発電機 無効電力 フェランチ効果 進相運転

発電機の無効電力や進相運転について勉強しています。
私自身、電力科出身ではないので、文系出身の人にも分かるように回答頂ければと思います。

1.) まず無効電力とは、負荷側と電源側を往復するだけで、消費されない電力である。という認識で間違いないでしょうか？　単純に、
[発電所で発電→送電線で送電→変電所にて変圧→送電線で送電→各需要先で消費]
上記のイメージで考えて、発電所側(電源側)から変電所側(負荷側)までの送電線の間で、無効電力が往復されている、ということでしょうか？

2.) フェランチ効果について。
　　フェランチ効果とは、受電端電圧が送電端電圧より上昇する現象である、という認識です。
　　http://denkinyumon.web.fc2.com/denkinokiso/feran …
　　上記のHPを閲覧してみましたが、いまいちピンと来ませんでした。
　　つまるところ、電源とモーターの距離が極めて長く（静電容量が大きい）、モーターが停止中であると、フェランチ効果により受電端電圧が上昇する、ということでしょうか？

3.) 上記を発電に置き換えた時に、電源とモーターの距離関係＝長距離送電線　モーター＝電力需要
　　として考えられるのかなと思います。
　　発電所でフェランチ効果が考えられるとしたら、深夜帯等で電力需要が少ない時になるのでしょうか？
　　またフェランチ効果により電圧が上昇する、というのは、送電線を往復している遅れ無効電力が静電容量により蓄えられため、でしょうか？

4.) 進相運転について。
　　進相運転をする意味としては、発電機から進み無効電力（-Var）を作り出して、フェランチ効果により送電線に蓄えられている遅れ無効電力(+Var)を打ち消し、フェランチ効果を抑制している、という認識で良いのでしょうか？

　以上となります。
　文系出身者の方にも分かるように説明するにはどうすれば良いのか難儀しています。
お詳しい方がいらっしゃいましたら、どうかご教授お願いいたします。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2015/10/21 20:48

「無効電力」を感覚的に理解するには、「交流では、電流と電圧がずれる（このズレを、正弦波の「ズレ」として「位相角」と呼ぶ）」ことを理解することが大切です。

　通常は、正弦波の振動数を一定として、複素平面上の「電流ベクトル」と「電圧ベクトル」のなす「角度」として図示されます。

　たとえば「RCL回路」だと、こんなサイトを参照ください。
http://eleking.net/study/s-accircuit/sac-3simped …

　既にご承知のことと思いますが、「電流」と「電圧」とは、「コンデンサー」や「コイル」などの負荷インピーダンスによって位相がずれますが、「電力」として仕事をするのは「抵抗」に流れた「電流」です。つまり、仕事に寄与する電圧は、「電圧のうち、電流と同じ位相の成分」ということになります。これが「有効電圧」ということで、「電圧のうち、電流と90°ずれた位相の成分」を「無効電圧」と呼ぶわけです。
　「電流」×「有効電圧」＝「有効電力」（実際の消費電力）、「電流」×「無効電圧」＝「無効電力」と呼びます。
　位相を無視した「電流」と「電圧」の絶対値を直接かけ合わせたものが「皮相電力」です。
　「電流」×「電圧」＝「皮相電力」
　ベクトルなので、(有効電力)^2 + (無効電力)^2 = (皮相電力)^2 の関係です。
　上記は、例えばこんなサイトを参照ください。
http://eleking.net/study/s-accircuit/sac-power.h …

　ここまでが前置きで、各質問について。


＞1.) まず無効電力とは、負荷側と電源側を往復するだけで、消費されない電力である。という認識で間違いないでしょうか？　

　「交流」なので「行ったり来たりしている」と考えれば「負荷側と電源側を往往する」ということになりますが、上に書いたように、電流と電圧の「正弦波」が位相分だけズレて流れている、と考えた方が理解しやすいと思います。
正弦波の「プラス」が「往」、「マイナス」が「往」に相当しますが、単に「ズレている」だけで、正弦波は一方向に進みます。


＞2.) フェランチ効果について。

　私も完全に「フェランチ効果」を理解しているわけではありませんが、負荷が減少することにより送電線の「コンデンサー」要素が卓越して「遅れ位相」（電流に比べて、電圧が遅れる）となり、「発電端電圧」を一定に制御すると、送電線の「抵抗」「コイル」分の電圧降下ベクトルとの合成で、「受電端」の電圧が高くなる現象だと思います。
　あくまで「電圧」であって、「消費される電力」ではありません。「電力」と考えると混乱しますので、「電流」と「電圧」とで分けて考えた方がよいと思います。
　「位相のズレ」が、通常の「進み」から「遅れ」になることによる、「電流と電圧の位相差が逆転することによるトリック」みたいなものと考えればよいと思います。


＞3.) 上記を発電に置き換えた時に、電源とモーターの距離関係＝長距離送電線　モーター＝電力需要
＞　　として考えられるのかなと思います。

　それでよいと思います。

＞発電所でフェランチ効果が考えられるとしたら、深夜帯等で電力需要が少ない時になるのでしょうか？

　上記「２）」に書いたようなことかと思います。モーターは巻線がコイルですので、これが運転中には受電端は「進み位相」（電流に比べて、電圧が進む）となっています。これが停止した夜間は、「長距離送電線」のコンデンサー成分による「遅れ位相」（電流に比べて、電圧が遅れる）になるわけです。

＞またフェランチ効果により電圧が上昇する、というのは、送電線を往復している遅れ無効電力が静電容量により蓄えられため、でしょうか？

　コンデンサーに蓄えられるのは「実電荷」であり、「遅れ無効電力が静電容量により蓄えられる」ということはあり得ません。上に書いたように、「遅れ無効電力」という実体のないもので考えるのではなく、あくまで「電流」と「電圧」と、その間の「位相」という実体で考えた方がよいと思います。（コンデンサーは、「電流」を貯め込んで「電圧」が上がる、「電流」を放出して「電圧」が下がるという、「電流に比べて電圧が遅れる」というものですから）


＞4.) 進相運転について。
＞　　進相運転をする意味としては、発電機から進み無効電力（-Var）を作り出して、フェランチ効果により送電線に蓄えられている遅れ無効電力(+Var)を打ち消し、フェランチ効果を抑制している、という認識で良いのでしょうか？

　この辺は詳しくないのでよくわかりませんが、
（１）発電機側の励磁を下げることで、電流に対して電圧の位相を進める
（２）送電網の中で、需要家側（受電端側）のコンデンサーを開放してもらい、負荷のコンデンサー分を減らす
（３）負荷側をバイパスする「分岐リアクトル」（つまりコイル）で負荷のコイル分を増やす
ことで「遅れ位相」を改善し、フェランチ効果を抑制するということだと思います。

　「送電線に蓄えられている遅れ無効電力(+Var)を打ち消し」というのは、ちょっと違うような気がします。上にも書いたように、あくまで「電流」と「電圧」と、その間の「位相」を、発電機側、受電側の両方で改善する、ということかと思います。

No.1 回答者： fusa34 回答日時： 2015/10/18 20:33

１）

無効電力とは、交流回路において有効電力を送電するために必要な電力です。遅れ無効電力を消費するのはリアクトルであり、遅れ無効電力を発生させるのがコンデンサです。進相運転とは、発電機に遅れ無効電力を消費させる運転です。励磁電流を弱めることにより発電機の端子電圧を低下させ、電力系統のコンデンサ成分が発生する遅れ無効電力を吸収させます。これにより電力系統の電圧が異常に上昇するのを防ぎます。
無効電力はエンジンに例えれば潤滑油のような存在であり、有効電力は燃料のような存在であると言えるでしょう。

２）
フェランチ効果とは、負荷の消費する遅れ無効電力よりも、電力系統のコンデンサ成分（静電容量）が発生する遅れ無効電力のほうが相対的に多い状況です。これは、休日深夜で負荷の消費電力が少ない時に発生します。
この対策としては、上記１）の進相運転や、分路リアクトルの系統への接続があります。



3.)
イメージとしては、その考えでいいと思いますが、送電線を往復している遅れ無効電力というよりは、送電線に電流が流れることにより、コンデンサ成分（静電容量）は遅れ無効電力を発生するということです。
コンデンサに交流電圧を印加すると、電圧に対して９０度進んだ電流が流れます。つまり進み無効電力を消費します。消費と発生は相対する事象であり無効電力の遅れと進みも相反する事象であります。つまり、静電容量は９０度遅れた電流を発生させるということになり、静電容量は遅れ無効電力を発生するということになります。


4.)
その考えでＯＫです。