《電力》〈変電〉[R06下:問6]調相設備接続による無効電力の調整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）

次の文章は，調相設備に関する記述である。

一般に電力系統では，受電端電圧を一定に保つため，調相設備を負荷と\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)に接続して無効電力の調整を行っている。

電力用コンデンサは力率を\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)ために用いられ，分路リアクトルは力率を\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)ために用いられる。

同期調相機は，その\( \ \fbox {　（エ）　} \ \)を加減することによって，進み又は遅れの無効電力を連続的に調整することができる。

静止形無効電力補償装置は，\( \ \fbox {　（オ）　} \ \)でリアクトルに流れる電流を調整することにより，無効電力を高速に制御することができる。

上記の記述中の空白箇所(ア)～(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

\[
\begin{array}{cccccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） & （オ） \\
\hline
(1) & 　並列　 & 　進める　 & 　遅らせる　 & 　界磁電流　 & 　半導体スイッチ　 \\
\hline
(2) & 　直列　 & 　遅らせる　 & 　進める　 & 　電機子電流　 & 　半導体整流装置　 \\
\hline
(3) & 　並列　 & 　遅らせる　 & 　進める　 & 　電機子電流　 & 　半導体スイッチ　 \\
\hline
(4) & 　直列　 & 　進める　 & 　遅らせる　 & 　電機子電流　 & 　半導体整流装置　 \\
\hline
(5) & 　並列　 & 　遅らせる　 & 　進める　 & 　界磁電流　 & 　半導体スイッチ　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

各調相設備の機能や特徴に関する問題です。
調相設備は電験でも頻出の問題の一つですので，各設備の概要は必ず理解しておいて下さい。
本問はやや古めですが，平成16年問8からの再出題となります。

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