電験三種 令和4年度上期 電力 問9｜送電（電気的特性・計算）

送電線路のフェランチ効果に関する正誤判定問題（令和4年度上期 問9）。誤っているものは(3)です。

フェランチ効果は、負荷が重い場合ではなく、無負荷や軽負荷の場合に発生しやすい現象です。負荷が軽いと負荷電流が小さく、送電線の静電容量（対地キャパシタンス）を通る進み電流（充電電流）の影響が相対的に大きくなり、受電端電圧が送電端電圧より高くなります。負荷が重いと遅れ電流が増え、電圧降下により受電端電圧はむしろ下がるため、フェランチ効果は起きにくくなります。

【フェランチ効果の発生条件と対策】（令和4年度上期 問9）

本問は「誤っているもの」を選ぶ問題で、フェランチ効果の各性質を個別に検証します。

(1) 正。フェランチ効果は、送電線の静電容量による進み充電電流の影響で、受電端電圧の方が送電端電圧よりも高くなる現象である。

(2) 正。送電線の静電容量は線路こう長にほぼ比例して増加するため、短距離送電線路よりも長距離送電線路の方が充電電流の影響が大きく発生しやすい。地中ケーブルは架空線より単位長さあたりの静電容量が大きいため特に顕著。

(3) 誤（正答）。フェランチ効果は無負荷・軽負荷時に発生しやすい現象である。負荷が重いと負荷電流（遅れ電流を含む）が支配的になり電圧降下が生じるため、フェランチ効果はむしろ発生しにくくなる。「負荷が重い場合に発生しやすい」は実際と逆であり誤り。

(4) 正。フェランチ効果発生時は、静電容量を流れる充電電流が線路電流の主成分となるため、線路電流の位相は電圧に対して進んでいる（進み力率に近い状態）。

(5) 正。分路リアクトル（遅れ無効電力を消費するインダクタンス機器）を軽負荷時に系統に接続・運転することで、進み充電電流を打ち消し、フェランチ効果による電圧上昇を抑制・防止している。

以上より、発生条件を逆に記述した(3)が誤り＝正答。

【フェランチ効果の物理メカニズムと電圧上昇の定量化】（令和4年度上期 問9）

フェランチ効果は、送電線を分布定数回路（抵抗R・インダクタンスL・静電容量C・コンダクタンスGが線路長に沿って連続的に分布する回路）としてモデル化すると理解しやすい。送電線の対地静電容量は、線路に印加された電圧に応じて進み電流（充電電流）を流し続ける。負荷が軽い、または無負荷の状態では、受電端に流れ込む負荷電流（遅れ成分）が小さいため、送電線全体を流れる電流は静電容量由来の進み電流が支配的になる。このとき、送電線のインダクタンス（リアクタンスX）による電圧降下は、進み電流に対してはむしろ電圧を押し上げる方向に作用し、結果として受電端電圧が送電端電圧を上回る（フェランチ効果）。

定量的には、送電線を単純な集中定数のπ形等価回路で近似すると、送電端電圧Vs、受電端電圧Vr、線路リアクタンスX、線路電流Iの関係はVs=Vr+jXIで表され、Iが進み電流（容量性）のとき、jXIの項がVrに対して逆方向（電圧を下げる方向）に作用するため、|Vs|<|Vr|となりうる。特に長距離の架空送電線や、静電容量の大きい地中ケーブル線路、超高圧・特別高圧の軽負荷時間帯（深夜等）に顕著に現れる。

対策としては、分路リアクトル（遅れ無効電力を消費するシャントリアクトル）を軽負荷時に投入し、進み充電電流を相殺することで電圧上昇を抑える方法が標準的である。重負荷時にはフェランチ効果は起きにくい一方、受電端電圧が下がる電圧降下が問題となり、電力用コンデンサを投入して遅れ無効電力を補償する。軽負荷時は分路リアクトル、重負荷時は電力用コンデンサと、時間帯によって調相設備の使い方が逆になる点を押さえておくと、(3)(5)のような記述を同時に判断できる。

数値の例で確かめると、線路リアクタンスX＝10Ω、受電端の相電圧Vr＝60kV、無負荷時に線路を流れる充電電流がVrより90°進んだ100Aとすると、jXIの大きさは10×100＝1000V＝1kVで、Vrと逆向きになる。このとき送電端の相電圧はVs＝60−1＝59kVとなり、受電端の方が1kV高くなる。電流が進み電流である限り、電流が大きいほど（線路が長く静電容量が大きいほど）この差が開くことが、(2)の記述の裏付けである。