【電験三種重要例題解説:電力】三相3線式配電線路における受電端電力

電験

問題

図は、三相3線式配電線路におけるベクトル図であり、\(\dot{E_s}\) [V] は送電端電圧 (相電圧)、\(\dot{E_r}\) [V] は受電端電圧 (相電圧)、\(\dot{I}\) [A] は線電流、\(X\) [Ω] は線路リアクタンス、\(δ\) は相差角 (\(\dot{E_s}\) と \(\dot{E_r}\) の位相差)、\(θ\) は力率角である。このとき、次の問に答えよ。ただし、線路抵抗は無視するものとする。

(1) 受電端の電力 \(P\) [W] を \(E_r\)、\(I\)、\(θ\) を用いて表せ。

(2) 受電端の電力 \(P\) [W] を \(E_s\)、\(E_r\)、\(X\)、\(δ\) を用いて表せ。 

解答のポイント

各素子の働き

インピーダンス・アドミタンス

【インピーダンス】

  \(\dot{Z} = R + j\left(ωL − \displaystyle\frac{1}{ωC}\right)\)




【アドミダンス】

  \(\dot{Y} = \displaystyle\frac{1}{R} + j\left(ωC − \displaystyle\frac{1}{ωL}\right)\)

変電所内における一次・二次相電圧・負荷電流のベクトル表示

【変電所内における電圧降下の関係式】

  \(\dot{E_p} = \dot{E_s} + jX\dot{I}\)

    \(\dot{E_p}\) [V]:一次相電圧
    \(\dot{E_s}\) [V]:一次側に換算した二次相電圧
    \(X\) [Ω]:漏れリアクタンス
    \(I\) [A]:負荷電流

\(\dot{E_s}\) を基準に記載
\(\dot{I}\) を遅れ側に記載 (負荷は原則遅れ力率)
\(jX\dot{I}\)\(\dot{I}\) から \(90\)° 進みに記載
\(\dot{E_s}\)\(jX\dot{I}\) をつなげ \(\dot{E_p}\) を記載

解答

(1) 受電端の電力 \(P\) [W] を \(E_r\)、\(I\)、\(θ\) を用いて表す

受電端の電力は三相電力なので、

  \(P = 3E_rI\cos θ\)

(2) 受電端の電力 \(P\) [W] を \(E_s\)、\(E_r\)、\(X\)、\(δ\) を用いて表す

左図の赤線を求める式より、

  \(E_s\sin δ = XI\cos θ\)

   \(I\cos θ = \displaystyle\frac{E_s\sin δ}{X}\)

であるから、電力 \(P\) [W] は、

  \(P = 3E_rI\cos θ\)

   \( = 3E_r\cdot \displaystyle\frac{E_s\sin δ}{X}\)

   \( = \displaystyle\frac{3E_sE_r\sin δ}{X}\)

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