《電力》〈変電〉[H18:問5]変電所等に設置する調相設備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】★★☆☆☆（やや易しい）

交流送配電系統では，負荷が変動しても受電端電圧値をほぼ一定に保つために，変電所等に力率を調整する設備を設置している。この装置を調相設備という。

調相設備には，\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)，\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)，同期調相機等がある。\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)には\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)により調相設備に進相負荷をとらせ，\( \ \fbox {　（エ）　} \ \)には\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)により遅相負荷をとらせて，受電端電圧を調整する。同期調相機は界磁電流を調整することにより，上記いずれの調整も可能である。

上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に当てはまる語句として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
\[
\begin{array}{ccccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） \\
\hline
(1) & 　電力用コンデンサ　 & 　分路リアクトル　　 & 　重負荷時　 & 　軽負荷時　 \\
\hline
(2) & 　電力用コンデンサ　 & 　分路リアクトル　　 & 　軽負荷時　 & 　重負荷時　 \\
\hline
(3) & 　直列リアクトル　　 & 　電力用コンデンサ　 & 　重負荷時　 & 　軽負荷時　 \\
\hline
(4) & 　分路リアクトル　　 & 　電力用コンデンサ　 & 　軽負荷時　 & 　重負荷時　 \\
\hline
(5) & 　電力用コンデンサ　 & 　直列リアクトル　　 & 　重負荷時　 & 　軽負荷時　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

調相設備の目的と機器の名称に関する問題です。
問題文の書き方にクセがあるため，受験生が迷う可能性がある問題です。
コンデンサとリアクトルの役割をしっかりと理解するようにしましょう。

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4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。
\[
\begin{array}{|c|c|c|c|c|}
\hline
& 電力用コンデンサ & 分路リアクトル & 同期調相機 & 静止形無効電力補償装置\\
& & & & \mathrm {SVC}\\
\hline
調整能力 & \displaystyle {進相電力を吸収}\atop \displaystyle {（電流を進ませる）} & \displaystyle {遅相電力を吸収}\atop \displaystyle {（電流を遅らせる）} & 遅れから進みまで調整 & 遅れから進みまで調整 \\
\hline
調整 & 段階的 & 段階的 & 連続的 & 連続的 \\
\hline
コスト & 安 & 安 & 高 & 高 \\
\hline
保守性 & 容易 & 容易 & 煩雑 & 容易 \\
\hline
\end{array}
\]