電験三種 令和7年度上期 機械 問5｜電気機器（同期機）

同期発電機を並列運転に入れるときの条件と、それを確かめる計器を問う問題です（令和7年度上期 問5）。

並列するには、相手と「周波数」「電圧の大きさ」「位相」の3つがそろっている必要があります。どれか一つでもずれていると、つないだ瞬間に発電機どうしの間に横流（循環電流）が流れ、じょう乱が起きます。

3条件がそろった同期状態かどうかは「同期検定器」で確かめてから遮断器を投入します。

(ｱ)周波数、(ｲ)位相、(ｳ)同期検定器の組合せで、正答は(3)です。

【空白ごとの考え方】（令和7年度上期 問5）

(ｱ) 周波数：周波数が違うと両発電機の電圧の位相差が時間とともに変わり続け、並列した後に電力の振動（じょう乱）が起きます。回転速度そのものではなく、回転速度と極数で決まる「周波数」が一致すべき量です。極数が違う発電機どうしでも、周波数が同じなら並列できます。

(ｲ) 位相：電圧の大きさと周波数が等しくても、投入の瞬間に位相がずれていれば電圧差が生じ、有効分の横流（同期化電流）が流れます。

(ｳ) 同期検定器：両側の電圧の位相差と、並列する発電機が速いか遅いかを指示する計器で、これを見て位相が一致した瞬間に遮断器を投入します。

【他の語句が誤りである理由】

・回転速度((1)(4))：一致させるべきなのは周波数です。

・力率((2))：力率は並列した後に負荷の分担や界磁の調整で決まる量で、並列の条件ではありません。

・方向((2)(4))：三相機の相回転の向き（相順）は据付け・配線の段階で確かめておく事項で、本文の「3条件」には入っていません。

・電流計・電圧計・周波数計((1)(4)(5))：それぞれ一つの量しか示さず、位相の一致を確かめられません。

【条件がずれたときに流れる電流】

電圧の大きさが違う→無効分の横流（無効横流）。位相が違う→有効分の横流（同期化電流）。

したがって正答は(3)です。

【横流の式で3条件を確かめる】（令和7年度上期 問5）

2台の発電機の誘導起電力をĖ₁、Ė₂、同期インピーダンスをともにŻsとすると、並列した瞬間に2台の間を流れる横流は

İc＝(Ė₁－Ė₂)/(2Żs)

です。Ė₁＝Ė₂（大きさ・位相とも一致）でなければİcは0になりません。

・大きさだけが違う場合：Ė₁－Ė₂はĖ₁と同じ向きのベクトルになり、Żsはほぼ純リアクタンスなので、İcは起電力に対して約90°遅れた無効電流になります。起電力の大きい発電機には遅れ電流（減磁作用）、小さい発電機には進み電流（増磁作用）として働き、両者の端子電圧をそろえる向きに作用します。

・位相だけが違う場合：Ė₁－Ė₂は起電力とほぼ直角の向きになり、İcは起電力とほぼ同相の有効電流になります。位相の進んだ発電機は電力を送り出して減速し、遅れた発電機は電力を受け取って加速するので、両者を同期させる向きにトルクが働きます。これが同期化電流・同期化力です。

・周波数が違う場合：位相差が周期的に0°から360°まで変わり続けるので、同期化電流が周期的に増減し、大きな位相差のところで投入すると大きな電流と機械的な衝撃が生じます。

【同期検定器・同期検定灯】

同期検定器は指針の回転方向で発電機が速い（周波数が高い）か遅いかを示し、回転が十分ゆっくりになって指針が同期点を指した瞬間に投入します。簡易な方法として、両側の対応する相の間にランプをつなぐ同期検定灯（暗黒法など）もあります。ランプが周期的に明滅するのは周波数差があるためで、明滅が遅くなり消えた瞬間が同期点です。

【並列後の調整との区別】

並列が完了した後は、有効電力の分担は原動機の入力（調速機）で、無効電力の分担は界磁電流で調整します。界磁電流を増やすとその発電機の無効電力の分担が増え、力率は遅れ側に移ります。力率はこのように並列後の運転で決まる量なので、並列の条件とは区別して覚えます。

【出題のねらい】

選択肢の「回転速度」は周波数と、「方向」は相回転と混同させる語句です。並列の条件は「電圧の大きさ・周波数・位相（・波形）が等しいこと」で、相回転は据付時に確認しておくべき前提条件、と整理しておくと、穴埋めでも正誤問題でも迷わなくなります。