配電4【電験3種 電力】非接地で地絡電流を小さく・DGRは逆位相・高圧カットアウトは一次側！令和6年度下期 A問題9 完全解説

今回は令和6年度下期 電力科目 A問題9、我が国の高低圧配電系統の保護に関する空欄補充問題です。6.6kV非接地方式の目的、多回線での地絡方向継電器、柱上変圧器の保護装置と、配電保護の基本が一通り問われます。

ストーリーで覚えましょう：6.6kV配電は絶縁が容易で健全相電圧上昇が問題にならず、1線地絡電流を小さくするため非接地方式を採用。多回線では故障線と健全線の地絡電流が逆位相になるのを利用して地絡方向継電器で故障回線を選択。保護装置の高圧カットアウトは柱上変圧器の一次側に付けます。

出題のポイント：6.6 kV配電系統の保護

非接地方式で地絡電流を小さくし、地絡電流の逆位相から故障方向を判定します。低圧側短絡は一次側の高圧カットアウトで保護します。

令和6年度下期 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。

出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和6年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題9

電験3種 電力科目 【配電】 令和6年度下期 A問題9

　次の文章は、我が国の高低圧配電系統における保護について述べた文章である。

　6.6kV高圧配電線路は、60kV以上の送電線路や送電用変圧器に比べ、電線路や変圧器の絶縁が容易であるため、故障時に健全相の電圧上昇が大きくなっても特に問題にならない。また、1線地絡電流を(ア)するため(イ)方式が採用されている。

　一般に、多回線配電線路では地絡保護に地絡方向継電器が用いられる。これは、故障時に故障線路と健全線路における地絡電流が(ウ)となることを利用し、故障回線を選択するためである。

　低圧配電線路で短絡故障が生じた際の保護装置として(エ)が挙げられるが、これは、通常、柱上変圧器の(オ)側に取り付けられる。

　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。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	小さく	非接地	同位相	高圧カットアウト	二次
(2)	大きく	接地	逆位相	ケッチヒューズ	一次
(3)	大きく	非接地	逆位相	高圧カットアウト	二次
(4)	小さく	非接地	逆位相	高圧カットアウト	一次
(5)	小さく	接地	同位相	ケッチヒューズ	一次

地絡と低圧短絡の保護

高圧の接地方式から低圧の保護まで、順に降りていきます。

空欄	正解	なぜそうなるか
★(ア)	★★小さく	★★地絡電流は抑えたい
★(イ)	★★非接地	★★対地静電容量経由でしか流れない
★(ウ)	★★逆位相	★★故障回線だけ向きが逆
★(エ)	★★高圧カットアウト	★★内蔵ヒューズで守る
★(オ)	★★一次	★★柱上変圧器の高圧側

5つの空欄と選択肢照合

	高圧カットアウト	ケッチヒューズ
★付く場所	★★柱上変圧器の一次側（高圧）	★★低圧引込線の分岐点（低圧）
★守る範囲	★★変圧器内部と低圧配電系統	★★その1本の引込線だけ
★問題文との対応	★★「低圧配電線路の短絡」に合う	★★引込線の話ではない

問題文は「低圧配電線路で短絡故障が生じた際」と書いています——引込線ではなく配電線路です。

低圧配電線路の短絡は、柱上変圧器を通して一次側に現れます——だから高圧カットアウトが働くのです。

ケッチヒューズは、そのさらに下流の引込線を守ります——範囲が違うのです。

「どこの短絡か」を読み分ければ、選択肢が絞れます。

非接地方式の地絡電流の大きさを決めるもの

要因	大きくなると	地絡電流
★★線路のこう長	★★長いほど対地静電容量が大きい	★★大きくなる
★★ケーブルの割合	★★多いほど静電容量が大きい	★★大きくなる
★系統電圧	★★高いほど充電電流が大きい	★★大きくなる

地絡電流は、健全2相の対地静電容量を通って流れます——だから静電容量の大きさで決まるのです。

架空線だけなら数アンペア、ケーブルが多いと数十アンペア——それが「数〜数十」の幅です。

都市部で地中化が進むと、地絡電流も増えていきます——非接地の限界に近づくのです。

だから22 kV 配電では抵抗接地に切り替えます——線路が長く静電容量が大きいから。

★この問題は平成29年度 A問題12とまったく同一です（配電：高低圧配電系統の保護（H29））。選択肢の並びが違うだけです。

零相変流器が微小電流を捉えるしくみ

状態	3線の電流の和	ZCTの出力
★平常時	★★ゼロ（打ち消し合う）	★★何も出ない
★★一線地絡時	★★地絡電流の分だけ残る	★★数アンペアでも検出できる

3線をまとめて1つの鉄心に通します——だから差だけが現れるのです。

負荷電流が何百アンペアあっても、和はゼロです——だから微小な地絡電流が見えるのです。

1線ずつ測っていては、数アンペアの差は埋もれてしまいます——そこが工夫のしどころです。

なぜ高圧側で低圧の短絡を守れるのか

段階	起きること
①	★低圧配電線路で短絡が起きる
★②	★★二次側に大きな短絡電流が流れる
★③	★★変圧器を通して一次側にも過電流が現れる
★④	★★高圧カットアウトのヒューズが溶断する
★⑤	★★その変圧器だけが切り離される

変圧器は電流も巻数比で変換します——二次側の異常が一次側に現れるのです。

だから一次側のヒューズで、二次側の事故を守れます——(オ)が一次である理由です。

非接地方式が抱える弱点

弱点	内容	対処
★★健全相の電圧上昇	★★対地電圧が√3倍になる	★★絶縁に余裕をもたせる
★★地絡の検出が難しい	★★電流が小さく負荷電流に埋もれる	★★零相変流器と方向継電器
★間欠地絡	★★つながったり離れたりして異常電圧が出る	★★早期の除去

利点だけの方式はありません——弱点を工夫で補っているのです。

問題文の冒頭が「絶縁が容易」と断っているのは、1つ目の弱点を許容できるからです。

2つ目の弱点への答えが、(ウ)の地絡方向継電器です。

60 kV 以上の送電線と何が違うのか

	6.6 kV 配電線	60 kV 以上の送電線
★絶縁の費用	★★安い	★★高い
★√3倍の影響	★★11.4 kV で済む	★★大きな負担になる
★選ぶ接地方式	★★非接地	★★抵抗接地・直接接地
★重視すること	★★地絡電流を小さく	★★電圧上昇を小さく

電圧が高いほど、絶縁の費用が跳ね上がります——だから電圧上昇を抑えたいのです。

配電では逆に、地絡電流を抑えることを優先します——人の近くを通るから。

この対比が、問題文の冒頭に書かれています。

配電の保護を1枚で見る

位置	守る事故	装置
★変電所の引出口	★★高圧配電線の短絡	★★過電流継電器＋遮断器
★変電所の引出口	★★高圧配電線の地絡	★★地絡方向継電器＋遮断器
★柱上変圧器の一次側	★★変圧器内部・低圧側の短絡	★★高圧カットアウト
★低圧引込線の分岐点	★★引込線の短絡	★★ケッチヒューズ

本問の(エ)(オ)は、この表の3行目にあたります——低圧側の短絡を一次側で守るのです。

ケッチヒューズは4行目で、範囲が違います——だからダミーなのです。

地絡方向継電器の整定

整定項目	意味
★零相電流の動作値	★★これ以上の電流で動作する
★零相電圧の動作値	★★これ以上の電圧で動作を許す
★位相特性	★★どの位相範囲を構内事故と判定するか

電流と電圧の両方が条件を満たして初めて動作します——だから不要動作しにくいのです。

位相で構内か構外かを判別します——それが(ウ)の逆位相の話です。

地絡電流が小さいことの利点

利点	内容
★★人への危険が小さい	★★地絡点に流れる電流が小さい
★★通信障害が小さい	★★電磁誘導が少ない
★★混触時の電圧上昇を抑えやすい	★★B種接地に流れる電流が小さい
★設備が簡単	★★接地変圧器や抵抗器が要らない

配電線は住宅街や商店街を通ります——だから地絡電流を小さく保ちたいのです。

それが(ア)の「小さく」の理由です——目的がはっきりしているのです。

まとめ

(ア)	小さく（非接地で地絡電流を抑える）
(イ)	非接地（6.6kV配電）
(ウ)	逆位相（DGRの原理）
(エ)	高圧カットアウト（PC・ヒューズ内蔵）
(オ)	一次（柱上変圧器の高圧側）
答え	(4)

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