配電計算43【電験3種 電力】太陽光の逆潮流！電流分担(5,5,0)・端子電圧VAB=105.5V 平成19年度 B問題17 完全解説

今回は平成19年度 電力科目 B問題17、末端に太陽光発電が接続された単相3線式配電線路の電流分担と端子電圧を求める計算問題です。令和5年度下期 B問題17（配電計算12）とまったく同じ問題です。

ポイントは太陽光の15Aが外線ループ（A-C間）を流れること。上負荷の一部を供給し、残りは中性線経由で下負荷を全量供給します。各節点でKCLを立てれば電流分担が決まり、線路抵抗の電圧降下から端子電圧を求めます。
※本問は単相3線式の回路図を用いた問題ですが、公式PDFが非公開のため、回路構成を文章で解説します。

(a) の答えは(2)：(ア)5 A、(イ)5 A、(ウ)0 A

太陽光がどれだけ肩代わりしたかを数えます。

	太陽光がないとき	太陽光15 A のとき
★(ア) 上側巻線	★★20 A	★★5 A
★(イ) 中性線	★★5 A	★★5 A
★(ウ) 下側巻線	★★15 A	★★0 A

変圧器が担う電流が、上側で15 A、下側で15 A 減りました——太陽光が肩代わりしたのです。

中性線だけは5 A のまま変わりません——上下の負荷の差は変わらないから。

負荷が定電流特性なので、負荷側の電流は動かないのです。

平成19年度 電力科目 B問題17：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成19年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 B問題17

電験3種 電力科目 【配電の計算】 平成19年度 B問題17

　線路抵抗0.1Ωの単相3線式低圧配電線路（二次電圧105/105V）の中間点に負荷が接続され、末端のAC間に太陽光発電設備が逆変換装置を介して接続されている。上側負荷電流20A、下側負荷電流15A、太陽光発電設備の出力電流（交流）15A（力率1）、負荷は定電流特性で力率1とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。各区間の電圧線・中性線の抵抗は0.1Ωである。本問は回路図を用いる問題であるが、公式PDFが非公開のため回路構成を文章で示している。

線路抵抗0.1Ωの単相3線式低圧配電線路（二次電圧105/105V）の中間点に負荷が接続され、末端のAC間に太陽光発電設備が逆変換装置を介して接続されている。上側負荷電流20A、下側負荷電流15A、太陽光発電設備の出力電流（交流）15A（力率1）、負荷は定電流特性で力率1とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。（各区間の電圧線・中性線の抵抗0.1Ω）

(a) 図中の回路の空白箇所(ア)〜(ウ)に流れる電流の値[A]の組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。（(ア)＝上側電圧線・変圧器側電流、(イ)＝中性線電流、(ウ)＝下側電圧線・変圧器側電流）

	(ア)	(イ)	(ウ)
(1)	5	0	15
(2)	5	5	0
(3)	15	0	15
(4)	20	5	0
(5)	20	5	15

(b) 図中AB間の端子電圧V_ABの値[V]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）104.0　（2）104.5　（3）105.0　（4）105.5　（5）106.0 V

(b) の答えは(4)：105.5 V

(ウ)＝0 が意味すること

	変圧器の上側巻線	変圧器の下側巻線
★流れる電流	★★5 A	★★0 A
★担っている負荷	★★上負荷の一部	★★なし
★状態	★★軽く働いている	★★休んでいる

下側巻線には電流が流れていません——下負荷は太陽光がすべてまかなっているから。

もし太陽光の出力がもっと大きければ、逆に流れ出します——系統へ送り返すことになります。

本問はちょうど釣り合った状態です——15 A の太陽光が下負荷15 A と同じだから。

その様子を電流分担として問うているのです。

端子電圧が105 V を超える意味

地点	電圧	基準との比較
★変圧器の二次端子	★★105 V	★★基準
★P点	★★104.5 V	★★0.5 V 下がる
★★A点	★★106.0 V	★★1.0 V 上がる
★★端子電圧 VAB	★★105.5 V	★★許容範囲の上限に近い

ふつうなら末端ほど電圧が下がります——けれども逆潮流で上がっているのです。

105.5 V は101±6 V の範囲には収まっています——上限107 V に近いのですが。

太陽光がもっと増えると、上限を超えてしまいます——だから電圧上昇抑制が働くのです。

本問はその手前の状態を計算しています。

★この問題は令和5年度下期 B問題17とまったく同一です（配電の計算：太陽光の逆潮流（R05下期））。16年を隔てての再出題です。

太陽光がなかったらどうなるか

	太陽光なし	太陽光15 A
★端子電圧 VAB	★★102.5 V	★★105.5 V
★差	★—	★★3.0 V 上昇

太陽光があると、端子電圧が3.0 V 上がります——変圧器側の降下が減り、A点で上昇するから。

2つの効果が重なって、3 V の差になります——1.5 V ずつです。

これが逆潮流による電圧上昇の実際の姿です。

負荷が定電流特性である意味

	定電流特性（本問）	実際の負荷
★電圧が上がると	★★電流は変わらない	★★種類によって変わる
★計算	★★電流を固定して解ける	★★繰り返し計算が必要

電圧が105.5 V に上がっても、負荷電流は20 A のままです——そう仮定されているのです。

実際には電圧が上がれば消費電力も変わりますが、試験では単純化します。

但し書きを読めば、どこまで単純化してよいかが分かります。

16年を隔てた同一問題

年度	問題番号	違い
★平成19年度	★★B問題17	★★本問
★★令和5年度下期	★★B問題17	★★数値も選択肢も同一

16年を隔てて、まったく同じ問題が出題されています——数値まで一致です。

太陽光の連系は近年の重要論点なので、繰り返し問われます——押さえる価値が高いのです。

平成19年の時点で、すでにこの論点が出題されていたことになります。

電流分担を1枚の表で見る

経路	電流	担っているもの
★(ア) 上側巻線→上負荷	★★5 A	★★上負荷20 A のうち5 A
★太陽光→上負荷	★★15 A	★★上負荷の残り15 A
★(イ) 中性線	★★5 A	★★上下の差
★(ウ) 下側巻線	★★0 A	★★何も担っていない

上負荷20 A を、変圧器5 A と太陽光15 A で分け合っています——足すと20になります。

下負荷15 A は、中性線経由で太陽光がまかないます——だから下側巻線は0です。

表にすると、どこに何アンペア流れているかが一目で分かります。

変圧器の負担がどれだけ減ったか

	太陽光なし	太陽光15 A	減少
★上側巻線	★★20 A	★★5 A	★★15 A
★下側巻線	★★15 A	★★0 A	★★15 A

両方の巻線で15 A ずつ減っています——太陽光の出力と同じです。

太陽光がA−C間（外線どうし）につながっているからです——両方の巻線を肩代わりするのです。

もし片方の外線と中性線の間につないだら、結果が変わります。

まとめ

(ア)	上負荷節点 (ア)+15=20→5A
(イ)	中性線 20−15=5A
(ウ)	下負荷は太陽光で全供給→0A
(b)VA	105−0.5+1.5=106.0V
(b)VB	0.5V
(b)VAB	105.5V
答え	(a)-(2)，(b)-(4)

▼あわせて解きたい関連問題
・同一問題（配電計算12）：【電力】令和5年度下期 B問題17
・太陽光と単相3線式（配電計算23）：【電力】平成30年度 B問題16