電験２種過去問【2017年電力 問7】

解答

解説

　電圧安定性は負荷の様相に大きく依存する。電圧に対する負荷特性は、定電力特性、定電流特性、定インピーダンス特性の三つに分類され、白熱灯や電熱器の負荷は\(\fbox{(ｲ)定インピーダンス}\)特性を示す。電圧安定性は、負荷全体に対する定電力負荷の割合が\(\fbox{(ﾎ)大きい}\)場合に厳しくなる。
　電圧安定性を表す特性として負荷の有効電力Pと負荷端の電圧Vの関係を表したP-V曲線が一般に用いられ、その形からノーズカーブともいわれる。下図は、負荷が定電力特性である場合の電圧安定性を示したものであり、安定な運用点は\(\fbox{(ﾄ)A点}\)である。
　電力需要が増加していくと電圧安定性が低下するおそれがあるが、負荷端に\(\fbox{(ﾆ)コンデンサ}\)を投入することで、P-V曲線の限界点が\(\fbox{(ﾊ)右上}\)方向に移動し、電圧の安定性を維持できる。

解説

　電圧安定性を表す特性として、負荷に供給する有効電力\(P_r\)と負荷端の電圧Vの関係を表したP-V曲線が一般に用いられ、その形からノーズカーブともいわれる。

　Ｂ点より上の領域（高め解側）と下の領域（低め解側）で、受電端電圧の特性が変化するため、Ｂ点を臨界点と呼ぶ。
　高め解側では負荷を増加させるに従って、受電端電圧が低下する。一方で、低め解側では負荷を増加させるに従って、受電端電圧が上昇する。

　系統から見た負荷\(P_L\)の電圧特性としては、次式のように電圧の指数関数で表される。
　　　\(P_L∝V^n\)
　n=0は定電力負荷といい、電圧の変化に関係なく一定の電力を消費する。誘導電動機、同期電動機などのモータ負荷やインバータエアコンなどがある。
　n=1は定電流負荷といい、負荷電力が電圧に比例する。
　n=2は定インピーダンス負荷といい、負荷電力が電圧の二乗に比例する。電灯、電熱器などがある。

　負荷が定電力特性である場合、負荷端電圧Ｖが低下するにしたがって、負荷電流が増加するため、系統に流れる電流との関係が不安定となる場合がある。したがって、高め解側のＡ点は安定な運転点、低め解側のＣ点は不安定な運転点となる。
　ただし、定インピーダンス負荷、定電流負荷では低め解側でも安定であるので、電圧安定性は、負荷全体に対する定電力負荷の割合が大きい場合に厳しくなる。

　調相用コンデンサを負荷端に投入することで、P-V曲線の臨界点を右上方向に移動させることができるが、臨界点の電圧と運転点の電圧が近づいていくことや、電圧変動が大きくなることなどに注意が必要である。