電験１種過去問【2020年電力管理問3】

2020年12月1日2024年9月11日

【送電】P-Vカーブについて、変圧器タップ逆動作現象《論説問題》

　図１に示すように無限大母線からリアクタンスを介して抵抗負荷に電力を供給している場合について考える。ただし、各変数は単位法で表されているものとする。

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解答

公式標準解答

(1) 受電端母線の電圧と受電端有効電力の間の関係(P–V カーブ)の概形を図 1 に示す。カーブの頂点(ノーズ)より電圧が高い側を電圧高め解，低い側を電圧低め解と呼ぶ。

(2)負荷消費電力P_Lは次式で表される。

(3)
P_L–V 特性
　負荷消費電力と受電端電圧は，上述の P–V カーブと P_L–V 特性を表すカーブの交点として定まる。このため，図2に示すように，負荷が比較的小さく( R が比較的大きく)，動作点が電圧高め解にあたる場合には，タップ比 n を増加すると負荷消費電力は増大する。抵抗負荷であるため，これは負荷端電圧 V_L が上昇することを表している。
　しかし，図中に示すように，負荷が大きい( R が小さい)場合に，タップ比 n が大きくなると，動作点は電圧低め解となることがある。電圧低め解では，タップ比 n を増大すると受電端電圧とともに負荷消費電力が減少するが，これは負荷端電圧 V_L が低下することに対応する。これが変圧器タップの逆動作現象である。

P_L–V_L特性
　負荷消費電力と負荷端電圧は， P–V_L カーブと P_L–V_L 特性を表すカーブの交点として定まる。ここにタップ比 n を変化させた場合，図3のように，P–V_Lカーブは負荷端電圧がタップ比 n に応じて電圧方向に拡大・縮小した形状を呈する。
　負荷が比較的小さい ( R が比較的大きい)場合には，動作点が電圧高め解にあり，タップ比 n を増加すると負荷端電圧 V_Lと負荷消費電力 P_L はともに増大する。
　しかし，負荷が大きい ( R が小さい)場合には，動作点は電圧低め解となることがある。この場合，図中に示すように，タップ比 n を増大すると，負荷端電圧 V_L と負荷消費電力 P_L はともに減少する。これが変圧器タップの逆動作現象である。