（５）　} \ $制御

〔問6の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　電力用コンデンサ　　　　　　　&（ロ）&　消弧リアクトル　　　　　　　&（ハ）&　電圧 \\[ 5pt ] &（ニ）&　位相　　　　　&（ホ）&　維持　　　　　&（ヘ）&　発電所近辺 \\[ 5pt ] &（ト）&　降圧　　　　　&（チ）&　台数　　　　　&（リ）&　変動 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　昇圧　　　　　&（ル）&　一定間隔　　　　　&（ヲ）&　増大 \\[ 5pt ] &（ワ）&　需要地近辺　　　　　&（カ）&　直列リアクトル　　　　　&（ヨ）&　減少 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

送電系統の損失とその対策に関する問題です。
問題文のように文章で覚えても大丈夫ですが，個人的には下記に示すような電力損失がどのように発生するかの原因を知っておき，対策はそこから考えるという理解がオススメです。
単なる知識問題から，少し理解するという形にすると応用力もつくようになりますし，忘れにくくなるかと思います。

1.三相$ \ 3 \ $線式系統の電力損失
三相$ \ 3 \ $線式系統における電力損失$ \ P_{\mathrm {l}} \ \mathrm {[W]} \ $は，$ \ 1 \ $線あたりの線路の抵抗を$ \ r \ \mathrm {[\Omega ]} \ $，線路を流れる電流を$ \ I \ \mathrm {[A]} \ $とすると，図1より，
\[
\begin{eqnarray}
P_{\mathrm {l}}&=&3rI^{2} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。受電電力を$ \ P \ \mathrm {[W]} \ $，受電電圧を$ \ V_{\mathrm {r}} \ \mathrm {[V]} \ $，力率を$ \ \cos \theta \ $とすると，
\[
\begin{eqnarray}
P&=&\sqrt {3}V_{\mathrm {r}}I\cos \theta \\[ 5pt ] I&=&\frac {P}{\sqrt {3}V_{\mathrm {r}}\cos \theta } \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となるので，電力損失は，
\[
\begin{eqnarray}
P_{\mathrm {l}}&=&3rI^{2} \\[ 5pt ] &=&3r\left( \frac {P}{\sqrt {3}V_{\mathrm {r}}\cos \theta }\right) ^{2} \\[ 5pt ] &=&\frac {P^{2}r}{V_{\mathrm {r}}^{2}\cos ^{2}\theta } \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] と求められ，電圧を大きくする，力率を改善することで電力損失を低減することができることが分かります。

【解答】

(1)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ホ）維持，（リ）変動，（ヲ）増大，（ヨ）減少，になると思います。
ワンポイント解説「1.三相$ \ 3 \ $線式系統の電力損失」の通り，電力損失$ \ P_{\mathrm {l}} \ $は，線路電流$ \ I \ $の$ \ 2 \ $乗に比例するため，送電電流を減少させることで電力損失は低減することになります。

(2)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ホ）維持，（ト）降圧，（リ）変動，（ヌ）昇圧，になると思います。
ワンポイント解説「1.三相$ \ 3 \ $線式系統の電力損失」の通り，電力損失$ \ P_{\mathrm {l}} \ $は，電圧の$ \ 2 \ $乗に反比例するため，送電電圧の昇圧が有効となります。

(3)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）電力用コンデンサ，（ロ）消弧リアクトル，（カ）直列リアクトル，になると思います。
ワンポイント解説「1.三相$ \ 3 \ $線式系統の電力損失」の通り，力率を改善することが電力損失低減対策に繋がりますので，電力用コンデンサを設置することが有効となります。

(4)解答：ワ
題意より解答候補は，（ヘ）発電所近辺，（ル）一定間隔，（ワ）需要地近辺，になると思います。
電力低減対策としては，需要地近辺に変電所を導入することが有効です。発電所近辺に変電所を導入すると，他に系統にも影響が出るため，全体としてバランスが取りにくくなりますし，そもそも発電所で電圧制御は可能ですので，発電所近辺に設置するよりも需要地近辺に設置する方が有効となります。

(5)解答：チ
題意より解答候補は，（ハ）電圧，（ニ）位相，（チ）台数，になると思います。
変電所における変圧器の台数を適切に制御することで，無負荷損（鉄損）を中心に低減することが可能となります。