令和5年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問70 解説 問7 問7

配電線路における力率改善は、無効電力が発生する負荷の近くで行うほど線路に流れる無効電流を削減する範囲が広がり、電圧降下抑制や送電損失低減の効果が最大化されるため、(3)の記述は誤りです。

配電線路の電圧降下と無効電力の関係

配電線路で電圧降下が発生する主な要因は、線路のインピーダンス（抵抗 $R$ とリアクタンス $X$）を流れる電流です。負荷が誘導性（モーターなど）である場合、遅れ無効電力を消費します。この無効電流が線路を流れることで電圧降下が生じます。

電圧降下 $\Delta V$ の近似式は以下の通り表されます。 $\Delta V \approx I(R \cos \theta + X \sin \theta)$ ここで、$I$ は電流、$R, X$ は線路の抵抗とリアクタンス、$\cos \theta$ は力率です。

この式から分かるように、無効電力（電流の成分 $I \sin \theta$）を補償して力率を改善すると、線路のリアクタンス $X$ による電圧降下を抑制できます。

力率改善用コンデンサの設置場所

電力用コンデンサを設置する目的は、負荷で消費される遅れ無効電力をその場で打ち消し、上流の配電線路に流れる無効電流を減らすことにあります。

1. 負荷に近い低圧側で改善する場合: 負荷の直近で無効電力を供給するため、低圧配電線路および高圧配電線路の広い範囲で無効電流が減少します。結果として、線路全体の電圧降下と電力損失（$I^2R$損失）の低減効果が最も大きくなります。
2. 高圧配電線路で改善する場合: 高圧側で力率改善を行っても、そこから下流の低圧配電線路を流れる無効電流は削減されません。そのため、低圧配電線路における電圧降下や損失を減らす効果は、低圧側で個別に改善する場合よりも限定的になります。

配電線路における電圧調整の判断

設問の選択肢に基づき、各方式の役割を整理します。

1. 配電用変電所での電圧調整: 送り出し電圧自体を調整するため、LRT（負荷時タップ切換装置付変圧器）を用いて母線電圧を制御します。
2. 高圧配電線路の電圧調整: SVR（高圧自動電圧調整器）を用いることで、線路途中の電圧を直接的に目標値へ引き上げます。
3. 無効電力による電圧制御: 電力用コンデンサやSVC（静止形無効電力補償装置）は、線路の無効電力潮流を変化させることで電圧降下を抑制します。
4. 電線の太線化: 導体の断面積を大きくすると抵抗値 $R$ が減少し、電圧降下（$IR$成分）が抑制されます。

配電系統図における電源側から負荷側への電流の流れを思い描き、電力用コンデンサを設置することでどの区間の電流が変化するかを重ねてみると、電圧降下を抑える最適な位置が見えてきます。

参考リンク

• 配電線路の電圧降下と無効電力の関係（電気技術者試験センターの過去問解説）
• 配電系統における力率改善と省エネ効果のシミュレーション解説
• 送配電線路の電圧調整に関する定義（電気学会 電気専門用語集）