配電30【電験3種 電力】真空遮断器は真空バルブ・ベローズ・騒音小・低電圧系統！平成25年度 A問題7 完全解説

今回は平成25年度 電力科目 A問題7、真空遮断器（VCB）の構造や特徴の空欄補充問題です。開閉電極の密閉構造・可動電極の機構・騒音・適用電圧と、真空遮断器の要点が問われます。

4つの空欄：開閉電極は真空バルブ内に密閉され、可動電極が動作しても真空を保つベローズで構成。空気遮断器より動作時の騒音が小さく小形軽量で、ガス遮断器と比べると電圧が低い系統（高圧・配電）で広く使われます。

平成25年度 電力科目 A問題7：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25年度 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題7

電験3種 電力科目 【配電】 平成25年度 A問題7

　次の文章は、真空遮断器の構造や特徴に関する記述である。

　真空遮断器の開閉電極は、(ア)内に密閉され、電極を開閉する操作機構、可動電極が動作しても真空を保つ(イ)、回路と接続する導体などで構成されている。

　電路を開放した際に発生するアーク生成物は、真空中に拡散するが、その後、絶縁筒内部に付着することで、その濃度が下がる。

　真空遮断器は、空気遮断器と比べると動作時の騒音が(ウ)、機器は小形軽量である。また、真空遮断器は、ガス遮断器と比べると電圧が(エ)系統に広く使われている。

　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)	真空バルブ	ベローズ	小さく	高い
(2)	パッファシリンダ	ベローズ	大きく	高い
(3)	真空バルブ	ベローズ	小さく	低い
(4)	パッファシリンダ	ブッシング変流器	小さく	高い
(5)	真空バルブ	ブッシング変流器	大きく	低い

答えは(3)：真空バルブ・ベローズ・小さく・低い

真空遮断器の構造と特徴が、そのまま問われています。

空欄	正解	なぜそうなるか
★(ア)	★★真空バルブ	★★電極を真空容器に密閉する
★(イ)	★★ベローズ	★★蛇腹で気密を保ちつつ電極を動かす
★(ウ)	★★小さく	★★空気を噴出しないので静か
★(エ)	★★低い	★★超高圧はガス遮断器の領分

真空でアークが消える理由

段階	起きること
①	★電極が離れ、アークが発生する
★②	★★電極の金属が蒸発して金属蒸気になる
★③	★★その蒸気がアークを支える
★④	★★電流ゼロ点で蒸気が真空中へ一気に拡散する
★⑤	★★絶縁が急速に回復してアークが消える

真空にはアークを支えるものがありません——電子や分子がないから。

だから電流がゼロになった瞬間、一気に絶縁が戻ります——これが真空遮断器の強みです。

アーク生成物は絶縁筒の内側に付着します——濃度が下がって消弧が進むのです。

消弧のための媒体を補給する必要がありません——だから保守が楽なのです。

ベローズという部品

	内容
★形	★★蛇腹（じゃばら）状の金属筒
★役目	★★真空を保ったまま可動電極を動かす
★なぜ必要か	★★軸が貫通すると真空が破れる
★寿命	★★繰り返し伸縮するので開閉回数に限りがある

真空容器の中の電極を、外から動かす必要があります——けれども軸を通せば真空が漏れるのです。

そこで蛇腹を使って、伸び縮みで動きを伝えます——密閉したまま動かせるのです。

この発想が真空遮断器を成り立たせています——だから空欄になりやすいのです。

遮断器の消弧方式は変電の問題（変電：遮断器の消弧方式）で扱っています。

遮断器の種類と使い分け

消弧の方法で分類されます。

種類	消弧の方法	主な適用電圧	現状
★★真空遮断器（VCB）	★★真空中への拡散	★★高圧〜特別高圧	★★配電の主力
★★ガス遮断器（GCB）	★★SF6ガスの吹き付け	★★超高圧	★★送電の主力
★空気遮断器（ABB）	★圧縮空気の吹き付け	★高圧〜超高圧	★★騒音が大きく減少
★油遮断器（OCB）	★油の分解ガス	★高圧	★★火災の危険でほぼ使われない

現在は真空遮断器とガス遮断器の2つが主流です——電圧で棲み分けているのです。

配電用変電所や需要家の高圧受電設備は真空遮断器——小形で保守が楽だから。

超高圧の変電所はガス遮断器——高い絶縁耐力が要るから。

空気遮断器と油遮断器は姿を消しつつあります——騒音と火災の問題があるためです。

真空遮断器の短所

良いことばかりではありません。

短所	内容	対策
★★開閉サージ	★★消弧能力が高すぎて電流を無理に切り、高い電圧が出る	★★サージ吸収装置を付ける
★真空の維持	★★真空度が下がると遮断できない	★定期的に真空度を点検する
★ベローズの寿命	★★伸縮の繰り返しで疲労する	★開閉回数を管理する

真空遮断器は、電流を切る力が強すぎることがあります——ゼロ点を待たずに切ってしまうのです。

すると電流の急変で高い電圧が発生します——これが開閉サージです。

とりわけ電動機やモールド変圧器では注意が要ります——絶縁を傷めることがあるから。

だからサージ吸収装置を組み合わせて使います——短所を知って使うのが実務です。

高圧受電設備での真空遮断器

工場やビルの受電設備で、中心となる機器です。

機器	役目	事故電流を切れるか
★★真空遮断器（VCB）	★★短絡・地絡事故の電流を遮断する	★★切れる
★高圧交流負荷開閉器（LBS）	★負荷電流の開閉のみ	★★切れない（ヒューズと組む）
★断路器（DS）	★★無電流状態で回路を切り離す	★★切れない
★高圧カットアウト（PC）	★変圧器の保護と開閉	★ヒューズが溶断する

事故電流を切れるのは遮断器だけです——そこが他の機器との決定的な違い。

断路器は電流が流れていないときにしか開けません——開けるとアークが持続して危険だから。

だから断路器を開く前に、必ず遮断器を開きます——操作の順序が決まっているのです。

負荷開閉器はヒューズと組み合わせて事故に備えます——小容量なら遮断器より安いのです。

真空遮断器はその中で、最も確実な保護を担います——だから重要な回路に使うのです。

アーク生成物が絶縁筒に付く意味

問題文にある一文にも、ちゃんと理由があります。

段階	起きること	結果
★①	★★電極から金属蒸気が出る	★アークが支えられる
★②	★★蒸気が真空中へ拡散する	★★濃度が急に下がる
★③	★★絶縁筒の内側に付着する	★★空間から取り除かれる
★④	★★電極間の絶縁が回復する	★★遮断が完了する

金属蒸気が残っていると、電流が流れ続けます——だから取り除く必要があるのです。

真空中では、蒸気が一気に広がって薄くなります——ぶつかる相手がいないから。

その蒸気が筒の内側に付いて、空間から消えます——これが速い消弧の秘密です。

付着した金属は絶縁筒を汚しますが、内部の形を工夫して絶縁を保ちます——シールドを設けるのです。

だから遮断の速さと、繰り返しの信頼性が両立します——よくできた機器なのです。

空欄補充で確実に得点するために

ダミーの語がどこの部品かを知っていれば、消去法が効きます。

ダミーの語	本当はどこの部品か
★パッファシリンダ	★★ガス遮断器の消弧室（ガスを圧縮して吹き付ける）
★ブッシング変流器	★★遮断器などのブッシングに組み込む計器用変流器

どちらも実在する部品ですが、真空遮断器のものではありません——だから消せるのです。

パッファとは「吹き付ける」という意味です——真空には吹き付けるガスがないのです。

選択肢を見ると、(ア)が真空バルブなのは3つ——そこで2つに絞れます。

あとは(ウ)の騒音か(エ)の電圧のどちらかを決めれば答えが出ます——全部が分からなくても正解できるのです。

まとめ

(ア)	真空バルブ（電極を密閉）
(イ)	ベローズ（可動電極の気密）
(ウ)	小さく（空気遮断器より騒音）
(エ)	低い（ガス遮断器より適用電圧）
答え	(3)

▼あわせて解きたい関連問題
・遮断器の消弧方式（変電27）：【電力】平成28年度 A問題7
・配電線路の開閉器類（配電9）：【電力】令和5年度上期 A問題6