前回の記事 において送電線が(ケーブルか架空送電線かに関わらず)インダクタとキャパシタンスの組み合わせにより等価回路を構成できることを示した.本記事と次の記事ではそのうちケーブルに的を絞り,単位長さ当たりのケーブルが持つ寄生インダクタンスとキャパシタンスの値について具体的に計算してみることにしよう.今回は静電容量の計算について解説する.この記事の最後には,ケーブルの静電容量が\(0. 2\sim{0. 5}[\mu{F}/km]\)程度になることが示されるだろう. これからの計算には, 次の記事(インダクタンスの計算) も含め電磁気学の法則を用いるため,まずケーブル内の電界と磁界の様子を簡単におさらいしておくと話を進めやすい.次の図1は交流を流しているケーブルの断面における電界と磁界の様子を示している. 図1. ケーブルにおける電磁界 まず,導体Aが長さ当たりに持つ電荷の量に比例して電界が放射状に発生する.電荷量と電界の強さとの間の関係が分かれば単位長さ当たりのキャパシタンスを計算できる.つまり,今回の計算では電界の強さを求めることがポイントになる. また,導体Aが流す電流の大きさに比例して導線を取り囲むような同心円状の磁界が発生する.電流量と磁界の強さとの間の関係が分かれば単位長さ当たりのインダクタンスを計算できる.これは,次回の記事において説明する. それでは早速ケーブルのキャパシタンス(以下静電容量と言い換える)を計算していくことにしよう.単位長さのケーブルに寄生する静電容量を求めるため,図2に示すように単位長さ当たり\(q[C]\)の電荷をケーブルに与えてみる. 図2. 力率補正と送電電力 | 基礎からわかる電気技術者の知識と資格. 単位長さ当たりに電荷\(q[C]\)を与えたケーブル ケーブルに電荷を与えると,図2の右側に示すように,電界が放射状に発生する.この電界の強さは中心からの距離\(r\)の関数になっている.なぜならケーブルが軸に対して回転対称であるから,距離\(r\)が定まればそこでの電界の強さ\(E\left({r}\right)\)も一意的に定まるのである. そしてこの電界の強さ\(E\left({r}\right)\)の関数形が分かれば,簡単にケーブルの静電容量も計算できる.なぜなら,電界の強さ\(E\left({r}\right)\)を\(r\)に対して\([a. b]\)の区間で積分すれば,それは導体Aと導体Bの間の電位差\(V_{AB}\)と言えるからである.
円の方程式の形を作りグラフ化する。 三平方の定理 を用いて②式から円の方程式の形を作ります。 受電端電力の方程式 $${ \left( P+\frac { { RV_{ r}}^{ 2}}{ { Z}^{ 2}} \right)}^{ 2}+{ \left( Q+\frac { X{ V_{ r}}^{ 2}}{ { Z}^{ 2}} \right)}^{ 2}={ \left( \frac { { { V}_{ s}V}_{ r}}{ Z} \right)}^{ 2}$$ この方程式をグラフ化すると下図のようになります。 これが 受電端の電力円線図 となります!!めっちゃキレイ!! 考察は一旦おいといて… 送電端の電力円線図 もついでに導出してみましょう。 受電端 とほぼ同じなので!
9 の三相負荷 500[kW]が接続されている。この三相変圧器に新たに遅れ力率 0. 8 の三相負荷 200[kW]を接続する場合、次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) 負荷を追加した後の無効電力[kvar]の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 (1) 339 (2) 392 (3) 472 (4) 525 (5) 610 (b) この変圧器の過負荷運転を回避するために、変圧器の二次側に必要な最小の電力用コンデンサ容量[kvar]の値として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 (1) 50 (2) 70 (3) 123 (4) 203 (5) 256 2012年(平成24年)問17 過去問解説 (a) 問題文をベクトル図で表示します。 はじめの負荷の無効電力を Q 1 [kvar]、追加した負荷の無効電力を Q 2 [kvar]とすると、 $Q_1=P_1tanθ_1=500×\displaystyle \frac{ \sqrt{ 1-0. 9^2}}{ 0. パーセントインピーダンスと短絡電流 | 電験三種講座の翔泳社アカデミー. 9}≒242$[kvar] $Q_2=P_2tanθ_2=200×\displaystyle \frac{ \sqrt{ 1-0. 8^2}}{ 0. 8}=150$[kvar] 負荷を追加した後の無効電力 Q 4 [kvar]は、 $Q_4=Q_1+Q_2=242+150=392$[kvar] 答え (2) (b) 問題文をベクトル図で表示します。 皮相電力が 750[kV・A]になるときの無効電力 Q 3 は、 $Q_3=\sqrt{ 750^2-700^2}≒269$[kvar] 力率改善に必要なコンデンサ容量 Q は、 $Q=Q_4-Q_3=392-269=123$[kvar] 答え (3) 2013年(平成25年)問16 図のように、特別高圧三相 3 線式 1 回線の専用架空送電路で受電している需要家がある。需要家の負荷は、40 [MW]、力率が遅れ 0. 87 で、需要家の受電端電圧は 66[kV] である。 ただし、需要家から電源側をみた電源と専用架空送電線路を含めた百分率インピーダンスは、基準容量 10 [MV・A] 当たり 6. 0 [%] とし、抵抗はリアクタンスに比べ非常に小さいものとする。その他の定数や条件は無視する。 次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) 需要家が受電端において、力率 1 の受電になるために必要なコンデンサ総容量[Mvar]の値として、 最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 ただし、受電端電圧は変化しないものとする。 (1) 9.
7 \\[ 5pt] &≒&79. 060 \ \mathrm {[A]} \\[ 5pt] となり,基準電圧を流したときの電流\( \ I_{1}^{\prime} \ \)は, I_{1}^{\prime}&=&\frac {1. 00}{1. 02}I_{1} \\[ 5pt] &=&\frac {1. 02}\times 79. 060 \\[ 5pt] &≒&77. ケーブルの静電容量計算. 510 \ \mathrm {[A]} \\[ 5pt] となる。以上から,中間開閉所の調相設備の容量\( \ Q_{\mathrm {C1}} \ \)は, Q_{\mathrm {C1}}&=&\sqrt {3}V_{\mathrm {M}}I_{1} ^{\prime}\\[ 5pt] &=&\sqrt {3}\times 500\times 10^{3}\times 77. 510 \\[ 5pt] &≒&67128000 \ \mathrm {[V\cdot A]} → 67. 1 \ \mathrm {[MV\cdot A]}\\[ 5pt] と求められる。
6}sin30°≒100×10^6\end{eqnarray}$ 答え (4) 2017年(平成29年)問17 特別高圧三相3線式専用1回線で、6000kW(遅れ力率90%)の負荷Aと 3000kW(遅れ力率95%)の負荷Bに受電している需要家がある。 次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (a) 需要家全体の合成力率を 100% にするために必要な力率改善用コンデンサの総容量の値[kvar]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 (1) 1430 (2) 2900 (3) 3550 (4) 3900 (5) 4360 (b) 力率改善用コンデンサの投入・開放による電圧変動を一定値に抑えるために力率改善用コンデンサを分割して設置・運用する。下図のように分割設置する力率改善用コンデンサのうちの1台(C1)は容量が 1000kvar である。C1を投入したとき、投入前後の需要家端Dの電圧変動率が 0. 8% であった。需要家端Dから電源側を見たパーセントインピーダンスの値[%](10MV・Aベース)として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 ただし、線路インピーダンス X はリアクタンスのみとする。また、需要家構内の線路インピーダンスは無視する。 (1) 1. 25 (2) 8. 00 (3) 10. 0 (4) 12. 5 (5) 15. 0 2017年(平成29年)問17 過去問解説 (a) 負荷A、負荷Bの電力ベクトル図を示します。 負荷A,Bの力率改善に必要なコンデンサ容量 Q 1 ,Q 2 [var]は、 $\begin{eqnarray}Q_1&=&P_1tanθ=P_1\displaystyle \frac{ \sqrt{ 1-cos^2 θ}}{ cosθ}\\\\&=&6000×10^3×\displaystyle \frac{ \sqrt{ 1-0. 9^2}}{0. 9}\\\\&=&2906×10^3[var]\end{eqnarray}$ $\begin{eqnarray}Q_2&=&P_2tanθ=P_2\displaystyle \frac{ \sqrt{ 1-cos^2 θ}}{ cosθ}\\\\&=&3000×10^3×\displaystyle \frac{ \sqrt{ 1-0. 95^2}}{0.
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