配電33【電験3種 電力】スポットネットワークは3回線受電・特別高圧配電線の単一故障でも無停電！平成23年度 A問題12 完全解説

今回は平成23年度 電力科目 A問題12、大都市の大口需要家向けスポットネットワーク方式の空欄補充問題です。受電回線数・機器構成・ネットワークプロテクタ・供給信頼度と、方式の要点が問われます。

4つの空欄：一つの需要家に3回線で供給、機器は断路器→ネットワーク変圧器→ネットワークプロテクタ→ネットワーク母線の順。ネットワークプロテクタはプロテクタヒューズ＋プロテクタ遮断器＋電力方向継電器で構成され、特別高圧配電線の単一故障時でも無停電で供給できます。

平成23年度 電力科目 A問題12：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。

出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成23年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題12

電験3種 電力科目 【配電】 平成23年度 A問題12

　次の文章は、スポットネットワーク方式に関する記述である。

　スポットネットワーク方式は、ビルなどの需要家が密集している大都市の供給方式で、一つの需要家に(ア)回線で供給されるのが一般的である。

　機器の構成は、特別高圧配電線から断路器、(イ)及びネットワークプロテクタを通じて、ネットワーク母線に並列に接続されている。

　また、ネットワークプロテクタは、(ウ)、プロテクタ遮断器、電力方向継電器で構成されている。

　スポットネットワーク方式は、供給信頼度の高い方式であり、(エ)の単一故障時でも無停電で電力を供給することができる。

　上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)
(1)	1	ネットワーク変圧器	断路器	特別高圧配電線
(2)	3	ネットワーク変圧器	プロテクタヒューズ	ネットワーク母線
(3)	3	遮断器	プロテクタヒューズ	ネットワーク母線
(4)	1	遮断器	断路器	ネットワーク母線
(5)	3	ネットワーク変圧器	プロテクタヒューズ	特別高圧配電線

答えは(5)：3・ネットワーク変圧器・プロテクタヒューズ・特別高圧配電線

回線数・機器の順序・保護装置の中身・信頼度の順に問われています。

空欄	正解	なぜそうなるか
★(ア)	★★3	★★3回線受電が一般的
★(イ)	★★ネットワーク変圧器	★★断路器の次は変圧器
★(ウ)	★★プロテクタヒューズ	★★プロテクタの構成要素の1つ
★(エ)	★★特別高圧配電線	★★電源側の1回線停止には強い

なぜ3回線なのか

回線数	1回線停止時に残る回線	1台あたり必要な容量
★2回線	★★1回線	★★全負荷の100％
★★3回線	★★2回線	★★全負荷の50％
★4回線	★★3回線	★★全負荷の33％

1回線が止まっても全負荷をまかなえる必要があります——これをN−1基準といいます。

2回線だと、1台で全部を背負うことになります——変圧器が大きくなりすぎるのです。

3回線なら、1台あたり全負荷の半分で足ります——設備が現実的な大きさに収まるのです。

4回線にしても、費用が増えるわりに効果が薄い——だから3回線が標準になっています。

「単一故障」という言葉の意味

故障の起き方	スポットネットワークでは
★★特別高圧配電線の1回線が故障	★★無停電で供給を続けられる
★★ネットワーク変圧器の1台が故障	★★同じく無停電で続けられる
★2回線が同時に故障	★★残り1回線では容量が足りない恐れ
★★ネットワーク母線が故障	★★受電できず全停電

単一故障とは、1か所だけが壊れる場合のことです——そこまでは必ず守るのが設計方針。

問題文が「特別高圧配電線の単一故障時でも」と限定しているのはそのためです。

母線の故障は、この方式でも守れません——全回線が集まる唯一の共通部分だから。

だから(エ)はネットワーク母線ではなく特別高圧配電線です。

機器の並び順は令和2年度 A問題13（配電：スポットネットワーク方式）で詳しく問われています。

4段構成の役割分担

段	機器	担う役目
★1段目	★★断路器	★★保守のときに確実に切り離す
★2段目	★★ネットワーク変圧器	★★特別高圧を低圧に落とす
★3段目	★★ネットワークプロテクタ	★★故障回線を自動で切り離す
★4段目	★★ネットワーク母線	★★全回線を並列にして負荷へ配る

それぞれの段に、はっきりした役目があります——だから順序が決まるのです。

切り離す・落とす・守る・配る、という流れです——覚えやすいのです。

(イ)は2段目なので、ネットワーク変圧器になります。

電力方向継電器が判断すること

電力の向き	意味	プロテクタの動作
★変圧器→母線	★★正常に受電している	★★閉じたまま
★★母線→変圧器	★★その回線が故障している	★★遮断器を開く

正常なら、電力は変圧器から母線へ流れます——受電しているのだから当然です。

その回線が故障すると、逆向きに流れ込みます——ほかの回線から回り込むのです。

向きが逆になったら切り離す、という単純な判断です。

大都市の需要家が密集する地域

条件	大都市中心部の事情
★負荷密度	★★1棟で数千キロワットを使う
★配電線	★★特別高圧の地中配電系統が整備されている
★停電の損害	★★エレベータ・空調・情報機器が止まる
★用地	★★受電設備を置く場所が限られる

需要家が密集しているので、地中配電が整備されています——だから3回線を引けるのです。

郊外では、そもそも複数回線を引く配電網がありません——この方式が使えないのです。

問題文が「大都市の供給方式」と書いているのはそのためです。

並列に接続するということ

	正常時	1回線が停止
★母線への供給	★★3台の変圧器すべてから	★★残り2台から
★母線の電圧	★★保たれている	★★保たれたまま
★負荷から見て	★★変化なし	★★何も起きていないように見える

母線で並列につないでいるから、切替が要りません——残った回線がそのまま支えるのです。

だから瞬時の停電も起きません——(エ)の「無停電」の意味です。

スポットネットワークの問題で問われること

論点	押さえること	出題例
★回線数	★★3回線	★★本問の(ア)
★機器の順序	★★断路器→変圧器→プロテクタ→母線	★★令和2年度
★プロテクタの構成	★★ヒューズ・遮断器・電力方向継電器	★★本問の(ウ)
★弱点	★★母線故障では受電できない	★★平成27年度

問われるのはこの4点にほぼ限られます——だから覚える価値が高いのです。

本問は前の3点を1問で確かめています——基本の確認です。

4点をまとめて押さえておけば、どの年度でも対応できます。

断路器から母線までを一息で言う

順	機器	ひとことで
★1	★★断路器	★★切り離す
★2	★★ネットワーク変圧器	★★落とす
★3	★★ネットワークプロテクタ	★★守る
★4	★★ネットワーク母線	★★配る

「切り離す・落とす・守る・配る」の4語で順序が出ます——暗記が楽になるのです。

(イ)は2番目なので「落とす」＝ネットワーク変圧器です。

この4語は令和2年度の並び順の問題にもそのまま使えます。

信頼度を高める3つの工夫

工夫	内容	効果
★★複数回線から受電	★★3回線を同時に使う	★★1回線が止まっても続く
★★母線で並列にする	★★変圧器の二次側を1本にまとめる	★★切替が要らない
★★自動で切り離す	★★プロテクタが逆電力を検出する	★★人の操作が要らない

3つがそろって初めて無停電が実現します——どれか1つでは足りないのです。

だから機器の構成も決まった形になります——本問の(イ)(ウ)がその一部です。

費用は高くなりますが、大口需要家なら見合います。

まとめ

(ア)	3（回線受電）
(イ)	ネットワーク変圧器
(ウ)	プロテクタヒューズ
(エ)	特別高圧配電線（の単一故障で無停電）
答え	(5)

▼あわせて解きたい関連問題
・スポットネットワークの順序（配電18）：【電力】令和2年度 A問題13
・ネットワーク方式の特徴（配電27）：【電力】平成27年度 A問題12