一次側定格電圧と二次側定格電圧がそれぞれ等しい変圧器A と変圧器B がある。変圧器A は,定格容量SA=5 000 kV…
電力 第13問
一次側定格電圧と二次側定格電圧がそれぞれ等しい変圧器A と変圧器B がある。変圧器A は,定格容量SA=5 000 kV・A,パーセントインピーダンス%ZA=9.0 %(自己容量ベース),変圧器B は,定格容量SB=1 500 kV・A,パーセントインピーダンス%ZB=7.5 %(自己容量ベース)である。この変圧器2 台を並行運転し,6 000 kV・A の負荷に供給する場合,過負荷となる変圧器とその変圧器の過負荷運転状態[%](当該変圧器が負担する負荷の大きさをその定格容量に対する百分率で表した値)の組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
- (1)過負荷となる変圧器: 変圧器A 過負荷運転状態[%]: 101.5
- (2)過負荷となる変圧器: 変圧器B 過負荷運転状態[%]: 105.9
- (3)過負荷となる変圧器: 変圧器A 過負荷運転状態[%]: 118.2
- (4)過負荷となる変圧器: 変圧器B 過負荷運転状態[%]: 137.5
- (5)過負荷となる変圧器: 変圧器A 過負荷運転状態[%]: 173.5
正答 (2)
正答は (2)。
【並行運転における負荷の分担】
2台の変圧器を並行運転すると、各変圧器には同じ電圧がかかり、同じ端子間に並列につながる形になります。したがって負荷の分担は、それぞれのインピーダンス(オーム値)に反比例します。これをパーセントインピーダンスで書き直すと、各変圧器が分担する容量は
定格容量 ÷ パーセントインピーダンス
に比例します。パーセントインピーダンスが同じなら容量の比で分け合い、容量が同じならパーセントインピーダンスの小さいほうが多く負担します。
【手順1 分担の比を求める】
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変圧器A 5000 ÷ 9.0 = 555.6
変圧器B 1500 ÷ 7.5 = 200.0
合計は
555.6 + 200.0 = 755.6
【手順2 それぞれの分担容量を求める】
負荷は6000kV・A です。
変圧器Aの分担 = 6000 × 555.6 ÷ 755.6
= 6000 × 0.7353
= 4412 [kV・A]
変圧器Bの分担 = 6000 × 200.0 ÷ 755.6
= 6000 × 0.2647
= 1588 [kV・A]
【手順3 定格容量に対する割合を求める】
変圧器A 4412 ÷ 5000 × 100 = 88.2 [パーセント]
変圧器B 1588 ÷ 1500 × 100 = 105.9 [パーセント]
変圧器A には余裕がありますが、変圧器B は定格容量を超えており、105.9パーセントの過負荷運転になります。よって (2) が正答です。
【検算】
4412 + 1588 = 6000kV・A で、負荷の合計と一致します。また、両者が分担する負荷にパーセントインピーダンスを掛けた値、すなわちそれぞれの電圧降下に相当する量を比べると
変圧器A 9.0 × 4412 ÷ 5000 = 7.94
変圧器B 7.5 × 1588 ÷ 1500 = 7.94
一致します。並列につながっている以上、両者にかかる電圧降下が等しくなるはずで、計算が正しいことが確かめられます。
【考え方のこつ】
パーセントインピーダンスの小さい変圧器ほど電流が流れやすく、自分の定格に比べて重く負担します。本問では変圧器B のほうが7.5パーセントと小さいので、B が先に過負荷になると見当を付けられます。合計容量は 5000 + 1500 = 6500kV・A あって負荷6000kV・A より大きいのに片方が過負荷になるのは、パーセントインピーダンスがそろっていないためです。並行運転の条件の一つに「パーセントインピーダンスが等しいこと」が挙げられるのは、まさにこの不都合を避けるためです。
出典:令和5年度上期第三種電気主任技術者 電力科目 問13(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ
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