《法規》〈電気施設管理〉[R08:問5]送電線や変圧器などの電力設備の過負荷に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，送電線や変圧器などの電力設備の過負荷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。

$ \ \mathrm {a)} \ $　過負荷とは，連続して流すことができる$ \ \fbox {　（１）　} \ $を超える電流が流れる状態をいう。過負荷した状態が継続すると設備の$ \ \fbox {　（２）　} \ $などにいたるおそれがある。このため，送電線，変圧器などのそれぞれの設備ごとに平常時に連続して運用可能な常時容量と，設備故障時などにおける，時間を設定して運用可能な過負荷容量を決めて運用されている。実際に電力設備が過負荷となったとしても，一定時間までは，機器を$ \ \fbox {　（２）　} \ $することなく連続運転が可能である。この一時的な過負荷状態の限度は通常，$ \ \fbox {　（３）　} \ $な限界から決められ，過負荷許容限度という。架空送電線の過負荷許容限度は周囲温度や$ \ \fbox {　（４）　} \ $などの使用条件を定めることによって，過負荷率に応じた過負荷許容時間として定めることができる。変圧器の過負荷許容限度は巻線温度，油温，残存寿命，電流値に影響される。

$ \ \mathrm {b)} \ $　架空送電線を過負荷運用すると温度上昇によって電線が焼きなましされることにより電線の$ \ \fbox {　（５）　} \ $強度が低下し，使用できなくなるおそれがある。温度上昇に伴って電線が伸びて$ \ \fbox {　（６）　} \ $が大きくなることにより，公衆保安上必要とする最低地上高の確保が困難となり，公衆災害が発生するおそれがある。また，線下の絶縁距離が確保できなくなり，地絡などの事故にいたるおそれがある。

$ \ \mathrm {c)} \ $　変圧器の絶縁物は温度・$ \ \fbox {　（７）　} \ $・酸素の影響を受け劣化するため，変圧器を過負荷運用すると，巻線及び絶縁油の温度が上昇し，変圧器の寿命が短くなる。巻線の温度が過度に上昇すると，絶縁紙に含まれる$ \ \fbox {　（７）　} \ $が気化しようとして絶縁油中に気泡を生じ，絶縁性能が低下するおそれがある。絶縁油の温度上昇によって機器タンク内圧が上昇し，ブッシング油密部，コンサベータ及び$ \ \fbox {　（８）　} \ $装置などからの漏油にもつながる。また，絶縁油中に存在する樹脂製の部品（絶縁筒など）は$ \ \fbox {　（９）　} \ $的強度が低下する。さらに通電電流の増加に伴ってタンクへの漏れ磁束が増加することにより，振動・騒音が大きくなる。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　結合　　　　　&（ロ）&　スラッジ　　　　　　　&（ハ）&　風速 \\[ 5pt ] &（ニ）&　損傷　　　　　&（ホ）&　放圧　　　　　&（ヘ）&　機械 \\[ 5pt ] &（ト）&　熱的　　　　　&（チ）&　引張　　　　　&（リ）&　水分 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　圧縮　　　　　&（ル）&　弛度　　　　　&（ヲ）&　気圧 \\[ 5pt ] &（ワ）&　限界電流　　　　　&（カ）&　物質的　　　　　&（ヨ）&　取替 \\[ 5pt ] &（タ）&　定格電流　　　　　　　&（レ）&　抵抗　　　　　&（ソ）&　電気 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電力設備の過負荷に関する問題です。
実務的な内容が多いですが，文脈と解答群から多くの空欄が類推可能と思いますので，必ず諦めずに考えていくようにして下さい。
空欄も多く配点が高いので，合否を分ける重要な問題と言えます。

1.電力設備の過負荷運転と許容限度
電力設備には，常時連続して流せる電流の最大値である定格電流が定められていますが，設備事故や電力需要の急変時等の非常時には，機器を損傷しない範囲で一定時間の過負荷運転が認められています。
この過負荷許容限度は，主に部材の劣化や強度低下を考慮した熱的限界によって定められます。
例えば，屋外の厳しい環境で使用される架空送電線の許容電流は，電線の材質，周囲温度，日射量，風向・風速等により，常時許容電流，短時間許容電流（数分～数時間程度），瞬時許容電流（短絡事故等数秒程度）が定められています。

2.架空送電線の過負荷による主な影響
架空送電線に大電流が流れると，ジュール熱による過度な温度上昇により以下の問題が生じます。

①引張強度の低下
導体が高温にさらされ続けると，金属の焼きなましが進み，引張強度が著しく低下して断線リスクが高まります。

②たるみ（弛度）の増大
電線が熱膨張によって伸び，たるみ（弛度）が大きくなります。これにより最低地上高の確保が難しくなり，建造物や樹木との接触による地絡事故・公衆災害を招く恐れがあります。

3.油入変圧器の過負荷による主な影響
油入変圧器が過負荷運転になると，巻線温度や絶縁油温度が上昇し，以下の障害・劣化が生じます。

①絶縁紙の劣化と気泡（ボイド）の発生
変圧器の主絶縁である絶縁紙・プレスボードは，温度・水分・酸素の影響を受けて劣化が進行し，寿命が短縮していきます。さらに高温になると，絶縁紙に含まれる水分が気化して絶縁油中に気泡（ボイド）を形成し，絶縁耐力が低下していきます。

②絶縁油の劣化とタンク内圧上昇
絶縁油の温度上昇すると，酸化が促進され他の材料が侵食され，スラッジ（不溶性沈殿物）を生じ絶縁性能が低下します。また，絶縁油の体積が膨張するため，タンク内圧が上昇し，これによりパッキン部やコンサベータ，保護用の放圧装置等からの油漏れの原因となります。

③機械的強度の低下と電磁力・漏れ磁束の影響
絶縁油中の樹脂製絶縁部材等の機械的強度が低下します。また，過電流によって漏れ磁束が増加するため，タンク等の構造材における局所過熱や電磁振動・騒音の増大を招きます。

【解答】

(1)解答：タ
題意より解答候補は，（ワ）限界電流，（タ）定格電流，になると思います。
ワンポイント解説「1.電力設備の過負荷運転と許容限度」の通り，連続して流すことができる電流は定格電流となります。

(2)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）損傷，（ヨ）取替，等になると思います。
過負荷状態が長く継続すると，ジュール熱による過度な温度上昇により絶縁破壊や部材の熱変形が生じ，設備の損傷に至る恐れがあります。一方，ワンポイント解説「1.電力設備の過負荷運転と許容限度」の通り，短時間であれば熱容量の余裕により機器を損傷することなく運転を継続できます。

(3)解答：ト
題意より解答候補は，（ト）熱的，（カ）物質的，になると思います。
ワンポイント解説「1.電力設備の過負荷運転と許容限度」の通り，一時的な過負荷状態の限度は熱的な限界から決められます。

(4)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）風速，（リ）水分，（ヲ）気圧，になると思います。
ワンポイント解説「1.電力設備の過負荷運転と許容限度」の通り，架空送電線の過負荷許容限度を定める指標として適切なのは風速となります。

(5)解答：チ
題意より解答候補は，（イ）結合，（チ）引張，（ヌ）圧縮，等になると思います。
ワンポイント解説「2.架空送電線の過負荷による主な影響」の通り，架空送電線を過負荷運用すると電線が焼きなましされることにより電線の引張強度が低下します

(6)解答：ル
題意より解答候補は，（ル）弛度，（レ）抵抗，等になると思います。
ワンポイント解説「2.架空送電線の過負荷による主な影響」の通り，温度上昇に伴って電線が伸びると弛度（たるみ）が大きくなります。

(7)解答：リ
題意より解答候補は，（ロ）スラッジ，（リ）水分，等になると思います。
ワンポイント解説「3.油入変圧器の過負荷による主な影響」の通り，変圧器の絶縁物は温度・水分・酸素の影響を受け劣化していきます。また，巻線の温度が過度に上昇すると，絶縁紙に含まれる水分が気化しようとして絶縁油中に気泡を生じ，絶縁性能が低下するおそれがあります。

(8)解答：ホ
題意より解答候補は，（イ）結合，（ホ）放圧，（ヌ）圧縮，等になると思います。
ワンポイント解説「3.油入変圧器の過負荷による主な影響」の通り，絶縁油の温度上昇によって機器タンク内圧が上昇すると，ブッシング油密部，コンサベータ及び放圧装置などからの漏油にもつながるおそれがあります。

(9)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ヘ）機械，（ソ）電気，等になると思います。
ワンポイント解説「3.油入変圧器の過負荷による主な影響」の通り，絶縁油の温度上昇によって機器タンク内圧が上昇すると，絶縁油中に存在する樹脂製の部品（絶縁筒など）は機械的強度が低下するおそれがあります。