架空送電線路¶

1. 直感的理解¶

架空送電線路の本質: 電線は完全な導体ではない。電流が流れると抵抗Rで電圧降下が起き、リアクタンスXでも位相ずれによる電圧降下が起きる。結果として送電端と受電端の電圧が異なる。

高電圧送電のメリット¶

電力 $P = \sqrt{3} V_L I_L \cos\theta$（三相）

同じ電力を送るなら、電圧を高くすれば電流 $I$ が小さくなる。

電力損失 $P_{loss} = 3I^2 R$。電流が1/10になれば損失は1/100。

だから送電線は275kV・500kVの超高圧で送り、変電所で降圧して配電する。

電圧降下のイメージ¶

送電端 Vs ──[R+jX]── 受電端 Vr
              ↑
        ここで電圧が下がる

5秒で思い出す

送電端電圧 Vs = 受電端電圧 Vr + 電圧降下 ΔV

ΔV の中身は「抵抗成分（力率に比例）＋リアクタンス成分（無効成分に比例）」

2. 設備を歩く¶

送電システム全体¶

graph LR
    A[発電所] --> B[昇圧変圧器<br/>6.6kV→275kV]
    B --> C[架空送電線<br/>275kV/500kV]
    C --> D[降圧変圧器<br/>275kV→66kV]
    D --> E[変電所]
    E --> F[配電線<br/>6.6kV]
    F --> G[需要家]

架空送電線路の構成要素¶

graph TD
    subgraph 上部
        A[架空地線 OPGW<br/>雷撃遮蔽・通信]
    end
    subgraph 中部
        B[導体 ACSR<br/>鋼心アルミより線]
        C[がいし<br/>懸垂式/耐張式]
    end
    subgraph 構造体
        D[鉄塔<br/>自立型/引留型]
    end
    A --> D
    B --- C
    C --- D

主要機器テーブル¶

機器	正式名・略称	役割	ポイント
導体	ACSR（鋼心アルミより線）	電流を流す	鋼心で強度確保、外周アルミで導電。表皮効果でアルミ部を有効活用
がいし	懸垂がいし / 耐張がいし	導体と鉄塔を電気的に絶縁し機械的に支持	電圧階級に応じて連結数が変わる（1連あたり約10kV）
鉄塔	自立型・引留型	送電線を空中に支持	基礎部は鉄筋コンクリート。耐風・耐雪設計
架空地線	OPGW（光ファイバ複合架空地線）	直撃雷から導体を保護。通信回線も兼ねる	鉄塔頂部に設置。遮蔽角を小さくするほど保護効果大
誘導障害防止設備	中和変流器・連結方式	通信線への電磁誘導障害を低減	大電流が流れる送電線は通信線に誘起電圧を発生させる

3. 送電線の電気的特性¶

パラメータ	記号	意味	短距離線路	長距離線路
抵抗	R [Ω]	導体の電気抵抗。電力損失の原因	必ず考慮	必ず考慮
リアクタンス	X [Ω]	電流の位相遅れによる電圧降下	必ず考慮	必ず考慮
サセプタンス	B [S]	線路の対地静電容量による充電電流	無視可（100km以下）	考慮必須
コンダクタンス	G [S]	コロナ損・漏れ電流	通常無視	通常無視

短距離モデル（集中定数）: R と X のみで計算（電験3種の主戦場）

長距離モデル（分布定数）: R・X・B を分布定数として扱う（電験3種では概念問題として出題）

4. 架空送電線路の障害比較表¶

障害	種類	原因	主な対策
雷害	直撃雷（ライン側への直撃）	落雷が導体に直撃	架空地線の設置（遮蔽角を小さく）
雷害	誘導雷（感応雷）	落雷の電磁界変化が誘起電圧を発生	避雷器（アレスタ）の設置
雷害	逆フラッシオーバー	鉄塔の大地抵抗が高く、雷撃後に塔電位が上昇してがいしが絶縁破壊	接地抵抗低減（埋設地線）
コロナ障害	コロナ放電	導体表面の電界がコロナ臨界電界を超える	太い導体・多導体方式・コロナリング
振動	微風振動	弱風でカルマン渦が生じ導体が上下振動	ストックブリッジダンパの設置
振動	ギャロッピング	着雪した導体が強風で大振幅振動	オフセット架線・スペーサ
塩害	塩分汚損フラッシオーバー	塩分付着でがいし表面が導電化	耐塩がいし・シリコーン塗布・洗浄
スリート	スリートジャンプ	着氷雪が一斉脱落して導体が跳ね上がる	オフセット配置（上下相を互い違いに）
フラッシオーバー	雷サージによる絶縁破壊	雷サージ電圧ががいし連の絶縁強度を超える	避雷器・不平衡絶縁

5. 公式マップ（最重要）¶

レイヤーA: 電圧降下と電力損失¶

三相3線式の電圧降下¶

$$\boxed{\Delta V = \sqrt{3} \cdot I (R\cos\theta + X\sin\theta) \quad [V]}$$

$I$: 線電流 [A]
$R$: 1線あたりの抵抗 [Ω]
$X$: 1線あたりのリアクタンス [Ω]
$\cos\theta$: 受電端の力率、$\sin\theta = \sqrt{1-\cos^2\theta}$

送電端電圧（線間）:

$$V_s = V_r + \Delta V$$

単相2線式の電圧降下¶

$$\Delta V = 2I(R\cos\theta + X\sin\theta) \quad [V]$$

往復2線分の降下なので係数が 2。三相の $\sqrt{3}$ との違いに注意。

電力損失¶

$$P_{loss} = 3I^2 R \quad [W] \quad \text{（三相3線式）}$$

$$P_{loss} = 2I^2 R \quad [W] \quad \text{（単相2線式）}$$

電力損失は「電流の2乗に比例」「抵抗に比例」。力率には直接関係しない（電流値の中に力率が反映されている）。

レイヤーB: 効率・電圧降下率・フェランチ効果¶

送電効率¶

$$\eta = \frac{P_r}{P_s} \times 100 = \frac{P_r}{P_r + P_{loss}} \times 100 \quad [\%]$$

$P_r$: 受電端電力 [W]
$P_s$: 送電端電力 [W]

百分率電圧降下率¶

$$\delta = \frac{\Delta V}{V_r} \times 100 \quad [\%]$$

フェランチ効果¶

定義: 軽負荷時・無負荷時に受電端電圧が送電端電圧より高くなる現象。

原因: 送電線の対地静電容量（サセプタンスB）により充電電流が流れる。この充電電流（進み電流）がリアクタンスで電圧上昇を引き起こす。

対策: 分路リアクトル（シャントリアクトル）を設置して進み電流を吸収する。

フェランチ効果は「電圧降下の逆方向」という感覚と逆なので要注意。長い送電線や地中ケーブル（静電容量が大）で発生しやすい。

6. 解法パターン（最重要）¶

パターン①: 三相3線式の電圧降下計算¶

見分け方: 「三相3線式」「送電端・受電端の電圧差」「力率」が与えられている

手順:

Step 1: 受電端電力・電圧・力率から線電流 I を求める
        P_r = √3 × V_r × I × cosθ
        → I = P_r / (√3 × V_r × cosθ)

Step 2: 電圧降下を計算
        ΔV = √3 × I × (R cosθ + X sinθ)

Step 3: 送電端電圧を求める
        Vs = Vr + ΔV

例題: 三相3線式、受電端電圧 Vr = 66kV、受電電力 20MW、力率 0.8（遅れ）、R = 10Ω、X = 15Ω のとき送電端電圧は？

$$I = \frac{20 \times 10^6}{\sqrt{3} \times 66 \times 10^3 \times 0.8} = \frac{20 \times 10^6}{91,455} \approx 218.7 \text{ A}$$

$$\sin\theta = \sqrt{1 - 0.8^2} = 0.6$$

$$\Delta V = \sqrt{3} \times 218.7 \times (10 \times 0.8 + 15 \times 0.6) = \sqrt{3} \times 218.7 \times 17 \approx 6,439 \text{ V} \approx 6.44 \text{ kV}$$

$$V_s = 66 + 6.44 \approx 72.4 \text{ kV}$$

パターン②: 電力損失の計算¶

見分け方: 「線路損失」「電力損失」「銅損」のキーワード

手順:

Step 1: 受電端電力・電圧・力率から線電流 I を求める（パターン①と同じ）
Step 2: P_loss = 3I²R を計算
Step 3: 送電効率 η = Pr / (Pr + P_loss) × 100 を求める（問われた場合）

重要な落とし穴: Rは「1線あたりの抵抗」。問題で「1km あたり0.1Ω、線路長 50km」と与えられた場合 R = 0.1 × 50 = 5Ω。「往復」に注意（単相2線式は2Rになる）。

パターン③: 百分率電圧降下率¶

見分け方: 「百分率電圧降下」「%電圧変動」のキーワード

手順:

Step 1: ΔV を計算（パターン①と同じ手順）
Step 2: δ = ΔV / Vr × 100 [%]

注意: $V_r$ は線間電圧か相電圧かを統一すること。

パターン④: 三相/単相の判別と係数¶

方式	電圧降下 ΔV	電力損失 $P_{loss}$
三相3線式	$\sqrt{3} I(R\cos\theta + X\sin\theta)$	$3I^2R$
単相2線式	$2I(R\cos\theta + X\sin\theta)$	$2I^2R$
単相3線式	$I(R\cos\theta + X\sin\theta)$（片側）	電圧線2本分

7. 勘違いTOP3¶

勘違い①: 「√3 の位置を間違える」¶

誤った式: $\Delta V = \sqrt{3} I \cdot R \cos\theta + X \sin\theta$（括弧を付け忘れる）

正しい式: $\Delta V = \sqrt{3} I (R\cos\theta + X\sin\theta)$

$\sqrt{3}$ は $(R\cos\theta + X\sin\theta)$ の外側全体にかかる。括弧を外すと計算が大きく変わる。

勘違い②: 「線電流と相電流を混同する」¶

Y結線: 線電流 = 相電流（$I_L = I_P$）

Δ結線: 線電流 = $\sqrt{3}$ × 相電流（$I_L = \sqrt{3} I_P$）

電圧降下の式で使う $I$ は線電流。問題がΔ結線の場合は相電流から線電流に変換する。

勘違い③: 「フェランチ効果で受電端電圧が低くなると思う」¶

誤り。 フェランチ効果では受電端電圧が高くなる。

感覚的には「送電端から受電端に向かって電圧が下がる」はずなのに、逆になる現象だから混乱する。

記憶法: 「フェランチ効果＝充電電流が悪さをして電圧が上がりすぎる現象」。軽負荷や無負荷の深夜に発生しやすい。

8. 正誤判定の急所¶

文	判定	解説
送電線の電力損失は電流の2乗に比例する	正	$P_{loss} = 3I^2R$。電流が2倍になると損失は4倍
架空地線は雷の直撃から導体を守るために設置する	正	遮蔽角を小さくするほど保護効果が高い
コロナ障害は電線表面の電界が低い場合に発生する	誤	電界が高い（臨界電界を超える）場合に発生する
三相3線式の電圧降下は $\Delta V = \sqrt{3} I R \cos\theta$ である	誤	リアクタンス項 $X\sin\theta$ が抜けている。$\Delta V = \sqrt{3}I(R\cos\theta + X\sin\theta)$
フェランチ効果は重負荷時に発生しやすい	誤	軽負荷・無負荷時に発生する。充電電流が支配的になる条件
微風振動対策にはストックブリッジダンパが使われる	正	導体の振動エネルギーをダンパで吸収する
単相2線式の電圧降下は三相3線式と同じ式で計算できる	誤	単相2線式は $\Delta V = 2I(R\cos\theta + X\sin\theta)$（係数が2）
逆フラッシオーバーの防止には接地抵抗を下げることが有効	正	鉄塔の接地抵抗を下げると雷撃時の塔電位上昇を抑制できる

9. 出題実績¶

年度	問	タイトル	問題タイプ	難易度
R07下	問8	架空送電線路の振動及び落雷に関連する設備	論説	★★★☆☆
R07下	問9	架空送電線路の雷による過電圧とその対策	論説	★★★☆☆
R07下	問11	直流送電の交流送電と比較した特徴	論説	★★☆☆☆
R07上	問8	架空送電線路の構成部品	論説	★★★☆☆
R07上	問9	架空送電線路に発生する誘導障害	論説	★☆☆☆☆
R06下	問8	がいしの塩害とその対策	論説	★★★☆☆
R06上	問8	送電線に発生する振動とその対策	論説	★★★★☆
R06上	問9	電力系統に現れる過電圧の種類と対策	論説	★★★☆☆
R05下	問8	架空送電線路の構成要素	論説	★★☆☆☆
R05下	問9	送電線路に施設する架空地線	論説	★☆☆☆☆
R05上	問9	送電線に発生するコロナ損	論説	★★☆☆☆
R04下	問8	架空送電線路の構成要素	論説	★★☆☆☆
R04上	問10	送電線の各振動の発生原因と名称	論説	★★☆☆☆
R03	問10	架空送電線のがいしの塩害及びその対策	論説	★☆☆☆☆
R02	問6	架空送電線路における振動及び落雷対策	論説	★★★☆☆
R02	問10	架空送電線路の線路定数とその考え方	論説	★★★★☆
R01	問9	架空送電線の構成部品	論説	★★★☆☆
R01	問10	コロナ放電によるコロナ損	論説	★★☆☆☆
H30	問9	架空送電線の多導体方式	論説	★★★☆☆
H28	問8	誘導障害	論説	★★★★☆
H26	問8	架空送電線路の雷害対策	論説	★★★☆☆
H25	問8	架空送電線路の構成要素	論説	★★★★☆

詳細解説: 電験王送電カテゴリ