《法規》〈電気施設管理〉[H24:問4]電気の品質に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，電気の品質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。

a.製鉄用アーク溶解炉などの負荷を短絡容量の小さな系統に接続した場合，主に\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)の変動によって母線電圧が連続的に短い周期で不規則に変動する。これを\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)という。このとき，同じ変電所の母線から供給される需要家の電灯，蛍光灯などの照明にちらつきが生じて人に不快感を与えることがあり，この軽減対策の一つとして発生者がアーク溶解炉の供給回路に\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)を設置する方法が採用されている。

b.パワーエレクトロニクスを利用する機器の普及に伴って系統の高調波が増加し，その低減対策が大きな課題となってきている。このため，わが国では系統の高調波環境目標レベル（例えば\( \ 6.6 \ \mathrm {[kV]} \ \)配電系統で総合電圧ひずみ率が\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \mathrm {[％]} \ \)）を維持するよう，\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)の電圧で受電する需要家に対して，その電気設備を使用することにより発生する高調波電流の抑制を目的として，契約電力\( \ 1 \ \mathrm {[kW]} \ \)当たりの高調波流出電流の上限を定めたガイドラインが運用されている。

〔問4の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　3　　　　　&（ロ）&　特別高圧　　　　　&（ハ）&　進相コンデンサ \\[ 5pt ] &（ニ）&　5　　　　　&（ホ）&　電圧ディップ　　　　　&（ヘ）&　高　圧 \\[ 5pt ] &（ト）&　位相角　　　　　&（チ）&　負荷時タップ切換変圧器　　　　　　　&（リ）&　高圧又は特別高圧 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　電圧フリッカ　　　　　&（ル）&　可飽和リアクトル　　　　　&（ヲ）&　電圧脈動 \\[ 5pt ] &（ワ）&　無効電力　　　　　&（カ）&　有効電力　　　　　&（ヨ）&　8 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電圧フリッカと高調波の原因及びその対策に関する問題です。
３種のテキストではあっても数ページ，もしくは記載がないような内容かもしれませんが，２種においては二次試験の大問として出題される可能性もある重要な内容となっています。二次試験対策も兼ねて空欄穴埋めレベルでなく概要をきちんと文章として説明できるレベルになれると理想です。

1.電圧フリッカ
①電圧フリッカの発生源及び原因
送配電線に製鉄用アーク溶解炉や溶接機など負荷変動の大きい負荷が接続されると，負荷電流変化による線路の電圧降下の変化の繰り返しにより，電圧変動が生じます。

②電圧フリッカによる影響
電球や蛍光灯にちらつきが生じます。
特に電圧変動の周波数が\( \ 10 \ \mathrm {[Hz]} \ \)程度のときに人が感知しやすいです。

③電圧フリッカの対策
・短絡容量の大きい系統から受電する
・配電用変圧器の容量を大きくし，線路インピーダンスを減少させる
・アーク溶解炉や溶接機を専用線もしくは専用変圧器とする
・電源側に直列コンデンサを設置する
・負荷側に無効電力補償装置（\( \ \mathrm {SVC} \ \)）を設置する
・負荷側に直列リアクトルと同期調相機を挿入し，無効電力変動を同期調相機で吸収する
・アーク溶解炉の供給回路に可飽和リアクトルを設置する

2.高調波
「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」では高調波環境目標レベルとして\( \ 6.6 \ \mathrm {[kV]} \ \)配電系統で\( \ 5 \ \mathrm {％} \ \)，特別高圧系統で\( \ 3 \ \mathrm {％} \ \)を維持すると定められています。

①高調波の発生源
アーク炉等の負荷，変圧器の磁気飽和，パワーエレクトロニクス機器等。
３次，５次，７次，１１次の奇数次の高調波が多く，偶数次では２次の高調波も発生します。３次の高調波は変圧器のΔ結線で還流させることができるので，電力系統としては最も多い５次の高調波に対する対策を行います。

②高調波による影響
・コンデンサやリアクトルが過熱，焼損
・電力用ヒューズのエレメントが過熱，溶断
・変圧器が振動，過熱
・発電機の巻線が過熱
・保護継電器が誤動作
・配電用遮断器が誤トリップ
・ラジオやテレビに可聴雑音が発生
・半導体機器が故障及び性能劣化

③高調波の対策
・整流器の相数を増加する
・電力用コンデンサには必ず直列リアクトルを設置する
・パッシブフィルタ，アクティブフィルタを設置する
・短絡容量の大きな系統から受電する

【解答】

(1)解答：ワ
題意より解答候補は，（ト）位相角，（ワ）無効電力，（カ）有効電力になると思います。電圧変動の大きな要因となるのは無効電力の変動です。有効電力→周波数，無効電力→電圧と覚えておきましょう。

(2)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ホ）電圧ディップ，（ヌ）電圧フリッカ，（ヲ）電圧脈動，になると思います。ワンポイント解説「1.電圧フリッカ」の通り，問題文に記載されている現象を電圧フリッカと言います。

(3)解答：ル
題意より解答候補は，（ハ）進相コンデンサ，（チ）負荷時タップ切換変圧器，（ル）可飽和リアクトル，になると思います。ワンポイント解説「1.電圧フリッカ」の通り，対策として最も適当なのは可飽和リアクトルとなります。進相コンデンサは重負荷時に投入，負荷時タップ切換変圧器は変圧比を調整して電圧を調整するもので，電圧フリッカのような短時間に発生する電圧変動に対しては有効ではありません。

(4)解答：ニ
題意より解答候補は，（イ）\( \ 3 \ \)，（ニ）\( \ 5 \ \)，（ヨ）\( \ 8 \ \)，になると思います。ワンポイント解説「2.高調波」の通り，\( \ 6.6 \ \mathrm {[kV]} \ \)配電系統では，高調波環境目標レベルとして\( \ 5 \ \mathrm {％} \ \)と規定されています。

(5)解答：リ
題意より解答候補は，（ロ）特別高圧，（ヘ）高圧，（リ）高圧又は特別高圧，になると思います。ワンポイント解説「2.高調波」の通り，経済産業省の「高調波抑制対策ガイドライン」は高圧又は特別高圧で受電する需要家に対し定められています。