短絡比（同期発電機）

同期発電機において、^[1]短絡比は、開放回路で定格 電機子電圧を生成するために必要な界磁電流と、短絡回路で定格電機子電流を生成するために必要な界磁電流の比である。^{[1] [2]この比は、飽和した[3]}直軸同期リアクタンス（pu単位）の逆数として表すこともできる。^[4]

${\displaystyle SCR={\frac {1}{X_{S}}}}$

SCRを高くするにはリアクタンスを低くする必要があり、これは実際にはエアギャップを大きくすることを意味します。^[5]${\displaystyle X_{S}}$

SCRレベルが高い場合も低い場合も、それぞれに利点がある。^[6]

• 低SCR:
  • 短絡の場合、電流は SCR に比例するため、SCR が低い発電機は必要な保護が少なくなり、安価になります。
  • SCR が低いと、エアギャップが短くなり、励起磁場が低くなるため、発電機のサイズ (コスト) が小さくなります。
  • SCR が低いと鉄と銅の量が減り、コストが下がります。
• 高いSCR:
  • 高 SCR の発電機は過負荷時により多くの電力を供給し、不測の事態が発生した場合のシステム安定性を向上させます。
  • 高い SCR は本質的に、振動負荷の場合の電圧変動を低減し、システムの安定性に貢献します。
  • 高SCR発電機は同期能力が高く、発電機を並列運転することが容易になります。

したがって、実際の発電機の設計では、特定の用途における利点と欠点のバランスをとるSCRを求めています。^[7]

SCRは、機械の電気的剛性（同期係数^[8]とも呼ばれる）の尺度です。同期係数はSCRに比例します。 ^[9]剛性の高い機械はSCRが高く、ネットワークとの結合が緩いため、追従が遅くなります。剛性が低くSCRが低い機械（現代の発電機の典型的な状況）は、グリッドへの追従が速くなります。^{[3]剛性は、出力の変化と}電力角の変化の比率です。たとえば、システム周波数が低下すると、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します。^[8]

SCR が大きいほど、オルタネーターリアクタンス (Xd) とインダクタンス Ld は小さくなります。これは、発電機設計 (水力発電機や突極機など) のエアギャップが大きいためです。その結果、機械はグリッドに緩く結合され、応答が遅くなります。これにより、グリッドで動作中の機械の安定性が向上しますが、同時に機械の短絡電流供給能力 (短絡電流の増加) が増加し、その結果、機械のサイズとコストが大きくなります。水力オルタネーターの SCR の一般的な値は、1 ～ 1.5 の範囲です。

逆に、SCR が小さいほど、オルタネーターのリアクタンス (Xd) は大きくなり、Ld も大きくなります。これは、機械設計のエアギャップが小さいことに起因します (ターボ発電機や円筒形ローター マシンなど)。マシンはグリッドに密接に結合されているため、応答が速くなります。これにより、グリッドで動作中のマシンの安定性が低下し、短絡電流の供給能力が低下し (短絡電流が低くなる)、マシンのサイズが小さくなり、結果としてコストが削減されます。ターボ オルタネーターの SCR の一般的な値は、0.45 ～ 0.9 の範囲です。

• ルイス、M.マリア (2014)。電気工学の要素。東部経済版。PHIラーニング。ISBN 978-81-203-4852-3. 2023年7月1日閲覧。
• Ehya, Hossein; Faiz, Jawad (2022)。同期発電機の電磁気解析と状態監視。IEEE Press 電力・エネルギーシステムシリーズ。Wiley。ISBN 978-1-119-63607-6. 2023年7月1日閲覧。
• Das, JC (2017)。AC および DC システムにおける短絡: ANSI、IEEE、および IEC 規格。CRC Press。ISBN 978-1-4987-4542-0. 2023年7月2日閲覧。
• Boldea, I. (2018)。発電機ハンドブック - 2巻セット。CRC Press。ISBN 978-1-4987-2351-0. 2023年7月10日閲覧。
• Ghosh, S. (2012). 電気機械. ピアソン エデュケーション インド. ISBN 978-81-317-7602-5. 2024年9月13日閲覧。
• Ray, S. (2014)。電力システム：概念、理論、実践。PHI Learning。ISBN 978-81-203-4951-3. 2024年9月14日閲覧。