《電力》〈送電〉[H18:問3]交流回路における電力ケーブルの施設に関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，交流回路における電力ケーブル（特に単心ケーブル）の施設に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる語句を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。

電力ケーブルを施設する場合，金属シースは安全対策から接地しているが，接地の方式にはいくつかあり，それぞれ特徴がある。

単心ケーブルを施設する場合，シースを片端接地するとシース回路損は生じないが，他端には接地点からの距離に応じてシースと大地の間に$ \ \fbox {　（１）　} \ $が生じる。この大きさは基本的には$ \ \fbox {　（２）　} \ $と導体・シース間の相互インダクタンスから算出できる。この対策として，必要により避雷器等を設置することになる。

シースを複数箇所で接地する方式では，シース電位はほとんどないが，シース回路損が発生し，$ \ \fbox {　（３）　} \ $は低下することになるので注意が必要である。

長距離送電線では，単心ケーブルを何本もつなぎ合わせて必要こう長になるように施設する場合が多い。この場合，シース電位がほとんどなくシース回路損が低減できるように，ケーブル接続箱で，ある相のシースを他相のシースに接続する$ \ \fbox {　（４）　} \ $方式が採用されている。

シース電位低減策としては，接地方式のほか，三相単心ケーブルの配列を工夫したり，$ \ \fbox {　（５）　} \ $する方式もある.

〔問3の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　防　食　　　　　&（ロ）&　補助線ボンド　　　　　&（ハ）&　送電容量 \\[ 5pt ] &（ニ）&　ソリッドボンド　　　　　&（ホ）&　電位差　　　　　&（ヘ）&　ねん架 \\[ 5pt ] &（ト）&　冷　却　　　　　&（チ）&　進み電流　　　　　&（リ）&　インピーダンス \\[ 5pt ] &（ヌ）&　無効電力　　　　　&（ル）&　リアクタンス　　　　　&（ヲ）&　主回路電流 \\[ 5pt ] &（ワ）&　高調波　　　　　&（カ）&　遅れ電流　　　　　&（ヨ）&　クロスボンド \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電力ケーブルの接地方式等に関する問題です。
ケーブルには金属シースがあり，シース電位とシース電流が発生します。異なる$ \ 2 \ $つの課題をどのように調整するかが各方式の理解のカギとなります。

1.単心ケーブルにおける金属シース接地方式
単心ケーブルの金属シース接地方式には，主に片端接地，両端（多点）接地，クロスボンド接地，の$ \ 3 \ $つがあります。

①片端接地方式
ケーブルの一端のみを接地し，もう一端を開放する方式です。
シース誘起電圧が接地していない側の端部（開放端）で最も高くなります。長距離になるほど電圧が危険なレベルまで上昇するため，主に短距離の回線にしか適用できません。対策として開放端にサージシースプロテクタなどの避雷器を設置する場合もあります。一方，シース回路損は，シースが片側しか接地されておらずループ回路を形成しないため，シース電流が流れず非常に小さくなります。

②両端（ソリットボンド）接地方式
ケーブルの両端をそれぞれ接地する方式です。
シース誘起電圧が両端が大地に固定されることにより極めて低くなります。一方，シース回路損は大地間で閉回路が形成されてしまうため，シース電流が流れ大きくなります。シース回路損によりケーブルが発熱するため，主回路に流せる許容電流が低下し，連動して送電容量が低下してしまいます。

③クロスボンド接地方式
こう長の長い長距離のケーブル系統で採用される方式です。ケーブルを$ \ 3 \ $本の倍数に分割し，接続箱部分で各相の金属シースを入れ替えて接続し，ケーブルのシース部を絶縁接続して，図1のような回路を構成します。各区間で発生するシース誘起電圧の位相が$ \ 120^{\circ } \ $ずつずれるため，各相に流れるシース電流のベクトル和をほぼ零になります。
したがって，両端を接地してループ回路を形成してもシース電流を小さくすることができます。

2.送電線のねん架
図2に示すようにジャンパ線を用いて各相の電線の配置を変更し，対地への各相からの電気的影響をほぼ等しくする方法です。これにより，送電線各相の作用インダクタンスと作用静電容量が等しくなり，電磁誘導障害や静電誘導障害を防止することができます。

【解答】

(1)解答：ホ
題意より解答候補は，（ホ）電位差，（チ）進み電流，（ワ）高調波，（カ）遅れ電流，等になると思います。
ワンポイント解説「1.単心ケーブルにおける金属シース接地方式」の通り，片端接地においては接地点からの距離に応じてシースと大地の間に電位差が生じることになります。

(2)解答：ヲ
題意より解答候補は，（チ）進み電流，（リ）インピーダンス，（ル）リアクタンス，（ヲ）主回路電流，（カ）遅れ電流，等になると思います。
シースと大地の間の電位差は，主回路電流と導体・シース間の相互インダクタンスから$ \ j \omega MI \ $で算出できます。

(3)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）送電容量，（ヌ）無効電力，（ヲ）主回路電流，等になると思います。
ワンポイント解説「1.単心ケーブルにおける金属シース接地方式」の通り，シースを複数箇所で接地する方式では，シース電位はほとんど変化しませんが，シース回路損が発生し送電容量が低下することになります。

(4)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ロ）補助線ボンド，（ニ）ソリッドボンド，（ヨ）クロスボンド，になると思います。
ワンポイント解説「1.単心ケーブルにおける金属シース接地方式」の通り，長距離送電線において，シース電位がほとんどなくシース回路損が低減できるように，ケーブル接続箱で，ある相のシースを他相のシースに接続するクロスボンド方式が採用されています。

(5)解答：ヘ
題意より解答候補は，（イ）防食，（ヘ）ねん架，（ト）冷却，になると思います。
ワンポイント解説「2.送電線のねん架」の通り，シース電位低減策として効果的なのはねん架となります。