第三種電気主任技術者・2011年度・電力

2011年度 電力 問17(b)

単相2線式配電線があり、この末端に300 [kW] の需要家がある。この配電線の途中、図に示す位置に6300 [V] / 6900 [V] の昇圧器を設置して受電端電圧を6600 [V] に保つとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、配電線の1線当たりの抵抗は1 [Ω\Omega/km]、リアクタンスは1.5 [Ω\Omega/km] とし、昇圧器のインピーダンスは無視するものとする。

末端の需要家が遅れ力率0.8の場合、受電端電圧を6600 [V] に保つとき、送電端の電圧 VsV_{s} [V] 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。

出典:第三種電気主任技術者 2011年度 電力 問17(b)

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正答:(4)

要点

正解は(4)。線路1(電源〜昇圧器一次側)の電圧降下と送電端電圧。線路長 L1=3 kmL_1 = 3 \, \mathrm{km} より、R1=1×3=3 ΩR_1 = 1 \times 3 = 3 \, \Omega、X1=1.5×3=4.5 ΩX_1 = 1.5 \times 3 = 4.5 \, \Omega です。

詳細解説を読む

正解は(4)です。
線路条件は(a)と同じで、1線当たりの抵抗 r=1 Ω/kmr = 1 \, \Omega/\mathrm{km}、リアクタンス x=1.5 Ω/kmx = 1.5 \, \Omega/\mathrm{km} を用い、往復2線分の電圧降下 ε≈2I(Rcos⁡θ+Xsin⁡θ)\varepsilon \approx 2 I (R \cos \theta + X \sin \theta) で計算します。ここではコンデンサを開放し、力率が0.8(遅れ)になった場合を扱います。

  1. 負荷電流の再計算
    力率 cos⁡θ=0.8\cos \theta = 0.8 となったため、電流 I2′I_2' は増加します。
    I2′=300×1036600×0.8=56.82 [A] I_2' = \dfrac{300 \times 10^3}{6600 \times 0.8} = 56.82 \, \mathrm{[A]}

  2. 線路2の電圧降下
    sin⁡θ=0.6\sin \theta = 0.6 を考慮して計算します。
    ε2′=2I2′(R2cos⁡θ+X2sin⁡θ)=2×56.82×(2×0.8+3×0.6)=113.64×(1.6+1.8)=113.64×3.4≈386.4 [V] \begin{aligned} \varepsilon_2' &= 2 I_2' (R_2 \cos \theta + X_2 \sin \theta) \\ &= 2 \times 56.82 \times (2 \times 0.8 + 3 \times 0.6) \\ &= 113.64 \times (1.6 + 1.8) \\ &= 113.64 \times 3.4 \approx 386.4 \, \mathrm{[V]} \end{aligned}
    これにより、昇圧器二次側電圧 V2′V_2' は以下となります。
    V2′=6600+386.4=6986.4 [V] V_2' = 6600 + 386.4 = 6986.4 \, \mathrm{[V]}

  3. 昇圧器一次側への換算
    昇圧器の変圧比は 6300/6900 [V]6300/6900 \, \mathrm{[V]} です。一次側電圧 V1′V_1' 及び一次側電流 I1′I_1' を求めます。
    V1′=V2′×63006900=6986.4×2123≈6378.9 [V] V_1' = V_2' \times \dfrac{6300}{6900} = 6986.4 \times \dfrac{21}{23} \approx 6378.9 \, \mathrm{[V]}
    I1′=I2′×69006300=56.82×2321≈62.23 [A] I_1' = I_2' \times \dfrac{6900}{6300} = 56.82 \times \dfrac{23}{21} \approx 62.23 \, \mathrm{[A]}

  4. 線路1(電源〜昇圧器一次側)の電圧降下と送電端電圧
    線路長 L1=3 kmL_1 = 3 \, \mathrm{km} より、R1=1×3=3 ΩR_1 = 1 \times 3 = 3 \, \Omega、X1=1.5×3=4.5 ΩX_1 = 1.5 \times 3 = 4.5 \, \Omega です。
    線路1での電圧降下 ε1′\varepsilon_1' を計算します。
    ε1′=2I1′(R1cos⁡θ+X1sin⁡θ)=2×62.23×(3×0.8+4.5×0.6)=124.46×(2.4+2.7)=124.46×5.1≈634.7 [V] \begin{aligned} \varepsilon_1' &= 2 I_1' (R_1 \cos \theta + X_1 \sin \theta) \\ &= 2 \times 62.23 \times (3 \times 0.8 + 4.5 \times 0.6) \\ &= 124.46 \times (2.4 + 2.7) \\ &= 124.46 \times 5.1 \approx 634.7 \, \mathrm{[V]} \end{aligned}
    したがって、求める送電端電圧 VsV_s は以下の通りです。
    Vs=V1′+ε1′=6378.9+634.7=7013.6 [V] V_s = V_1' + \varepsilon_1' = 6378.9 + 634.7 = 7013.6 \, \mathrm{[V]}
    選択肢の中で最も近い値は 7016 [V] です。
    以上より、選択肢(4)が正解です。

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