問題8 工場配電

ある工場における配電系統

図は，ある工場における配電系統を示す。この配電系統は，受電端から順に22kV/6.6kV受電用三相変圧器，高圧配電線路，6.6kV/210V配電用三相変圧器，低圧配電線路，平衡三相負荷（以下，負荷という）で構成されており，各設備の仕様は次のとおり。

• 22kV/6,6kV受電用三相変圧器
  • 定格容量：1000kVA
  • 定格容量時の負荷損：8kW
• 6.6kV/210V配電用三相変圧器
  • 定格容量：500kVA
  • 定格容量時の負荷損：5kW
• 高圧配電線路
  • 配電方式：三相3線式
  • 1線当たりの電線断面積：22mm²
  • 1線当たりの電線抵抗：0.85Ω/km
  • 線路のこう長：50m
• 低圧配電線路
  • 配電方式：三相3線式
  • 1線当たりの電線断面積：400mm²
  • 1線当たりの電線抵抗：0.047Ω/km
  • 線路のこう長：100m

この配電系統において電力損失を低減させるため，次の1～6の方策について考える。なお，1～6の方策はそれぞれ独立して実施するものとし，電流による電力損失を計算する場合には，負荷に供給される電流のみを考えるものとする。

1. 配電線路の電流が一定の場合，配電線路の抵抗損失を低減させる方法には線路を短くするか，太い電線を使用するかが考えられる。例えば，電線を，設備の仕様で与えた抵抗値を使用して，同じ長さで比較すると，断面積400mm²の電線の抵抗損失は，断面積22mm²の電線の抵抗損失の5.5[%]となる。
   抵抗損失は導体の断面積に反比例するので，22/400*100=5.5[%]
2. 同じ大きさの電力を送電する場合，配電線路の電圧が高い方が電力損失は少ない。例えば，負荷の消費電力を200kW一定とし，配電用変圧器を移動させ，配電線路の全こう長150mは変えずに，高圧配電線路のこう長を100m，低圧配電線路のこう長を50mに変更した場合，低減する電力損失は2.09[kW]である。ここで，負荷の力率は100%一定とする。
3. 配電用変圧器については，「工場又は事業場におけるエネルギーの使用の合理化に関する事業者の判断の基準」に規定する基準エネルギー消費効率以上の効率の変圧器を使用する。
4. この配電線路に単相負荷を接続するときは，電圧の不平衡を防止するようにする。
5. 電力損失は，負荷率によって変動し，一般に同じ時間内の負荷の消費電力量が同じとすれば，負荷率が小さいほど損失電力量は大きくなる。例えば，負荷の消費電力が200kWで24時間一定，すなわち，日負荷率100%の場合と，負荷の消費電力が300kWで12時間一定と，100kWで12時間一定の組合せ，すなわち，日負荷率66.7[%]の場合とを比較すると，配電系統の1日の全損失電力量の差は32.5[kW･h]となる。ここで，負荷力率は100%一定とする。
6. 負荷の消費電力が同じならば，負荷力率が高い方が電力損失は小さくなる。例えば，負荷の消費電力を200kW一定とし，負荷力率が100%から80%に低下すると，配電線路の電力損失は負荷力率100%のときと比較して，56.3[%]変化する。