電験3種「電力」のポイント その20 送電における障害(コロナ放電・誘導障害・フェランチ現象)

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電験3種「電力」のお勉強20回目のテーマは「送電における障害(コロナ放電・誘導障害・フェランチ現象)」です。

 

コロナ放電とは

電線表面の電位の傾きが大きくなると、周囲の空気の絶縁が破れて「コロナ放電」が発生します。

コロナ放電が発生すると、電力の一部が「音」「光」「熱」として失われるコロナ損失を生じます。コロナ放電が発生するときの送電線の電圧を「コロナ臨界電圧」といいます。

 

コロナ放電の発生しやすい条件

コロナ放電は、電線が細いほど発生しやすくなります。

同一抵抗では硬銅より線と比較して外径の大きい鋼心アルミより線を使用することで、コロナ放電発生への対策となります。

 

多導体方式

多導体方式は、単導体と比較してコロナ放電を抑制できます。

多導体方式とは、1相あたりの電線を複数に分け、スペーサで間隔を開けて配置する方法をいい、電線の数により、2導体、4導体、6導体、8導体に分けられます。

 

送電線の誘導障害

送電線と通信線が接近している場合、通信線に誘導障害が生じることがあります。

誘導障害には、送電線と通信線の静電容量により生じる「静電誘導」と、送電線と通信線の相互インダクタンスにより生じる「電磁誘導」があります。

 

フェランチ現象とは

送配電線路において、軽負荷時や無負荷時などに受電端電圧が送電端電圧よりも上昇する現象をフェランチ現象といいます。

送電系統では、電線自体にもわずかな抵抗やインダクタンスが存在するので、通常は送電端電圧よりも受電端電圧が低くなります。これを電圧降下といいます。

送電端電圧をEs [V]、受電端電圧をEr [V]、線路抵抗をR [Ω]、線路リアクタンスを X [Ω]、負荷に流れる電流を I [A]、
負荷に力率を cosθ とすると、電圧降下の値は以下の式で表すことができます。

電圧降下 $$Es – Er = RIcosθ+XIsinθ = I(Rcosθ+Xsinθ) [V]$$

上の式は単相の場合を示しており、三相交流の場合は、電圧降下を線間電圧で表します。
線間電圧は、相電圧の √3 倍なので、三相交流では電圧降下式は以下のようになります。

電圧降下 $$Vs – Vr = {\sqrt3}(Es – Er) = {\sqrt3}I(Rcosθ+Xsinθ) [V]$$

一般的に負荷の力率は遅れ力率となるので、負荷がかかっているときには、電流の位相は電圧の位相よりも遅れていることが普通ですが、軽負荷または無負荷のときは、送電線の静電容量による影響が大きくなり、線路に進み電流が流れて受電端電圧が送電端電圧よりも高くなる場合があります。これをフェランチ現象またはフェランチ効果といいます。

また、フェランチ現象は、線路の電圧が高く、送電線のこう長が長いほど、またケーブル線路のように単位長さあたりの静電容量が大きいほど頻著に現れます。フェランチ現象による電圧上昇が大きい場合は、電力系統の運用に影響を与えるので、絶縁設計上問題になります。

このフェランチ現象への対策としては、力率改善のために取り付けられる電力用コンデンサを軽負荷時に切り離すことや、分路リアクトルを接続する事などが挙げられます。

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