変電35【電験3種 電力】補償リアクトルは接地抵抗器と並列！「直列」が誤り＝(5) 平成23年度 A問題8 完全解説

今回は平成23年度 電力科目 A問題8、受変電設備や送配電設備に設置されるリアクトルについて誤っているものを選ぶ問題です。分路・限流・直列・消弧・補償——5種類のリアクトルの役割と接続方法を一気に整理できます。

ねらいは補償リアクトルの接続方法。中性点接地抵抗器とは並列に入れるのが正しく、直列では接地抵抗器の働きが変わってしまいます。なお分路リアクトルは誘導性なので遅れ無効電力を吸収し、その結果として線路の対地静電容量が生む進み無効電力を打ち消して電圧上昇を抑えます——(1)の記述は正しいのです。

平成23年度 電力科目 A問題8：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8

電験3種 電力科目 【変電】 平成23年度 A問題8

　受変電設備や送配電設備に設置されるリアクトル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。

分路リアクトルは、電力系統から遅れ無効電力を吸収し、系統の電圧調整を行うために設置される。母線や変圧器の二次側・三次側に接続し、負荷変動に応じて投入したり切り離したりして使用される。
限流リアクトルは、系統故障時の故障電流を抑制するために用いられる。保護すべき機器と直列に接続する。
電力用コンデンサに用いられる直列リアクトルは、コンデンサ回路投入時の突入電流を抑制し、コンデンサによる高調波障害の拡大を防ぐことで、電圧波形のひずみを改善するために設ける。コンデンサと直列に接続し、回路に並列に設置する。
消弧リアクトルは、三相電力系統において送電線路にアーク地絡を生じた場合、進相電流を補償し、アークを消滅させ、送電を継続するために用いられる。三相変圧器の中性点と大地間に接続する。
補償リアクトル接地方式は、66kVから154kVの架空送電線において、対地静電容量によって発生する地絡故障時の充電電流による通信機器への影響を抑制するために用いられる。中性点接地抵抗器と直列に補償リアクトルを接続する。

誤りは(5)：補償リアクトルは並列に入れる

「中性点接地抵抗器と直列に補償リアクトルを接続する」——並列が正しいです。

	★直列に入れると	★並列に入れると
★抵抗の働き	★リアクタンスが加わり性質が変わる	★そのまま残る
★充電電流の補償	★できない	★★遅れ電流で打ち消せる

抵抗は地絡電流を抑え、リレーが検出できる大きさに保ちます——その働きを残したいのです。

補償リアクトルは、対地静電容量による進み電流を打ち消します——別の役目です。

2つの役目を両立させるには、並列にするしかない——直列では抵抗の性質が変わってしまうから。

ケーブル系統では対地静電容量が大きく、充電電流が無視できません——だから補償が必要になるのです。

5種類のリアクトルを整理する

名前が似ていますが、接続と目的がすべて違います。

リアクトル	接続	目的
★分路リアクトル	★線路と並列	★遅れ無効電力を吸収し電圧を下げる
★限流リアクトル	★機器と直列	★故障電流を抑制する
★直列リアクトル	★コンデンサと直列（回路には並列）	★突入電流と高調波を抑える
★消弧リアクトル	★中性点と大地の間	★アーク地絡を自然消滅させる
★補償リアクトル	★中性点接地抵抗器と並列	★充電電流を補償する

「並列」と「直列」を取り違えると、まったく別の機器になります——そこが本問の要点です。

(3)の直列リアクトルだけは、両方の言葉が出てきます——コンデンサとは直列、回路には並列。

問題文がそれを正確に書き分けています——だから(3)は正しいのです。

(1)(2)(4) 残る3つ

(1) 分路リアクトル

軽負荷時の電圧上昇を抑えます——フェランチ効果への対策です。

母線や変圧器の三次側に接続します——負荷変動に応じて投入・開放するのです。

(2) 限流リアクトル

故障電流を抑えるために、あえてインピーダンスを足します。

系統が大きくなると短絡容量も増えます——遮断器の能力を超えることがあるのです。

そこで直列にリアクトルを入れて抑える——遮断器を更新するより安いことがあります。

(4) 消弧リアクトル

対地静電容量と並列共振させて、地絡電流をほぼゼロにします。

進相電流をリアクトルの遅れ電流で打ち消す——問題文の「進相電流を補償し」がそれです。

アークが自然に消えるので、送電を継続できます——中性点と大地の間に接続します。

調相設備としての分路リアクトルは平成24年度 A問題8（変電：調相設備）にあります。

限流リアクトルが必要になる場面

(2)の限流リアクトルは、系統の成長とともに要ります。

状況	短絡容量	遮断器
★系統が小さい	★小さい	★既設で足りる
★電源が増えた	★増える	★★能力を超える恐れ
★限流リアクトル設置	★抑えられる	★既設のまま使える

電源が増えるほど、短絡したときに流れる電流も増えます——供給できる力が強くなるからです。

遮断器の遮断容量を超えると、切れずに壊れます——重大事故につながるのです。

すべての遮断器を更新するのは費用がかさみます——だからリアクトルで電流のほうを抑える。

その代わり平常時にも電圧降下が生じます——そこが代償になります。

直列リアクトルの容量が6 ％ である理由

第5調波に対して誘導性になれば、共振が起きません——だから6 ％ が標準です。

4 ％ 未満だと第5調波で容量性のまま——高調波を拡大してしまうことになります。

要点をもう一度

接続の言葉を1つずつ確かめる問題です。

記述	リアクトル	接続	正誤
(1)	分路	母線・三次側に並列	正
(2)	限流	機器と直列	正
(3)	直列	コンデンサと直列・回路に並列	正
(4)	消弧	中性点と大地間	正
★(5)	★補償	★抵抗器と直列	★誤（並列）

5つのうち4つは接続が正しく書かれています——誤りは(5)の1語だけです。

なぜ並列でなければならないか

抵抗の役目は、地絡電流を適度な大きさに保つことです。

直列にリアクトルを入れると、合成インピーダンスが変わります——抵抗の性質が失われるのです。

並列なら、抵抗はそのまま働きます——リアクトルは別経路で充電電流を打ち消す。

2つの役目を独立に果たさせるには、並列しかない——それが答えの根拠になります。

分路リアクトルの設置場所

(1)が挙げる「母線や変圧器の二次側・三次側」を見ましょう。

設置場所	電圧	特徴
★変圧器の三次側	★22 kV 程度	★機器が作りやすく安価
★母線に直接	★66〜275 kV	★大容量だが高価

三次側につなげば、低い電圧の機器で済みます——絶縁の負担が小さいからです。

しかも変圧器を介して、高圧側の系統に効きます——効果は同じになります。

だから三巻線変圧器の三次側が定番の接続先——Y-Y-Δ の三次Δがそれです。

超高圧の長距離送電線では、母線に直接つなぐこともある——必要な容量が大きいからです。

消弧リアクトルの調整の難しさ

(4)の方式が新設されなくなった理由です。

変化	対地静電容量への影響	結果
★送電線の増設	★増える	★共振がずれる
★系統の切換	★つながる線路が変わる	★共振がずれる
★事故で1回線停止	★減る	★共振がずれる

共振させるには、リアクトルの値を静電容量に合わせます——その静電容量が変わってしまうのです。

ずれれば、地絡電流を打ち消しきれません——本来の効果が失われることになります。

だからタップを切り換えて追従させる必要がある——それが「調整が煩雑」の中身です。

系統が複雑になるほど、追従が難しくなります——抵抗接地のほうが扱いやすいのです。

まとめ

(1)分路リアクトル	遅れ無効電力を吸収・母線や三次側に並列→正しい
(2)限流リアクトル	故障電流抑制・機器と直列→正しい
(3)直列リアクトル	突入電流・高調波抑制→正しい
(4)消弧リアクトル	アーク地絡の進相電流補償→正しい
(5)補償リアクトル接地	接地抵抗器とは並列が正しい（直列は誤り）→答え

▼あわせて解きたい関連問題
・調相設備（変電33・分路リアクトルと進相コンデンサ）：【電力】平成24年度 A問題8
・調相設備と無効電力調整（変電3）：【電力】令和6年度下期 A問題6
・この年度の問題を通しで解く：電験3種 平成23年度 問題一覧（全4科目）