送電全般

 

1. 架空送電線

(1)  架空送電線の電力損失

@ 導体中の抵抗損(大部分)

A 高電圧電線路ではコロナ損

 

(2)  架空送電線の種類

単線よりも強度に優れ、安全性の高いより線が使われる。

@ 鋼心アルミより線(ACSR)

引張り強さの大きい鋼より線の周りに、導電率の高い硬アルミ線をより合わせた線。

ž  硬銅より線よりも軽く、引張り強さも大きい。

ž  2種類の金属を使っているので、接続に手間がかかる。

ž  アルミは軟質で傷付きやすいので、取り扱いに注意する。

ž  許容電線温度90℃。

 

A 鋼心耐熱アルミ合金より線(TACSR)

アルミに微量のジルコニウムを添加した、耐熱アルミ合金線を使っている。

ž  許容電線温度150℃、電流容量が50%高くなる。

ž  大容量送電用途。

 

B 硬銅より線(HDCC)

送電線や配電線には使われなくなってきた。

 

 

(3)  多導体方式

1相あたり28条の電線を使うので、等価外径が大きい。275kV以上の送電線で採用される。

単導体と比較した場合、

ž  一本分の導体は細いので、表皮効果による抵抗増加が小さい。

ž  放熱面積が広い。

ž  よって許容電流容量が大きい。同じ電流容量では、20%断面積が小さい。

ž  線路のインダクタンスが20%小さく、静電容量が20%大きいので、安定度が高く、送電容量が20%大きくなる。

ž  電線表面の電位傾度を緩和するので、コロナ臨界電圧が1520%高い。コロナ雑音による電波障害や、コロナ損を軽減する。

 

※ コロナ放電:実効値が21[kV/cm]を超えると発生する。

 

(4)  電食対策

ž  鋼心アルミより線(ACSR)、鋼心耐熱アルミ合金より線(TACSR)には、亜鉛めっきがしてあるので、海岸部では塩水によって、異種金属間に電食が発生する。

ž  対策として、鋼心である亜鉛めっき鋼より線に防食剤を充填する。

ž  または、鋼心に腐食に強いアルミ覆鋼線を使う。

 

 

2. 地中送電線(ケーブル)

(1)  架空送電線との特徴比較

ž   対地静電容量が大きい。

ž   フェランチ効果が顕著に出る。

ž   無負荷送電線を遮断し、再投入する場合に、大きな過渡的開閉過電圧が発生する。

ž   通信線と接近して敷設されるので、電磁誘導障害が大きくなる。

 

 

3. 光ファイバ

光を信号とし、伝送路には光ファイバケーブルを用いる。送受信装置に半導体を用いる。

ž  電力線からの電磁誘導を受けないので雑音が少ない。

ž  伝送路における損失が少ない。

ž  軽量なので敷設が容易。

ž  長距離大容量伝送路向き

ž  従来、配電線に添架されてきた。

 

OPGW:送電線の架空地線に光ファイバを内蔵した構造の、光ファイバ複合架空地線

ž  素材がガラスファイバ。

ž  支持物が送電線鉄塔なので、信頼度が高い。

ž  電気事故の保守情報支援システムに活用される。

 

 

4. がいし

(1) 懸垂がいし

懸垂がいしの負担電圧

ž  直列に連結した場合の負担電圧は、電線側で大きく、接地側で小さくなる。

ž  がいしの負担電圧が高くなり、コロナ放電すると、がいしの自己静電容量が増加する。

ž  負担電圧の高いがいしの自己静電容量増加によって、電圧分布は改善される(フラッシオーバ直前では均等になる)。

 

懸垂がいしの個数

ž  がいしの開閉サージ注水フラッシオーバ電圧値(商用周波数)を基礎とする。

ž  この値が、電線路の交流蒸気対地電圧波高値の45倍に相当するように、がいしの個数を決定する。

ž  劣化を考慮し、保守用のがいし1個を余分に加える。

 

(2) 長幹がいし

ž  がいしの表面にひだがある。⇔懸垂がいしでは、裏面にひだがある。

ž  裏面にひだがないので、塩じんによるがいし汚損が少なく、雨洗効果が大きい(無ひだ型、流線形渦巻型など)。

ž  表面漏れ距離が長い(深溝型など)。

ž  単純に距離が長いので、経年劣化が少ない。

ž  塩害地域の耐霧がいしとして適用される。

 

(3) 耐塩がいし

ž  裏面のひだを深くして、対汚損性能を30%高くする。

ž  がいしの連長を長くできない場所で使用する

 

(4) 電線路に雷撃を受けた場合の電圧

I:雷撃による鉄塔電流、R:衝撃電流に対する塔脚接地抵抗

:架空地線と電線との結合係数

a:隣接鉄塔からの反射波による波高低減率

 

この値が、がいし連の衝撃フラッシオーバより小さくなるように、衝撃電流に対する塔脚接地抵抗を選定する。

 

 

(5) 塩害対策

塩じんが付着し湿潤状態になると、漏れ電流による局部アークから、フラッシオーバに発展する。

ž  等価塩分付着量を測定して、がいしの汚損管理を行う。

ž  がいしを洗浄する。

ž  自動噴水装置による活線注水洗浄。

ž  水幕方式(台風を利用して洗浄する)

ž  がいしの増結(過絶縁)=漏れ距離の増加

ž  漏れ距離の長い長幹がいし、耐霧がいし、耐塩がいしの使用。

ž  シリコンコンパウンドを塗布する。

ž  密閉型の採用や、屋内に収容する。

ž  GIS(ガス開閉設備)によって、充電部分を外気に露出させない。

 

 

5. 調相

(1)  定電圧送電方式

送電端・受電端電圧をそれぞれ一定に保ちつつ、送電を行う。

連係上、機器の絶縁上、都合が良い。

受電端で無効電力を供給する必要があるので、調相設備を設置する。

 

(2)  調相設備

@ 発電機

界磁電流を制御することにより、連続的に出力電圧を調整する。

 

A 負荷時電圧調整器付き変圧器

負荷時タップ切換変圧器により、段階的に電圧を調整する。

 

B 同期調相器

界磁電流を制御することにより、連続的に系統電圧を調整する。

 

C 電力コンデンサ(並列)

進相無効電力を系統から吸収させることによって、系統の遅相電流を減少させ、段階的に系統電圧を調整する(電圧低下の防止)。

 

D 分路リアクトル

遅相無効電力を系統から吸収させることによって、系統の進相電流を減少させ、段階的に系統電圧を調整する(電圧上昇の防止、フェランチ効果対策)。

 

E 静止型無効電力補償装置(SVC)

無効電力を制御することにより、連続的に系統電圧を調整する。

 

 

6. 安定度

(1)  安定度の分類

じょう乱が起こった後に、平衡状態に回復する能力を安定度と呼ぶ。

@ 定態安定度

緩やかな負荷変動に対して、安定して電力を送電する能力。

自動電圧調整器による発電機の誘導電圧の調整や、調速機により、定態安定度が向上する(動態安定度)。

 

定態安定極限電力

 

∵受電電力は、次式で表わされる

送受電端電圧を一定にして、送電電力を増加させると、相差角θが上昇しθ=90°で受電電力が最大となる(定態安定極限電力)。さらに増加させると、受電電力が減少し、同期を維持できなくなり脱調する。

 

※ 脱調:極限を超えた電力を送電しようとすると、余剰エネルギーが発電機を加速させ、回転数が同期を外れ、電力を供給できなくなる。

 

また、定態安定度の解析に用いられる同期化力は、次式で表わされる。

0の点が安定限界で、0を下回ると不安定になる。

 

A 過渡安定度

急激な負荷変動、地絡事故、断線事故発生時に、脱調を起こさず平衡状態に回復して送電する能力。

 

 

(2)  安定度の向上対策

@ 系統の誘導性リアクタンスを低減する。

ž  線路を2回線並列にする。

2回線送電線の電力分担

 

ž  電線を多導体にする。

 

ž  リアクタンスの小さい発電機、変圧器を採用する。

短絡比の大きい発電機を使う。大容量タービン発電機は短絡比が小さいので安定度が低下する。

 

ž  直列コンデンサを採用する。

線路の誘導性リアクタンスを打ち消し、線路を短縮するのと等価である。

したがって、線路の電圧降下を低減させ、受電端の電圧変動率を軽減する。

 

 

メリット

負荷の力率が悪いほど、直列コンデンサによる改善効果が大きい。

電圧調整が負荷変動と同時に行われるので、時間的な遅れがない。

 

デメリット

短絡事故時にコンデンサに過大電流が流れ、高電IXc 発生する。

無負荷時・軽負荷時に電気振動を起こす可能性がある。

電気振動がタービン軸の機械振動と共振すると、同期発電機の軸ねじれ現象や、負制動現象の原因となる

 

A 系統の電圧変動を小さくする。

ž  系統を連係する。

ž  線路の中間に調相設備を設置する。

 

B 事故時のじょう乱を小さくする。

ž  高速で故障個所を切り離し再送電する(高速度再閉路方式)。

ž  中性点接地方式。

 

C 発電機入出力を制御する。

ž  ブラシレス・サイリスタなど速応励磁方式を採用し、負荷変動・事故時には急速に励磁を強め、同期化力を増加させる。

ž  制動抵抗を挿入し、事故時の余剰電力を消費させる。

 

 

7. 送電線の保護

(1)  直接接地系統送電線の主保護継電装置

アナログリレー装置・デジタルリレー装置(瞬時値を30°ごとにサンプリング)がある。

@ 位相比較保護継電方式

保護区間両端における端子電流の位相を比較して、事故点を識別する。

ž  内部事故時には、事故回線と健全回線の位相差は180°となり、位相比較保護継電器が動作する。

ž  外部事故時には、両端子電流が同相となり、位相比較保護継電器は動作しない。

 

A 電流差動保護継電方式

保護区間に出入りする電流のベクトル和を検出して、事故点を識別する。

ž  内部事故時には、ベクトル和が0ではなくなるので、電流差動保護継電器が動作する。

ž  外部事故時には、ベクトル和は0のままなので、電流差動保護継電器は動作しない。

 

(2)  パイロット継電方式

保護区間両端において故障電流の方向から、事故点を識別する。

判定結果は、表示線(パイロットワイヤ)・電力線・マイクロ波で相手端に送信され、内部故障ならば、両端同時高速遮断する。

@  差動方式

A  位相比較方式

B  方向比較方式

C  転送方式

 

(3)  送電線短絡保護継電器

@ 過電流継電器

ž  故障電流が大きくなるのを検出して動作する。

ž  設備が簡単で安価。

ž  一端のみに電源を有する放射状系統送電線、重要度の低い下位系統に適用される。

ž  系統の変化で、故障電流・負荷電流の増減によって、整定値を変更する必要がある。

ž  故障区間の選択に時間を要する。

 

A 短絡方向継電器

ž  故障電流の方向を判別できる。

ž  両端電源、またはループ状送電線など、故障電流の方向が変化する系統に適用される。

 

B 距離継電器

ž  電源からの距離に応じて、動作特性に協調を持たせる。

ž  故障点までの距離測定により動作するので、高速遮断が可能。

ž  複雑な系統で適用される。

 

C 短絡回線選択継電器

ž  並行回線間(故障回線−健全回線)の不平衡電流を検出する。

ž  方向継電器と過電流継電器の組み合わせで、高速遮断される。

ž  並行2回線送電線で適用される。

ž  並行2回線が、不平衡運用となる場合は適用できない。

 

そのほか、平衡2回線の短絡保護継電器として、電流平衡式、電力平衡式がある。

 

(4)  再閉路方式

故障区間をいったん切り離せば、アークは自然消滅するので、事故点の絶縁回復を待って、再び遮断器を投入し、送電を継続する。

過渡安定度が向上し、送電容量を増やせる。信頼度も向上する。

 

@ 単相再閉路

一相事故の場合に、故障相だけを遮断し、再閉路する。高速再閉路。

 

A 三相再閉路

事故相に関係なく、三相を一括遮断し、再閉路する。

電圧位相角を確認してから再閉路するので、低速再閉路となる。

 

B 多相再閉路

2回線送電線において、故障相だけを遮断し、再閉路する。高速再閉路。

 

C 同期再閉路

複数ルートで連係されている2回線送電線において、1ルートだけを遮断し、再閉路する。高速再閉路。1ルートが遮断されても同期は保たれている。

 

 

8. 異常電圧対策

(1)  短時間交流過電圧

送電線が容量性負荷であるために、過電圧を起こす場合がある。@・Aでは、地中電線路の場合、さらに顕著となる。

@ フェランチ効果

無負荷送電線を充電する場合、送電端電圧よりも受電端電圧が高くなる。

対策としては、分路リアクトルを設置し、充電電流を打ち消す。

 

A 自己励磁現象

無負荷時に、無励磁でありながら、発電機端子電圧が上昇する。

対策としては、分路リアクトルを設置し、充電電流を打ち消す。

なお、自己励磁を起こさないための条件式は、

 

Ks:発電機短絡比、σ:容量発電機飽和係数

Vn:発電機定格電圧、Qn:発電機定格容量

V:線路充電電圧、Q:線路充電容量

 

B 地絡サージ

一線地絡事故発生時に、健全相の対地電圧が上昇し、さらに過渡的振動電圧が重畳され、過電圧が発生する。

非接地系では、間欠アーク地絡(アークの自然消滅→再点弧)が発生しやすい。

 

C 発電機と送電線の共振

地絡・短絡事故発生時に、制動巻線の無い発電機のリアクタンスと、送電線の静電容量が共振し、高調波の過電圧が発生する。

制動巻線があれば、防止できる。

 

 

(2)  サージ性過電圧

@ 開閉サージ

発生するのは、

ž 故障電流を遮断した時の再点弧現象

ž 無負荷送電線の充電電流を遮断した時→対策:消弧能力の大きいガス遮断器・空気遮断器

ž 変圧器の励磁電流・分路リアクトルの電流を遮断した時→対策:抵抗付き遮断器

ž 無負荷送電線へ、三相の非同期投入をした時→対策:抵抗投入・同期投入

 

A 雷サージ

雷過電圧として、送電線への直撃雷、雷雲の影響で送電線を伝搬する誘導雷、逆フラッシオーバがある。

対策としては、架空地線・接地棒・埋設地線など。

 

a.架空地線の設置

ž 静電遮蔽によって、電線への誘導雷を防止する。

ž 電線への直撃雷を防止する。遮蔽角が小さいほど、効果が大きい。

ž 地絡故障時に、電線上の進行波を減衰させ、通信線の電磁誘導障害を少なくする。特に起誘導電流の大きい、超高圧有効接地系でその効果が大きい。

 

※ 架空地線

導電率の高いより線が用いられる。

架空地線の大地帰路自己インピーダンスと接地抵抗が低いほど遮蔽効果が大きい。

 

b.不平衡絶縁方式

ž 2回線送電線で、同時事故を防止する。

ž 絶縁強度にあえて差をつけ、鉄塔に雷撃があった場合、低絶縁側のみフラッシオーバさせる。

 

c.接地棒・埋設地線

ž 鉄塔脚部に接地棒・埋設地線を施設し、接地抵抗を下げて、逆フラッシオーバを防止する。

ž 塔脚の接地抵抗値は、25Ω程度が推奨される。

 

※ 逆フラッシオーバ

架空地線・鉄塔に雷撃があった場合、接地抵抗が高いと架空地線・鉄塔の電位が上がり、その電位ががいし連のインパルスフラッシオーバ電圧を超えると、送電線に放電(逆フラッシオーバ)してしまう。

 

※ 埋設地線

地下数十cmにおいて、地表面に沿って数十mの金属線数本を埋設する。一端を鉄塔脚部に接続する。

 

d.アークホーン

逆フラッシオーバが発生してしまった場合に、がいしにアークが絡むのを防ぐ。

 

e.アーマロッド

逆フラッシオーバが発生してしまった場合に、電線の溶断を防止する。

 

 

(3)  人体歩幅電圧

2本の接地導体とその間に立つ人がある場合に、一方の接地線Aから大地に流れる電流Iによって、他方の接地線Cに接触した人Bに加わる電圧V

Aを原点として、Bまでの距離をABCまでの距離をACとする。

Bに加わる電圧は、AB間の電位差−AC間の電位差だから、大地の抵抗率ρから、

 

電流は、Aから放射状に広がるので、ある点での電流は、その距離を半径とした半球の表面積で割った値となる(遠い点ほど電流は小さく、電位が低くなる)。

 

 

 

9. 誘導障害

電力線に近接した通信線などに誘導電圧を発生する。

(1)  静電誘導障害

ž  高電圧送電線−通信線間の静電容量CACBCCと通信線−大地間の静電容量CS によって発生する。

 

ž  通信線の静電誘導電VS

  だから、

 

 

CA =CB =CC の場合は、VS =0

 

ž  静電誘導の影響

@ 送電線下で電圧が誘導された金属体に、人が触れた時の静電誘導感知

A 通信線受話器に誘導電流が流れる雑音障害

 

ž  静電誘導対策

@ 送電線の地上高を十分高くし、地表面付近の電界強度を弱める。

A 送電線のねん架を十分に施す。

B 2回線送電線では、回線ごとに逆相配列にする。

C 送電線に近接する金属体には接地工事を施す。

D 遮蔽線・遮蔽柵・保護網を設置する。

E 送電線と通信線との離隔距離を十分大きくする。

F 通信線に鉛被覆など金属被覆ケーブルを用い、金属被覆には接地工事を施す。

 

 

(2)  電磁誘導障害

ž  高電圧送電線−通信線間の相互インダクタンスMよって発生する。

ž  普段は三相電流の総和が0なので障害は無い。しかし、一線地絡事故で大きな地絡電流(零相電流)I0流れると、障害が問題となる。

 

ž  通信線の電磁誘導電圧Vm

 

基本的にVm 300V以下になるように規制されている。

事故発生確率が小さく、0.2秒以内で事故を除去できる場合は、430Vまで許容される。

 

ž  電磁誘導の影響

@ 通信線に大きな電圧を誘導し、通信機に障害を与える。

A 通信線に大きな電圧を誘導し、人畜に危害を加える。

 

ž  電磁誘導対策

@ 送電線の接地に、高抵抗接地方式・リアクトル接地方式を採用し、地絡電流を抑制する。

A 送電線のねん架を十分に施す。

B 送電線と通信線との離隔距離を十分大きくする。交差する場合は直角交差にする。

C 送電線と通信線の間に遮蔽線を設ける。

D 通信線にアルミ被誘導遮蔽ケーブルを用い、通信線に避雷器を設置する。

 

※ ねん架:送電線の配置箇所を順次入れ替える。

ž  架空送電線の線間距離、大地からの距離をそろえる。

ž  各相のインダクタンス・静電容量をそろえ、電圧・電流の不平衡を防ぐ。

 

 

10.    コロナ障害

(1)  コロナ放電

ž  高電圧導体表面の電位傾度が大きい部分で、空気の絶縁が破壊して、低い音・薄い光を発して放電する現象。

ž  温度20℃・1気圧の空気中では、電位傾度の実効値が21kV/cm、波高値で30kV/cmで放電を開始する(コロナ臨界電位の傾き)。

ž  コロナ臨界電位の傾きは、温度・湿度・気圧・雨などの気象条件の影響を受ける。

ž  電線のコロナ臨界電圧E0は、素導体の数・間隔・配置などの幾何学的条件の影響を受ける。

m0:電線表面係数、m1:天候係数、δ:相対空気密度

r:電線半径[cm]D:線間距離[m]

 

(2)  コロナの影響

ž  電力損失(コロナ損)を生じ、送電効率が低下する。

ž  ラジオ障害を与える。

 

(3)  コロナ対策

ž  電線を太くして電線表面の電位傾度を下げる。

ž  送電線路に多導体方式を採用する。単導体よりも20%コロナ臨界電圧が高い。

ž  架線金具の形状を改良する。

ž  架線時に電線表面や金具を傷つけない。

 

 

 

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