変電所

context: 変電所(へんでんしょ)は、電力系統中で電気の電圧や周波数の変換(変電)を行い、各系統の接続とその開閉を行って、電力の流れを制御する電力流通の拠点となる施設である。
英語の"(electrical)substation"の文字を取り、SSまたは、S/Sと略される。
qas: question: S/Sとは何の略語?
answers: text: 変電所

question: 電気の電圧を変える場所を何といいますか?
answers: text: 変電所

question: 電力の流れをうまく調節する施設は何と呼ばれていますか?
answers: text: 変電所

context: 一般電気事業者(電力会社)の発電所は多くの場合、電力消費地から離れた場所に設置される。
特に大規模水力発電所の場合はその適所が山間部となり、需要家の多い平野部とは距離がある。
原子力発電所は水力発電所のような地形的制約は無く、都市部等、人口密集地への設置も可能ではあるが、リスク管理の観点からどの国においても人口密集地からは離れた所に設置される。
長距離の送電では電力の損失(主にジュール熱)が発生するため、より高電圧かつ低電流に変換して送電ロスを低下させている。
また臨海部の火力発電所も発電出力が大きく大容量の送電では送電線の発熱が問題になるため、発電所内の変電所では27.5万から50万ボルトの超高電圧へ変電(昇圧)され送電されるが、電力の最終需要家までの送電網の途中に変電所が幾つかあり、そこでは段階的に電圧が下げられ(降圧)、一般家庭向けには日本では100ボルトまで変圧される。
qas: question: 火力発電所からの送電において、日本の一般家庭には何ボルトまでの電圧が送られているの?
answers: text: 100ボルト

question: 大規模な水力発電所を設置するのに適した場所はどこですか?
answers: text: 山間部

question: 原子力発電所は何を考慮して都市部や人口密集地から離れた場所に設置しているのですか?
answers: text: リスク管理

context: 送電経路の例は以下のようになる。
発電所の出力は数千から2万ボルトの電圧であり、発電所内または隣接した変電所で27.5万から50万ボルトの超高電圧へ変電(昇圧)され送り出される。
超高圧変電所は発電所から最初の変電所で、より電力消費者に近くに立地し、15.4万ボルトへ変電され1次変電所へ送電される。
1次変電所では一部は15.4万ボルトのまま大工場や鉄道へ電力供給され、また6.6万へと変電され中間変電所へ送電される。
中間変電所では6.6万ボルトから2.2万ボルトへ変電され、一部は工場へ供給され、残りは配電用変電所へ送電される。
配電用変電所では2.2万ボルトから6600ボルトへ変電され一部はオフィスや工場へ供給され、残りは柱上変圧器へと送り出される。
柱上変圧器では100ボルト、200ボルトへ変電され家庭や小規模事業所などへ供給される。
qas: question: 発電所から2番目となる変電所は何ですか?
answers: text: 1次変電所

question: 企業や工場に電力供給してくれる変電所は何ですか?
answers: text: 配電用変電所

question: 送電経路の中で、3番目に変電の電圧が高い変電所はどこですか?
answers: text: 1次変電所

question: 送電経路の中で、最も変電の電圧が低い変電所はどこかな?
answers: text: 柱上変圧器

context: 電力は電流×電圧で表される。
電流が流れると送電線の抵抗によりジュール熱として送電したエネルギーが失われ、かつ電圧降下により有効な電圧を送電線の終点のところで受け取ることができなくなる。
送電中の電力損失は電流の2乗に比例することから、送電線の電圧をできるだけ高く上げ少ない電流で送電することが、低い電圧のまま大きな電流を用いて送電する場合と比較して、同じ電力を送る際の電力損失を減らすことができる。
したがって、発電所のそばで高い電圧に上げて、オフィスや一般家庭などの電力消費者のなるべく近くで低い電圧に落として配電することがエネルギーを無駄にしない観点上望ましい。
この電圧の変換を行っているのが変電所である。
qas: question: 電力はどのようにして求められますか?
answers: text: 電流×電圧

question: エネルギーを無駄使いしないように電圧変換の役割をしている施設を何と言いますか?
answers: text: 変電所

context: 高い電圧を取り扱う変電所ほど規模が大きくなり、また送電線に関わる施設も大きくなる。
こうした施設を建設する費用の兼ね合いから電力消費者に近い末端では低い電圧で送る必要があり、発電所に近い側が最も高い電圧で送られ、消費者に近づくにつれて順次電圧が落とされていくようになっている。
この電圧が次第に低くなっていく各段階のことを電圧階級と呼んでいる。
各階級の間にはそれに対応した変電所が設置されている。
また電力系統は、発電所から消費者まで一直線になっているわけではなく、電力システムの信頼性を高め故障や補修作業時のバックアップを相互に行うために、複数の発電所からの送電線が集合され、あるいは必要に応じて各所へ分散されていくようになっている。
変電所はこうした送電系統上の集合・分岐点にもなっており、必要に応じて系統をつないだり切り離したりする役割もしている。
さらに、送電線に落雷があるなどで一部の区間に障害が発生すると、遮断器を動作させてその区間を送電系統から一旦切り離し、障害の波及を防止し回復を図る役割もしている。
この他に、直流送電に関連して交流と直流を変換する交直変換所や、周波数の異なる電源を接続する周波数変換所も変電所の一種である。
qas: question: 発電所から段階的に徐々に電圧が低くなって消費者の所に届くことを何と言っていますか?
answers: text: 電圧階級

question: もし送電線の一部区間に障害が発生したら、何を作動させて障害の波及を防いでいますか?
answers: text: 遮断器

context: 変電所はまず、送電用変電所と配電用変電所に大きく分類される。
送電用変電所は、電力系統の途中に配置されて電圧の変換を行っており、大電力が通過する。
これに対して配電用変電所は電力系統の末端に近いところに配置されて、送電用変電所から送られてきた高い電圧を消費者に供給する低い電圧に落として地域の配電網に供給する。
送電用変電所に比べて1つの変電所を通過する電力は小さく、施設の規模も小さくなるが、その数は送電用変電所よりかなり多い。
配電用変電所の受電電圧は154-22kV程度で、配電網へ送り出す電圧は22-6.6kV程度である。
送電用変電所の多くは高い電圧を低い電圧に落とすために使われているが、逆に低い電圧を高い電圧に上げるために用いられているものもある。
電圧を上げる変電所は昇圧用変電所、下げる変電所は降圧用変電所と大きく分類される。
昇圧用変電所は基本的に発電所に付属して設置されており、電力を発電所から送り出す段階での電圧変換を行っている。
qas: question: 送電用変電所と配電用変電所はどちらが通過する電力が大きいですか?
answers: text: 送電用変電所

question: 高い電圧を低い電圧に下げる役目を果たす変電所は何?
answers: text: 降圧用変電所

question: 送電用変電所と配電用変電所はどちらが設置数が少ないですか?
answers: text: 送電用変電所

question: 配電用変電所の受電電圧と配電網へ送り出す電圧はどちらが低くないですか?
answers: text: 受電電圧

context: 変電所は、電力事業者が所有している電力変電所、大口の電力消費者が設置している自家用変電設備、電気鉄道事業者が設置している電気鉄道用変電所などに分類できる。
電力変電所は前述したように送電用・配電用の分類と、昇圧用・降圧用の分類がある。
電気鉄道用の変電所は、直流電化区間では直流への変換機能のある変電所、交流電化区間では交流の降圧のみの変電所となる。
長距離で大容量の送電を行ったり、海底送電線を使って送電を行ったりする目的で、直流送電を行うことがある。
この際には直流送電線の両端に一般の交流送電網と接続するための交直変換所が設置される。
この他、日本では東日本が50Hz、西日本が60Hzと周波数が分かれているので、この周波数の境界に周波数変換所が設置されて、東西で電力の融通ができるようになっている。
qas: question: 日本では東日本と西日本のどちらが周波数が高いですか?
answers: text: 西日本

question: 電気鉄道用の変電所で交流の降圧のみの変電所となるのは何の区間ですか?
answers: text: 交流電化区間

context: 変電所の形式としては、屋外式、屋内式、半屋内式、半地下式、地下式、移動式がある。
屋外式変電所は変圧器や開閉器などの変電所の主要設備の大半を屋外に設置し、配電盤など制御機器のみを屋内またはキュービクルに配置した形式の変電所である。
他の形式の変電所に比べて敷地面積を最も広く必要とするが、建設費用は安く、全ての機器が平面的に配置されることから運用開始後のメンテナンス性にも優れている。
屋内式変電所は変圧器や開閉器などの変電所の主要設備の大半を屋内に設置した形式の変電所である。
屋外式変電所に比べて用地面積を大きく縮小することができるが、建物の建設費が高く付く。
また、変電所機器の搬入・設置やメンテナンスにも難がある。
海岸線に近いところなどで塩害対策を必要とする場合には、この形式の変電所の効果が高い。
半屋内式変電所は変電所の主要機器の一部を屋内に設置し、残りを屋外に設置した形式の変電所である。
変圧器のみを屋内に設置した形式は、主に変圧器の騒音対策を目的としている。
一方、開閉器のみを屋内に設置した形式は、主に塩害対策と建物建設費の削減を目的としている。
前者を半屋内式、後者を半屋外式と呼んで区別することもある。
qas: question: 屋外式変電所と屋内式変電所はどちらが建設費が安いですか?
answers: text: 屋外式変電所

question: 屋外式変電所と屋内式変電所ではどちらが管理保全するのが難しい?
answers: text: 屋内式変電所

question: 屋内外の両方に変電所の機器を設置する形式は何ですか?
answers: text: 半屋内式変電所

question: 広い敷地面積を必要とする変電所は何?
answers: text: 屋外式変電所

context: 地下式変電所は建物や公園などの地下に変電所の主要機器を全て収納した形式の変電所である。
新しい変電所用地の取得が困難な都市部を中心に見られる形式で、各種の変電所の中でも建設費は最も高く付くが、景観対策や防犯対策の面での効果が高い。
この形式であっても、変圧器の冷却設備だけは地上に設置する必要がある。
建物に併設する場合には、その建物に冷却用の水や空気など作動流体が流れる経路を確保しなければならない。
なお、住宅地における建物の高さ制限などに関連して、変電所の建物に地下室を設けて、一部の設備を地下階に、一部の設備を地上階に設置する、屋内式変電所の全体を掘り下げたような形の半地下式変電所も存在する。
移動式変電所はトレーラーや鉄道車両の上に変圧器などを設置して、移動可能にした形式の変電所である。
既存の変電所が故障したり、機器更新のために一時設備の運用を停止したりしたときに、現地に仮設して変電所の容量を補う役割を果たす。
qas: question: 多様にある変電所の形式の中で、最も建設コストが高いものは何ですか?
answers: text: 地下式変電所

question: 景観対策や防犯対策の面で効果が高い変電所の形式は何ですか?
answers: text: 地下式変電所

context: 変電所には、電圧を変換するための変圧器、電源を入り切りするための遮断器、電源が切れている状態で回路を切り離す断路器、落雷時の異常電流を逃がす避雷器、無効電力の調整をする調相設備などがある。
また、直流に関連する変電所では整流器やインバータなどが設置されるが、これについては後述する。
変圧器は、電磁誘導現象を利用して交流の電圧を変換する装置である。
変電所における最も基本的な装置である。
変電所で取り扱う電気は通常三相交流であり、変圧器も三相用のものか、あるいは単相用のものを3つ接続して三相交流用に使用している。
変電所に設置される変圧器は大変大きなもので、工場で製造して搬入することには様々な困難を伴う。
このことから、かつては単相交流用のものを3つ搬入することが多かった。
さらに変圧器の取り扱い電圧が高くなり大容量化すると、それでも搬入が困難なほど巨大化してきたため、工場で生産した部品を搬入して現地で組み立てる方式が一般的となり、三相式の変圧器を用いることが普通になった。
単相式変圧器を用いた場合に比べて、三相式を用いると同容量で半分程度に面積を縮小することができる。
qas: question: 変電所に設置されている、電源をオン・オフする機器は何ですか?
answers: text: 遮断器

question: 避雷器は何による異常電流を逃す役割がありますか?
answers: text: 落雷

question: 電圧を変えることのできる変電所内の基本装置とは何?
answers: text: 変圧器

context: 変圧器は、絶縁と冷却の方式で分類することができる。
変圧器自体は大変効率の高い設備であるが、それでもわずかながら損失が発生してこれが熱に変わる。
変電所の変圧器は大電力を取り扱うことから、この放熱が大きな問題となる。
この冷却方式は絶縁の方式とも大きく関係している。
乾式変圧器は、間隔を空けて回路を保持することで空気により絶縁する方式で、小容量のものに用いられる。
冷却は自然放熱によるか、送風して空気で熱を運び出す方式となる。
特に耐熱性の高い絶縁材料を使用して送風により冷却をしたものでは、数千kVA程度の容量のものまである。
変圧器全体の効率的な運転を図るために、変圧器の負荷に応じて送風量を加減する方式もある。
巻線などをエポキシ樹脂などで固めたモールド変圧器もある。
qas: question: 容量が小さいものに使われる変圧器は何?
answers: text: 乾式変圧器

question: モールド変圧器に使用さている樹脂とは?
answers: text: エポキシ樹脂

context: 油入変圧器は油を用いて絶縁と冷却を行う方式であり、広く用いられている。
初期には鉱物油を用いていたが、火災の危険があるためあまり用いられなくなった。
またポリ塩化ビフェニル(PCB)も広く用いられていたが、生物に対する毒性の問題から使用禁止となった。
現代ではシリコーン油が広く用いられているが、コストが高いという問題がある。
油入変圧器では油を循環させることで冷却を行っている。
自然対流によるものと強制循環によるものがある。
また放熱器にも送風ファンを取り付けることがある。
さらに冷却水の配管を油中に通して水冷する方式もある。
qas: question: 昨今の油入変圧器で広く使用されている油は何?
answers: text: シリコーン油

question: かつての油入変圧器でよく使われていたが、生物への害があるという点から使用禁止となった合成物質は何?
answers: text: ポリ塩化ビフェニル

question: 油を用いて絶縁と冷却を行う変圧器は何?
answers: text: 油入変圧器

context: ガス絶縁式は、六フッ化硫黄(SF6)ガスで絶縁した方式で、冷却もこのガスを循環させることで行っている。
負荷の変動に応じて電圧を調整し、また電力系統上の電力の潮流を制御するために、変電所の変圧器には出力電圧を制御するための負荷時電圧調整器(負荷時タップ切換装置)が取り付けられている。
巻線に設けられたタップ上のある地点をタップ選択器で選ぶことで、変圧器の巻数比をある範囲で変更可能としているものである。
変圧器では、主に鉄心の磁歪現象により振動と騒音が発生する。
住宅地に設置される場合などには騒音対策が必要になることがある。
qas: question: ガス絶縁式を用いた変圧器では振動と騒音が発生するが、これはどのような現象にとって引き起こされるのでしょうか?
answers: text: 磁歪現象

question: ガス絶縁式を用いた変圧器を住宅地に設置する際にどのような防止策が必要となるのか?
answers: text: 騒音対策

context: 遮断器は、電力回路の入り切りを行い、また落雷や短絡などの事故発生時に回路を切り離して安全を保つために用いられる開閉器である。
事故時の遮断も行うため、通常負荷時に流れている電流よりもはるかに大きな電流であっても遮断できるように設計されている。
構造としては可動する接触子を接点に接触させたり離したりするものであり、電化製品などで用いられるスイッチと原理的に大きな差はないが、大電力では接点から接触子を外しても接点間にアーク放電が発生して電流が流れ続けてしまう現象があり、これを防ぐために様々な絶縁方式が考えられている。
油遮断器、磁気遮断器、真空遮断器、空気遮断器、ガス遮断器などがある。
qas: question: 電力回路の入り切りを行い、スイッチの役割をしている機器を何と言いますか?
answers: text: 遮断器

context: 直流送電を行う場合、その両端に交直変換所が設置される。
また、周波数の異なる地域で電力の融通を行う場合、その境界点に周波数変換所が設置される。
直流送電では直交変換を行う施設と交直変換を行う施設が遠く離れており間に直流送電線があるが、周波数変換所では直交・交直変換設備はすぐそばにあって接続されており、技術的には似たような施設である。
古くは水銀整流器を用いて交直変換を行っていたが、技術の進歩によりサイリスタ式の変換装置が主流となっている。
この交直変換設備に付随して、変換装置の特性に合わせた変圧器、直流の遮断が可能な直流遮断器、直流波形のリプル分を取り除く直流リアクトル、交流波形の高調波を取り除く高調波フィルタ、交直変換装置を通すことによって遅れ力率が発生することに対処する調相設備などが設けられる。
qas: question: 現在の主流は何式の変換装置が使われていますか?
answers: text: サイリスタ式

question: 直交変換施設と交直変換施設間の距離が離れている所で行われる送電方式は何?
answers: text: 直流送電

question: 直交・交直変換設備のすぐそばで接続されている変換所は何?
answers: text: 周波数変換所

context: 日本には、交直変換所として上北変換所・函館変換所(各600,000kW)・紀北変換所・阿南変換所(各1,400,000kW)・南福光連系所(600,000kW)、周波数変換所として佐久間周波数変換所(300,000kW)・新信濃変電所(600,000kW)・東清水変電所(100,000kW)がある。
qas: question: 日本の交直変換所の中で、扱っている電力が同じ変換所は上北変換所、函館変換所ともう1つはどこですか?
answers: text: 南福光連系所

question: 日本の交直変換所の中で、発電所出力が最も高いのは阿南変換所とどこですか?
answers: text: 紀北変換所

question: 日本の周波数変換所の中で、扱っている電力が最も低いのはどこですか?
answers: text: 佐久間周波数変換所

question: 日本の周波数変換所の中で、発電所出力が最も高いのはどこですか?
answers: text: 新信濃変電所

context: 世界で最初の商用電力事業は、アメリカ合衆国のニューヨーク・マンハッタンで、トーマス・エジソンが設立したエジソン電灯会社(EELC:EdisonElectricLightCompany)によって1882年9月4日に始められた。
しかしこの時は直流115-120ボルトで発電所から需要家までを直接結んで配電しており、電圧を変換する機構は入っておらず、したがって変電所もまだ存在しなかった。
低圧で送配電することに伴う大きな損失を改善するために、様々な工夫が試みられた。
その中には、高電圧の直流で送電して電動発電機で低圧直流に変換するものや、高圧直流で直列に接続されている蓄電池を充電し並列につなぎ変えて低圧放電させる仕組みなどがあった。
直流での大規模な送電は、1954年にスウェーデンでゴットランド島への2万kW100kV送電で実用化された。
水銀整流器を用いたもので、その後1961年には英仏連系にも導入された。
日本では北海道・本州間連系設備(上北変換所-函館変換所)や紀伊水道直流連系設備(紀北変換所-阿南変換所)で直流送電が行われている。
qas: question: 世界で最初の商用電力事業を行った人物は誰ですか?
answers: text: トーマス・エジソン

question: トーマス・エジソンが電力事業を開始したのは何年のこと?
answers: text: 1882年

question: 上北変換所と函館変換所の間で行われている送電方式は何?
answers: text: 直流送電

question: 1950年代に大規模な直流送電が実用化された国はどこ?
answers: text: スウェーデン

context: 本質的に、低圧で送電することによる大きな送電損失を改善するためには高圧で送電するしかなく、そのためには自由に電圧を変換する方法が必要とされた。
交流の電圧と電流を変換する変圧器は、マイケル・ファラデーが電磁誘導の法則を発見して以来、19世紀を通じて何人かの技術者・発明家によって次第に改良され形作られてきたが、電力網に組み込んで利用するための具体的な形にまとめたのはフランスのルシアン・ゴーラールとイギリスのジョン・ディクソン・ギブスの2人であった。
彼らは1882年にイギリスで変圧器の特許を出願した。
1884年にイタリアのトリノで開かれた博覧会で、5,000Vで40kmを送電する実験に成功し、それまで都市内部で蒸気機関で発電してそのすぐ近くで配電する以外の方法が無かった電力事業に対して、山岳地帯で水力発電を行い長距離を送電して都市に配電することを可能にした。
qas: question: 1882年にイギリスで変圧器の特許を出願した人の中でフランスの発明家は誰?
answers: text: ルシアン・ゴーラール

question: 電磁誘導の法則の発見者は誰ですか?
answers: text: マイケル・ファラデー