《電力》〈変電〉[H21:問2]GIS変電所と気中絶縁変電所の比較に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

次の文章は，$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所の絶縁協調に関する記述である。文中の$ \ \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。

絶縁協調に関して，$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所を気中絶縁変電所と比較した場合の相違点として，主に以下の点が挙げられる。

・ガス絶縁機器の$ \ V – t \ $特性は気中絶縁機器よりも平たんであり，急しゅん波領域での協調がとりにくい。

・ガス絶縁母線の$ \ \fbox {　（１）　} \ $は架空線の約$ \ \displaystyle \frac {1}{5} \ $であり，電力ケーブルの$ \ 2 \ ～ \ 3 \ $倍である。また，$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所の母線のこう長は気中絶縁変電所に比べて短い。

・気中絶縁変電所の雷サージに対する絶縁協調は$ \ \fbox {　（２）　} \ $の保護を中心に考えてきたが，$ \ \mathrm {GIS} \ $は内部に$ \ \fbox {　（３）　} \ $で作られた$ \ \fbox {　（４）　} \ $などがあるので$ \ \mathrm {GIS} \ $を$ \ \fbox {　（２）　} \ $と同等の保護対象とする必要がある。

以上のことから，特に高電圧の大規模変電所を除き，一般的に$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所では避雷器を$ \ \fbox {　（５）　} \ $に設置し，変電所全体としての保護が図られることが多い。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　絶縁紙　　　　　&（ロ）&　スペーサ　　　　　&（ハ）&　有機絶縁物 \\[ 5pt ] &（ニ）&　線路引込口　　　　　&（ホ）&　調相設備　　　　　&（ヘ）&　\mathrm {SF_{6}} \ ガス \\[ 5pt ] &（ト）&　導　体　　　　　&（チ）&　変圧器近傍　　　　　&（リ）&　相間距離 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　プレスボード　　　　&（ル）&　サージインピーダンス　　　　　　　　&（ヲ）&　遮断器 \\[ 5pt ] &（ワ）&　\mathrm {LIWV}　　　　　　　&（カ）&　変圧器　　　　　&（ヨ）&　母　線 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所と気中絶縁変電所の比較に関する問題です。
やや専門性が高く，一般の電験の参考書には記載がほとんどない内容なので，受験生としては厳しい問題であったかなと思います。本問を通して概要を理解しておくようにして下さい。

1.$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所の特徴
$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所は接地容器内に遮断器，断路器，計器用変成器等を納め，絶縁性の高い$ \ \mathrm {SF_{6}} \ $ガスで充填し，密閉構造としたものです。
気中絶縁変電所と比較して，絶縁距離を短くすることができるので，省スペースを実現でき，高さも低くすることが出来ます。また，密閉構造であり外部からの汚損を受けないため，信頼性が高く，保守も容易です。
内部の充電部を支持するスペーサには有機絶縁物であるエポキシ等の樹脂が用いられ，スペーサ取付部があることで，主回路と容器の間に静電容量が形成され主回路にサージが進行した際に静電誘導により容器にも電位の変動が生じることがあるので，容器も保護対象とする必要があります。
したがって，避雷器を線路引込口に設置し，変電所全体として保護されます。

出典：大嶋輝夫、山崎康夫著　これも×２知っておきたい　電気技術者の基本知識　P.108，2014，電気書院

【解答】

(1)解答：ル
題意より解答候補は，（リ）相間距離，（ル）サージインピーダンス，（ワ）$ \ \mathrm {LIWV} \ $，等になると思います。このうち，ガス絶縁母線と架空線の違いとして関係するのはサージインピーダンスとなります。
サージインピーダンスは特性インピーダンスとも呼ばれ，単位長さ当たりの線路のインダクタンスを$ \ L \ $，静電容量を$ \ C \ $とした際，$ \ \displaystyle \sqrt {\frac {L}{C}} \ $で与えられ，雷サージが発生した際の電圧の最大値を検討する際等に使用されます。架空線のサージインピーダンスが約$ \ 400 \ \mathrm {\Omega } \ $に対し，ガス絶縁母線のサージインピーダンスは約$ \ 70 \ \mathrm {\Omega } \ $，ケーブルのサージインピーダンスは$ \ 20～30 \ \mathrm {\Omega } \ $程度となります。
また，$ \ \mathrm {LIWV} \ $は雷インパルス試験電圧値$ \ \left( \mathrm {Lightning \ Impulse \ Withstand \ Voltage} \right) \ $のことで，空欄の内容とは合っていません。

(2)解答：カ
題意より解答候補は，（ホ）調相設備，（ヲ）遮断器，（カ）変圧器，（ヨ）母線，等になると思います。
図1に示すように，気中絶縁変電所の雷サージに対する絶縁協調は，変圧器の保護を中心に考えます。

(3)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）有機絶縁物，（ヘ）$ \ \mathrm {SF_{6}} \ $ガス，（ト）導体，等になると思います。
ワンポイント解説「1.$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所の特徴」の通り，$ \ \mathrm {GIS} \ $内部には機器とともに有機絶縁物で作られた内部の充電部を支持するスペーサがあります。

(4)解答：ロ
題意より解答候補は，（イ）絶縁紙，（ロ）スペーサ，（ヌ）プレスボード，等になると思います。
ワンポイント解説「1.$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所の特徴」の通り，$ \ \mathrm {GIS} \ $内部にスペーサがあり，$ \ \mathrm {GIS} \ $を保護対象とする必要があります。

(5)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）線路引込口，（チ）変圧器近傍，（ヨ）母線，等になると思います。
ワンポイント解説「1.$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所の特徴」の通り，一般に$ \ \mathrm {GIS} \ $変電所では避雷器を線路引込口に設置します。