送電系統の概要【電験三種】

送配電に関しては電力の分野の中もかなりのウェイトを占める重要な部分です。
本項以降で送配電について詳しく取り上げていきましょう。
まず、送配電の基本となる送電系統の概要を取りあげます。

発電所から需要家まで送電線や配電線で電力を供給する伝送路を、電力系統といいます。
電力系統は、大きく分けると図のように送電系統と配電系統に分かれます。

送電系統は発電所から需要家近くの変電所を経由して電力を運ぶ伝送路です。

送電される電力には、交流送電と直流送電の2種類があります。
交流は、変圧器を使って簡単に電圧の変換ができ、高圧での送電が可能なので主に使われているのは交流送電です。

しかし、パワーエレクトロニクスの技術が進歩しているので直流送電も実用化されてきています。
直流送電のメリットには以下のようなものがあります。

不安定現象が生じないため海底ケーブルのような長距離送電に適している
絶縁レベルを低くでき、建設コストが安く済む
別項で取り上げるフェランチ効果が発生しない

このようなメリットを生かし、直流送電の例として本州と北海道の間の海底ケーブルでの送電があります。

デメリットとしては、直流と交流を変換する交直変換所が必要なことと高調波、高周波に対する対策が必要なことがあります。

送電系統には単相と三相があり、送電の際に使う電線の数で２線式、３線式、４線式があります。
現在使われているのは主に下記の方式です。

単相３線式
三相３線式

それぞれの特徴を取り上げましょう。
単相３線式は、１００Ｖや２００Ｖの低圧配電や屋内配線に使用され、電圧の平衡を取るため、負荷側にバランサが設置されます。
負荷電力は２ＶＩｃｏｓθ（Ｗ）の式で求めます。

三相３線式は、主に送電線や高圧配電線に使用され、１線あたりの送電電力は単相２線式の１．１５倍と効率が良いのが特徴です。
単相から三相を取り出せませんが、三相からは単相を取り出すことができます。
負荷電力は√３ＶＩｃｏｓθ（Ｗ）の式で求めます。

三相４線式は、主に小規模な高圧需要設備で使われます。変圧器１台で三相３線式電路と単相３線式電路を作ることが出来ます。ただし、負荷分担比率をしっかりと定義し、設計する必要があります。（例）６０ｋＶＡの三相４線式用変圧器の場合、三相負荷の負荷分担が５０％　単相負荷の負荷分担が５０％であれば、３０ｋＶＡずつ使うことが出来ます。負荷分担比率によって、双方使える容量が変わるのが、要注意ポイントです。また、仮設発電機等でも採用されており、複数台手配する手間等を大幅に削減するのに役立っています。

送電系統のほとんどは三相交流で送電されています。
それで送電系統について学習するときは、主に三相3線式送電線を重点的に学ぶようにしてください。

送電を学ぶ上で基本となる点を取り上げました。
本項の送配電の区分や特徴については覚えてから詳細な点を学ぶようにしましょう。