架空送電8【電験3種 電力】絶縁協調は雷を小さくすることではない！避雷器と絶縁のバランス設計 令和6年度上期 A問題9 完全解説

今回は令和6年度上期 電力科目 A問題9、電力系統の過電圧（外部・内部）と絶縁設計（絶縁協調）の誤り選択問題です。雷サージ・開閉サージという過電圧の分類と、避雷器を軸にした絶縁設計の考え方が問われます。

絶縁協調とは「避雷器の制限電圧（保護レベル）を基準に、各機器の絶縁強度を経済的・合理的にそろえる」考え方。雷そのものの大きさは人間には制御できないので、「外部過電圧そのものの大きさを低減する」という定義は誤り——ここが本問の核心です。

出題のポイント

令和6年度上期 電力科目 A問題9：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。

電験3種 電力科目 【架空送電】 令和6年度上期 A問題9

　電力系統に現れる過電圧（異常電圧）はその発生原因により、外部過電圧と内部過電圧とに分類される。前者は、雷放電現象に起因するもので雷サージ電圧ともいわれる。後者は、電線路の開閉操作等に伴う開閉サージ電圧と地絡事故時等に発生する短時間交流過電圧とがある。

　各種過電圧に対する電力系統の絶縁設計の考え方に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(1)　絶縁協調とは、送電線路や発変電所に設置される電力設備等の絶縁について、安全性と経済性のとれた絶縁設計を行うために、外部過電圧そのものの大きさを低減することである。

(2)　避雷器は、過電圧の波高値がある値を超えた場合、特性要素に電流が流れることにより過電圧値を制限して電力設備の絶縁を保護し、かつ、続流を短時間のうちに遮断して原状に自復する機能を持った装置である。

(3)　架空送電線路の絶縁は、外部過電圧に対しては、必ずしも十分に耐えるように設計されるとは限らない。

(4)　送電線路の絶縁及び発変電所に設置される電力設備等の絶縁は、いずれも原則として、内部過電圧に対しては十分に耐えるように設計される。

(5)　発変電所に設置される電力設備等の絶縁は、外部過電圧に対しては、避雷器によって保護されることを前提に設計される。その保護レベルは、避雷器の制限電圧に基づいて決まる。

ポイント解説：絶縁協調＝「避雷器を前提に絶縁強度をそろえる」設計思想

(1)が誤り：絶縁協調は「安全性と経済性のとれた絶縁設計」を行うため、避雷器の制限電圧（保護レベル）を基準に各機器の絶縁強度を合理的に協調させる考え方。外部過電圧（雷サージ）そのものの大きさを低減することではない——雷の大きさは制御不能で、だからこそ「入ってきた雷をどう受け流すか」を設計するのが絶縁協調。

設計の原則（(3)(4)が対）：内部過電圧（開閉サージ・短時間交流過電圧）には十分耐えるように設計する(4)——発生頻度が高く大きさも予測できるため。一方、外部過電圧（雷）は上限がないので、架空送電線路は必ずしも耐えるようには設計されず(3)、がいし連のフラッシオーバ（アークホーンでの放電）を許容して再閉路で復旧する。

発変電所は避雷器で守る(2)(5)：高価で復旧に時間のかかる変圧器などの機器は、避雷器の制限電圧を保護レベルとしてそれに耐える絶縁強度で設計する(5)。避雷器は波高値がある値を超えると特性要素（ZnO）に電流を流して過電圧を制限し、続流を遮断して自復する(2)——変電2・変電29で出た避雷器の定義そのもの。

問題の解説

STEP1　過電圧の分類

外部=雷サージ（上限なし・制御不能）／内部=開閉サージ+短時間交流過電圧（予測可能）。

STEP2　設計の原則

内部過電圧→十分耐える(4)。外部過電圧→線路は耐え切らずフラッシオーバ許容(3)、機器は避雷器で保護(5)。

STEP3　(1)を判定

絶縁協調は「過電圧そのものの低減」ではなく「保護レベルを前提とした絶縁強度の協調」→(1)が誤り。

答え：(1)

まとめ

誤り	(1) 絶縁協調は外部過電圧そのものの低減ではない
絶縁協調	避雷器の制限電圧を前提に絶縁強度を経済的に協調
内部過電圧	開閉サージ等→十分耐える設計(4)
外部過電圧	線路=フラッシオーバ許容(3)／機器=避雷器で保護(5)
避雷器	制限電圧・続流遮断・自復(2)
答え	(1)

▼あわせて解きたい関連問題
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