【問題】
【難易度】★★★★★（難しい）
次の文章は，系統保護のための距離リレーにおける，測距インピーダンスの基本的な特性に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。
距離リレーは，変圧器や送電線など電力設備の主保護リレー又は後備保護リレーとして，幅広く使用されている。図の場合の線間短絡距離リレー，あるいは\( \ 1 \ \)線地絡距離リレーが見る測距インピーダンス\( \ {\dot Z}_{\mathrm {r}} \ \)は，いずれも次式の形式で表現される。
\[
\begin{eqnarray}
{\dot Z}_{\mathrm {r}}&=&{\dot Z}_{\mathrm {1}}+{\dot Z}_{\mathrm {f}} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
上式右辺第\( \ 1 \ \)項\( \ {\dot Z}_{\mathrm {1}} \ \)は，リレー設置点から故障点までの正相インピーダンスである。右辺第\( \ 2 \ \)項の\( \ {\dot Z}_{\mathrm {f}} \ \)は，短絡距離リレーの場合は故障点抵抗を\( \ R_{\mathrm {f}} \ \)とするとき，この\( \ R_{\mathrm {f}} \ \)と図中の電流\( \ {\dot I}_{\mathrm {1}} \ \)，\( \ {\dot I}_{\mathrm {f}} \ \)を用いて\( \ \fbox { （１） } \ \)で表される。また地絡距離リレーの場合は，故障点抵抗に加え，故障回線及び健全回線の\( \ \fbox { （２） } \ \)に関係する変数で構成される。
これら距離リレーの適用にあたっては，健全相のリレーが見る\( \ {\dot Z}_{\mathrm {r}} \ \)の値\( \ {\dot Z}_{\mathrm {r0}} \ \)にも注意を払う必要がある。一部の健全相リレーの\( \ {\dot Z}_{\mathrm {r0}} \ \)は，故障点が\( \ \fbox { （３） } \ \)場合，\( \ {\dot Z}_{\mathrm {r0}} \ \)の\( \ \fbox { （４） } \ \)が小さくなる傾向にあり，\( \ \fbox { （５） } \ \)となって不要動作する可能性がある。
測距インピーダンスは，上記の短絡･地絡検出用途の他，\( \ \fbox { （６） } \ \)リレーにおいても用いられる。本リレーは，系統動揺時の\( \ \fbox { （７） } \ \)における\( \ RX \ \)平面上での測距インピーダンスの特徴を利用したものであり，その時間変化は\( \ \fbox { （８） } \ \)と呼ばれる。
〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）& インピーダンスレコード &（ロ）& R_{\mathrm {f}}\times \frac {{\dot I}_{\mathrm {1}}}{{\dot I}_{\mathrm {f}}} \\[ 5pt ]
&（ハ）& 抵抗成分 &（ニ）& リアクタンス成分 \\[ 5pt ]
&（ホ）& アンダーリーチ &（ヘ）& オーバーリーチ \\[ 5pt ]
&（ト）& R_{\mathrm {f}}\times \frac {{\dot I}_{\mathrm {f}}}{{\dot I}_{\mathrm {1}}} &（チ）& 電気的中心点近傍 \\[ 5pt ]
&（リ）& R_{\mathrm {f}}\times \left| \frac {{\dot I}_{\mathrm {f}}}{{\dot I}_{\mathrm {1}}}\right| ^{2} &（ヌ）& インピーダンスライン \\[ 5pt ]
&（ル）& 脱調分離 &（ヲ）& 需要中心点近傍 \\[ 5pt ]
&（ワ）& 零相及び逆相電流 &（カ）& 零相電流 \\[ 5pt ]
&（ヨ）& リレー設置点に近い &（タ）& インピーダンスローカス \\[ 5pt ]
&（レ）& 循環電流 &（ソ）& 脱調未然防止 \\[ 5pt ]
&（ツ）& リレー設置点から遠い && \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
【ワンポイント解説】
送電線の距離リレーに関連する内容の問題です。
かなり専門性が高く，一般の電験参考書には掲載のない内容です。
内容を深く理解したい場合には専門書や論文等を読む必要がありますが，電験対策としては概要と名称を押さえておけば十分と言えるでしょう。
1.距離継電器
距離継電器は系統の電圧，電流を測定して事故点までの距離を測定し，事故点が保護区間内にある場合に動作する継電器です。系統保護における主保護リレー又は後備保護リレーとして使用されています。
送電側の変電所に距離リレーを設置したときの例を図1に示します。
図1の\( \ \mathrm {F} \ \)点にて事故が発生したとすると，計器用変圧器\( \ \mathrm {VT} \ \)を介して変電所母線の電圧\( \ V \ \)，変流器\( \ \mathrm {CT} \ \)を介して送電線の電流\( \ I \ \)を測定し，そのインピーダンス\( \ Z \ \)が\( \ \displaystyle \frac {V}{I} \ \)で求められます。距離継電器はこのインピーダンス\( \ Z \ \)の大きさにより変電所から事故点までの距離に応じ，保護範囲であれば動作します。
距離リレーの保護範囲の方式にはリアクタンス形，モー形，インピーダンス形等があり，それぞれ\( \ RX \ \)平面上において図2に示すような特性を描き，正常動作がきちんとするように，また誤動作が発生しないように適切な特性を選択することになります。
【解答】
(1)解答：ト
題意より解答候補は，（ロ）\( \ \displaystyle R_{\mathrm {f}}\times \frac {{\dot I}_{\mathrm {1}}}{{\dot I}_{\mathrm {f}}} \ \)，（ト）\( \ \displaystyle R_{\mathrm {f}}\times \frac {{\dot I}_{\mathrm {f}}}{{\dot I}_{\mathrm {1}}} \ \)，（リ）\( \ \displaystyle R_{\mathrm {f}}\times \left| \frac {{\dot I}_{\mathrm {f}}}{{\dot I}_{\mathrm {1}}}\right| ^{2} \ \)，になると思います。
問題図より，故障点の電圧は\( \ R_{\mathrm {f}}{\dot I}_{\mathrm {f}} \ \)，リレーの測定する電流値が\( \ {\dot I}_{\mathrm {1}} \ \)なので，\( \ {\dot Z}_{\mathrm {f}} \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
{\dot Z}_{\mathrm {f}} &=& \frac {R_{\mathrm {f}}{\dot I}_{\mathrm {f}}}{{\dot I}_{\mathrm {1}}} \\[ 5pt ]
&=& R_{\mathrm {f}}\times \frac {{\dot I}_{\mathrm {f}}}{{\dot I}_{\mathrm {1}}} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
で求められます。
(2)解答：カ
題意より解答候補は，（ワ）零相及び逆相電流，（カ）零相電流，（レ）循環電流，になると思います。
地絡距離リレーの場合は，故障点抵抗に加え，故障回線及び健全回線の零相電流\( \ \displaystyle {\dot I}_{\mathrm {0}}=\frac {{\dot I}_{\mathrm {a}}+{\dot I}_{\mathrm {b}}+{\dot I}_{\mathrm {c}}}{3} \ \)に関係する変数で構成されます。
(3)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ヨ）リレー設置点に近い，（ツ）リレー設置点から遠い，になると思います。
\( \ {\dot Z}_{\mathrm {r0}} \ \)は，リレー設置点から故障点までの正相インピーダンス\( \ {\dot Z}_{\mathrm {1}} \ \)が距離に比例することから，リレー設置点に近い場合に小さくなります。
(4)解答：ニ
題意より解答候補は，（ハ）抵抗成分，（ニ）リアクタンス成分，になると思います。
(1)の通り故障点抵抗は抵抗成分で構成されるため，リレー設置点に近い場合には，リアクタンス成分が小さくなる傾向にあります。
(5)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ホ）アンダーリーチ，（ヘ）オーバーリーチ，等になると思います。
距離継電器において，動作範囲を距離で示したときリレーが不要動作することをオーバーリーチ，逆に必要であっても動作しないことをアンダーリーチといいます。
(6)解答：ル
題意より解答候補は，（ル）脱調分離，（ソ） 脱調未然防止，になると思います。
距離継電器は，発電機等で脱調が発生した時に系統を分離する脱調分離リレーに使用されます。脱調未然防止リレーは，電力系統で事故が発生したとき発電機の脱調を予測し解列させるリレーです。
(7)解答：チ
題意より解答候補は，（チ）電気的中心点近傍，（ヲ）需要中心点近傍，になると思います。
ワンポイント解説「1.距離継電器」の通り，脱調分離リレーは系統動揺時の電気的中心点近傍における\( \ RX \ \)平面上での測距インピーダンスの特徴を利用したものとなります。
(8)解答：タ
題意より解答候補は，（イ）インピーダンスレコード，（ヌ）インピーダンスライン，（タ）インピーダンスローカス，になると思います。
\( \ RX \ \)平面上での測距インピーダンスの時間変化はインピーダンスローカスと呼ばれ，脱調時のある程度決まっているインピーダンスの時間変化の特徴を利用して脱調を検出します。
愛知県出身 愛称たけちゃん