電力不足に陥ると大規模停電が起きる理由は？

Question

計画停電をしないと、制御不能な大停電が起きるので、計画停電をするとのことですが、
どうして計画停電なしで電力不足に陥ると大規模停電が起きるのですか？

【ポイント１】
たとえば、もし需要が供給電力を３％上回ったら、各利用者への供給電力が１００／１０３に低下するだけではないのですか？

【ポイント２】
もし、水道だったら、各家庭で蛇口をひねる量の総計が供給量を上回っても地域全体が断水することにならない気がするのですが、違うのですか？

ngkdddjkk · Accepted Answer

周波数が下がると、コンデンサやコイルのインピーダンスに影響を与えます。特にコンデンサのインピーダンスは1/ωCだから、周波数が下がるとインピーダンスは高くなります。逆にコイルはωLだからインピーダンスは小さくなります。電動機等の負荷(負荷と言われているものの大半)はインダクタンス成分を含みます。周波数が低くなると負荷のインピーダンスが下がり、電流を流そうとするため、不可が大きくなると言った悪循環を生みます。

電流大で周波数が小さくなる理由を考察してみましょう。シーソーのようなてこの原理を用いるもので考えてみましょう。ある重さの負荷を持ち上げるには、シーソーの反対側で相応の力を加える必要があります。負荷をどんどん重くすると、それを支えるためには力をどんどん大きくする必要があります。
発電機ではどうでしょうか？発電機のタービンを回すためには、火力発電や原子力発電などの水蒸気圧を使ったものや、水力発電などの水を使ったもの、風力の風を使ったものなどがあります。タービン自体は、その各々のエネルギー(力)を電気エネルギーに変換するものです。負荷が大きくなる(電流が大きくなる)と、タービンの自重を回すための力を大きくしなければなりません。俗に重くなるといいましょうか。
重くなると回しにくくなるので、力がそのままだとタービンを回すスピードが落ち、当然周波数が落ちてきます。通常は、周波数が落ちようとすると、タービンへの入力を大きくして制御しますが、設備限界以上の入力は得られないので、それ以上負荷(電流を流す)が大きくなった場合はまず周波数が落ちて行き、周波数が落ちたことによる負荷インピーダンスの低下がさらに電流を流すようになり、周波数を落とすという悪循環ができ、最悪設備の破壊が起こるわけです。
他の回答者が言われているのは、この破壊が起こらないように遮断するので、結果的に大停電になってしまうのです。

EleMech · Answer

Ｎｏ．３です。
追加疑問についてお答えいたします。

＞ただ、一点だけ気になったのは、不可オーバーになって切り離された発電機は、
　＞それまで掛かっていた電気的負荷が急になくなるわけですよね。
　＞発電機出力端子間の抵抗が無限大になるということですよね。
　＞急にそういう状態になって大丈夫なものなのでしょうか？ 
発電機の負荷が遮断され、急激に負荷が無くなるという事は、今まで電気子反作用による発電機の負担であった分が無くなってしまうので、タービンの回転力が勝ってしまい、発電機の回転数が上がってしまいます。
しかしこれは一時的なもので、直ぐにタービンの蒸気量を制御する装置が働くので、発電機は故障せず、安定を取り戻します。

この事から発電機の性能は、許容電流の電気的なものと許容回転負荷の機械的なものが有るという事になると思います。

cozycube1 · Answer

お礼、ありがとうございます。#5です。

発電所や電力需要家側の機器、そういったものをまとめて交流回路としますと、常に回路にはコイルやコンデンサ（もしくは、それに相当するようなもの）があり、そこには電気エネルギーが溜まっています。

どこかで単純にスイッチを切ると、その瞬間、切った2点間で電圧が急激に上昇します。

すると、放電が起こり、単純な電気抵抗（放電経路の空気や導線のもの）で回路内のエネルギーが尽きるまで続きます。

これはスイッチでの単純な一例ですが、これだけでも機器の損傷だけでなく、外部にもダメージを与えることになります。

そうしたこと、類似のことが回路や周辺の各所で発生します。

そのため、安全対策を施した上で、なだらかに切断しなければなりません。

こういう現象があるため、発電機に限らず、電気機器は、オフにするときに壊れやすいんですよ。

cozycube1 · Answer

誰かツイートしてたなと思ったら、それがまとめられていました。

http://togetter.com/li/298940

上記にありますように、簡単なイメージとしては、水道は向こうから押し出してくるもので、こちらで水道を全開にしても、向こうの能力は超えません。

しかし、電力はこちらが吸い出しているものだということです。一番早くて危険なことが分かる例が、ショートさせたときです。大電流が流れて、ブレーカーが落ちます。落ちなければ、あちこちに設計限界以上の負荷が生じてきます。

発電所や変電所からすれば、需要者側でショートに近い現象が起こるのが、発電所等の能力オーバーの状況です。ブレーカー同様、発電所も電力供給を強制停止はします。しかし、一つの発電所の停止は、他の発電所に、さらに負荷を掛けることになります。そうして、連鎖的に発電所が停止します。

EleMech · Answer

＞どうして計画停電なしで電力不足に陥ると大規模停電が起きるのですか？
発電機には、流せる電流の限界値（許容電流）があって、それを超えてしまうと焼損してしまいます。
それを防止する為に、限界直前になると、発電機を切り離す保護装置を取り付けています。
つまり停電となる訳ですが、発電所での停電なので大規模停電となる訳です。

【ポイント１】
上記から、発電量より供給量が越えるという事はありません。
節電をお願いして使用量を減らしてもらう方法、ある意味節水のような使用方法で乗り切っていると思っていただければ良いと思います。

【ポイント２】
節電でまかなえない場合には、輪番停電という、変電所単位で停電させ、時間別に停電する変電所を切り替える方法を取っています。
これは、断水を地域別に行っていると思っていただければ良いと思います。

tadys · Answer

こちらを参考に
http://www.shidai-rengoukai.jp/information/img/data0428_3.pdf
http://blogs.bizmakoto.jp/kaimai_mizuhiro/entry/4766.html

lv4u · Answer

>>たとえば、もし需要が供給電力を３％上回ったら、各利用者への供給電力が１００／１０３に低下するだけではないのですか？

電力不足ってことで、足りない電力を補う発電所とか変電所、ケーブル等へ、規定以上の負荷がかかることになるでしょう。
それにより、発電機の周波数が乱れるなどの同期ずれが起こったら、ショートしたような感じになって、発電機やケーブルが破損する可能性もあると思います。
それで、自分のところの発電機などを保護するために、ブレーカが落ちる。となれば、残った他の発電所の負荷が増える。
他の発電所や送電線も、自分のところが破損しないようにブレーカを落とす。
これがドミノのように連鎖して大規模停電になっちゃうのだと思います。

>>もし、水道だったら、各家庭で蛇口をひねる量の総計が供給量を上回っても地域全体が断水することにならない気がするのですが、違うのですか？

はい、水道に比較して複雑なシステムであり、違ったものと考えていいと思います。

電力不足に陥ると大規模停電が起きる理由は？

周波数が下がると、コンデンサやコイルのインピーダンスに影響を与えます。

Ｎｏ．３です。

お礼、ありがとうございます。

誰かツイートしてたなと思ったら、それがまとめられていました。

＞どうして計画停電なしで電力不足に陥ると大規模停電が起きるのですか？

こちらを参考に

>>たとえば、もし需要が供給電力を３％上回ったら、各利用者への供給電力が１００／１０３に低下するだけではないのですか？

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