短絡比 (同期発電機)

同期発電機において、 短絡比（たんらくひ、、SCR）とは、無負荷で定格電機子電圧を発生させるのに必要な界磁電流と、短絡状態で定格電機子電流を流すのに必要な界磁電流との比である。 この比は、飽和した（）の逆数としても表すことができる。


 短絡比の値による影響 
高い短絡比を実現するには、リアクタンス  を低くする必要があり、これは実用上、より大きな（エアギャップ）を設けることを意味する。

短絡比が高い場合と低い場合、それぞれに利点がある。

 短絡比が低い場合：
 短絡が発生した際、電流は短絡比に比例するため、短絡比の低い発電機は保護装置が少なくて済み、安価になる。
 空隙を狭くでき、励磁磁界も小さくできるため、発電機のサイズ（およびコスト）を抑えることができる。
 鉄と銅の使用量を削減でき、コストが低下する。
 短絡比が高い場合：
 短絡比の高い発電機は過負荷時により多くの電力を供給でき、発生時のシステム安定性を向上させる。
 負荷が変動（振動）した際の電圧変化が本質的に小さくなり、システムの安定性に寄与する。
 同期化力が大きいため、発電機の並列運転が容易になる。

したがって、実際の発電機設計では、特定の用途における利点と欠点のバランスをとる短絡比が模索される。

短絡比は、機械の電気的な剛性（同期係数とも呼ばれる）の尺度である。同期係数は短絡比に比例する。 剛性の高い機械は短絡比が高く、ネットワークとの結合が比較的緩やかで、追従が遅くなる。短絡比が低く剛性の低い機械（現代の発電機では一般的）は、系統に対してより速く追従する。 剛性とは、の変化に対する出力の変化の比率である。例えば、系統周波数が低下した場合、剛性の高い発電機はより多くの電力を供給し、システムの安定性に貢献する。

 構造による影響 
短絡比が大きくなるほど、発電機のリアクタンス（Xd）およびインダクタンス（Ld）は小さくなる。これは、発電機の設計において空隙が大きいためである（水力発電機や突極機など）。その結果、機械は系統に対して緩やかに結合され、応答は遅くなる。これにより系統運用時の安定性は向上するが、同時に機械の短絡電流供給能力が増大し（高い短絡電流）、結果として機械のサイズとコストが大きくなる。水力発電機の短絡比の典型的な値は、1から1.5の範囲である。

逆に、短絡比が小さくなるほど、発電機のリアクタンス（Xd）およびインダクタンス（Ld）は大きくなる。これは、機械の設計において空隙が小さいためである（タービン発電機や円筒回転子機など）。機械は系統に対して密に結合され、応答は速くなる。これにより系統運用時の安定性は低下するが、短絡電流供給能力は抑制され（低い短絡電流）、機械のサイズが小さくなり、コストも低下する。タービン発電機の短絡比の典型的な値は、0.45から0.9の範囲である。

 参考文献 

 出典