「②　受変電設備の配置の適正化及び配電方式の変更による配電線路の短縮、配電電圧の適正化等について管理基準を設定し、配電損失を低減すること」となっており、配電電圧と配電損失が同時に記されている。

（1）　線路の電圧降下

　線路の相電圧降下ΔEはケーブルのインピーダンスをZ=R＋jX、力率をcosθとすれば、

　　　ΔE=Es－Er≒I×(R cosθ+X sinθ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

で近似計算される。ここでサフィックスsとrは電源側及び負荷側を示す。

　三相回路の線間電圧降下ΔVは相電圧降下ΔEの 倍なので（2）式になる。

　　　ΔV=Vs－Vr≒ I×(R cosθ+X sinθ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

　関連用語として電圧降下率εがあり、

　　　ε=（Es－Er）/Er〔％〕=ΔV/Vr〔％〕　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）

で定義される。この値は負荷の条件、ケーブルコストなどを勘案して設定されるが、一般に数％以内である。

（2）　線路の電力損失

　三相3線式の場合、線路の電力損失Wは次式になる。

　　　W = 3RI²　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）

　皮相電力の式 S = VI と（2）式を代入して

　　　W = 3 I = ・

　　　　　 = ・ S ・ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （5）

の関係を得る。

　この式は補正項がほぼ1に近い（力率≒1）の場合は、電圧降下率と配電線における損失率がほぼ等しいことを示している。例えば、電圧降下が3％の配電線は、配電線を通過する皮相電力の約3％の損失を発生している線路ということになる。変圧器の損失が2％を切っている現状では見逃すことができない。

　ここで、動力系の変圧器（三相210V出力）から、55kWの誘導電動機を駆動している給電ケーブル（こう長50m）を事例として、具体的に調べてみる。なお、電動機は電流200A、力率80%で運転されているとする。

　第1表のCVTケーブルの許容電流値から公称断面積が60mm²かまたは100mm² のケーブルが対象になる。

■第1表　600V CVTケーブルの定数■

　第1表から力率80％（Pf=0.8）の電流に対する60mm²及び100mm²ケーブルのインピーダンスは、おのおの0.372Ω/km、0.244Ω/kmである。これから電圧降下は、

　CVT60　 ΔV = ×0.372Ω/km×50m×200A = 6.4V

　CVT100　ΔV = ×0.244Ω/km×50m×200A = 4.2V

となり、電圧降下率は2～3％強程度なので、この段階の判断ではより低価格の CVT60 を選択することも考えられる。

　次に両者の電力損失を比較する。（4）式を使っての配電損失の計算経過と結果を第2表に示す。

■第2表　配電線損失の計算経過と結果■

　おのおのの配電損失と電動機消費電力（ ×0.8×210V×200A = 58.1kW）に対する比率は、 CVT60 で4.1％、CVT100 で2.5％である。

　ここで、電動機の運転時間を10h/日で年間350日運転とした場合の年間費用を第3表に示す。

■第3表　ケーブルの配電損失■

　損失電力量で、3,300kWh/年の差が出る。金額では電力料金単価を20円/kWhとして、66千円/年の差になる。CVT100のほうが優位で、コストアップ分は1～2年で差額を取り戻せるであろう。

　力率については判断基準で基準値を設けて改善を要請している。

　「③　受電端における力率については、90パーセント以上とすることを基準として、別表第4に掲げる設備（同表に掲げる容量以下のものを除く。）又は変電設備における力率を進相コンデンサの設置等により向上させること」

　ここで、別表第4に掲げる設備は「力率を向上すべき設備」であり、大型誘導電動機（かご型75kW、巻線型100kW），電気炉や溶接機があげられている。

　誘導電動機の無効電流はより大きな変圧器を必要とし、配電線の電力損失が増加する。

　電流200A、力率80％で稼動している誘導電動機の配電系で、負荷端の力率をほぼ100％に調整して、配電線の損失を軽減した場合の効果を考える。配電線を600V　CVT100ケーブルでこう長を50mとし、電動機の運転時間を3,500時間/年とする。

　力率改善用進相コンデンサの容量Q_c〔kvar〕の式は、

　　　　Q_c= ×S cosθ₀ 　　　　　　　　　　　　　　　（6）

　　　　ただし、cosθ₀:改善前力率、cosθ:改善後力率

である。この式にS= ×210V×200A = 72.7kVA、cosθ₀ = 0.80、cosθ= 1を代入すると、

　　　　Q_c= ×72.7kVA ×0.80 = 43.6kvar

が得られ、40kvarの進相コンデンサが適切な値となる。進相コンデンサの配置によって、配電線の電流は200Aから160Aに縮小される。

　力率改善前の配電線損失W₁は、（4）式と第1表のケーブルの定数から、

　　　　W₁ = 3RI² = 3×0.239Ω/km×50m×(200A)² = 1.434kW

　また、力率改善後の配電線損失W₂は、

　　　　W₂= 3RI² = 3×0.239Ω/km×50m×(160A)² = 0.921kW

　年間の削減量は、（W₁－W₂）×3,500h/年 = 0.513kW×3,500h/年 = 1,794kWh/年となり、電力料金（単価20円/kWh）の節約は35.9千円/年になる。

　削減量を電動機の消費電力の比率で評価すると、

　　　　（W₁－W₂）/（S×cosθ₀）=0.513kW/（72.7kVA ×0.8）=0.9%

である。

　負荷設備に並列接続される進相コンデンサの運用については、判断基準で、「④　進相コンデンサは、これを設置する設備の稼動又は停止に合わせて稼動又は停止させるよう管理基準を設定して管理すること」とあり、運用面での管理としてコンデンサ単独運転状態で発生する無効電流による損失発生対策を求めている。

　負荷機器に影響する電力の質に関する基準として不平衡電圧については、「⑤　三相電源に単相負荷を接続させるときは、電圧の不平衡を防止するよう管理基準を設定して行うこと」とされている。

　三相交流電圧不平衡は電気回路論では（7）式によって定義されている。

　　　三相交流電圧不平衡率 = V₂/V₁〔％〕　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（7）

　　　ただし、V₁:正相電圧、V₂:逆相電圧

　この正相電圧V₁と逆相電圧V₂は、三相交流電圧をV_{U V} 、V_{V W}、V_{W U}として（8）式と（9）式で計算できる。
　　　V₁= （8）
　　　V₂= （9）
　　　　　　　　　　　ただし、V_S= （V_{U V}＋V_{V W} ＋V_{W U}）

　例としてV_{U V}、V_{V W} 、V_{W U} = 210　200　200Vの場合はV_S=305V　であり、

　　　　正相電圧V₁=203.3V、逆相電圧V₂=6.7V、不平衡率V₂/V₁=3.29％

と計算される。

　三相交流電圧が不平衡になると最も影響を受けるのは三相誘導電動機である。

　第1図に滑りsと正相インピーダンスZ_P及び逆相インピーダンスZ_Nの関係例を示す。滑り（回転速度）と各インピーダンス値の変化に特徴がある。

■第1図　滑りと正相及び逆相インピーダンスの関係例■

　全負荷時の滑りが数％のときは、電動機定数との関係で、

　　　　正相インピーダンスは Z_P ≒r₂/s 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10）

　　　　逆相インピーダンスは Z_N ≒j（x₁＋x₂） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（11）

　　　　ただし、s :滑り

　　　　　　　　　r₂:一次換算の二次抵抗値

　　　　　　　　　x₁:一次巻線のリアクタンス

　　　　　　　　　x₂:一次換算の二次リアクタンス

になる。逆相インピーダンスは始動時のインピーダンスと同じで正相インピーダンスの20％程度と著しく低い。すなわち、わずかな逆相電圧でも大きい逆相電流が流れる。例えば、不平衡率3％では定格電流の約15％の逆相電流が流れることになる。これは不平衡率の更なる悪化、線路損失の増加、機器効率や寿命の低下となる。

　逆相分によるトルクは正相分のトルクの数％程度と小さいが、正相分によるトルクを減少させる方向に作用するので、電動機の効率を低下させる。

　三相交流電圧不平衡は3％以下にとどめることが望ましい。これを超える場合は受電電圧をチェックする、単相負荷の相を入れ替えるなどの検討・対策が必要である。

　CO₂排出量削減が世界的テーマになっている現状では、従来の電力の安定供給管理に加えて、電気設備の省エネルギー対策及び管理が必要である。

　受変電及び配電設備の省エネルギー対策及び管理は、この部分での、①　損失低減だけではなく、②　負荷設備でのロス発生の低減（電力の質維持）や③　負荷設備の電力消費管理による無駄の削減までと幅が広い。すなわち、負荷設備をも含めた設備・運用面を通じて多面的に対策を推進することが肝要である。