同期発電機の並行運転｜5つの条件と横流・同期化力を完全図解

発電所には発電機が1台だけ、ということはまずありません。複数の発電機を同じ電力系統（母線）に接続して、一緒に電力を供給する──これが「並行運転（並列運転）」です。

ところが、同期発電機を母線に接続するには「5つの条件」を守る必要があります。条件を1つでも破ると、発電機に大電流（横流）が流れて最悪壊れます。

R04年度上期の試験でも出題された超頻出テーマです。でも安心してください。5つの条件はすべて「2台の発電機の "差" をゼロにする」という1つの原則に集約されます。原則さえ理解すれば、丸暗記は不要になります。

並行運転とは？──なぜ発電機を複数つなぐのか

並行運転のメリット──なぜ1台で済ませないのか

並行運転の「怖さ」──条件を破ると何が起きるか

メリットが大きい反面、並行運転にはリスクがあります。2台の発電機が「合わない」状態で接続すると、発電機同士が「喧嘩」して大きな循環電流（横流）が流れます。

これを防ぐために、接続前に守るべきルールが「並行運転の5つの条件」です。

並行運転の5つの条件──「合唱」のたとえで丸ごと記憶

5つの条件を一気に覚えるために、「2人の歌手が同じステージで合唱する」場面をイメージしてください。

各条件の詳細──「守らないと何が起きるか」Before/After

条件①：起電力の大きさが等しい

なぜ「無効」横流なのか？ 電圧差による横流は、同期リアクタンス Xs を通して流れます。Xs はリアクタンス（コイル成分）なので、流れる電流は電圧に対して90°遅れます。つまり有効電力ではなく無効電力を往復させるだけの電流（＝無効横流）です。

条件②：周波数が等しい

周波数が等しい＝同期速度 Ns = 120f/P が等しい、ということです。周波数がズレると2台の回転子の位相差（負荷角δ）が常に変動し、出力が揺れ続けて（乱調）最終的に同期が外れます（脱調）。

条件③：位相が等しい【最も危険な条件】

これが5つの中で最も危険な条件です。位相が180°ずれた状態で投入すると、2台の起電力が「足し算」になり、2E₀ ÷ 2Xs という巨大な電流が流れます。

実務では「同期検定器（シンクロスコープ）」を使って、投入のタイミングを慎重に合わせます。

条件④：波形が等しい（正弦波）

実際の発電機は設計段階でほぼ正弦波に近い波形になるため、この条件は通常は自動的に満たされます。試験では「波形が等しいこと」とだけ書ければOKです。

条件⑤：相回転方向が等しい

三相交流は R→S→T の順番（相回転方向）で回っています。2台の発電機の相回転が逆だと、接続した瞬間に2つの相で位相が大きくずれるため、条件③以上に危険です。施工時に結線を確認すれば防げるため、試験では「相回転方向を合わせること」と知っていればOKです。

5つの条件まとめ──「何で調整するか」まで整理

横流の整理──有効横流と無効横流の違い

並行運転中に2台の発電機の間を循環する電流を「横流（cross current）」と呼びます。横流には2種類あります。これを混同すると正誤問題で失点するので、ここで完全に整理しましょう。

2種類の横流を1枚で整理

同期化力──なぜ発電機は「勝手に同期を保てる」のか

並行運転中に外乱（負荷の急変など）が起きると、2台の発電機の位相差（負荷角δ）が一時的にずれます。でも、条件が整っていれば自然に元の位置に戻ります。この「元に戻ろうとする力」が同期化力です。

同期化力は「P-δ曲線の傾き」

第3回で学んだ P-δ曲線を思い出してください。

同期化力が大きくなる条件

同期投入の手順──「5つの条件」を順番に合わせていく

実際に新しい発電機を母線に投入する（並列に接続する）とき、どのような手順で条件を合わせていくのかを整理します。

試験の正誤・穴埋め問題パターン集

同期機シリーズ 全7記事のロードマップ

まとめ

並行運転のテーマは、5つの条件を「暗記」するだけでなく、「なぜその条件が必要か」「破ると何が起きるか」をセットで答えられるかが得点の分かれ目です。本記事のBefore/After形式を頭に入れておけば、穴埋めも正誤もどちらにも対応できます。