保護協調と整定・絶縁協調・電圧降下と高調波の判定
変電所の母線結線方式の選定に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 3
1.5遮断器方式(ブレーカ・アンド・ア・ハーフ方式)は、2回線当たり3台の遮断器を配置する方式で、回線1条当たりの遮断器は1.5台となる。方式名の「1.5」は回線当たりの遮断器台数を指しており、遮断器自体の点検も無停電で行える代わりに設備費は二重母線方式より高くなる。信頼度と設備費はトレードオフであり、「信頼度が高い方式ほど遮断器台数が多く高価」という対応関係で整理すると取り違えない。
ガス絶縁開閉装置(GIS)に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
GISは充電部が金属容器に密閉されているため、内部事故が起きても事故点を外部から目視できず、ガス回収・容器開放・内部清掃・ガス再充填といった手順が必要になり、復旧には気中絶縁設備より長い時間を要する。縮小化・耐環境性という利点の裏返しとして、内部点検性と事故復旧性が劣る点が1級では問われる。
定格容量1,000kV・A、自己容量基準の百分率インピーダンス4%の変圧器Aと、定格容量500kV・A、自己容量基準の百分率インピーダンス5%の変圧器Bを並行運転する。両変圧器とも過負荷とならない範囲で供給できる合計負荷の最大値として、適当なものはどれか。ただし、両変圧器の巻数比及びインピーダンス角は等しいものとする。
解答正解 1
自己容量基準の百分率インピーダンスが異なる変圧器の負荷分担は、各機の(定格容量÷百分率インピーダンス)の比に比例する。A:B＝1,000/4:500/5＝250:100＝5:2となり、Aの分担率は5/7である。Aが定格1,000kV・Aに達するときの合計負荷は1,000×7/5＝1,400kV・Aで、このときBの分担は400kV・Aと定格500kV・Aに余裕があるため、先に定格に達するAが制約となる。定格容量の単純合計1,500kV・Aまで供給できると誤答しやすい。
電力系統の電圧調整に用いる調相設備の選定に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
同期調相機は無負荷運転の同期電動機であり、界磁を強めれば進相、弱めれば遅相の無効電力を連続的に供給できる。一方で回転機であるため損失と保守負担が大きく、近年はSVCやSTATCOMなどの静止形に置き換わっている。「連続制御ができるか」「進相・遅相の双方向か」「高調波を出すか」の3軸で整理すると選定問題を取り違えない。
真空遮断器(VCB)の開閉に伴うサージ電圧に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
真空遮断器は消弧能力が高いため、励磁電流や電動機始動電流のような小電流では自然な電流零点を待たずに電流を強制的に切る「電流裁断」が生じる。このとき回路のインダクタンスに蓄えられたエネルギーが静電容量へ移行し、裁断電流にサージインピーダンス(√(L/C))を乗じた程度の過電圧が発生する。したがって負荷側の静電容量が大きいほどサージは低くなるという関係になり、対策はサージアブソーバや避雷器を被保護機器の近傍に設けることである。
高圧限流ヒューズ及びこれと高圧交流負荷開閉器を組み合わせた主遮断装置に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 3
高圧限流ヒューズは短絡電流のような大電流領域で優れた限流遮断性能を示すが、定格電流の数倍程度の小さな過電流領域では溶断特性のばらつきが大きく、動作までの時間も長いため過負荷保護には適さない。過負荷・過電流の保護は過電流継電器等の別の手段に委ね、ヒューズは短絡保護に限って用いるという責務分担が要点である。
公称電圧6.6kVの高圧受電設備において、電源から受電点までの合成百分率インピーダンスが10MV・A基準で8%であるとき、受電点における三相短絡電流の値と、これに対して選定すべき遮断器の定格遮断電流の値の組合せとして、適当なものはどれか。ただし、遮断器の定格遮断電流は8kA、12.5kA、20kA、25kAの中から選ぶものとする。
解答正解 2
基準容量10MV・A、基準電圧6.6kVにおける基準電流は10,000／(√3×6.6)≒875Aである。三相短絡電流は基準電流に100／%Zを乗じて875×100／8≒10,900A、すなわち約10.9kAとなる。遮断器は短絡電流以上の定格遮断電流を持つものを選ぶので、直近上位の12.5kAを選定する。%Zの基準容量が設備容量と異なる場合は必ず基準を合わせてから計算する点に注意する。
公称電圧6.6kV、定格容量750kV・Aの変圧器を保護する過電流継電器において、変流器の変流比を100／5Aとし、限時要素の動作電流を変圧器定格電流の150%に整定したい。選定すべき限時要素のタップ整定値として、適当なものはどれか。ただし、タップは3A、4A、5A、6Aから選ぶものとする。
解答正解 3
変圧器の一次定格電流は750,000／(√3×6,600)≒65.6Aである。その150%は約98.4Aであり、変流比100／5Aで二次側に換算すると98.4×5／100≒4.92Aとなる。タップは整定値以上で最も近い値を選ぶため5Aとなる。定格電流を求めずに容量や電圧をそのまま用いたり、変流比の乗除を逆にしたりする誤りが生じやすい。
変圧器の保護に用いる比率差動継電器に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
変圧器の無負荷投入時には鉄心の磁気飽和により定格電流の数倍から十数倍の励磁突入電流が一次側だけに流れ、差電流として現れて誤動作の原因となる。この電流は第2調波成分を多く含むことが特徴であり、第2調波を検出して動作をロックする方式が標準的な対策である。比率特性は、変流器の飽和・誤差や負荷時タップ切換による不平衡が貫通電流に比例して増えることを見込んだもので、温度による内部抵抗変化の補償ではない。
高圧受電設備の地絡保護に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
地絡方向継電器は零相電流と零相電圧の位相関係で事故方向を判別するため、電流整定値を充電電流より小さくすることで選択性を得るわけではない。選択性は方向判別によって確保されるのであり、電流整定値を充電電流より低く設定すれば、かえって構外事故での動作余地を広げてしまう。無方向性の地絡継電器では整定値を構外事故時の流出充電電流より大きくとる必要があり、この違いが1級で問われる。
電力系統の保護協調及び再閉路方式に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
架空送電線の事故は雷撃によるアーク閃絡など、遮断してアークが消滅すれば絶縁が回復する一時事故が大半を占める。再閉路はこれを利用して停電時間を短縮し、系統の安定度を維持する方式である。後備保護は選択遮断を成立させるため主保護より動作時間を長く整定し、高速度再閉路は無電圧時間を短くするほど安定度維持に有利である点を取り違えないこと。
避雷器及び絶縁協調に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
絶縁協調は、避雷器が雷サージを放電したときの端子間電圧(制限電圧)に十分な余裕を加えた値以上に、被保護機器の雷インパルス耐電圧を定めることで成立する。公称放電電流は避雷器の放電責務を表す値で、雷撃が激しい箇所や重要度の高い箇所ほど大きい値のものを適用する。避雷器は被保護機器のできるだけ近くに設け、接地線を短くして引下げ線のインダクタンスによる電圧上昇を抑えることが保護効果を高める要点である。
変電所の接地(メッシュ接地)に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
メッシュ接地では地絡電流の流出により地表面に電位分布が生じ、接地網の外周部で電位傾度が急になる。そのため外周部のメッシュを細かくしたり埋設深さを深くしたりして電位傾度を緩和する。接触電圧は手と足の間、歩幅電圧は両足間の電圧であり、砕石敷きは大地と足との間の接触抵抗を高めて人体を流れる電流を抑える対策で、接地抵抗値そのものを下げるものではない。
建築電気設備の接地方式に関する次の（イ）〜（ニ）の記述のうち、適当なものの数として、適当なものはどれか。 （イ）共用接地は、各設備の接地極を相互に接続して一つの接地系とする方式であり、地絡時に接地系全体の電位が同時に上昇するため、設備相互間の電位差が生じにくい。 （ロ）等電位ボンディングは、建築物内の金属体を相互に接続して電位差をなくすもので、雷サージや地絡時の接触電圧の低減に有効である。 （ハ）単独接地は各設備の接地極を分離する方式であり、接地極間の距離が近いほど、一方の設備の地絡時に他方の設備が受ける電位の影響は小さくなる。 （ニ）情報通信機器の接地は、電力設備の接地と分離して単独接地とすれば、接地線を経由したサージの侵入を完全に防止できる。
解答正解 2
適当なのは（イ）と（ロ）の2つである。共用接地は接地系全体が同電位で上昇するため設備間の電位差が生じにくく、等電位ボンディングはその考え方を建築物内の金属体全般に広げたものである。単独接地は接地極を離すほど相互の電位の影響が小さくなるので（ハ）は逆であり、また単独接地としても大地や配線を介したサージの侵入を完全には防げないため（ニ）も適当でない。
架空送電線において、径間300m、電線の合成荷重20N/m、電線の水平張力25,000Nであるとき、電線のたるみと電線の実長の組合せとして、適当なものはどれか。ただし、たるみDは D＝WS²／(8T)、実長Lは L＝S＋8D²／(3S) で求めるものとする。
解答正解 1
たるみは D＝20×300²／(8×25,000)＝1,800,000／200,000＝9.0mとなる。実長は L＝300＋8×9.0²／(3×300)＝300＋648／900＝300.72mである。実長の補正項は8D²／(3S)であり、係数を3D²／(8S)と取り違えたり、たるみの式の分母を4Tとしたりする誤りが生じやすい。
架空送電線に生じる振動現象とその抑制対策に関する次の記述の（ア）〜（ウ）に当てはまる語句の組合せとして、適当なものはどれか。 「電線に一様な微風が当たったときに発生するカルマン渦により生じる（ア）に対しては、ダンパやアーマロッドを取り付けて振動エネルギーを吸収する。電線への着氷雪により断面が非対称となった状態で風を受け、上下に大きく振動する（イ）に対しては、相間スペーサの取付けが有効である。また、着氷雪が脱落した際に電線が跳ね上がって上下相が接近する（ウ）に対しては、支持点における上下相のオフセットを大きくとる。」
解答正解 4
微風振動はカルマン渦による比較的振幅の小さい高頻度の振動で、ダンパやアーマロッドで対処する。ギャロッピングは着氷雪で断面が非対称になった電線が風による揚力を受けて自励的に大振幅で上下する現象で、相間スペーサや難着雪リングが有効である。スリートジャンプは着氷雪の脱落に伴う跳ね上がりで、支持点のオフセットにより上下相の接近を防ぐ。振動の「原因(風・着氷雪・脱落)」と「対策装置」を対にして覚えると取り違えない。
直流送電に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
交流でケーブル送電を行うと対地静電容量による充電電流が線路に流れ、こう長が長くなるほど送電可能な有効電力が減少する。直流では定常的な充電電流が流れないため、海底ケーブルなど長距離のケーブル送電では直流送電が有利となる。直流連系は交流系統相互を電気的に切り離すので短絡容量を増加させず、他励式(サイリスタ)変換器は無効電力を消費するため調相設備が、また高調波を発生するためフィルタが必要である。
地中送電に用いる単心CVケーブルの金属シースの接地に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 2
金属シースの両端を接地すると閉回路が形成され、誘起電圧によってシース循環電流が流れる。この電流はシース損となってケーブルの温度上昇を招き、許容電流はむしろ低下する。片端接地は循環電流を生じないが非接地端の誘起電圧が制約となり、長こう長ではクロスボンド接地により誘起電圧を打ち消しつつ循環電流も抑える方式を採る、という選定の流れで整理する。
三相3線式の配電線路において、こう長2km、1km当たりの線路抵抗0.3Ω、1km当たりの線路リアクタンス0.4Ω、負荷電流100A、負荷の力率0.8(遅れ)であるとき、この線路の電圧降下の値として、適当なものはどれか。
解答正解 3
三相3線式の電圧降下は e＝√3・I・(R cosθ＋X sinθ) で求める。線路全体では R＝0.3×2＝0.6Ω、X＝0.4×2＝0.8Ω、cosθ＝0.8、sinθ＝0.6であるから、e＝1.732×100×(0.6×0.8＋0.8×0.6)＝1.732×100×0.96≒166Vとなる。リアクタンス分を無視して e＝√3・I・R cosθ とすると約83Vとなり、高圧配電線路ではリアクタンスの寄与が抵抗分と同程度になり得る点が要点である。
高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン及び高調波抑制対策に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
ガイドラインは、高調波発生機器の6パルス換算等価容量の合計が受電電圧ごとの限度値(6.6kVでは50kV・A、22kV・33kVでは300kV・A、66kV以上では2,000kV・A)を超える需要家を対象とし、高調波流出電流が受電電圧と契約電力に応じた上限値以下となるよう対策を求めている。等価容量は機器種別ごとの換算係数を乗じて合計する点、上限値が受電電圧ごとに異なる点が要点である。