電験三種(令和5年度上期) 機械 問5

スポンサーリンク

問題

方針

同期発電機の短絡比」に関する問題です。(平成15年問5と同じ問題です)
(1)~(4)については、短絡比と発電機の特徴についての問題ですが、発電機の特徴は同期機のインピーダンスである「同期インピーダンス」の大小によって変わります。
(5)の問題文にもあるように、短絡比と同期インピーダンスの関係は「短絡比とパーセントインピーダンス」から分かるので、その後「同期インピーダンスとその特徴」より(1)~(4)を考えたいと思います。

解法

(5)

「同期発電機の短絡比」
定格電流に対する短絡電流の比で、同期発電機の安定度を示す。(短絡比が大きいほど安定度は高い)

$\displaystyle K_s=\frac{I_s}{I_n} $

「同期インピーダンス」
同期機のインピーダンスで、電機子巻線の内部インピーダンスのことである。
「短絡比とパーセントインピーダンス」
短絡比とパーセントインピーダンスは反比例の関係にある。
短絡比が小さいと、同期インピーダンスは大きい

$\displaystyle %Z=\frac{I_n}{I_s}×100 \ [%] $

$%Z$:パーセントインピーダンス
$I_n$:定格電流 [$A$]
$I_s$:短絡電流 [$A$]

短絡比は同期発電機の安定度を示し、同期インピーダンスは同期発電機のインピーダンス(抵抗成分)です。
短絡比が小さいと、同期インピーダンスが大きく、安定度も低くなります。
上記よりとなります。

(1)~(4)

「同期インピーダンスとその特徴」
同期インピーダンスが大きい短絡比は小さい
電機子巻線(銅損)が大きく、鉄心(鉄損)が小さいので、発電機の外形寸法は小さくなる
銅機械なので効率は良い。
誘導起電力Eから同期インピーダンス分の電圧降下が起こるので、端子電圧は小さくなる。よって電圧変動率が大きくなり、安定度が低い
同期インピーダンスが小さい:短絡比は大きい。
電機子巻線(銅損)が小さく、鉄心(鉄損)が大きいので、発電機の外形寸法は大きくなる。
鉄機械なので鉄損と機械損が増加し、効率は悪い。
同期インピーダンス分の電圧降下が小さく、その分線路充電容量(許容できる進み電流)が大きくなる。電圧変動率が小さく、安定度が高い。

上記の同期インピーダンスが大きい(短絡比が小さい)ときの特徴より、以下のようになります。
(1)は、短絡比が小さいと外形寸法は小さくなるのでとなります。
(2)は、短絡比が小さいと安定度は低いのでとなります。
(3)は、短絡比が小さいと電圧変動率は大きいのでとなります。
(4)は、短絡比が小さいと電機子巻線が多い銅機械となるのでとなります。

解答

誤りは(3)となります。

タイトルとURLをコピーしました