三相短絡曲線とは？その役割と求められる同期機の特性
家電を知りたい
先生、『三相短絡曲線』について教えてください。
家電製品マニア
三相短絡曲線とは、三相同期発電機の電機子巻線の出力端子を短絡したとき、界磁電流と三相短絡電流の関係を表す曲線のことだよ。一般的に、界磁電流に比例した直線となるんだ。
家電を知りたい
三相短絡曲線は何に利用されるんですか?
家電製品マニア
無負荷飽和曲線と組み合わせて、同期リアクタンスや短絡比など、同期機の重要な特性を求めるのに利用できるよ。用途によって、二相短絡曲線や一相中性点間短絡曲線もあるんだ。
三相短絡曲線とは。
「家電の用語である「三相短絡曲線」とは、三相同期発電機を通常の速度で運転させ、発電機巻線の出力端子間を短絡したときに、磁界電流と三相短絡電流の関係を示す曲線のことです。三相短絡電流は、発電機無負荷時の起電力を同期インピーダンスで割った値と考えられ、通常は磁界電流に比例した直線となります。この三相短絡曲線と無負荷飽和曲線を組み合わせることで、同期発電機の同期リアクタンスや短絡比などの重要な性質を求めることができます。用途に応じて、三相短絡曲線のほかに、二相短絡曲線や一相中性点間短絡曲線もあり、いずれも直線となります。」
三相短絡曲線の定義
三相短絡曲線とは、発電機を短絡したときの電流の経時変化を表す曲線のことです。短絡とは、導体が何らかの原因で直接つながり、電力系統に異常な電流が流れる状態を指します。三相短絡曲線は、発電機が特定の短絡条件下でどのように動作するかを予測するために使用されます。 この曲線は、短絡時の電流の大きさ、持続時間、および減衰率を示し、発電機の安定性や保護システムの設計に役立てられます。
三相短絡曲線の利用用途
三相短絡曲線の利用用途
三相短絡曲線は、電力システムの過渡安定性解析において非常に重要な役割を果たします。短絡事故による系統の挙動を予測し、安定性を評価するために使用されます。具体的には、以下の用途があります。
* -系統保護設定の最適化- 三相短絡曲線を用いて、適切な過電流保護装置の定格や動作時間を設定することで、系統を安全かつ信頼性の高い状態に保ちます。
* -遮断器容量の決定- 三相短絡曲線から短絡電流のピーク値や時間経過による変動を推定することで、系統に適切な遮断器の容量を決定します。
* -過渡過電圧の予測- 三相短絡が発生すると、系統で過渡的な過電圧が発生します。三相短絡曲線は、過電圧の大きさと持続時間を予測し、機器への影響を評価するのに役立ちます。
* -系統復旧の判断- 短絡事故発生後、系統の復旧判断にも三相短絡曲線が活用されます。曲線から短絡電流の持続時間を推測し、安全に復旧できるタイミングを検討します。
無負荷飽和曲線との組み合わせ
無負荷飽和曲線との組み合わせ
三相短絡曲線を作成するためには、無負荷飽和曲線も考慮する必要があります。無負荷飽和曲線は、機械の誘導磁界を考慮せず、界磁回路の特性を表したものです。三相短絡曲線は通常、同期機の電機子リアクタンス（Xd）が小さい場合に作成されますが、誘導磁界を無視すると実際よりもリアクタンスを小さく見積もることになります。
したがって、無負荷飽和曲線を使用して、短絡時の界磁電流による飽和の程度を補正する必要があります。これにより、三相短絡曲線はより正確なものとなり、同期機の実際の挙動に近づけることができます。
直線となる理由
三相短絡曲線が直線となる理由は、誘導電動機のトーキー特性と同期機の励磁特性が直線的であることにあります。短絡したとき、誘導電動機は巨大な電流を消費し、そのトルクは電流の2乗に比例して増加します。一方で、同期機は励磁電流の増加で電機子電流が増加し、同期トルクも直線的に増加します。したがって、短絡時の同期機の電機子電流と誘導電動機のトルクがどちらも電流の2乗に比例するため、三相短絡曲線は直線となるのです。
同期機で求められる特性
同期機で求められる特性
同期機は、電力系統において重要な役割を果たす発電機です。三相短絡が発生した場合、同期機には次のような特性が求められます。
* -安定性- 短絡時の大電流に耐えて、安定に運転を続けることができること。
* -短絡電流制限能力- 短絡電流を最小限に抑えることができること。
* -過渡復旧能力- 短絡後に、素早く正常な状態に復帰することができること。
* -損傷耐性- 短絡時の熱的・機械的ストレスに耐えられること。
* -制御性- 短絡発生時に、適切に制御・調整できること。
これらの特性は、同期機の設計や運転において重要な考慮事項です。三相短絡曲線は、これらの特性を評価するための重要なツールとなり、電力系統の安定性と信頼性確保に役立ちます。
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