今回は平成27年度 電力科目 A問題7、避雷器とその役割に関する空欄補充問題です。過電圧の抑制・続流の遮断という基本動作に加え、発変電所用と配電用でのギャップの有無、そして絶縁協調という設計思想まで問われます。
押さえどころは2つ。①避雷器は過電圧を抑制し放電後の続流を遮断する。②発変電所用はギャップレス、配電用は直列ギャップ付きが主流。そして機器の絶縁強度を経済的・合理的に設計することを絶縁協調と呼びます。
(ウ)(エ) ギャップの使い分け
本問の特徴は、発変電所用と配電用を対比させている点です。
| ★発変電所用 | ★配電用 | |
| ★形式 | ★ギャップレス | ★直列ギャップ付き |
| ★重視すること | ★確実な保護・放電遅れのなさ | ★経済性・耐久性 |
| ★守る対象 | ★高価で交換が難しい変圧器 | ★柱上変圧器など |
| ★数量 | ★少ない | ★きわめて多い |
どちらも酸化亜鉛素子を使いますが、ギャップの有無が違います。
なぜ配電用にはギャップを付けるのでしょうか——素子の劣化を防ぐためです。
配電線は本数が多く、雷も汚損も受けやすい——常時わずかに電流が流れると素子が劣化します。
ギャップで切り離しておけば、平常時は完全に無電流——寿命が延びます。
発変電所用は数が少なく点検もできるので、確実さを優先してギャップレス——用途に応じた設計だと言えます。
平成27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27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 【変電】 平成27年度 A問題7
避雷器とは、大地に電流を流すことで雷又は回路の開閉などに起因する(ア)を抑制して、電気施設の絶縁を保護し、かつ、(イ)を短時間のうちに遮断して、系統の正常な状態を乱すことなく、原状に復帰する機能をもつ装置である。避雷器には、炭化けい素(SiC)素子や酸化亜鉛(ZnO)素子などが用いられるが、性能面で勝る酸化亜鉛素子を用いた酸化亜鉛形避雷器が、現在、電力設備や電気設備で広く用いられている。なお、発変電所用避雷器では、酸化亜鉛形(ウ)避雷器が主に使用されているが、配電用避雷器では、酸化亜鉛形(エ)避雷器が多く使用されている。電力系統には、変圧器をはじめ多くの機器が接続されている。これらの機器を異常時に保護するための絶縁強度の設計は、最も経済的かつ合理的に行うとともに、系統全体の信頼度を向上できるよう考慮する必要がある。これを(オ)という。このため、異常時に発生する(ア)を避雷器によって確実にある値以下に抑制し、機器の保護を行っている。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)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。
次の文章は、避雷器とその役割に関する記述である。空白箇所(ア)〜(オ)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) (オ) (1) 過電圧 続流 ギャップレス 直列ギャップ付き 絶縁協調 (2) 過電流 電圧 直列ギャップ付き ギャップレス 電流協調 (3) 過電圧 電圧 直列ギャップ付き ギャップレス 保護協調 (4) 過電流 続流 ギャップレス 直列ギャップ付き 絶縁協調 (5) 過電圧 続流 ギャップレス 直列ギャップ付き 保護協調
(ア)(イ) 避雷器が処理する2つのもの
| 処理するもの | 内容 | 動作 |
| ★過電圧 | ★雷や開閉によるサージ | ★大地へ放電して抑制する |
| ★続流 | ★サージ通過後の商用周波電流 | ★短時間で遮断する |
抑えるのは電圧、遮断するのは電流——2つの働きがあります。
「過電流」ではありません——避雷器は電流を抑える装置ではないのです。
むしろ大電流をあえて流して、電圧を下げます——発想が逆だと言えます。
続流を遮断できなければ、地絡状態が続きます——問題文の「原状に復帰する機能」がそれです。
(オ) 絶縁協調という設計の考え方
問題文が定義を丁寧に書いています——「最も経済的かつ合理的に」という部分が要点です。
| 対象 | 絶縁強度の順 | 考え方 |
| ★避雷器 | ★最も低い | ★真っ先に動作させる |
| ★変圧器など | ★制限電圧より高く | ★守られる側 |
| ★がいし・気中ギャップ | ★最も高い | ★復旧しやすい部分は例外的に低くすることも |
すべてを最高強度にすれば安全ですが、費用が跳ね上がります——だから段階をつけるのです。
避雷器を最も弱くしておけば、そこで受け止められる——他の機器は無傷で済みます。
「保護協調」は継電器の動作順序を決める別の概念——絶縁の話なら絶縁協調です。
「電流協調」という用語は存在しません——もっともらしい造語になります。
⚠️ よくある間違い
(ア)を「過電流」としてしまう——選択肢(2)(4)がそれです。避雷器が抑えるのは電圧。
(イ)を「電圧」としてしまう——選択肢(2)(3)。短時間で遮断するのは続流という電流です。
(ウ)(エ)を入れ替えてしまう——選択肢(2)(3)。発変電所用がギャップレス、配電用が直列ギャップ付き。
(オ)を「保護協調」としてしまう——選択肢(3)(5)。絶縁強度の話なので絶縁協調です。
(オ)を「電流協調」としてしまう——選択肢(2)。存在しない用語。
(ア)と(オ)の2欄で(1)に確定できます。
⏱️ 本番での進め方
①★抑えるのは過電圧、遮断するのは続流。
②★発変電所用＝ギャップレス、配電用＝直列ギャップ付き。
③★配電用にギャップを付けるのは素子の劣化を防ぐため。
④★絶縁強度の話なので絶縁協調。電流協調は存在しない。
💡 覚え方
「大事な変圧器にはギャップレス、数の多い配電用にはギャップ付き」——確実さと経済性の使い分けです。抑えるのは電圧、遮断するのは電流——2つの働きを混同しないことになります。
特性要素と続流は令和2年度 A問題9（変電：避雷器）、制限電圧は平成23年度 A問題10（変電：発変電所用避雷器）にあります。
配電用避雷器の実際
(エ)の配電用避雷器は、電柱の上に取り付けられています。
| 項目 | 配電用避雷器 |
| ★取付場所 | ★柱上変圧器の近く・支線の引留箇所 |
| ★定格電圧 | ★8.4 kV 前後 |
| ★公称放電電流 | ★2.5 kA |
| ★数量 | ★全国で数百万台 |
数が多いので、1台あたりの費用と寿命が重要になります——だからギャップを付けて素子を守るのです。
屋外で雨風にさらされ、点検も頻繁にはできません——耐久性が最優先になります。
避雷器が壊れたらどうなるか
避雷器の故障は、短絡状態になることが多いのです。
そのまま放置すると、系統が地絡し続けます——だから切り離す仕組みが要ります。
| 仕組み | 働き |
| ★分離装置（ディスコネクタ） | ★故障時に接地線を切り離す |
| ★外れた表示 | ★地上から見て故障が分かる |
切り離せば、系統は正常に戻ります——避雷器としての機能は失われますが、停電は防げるのです。
垂れ下がった接地線が、故障の目印になります——巡視で発見できる工夫です。
要点をもう一度
避雷器の機能と設計思想を、5つの空欄で問う形です。
| 空欄 | 答え | 要点 |
| (ア) | ★過電圧 | ★抑えるのは電圧 |
| (イ) | ★続流 | ★遮断するのは電流 |
| (ウ) | ★ギャップレス | ★発変電所用 |
| (エ) | ★直列ギャップ付き | ★配電用 |
| (オ) | ★絶縁協調 | ★絶縁強度の合理的な設計 |
(ア)と(オ)の2欄で(1)に確定します。
「電流協調」は存在しない用語——もっともらしい造語です。
酸化亜鉛素子が優れている点
| 炭化けい素（SiC） | ★酸化亜鉛（ZnO） | |
| ★非線形指数 | ★4〜6 | ★20〜50 |
| ★平常時の電流 | ★ミリアンペア級 | ★マイクロアンペア級 |
| ★制限電圧 | ★高め | ★低く抑えられる |
非線形指数が大きいほど、電圧の変化に鋭く反応します——ZnOはSiCの5倍以上です。
だから平常時にほとんど流れず、ギャップが要らない——問題文の「性能面で勝る」がこの点になります。
避雷器と接地の関係
避雷器はサージを大地へ流します——接地抵抗が大きいと働きません。
★100 kV も上がる
| 接地抵抗 | 10 kA 流したとき | 評価 |
| ★1 Ω | ★10 kV | ★良好 |
| ★10 Ω | ★100 kV | ★不十分 |
| ★100 Ω | ★1,000 kV | ★保護にならない |
制限電圧を低く抑えても、接地点の電位が上がれば意味がない——機器にかかるのは両者の差だからです。
だから変電所では接地網を敷いて抵抗を下げます——数オーム以下が目標です。
避雷器・接地・機器の絶縁は一体で設計する——それが(オ)の絶縁協調になります。
配電線では接地抵抗を下げにくい——電柱1本ごとの接地では限界があるのです。
まとめ
| (ア) | 雷・開閉に起因する過電圧を抑制 |
| (イ) | 放電後の続流を短時間で遮断 |
| (ウ) | 発変電所用＝酸化亜鉛形ギャップレス |
| (エ) | 配電用＝酸化亜鉛形直列ギャップ付き |
| (オ) | 絶縁強度の経済的設計＝絶縁協調→(1) |
▼あわせて解きたい関連問題
・避雷器の特性要素と動作（変電2）：【電力】令和7年度下期 A問題6
・避雷器の空欄補充（変電19）：【電力】令和2年度 A問題9
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