《電力・管理》〈電気施設管理〉[H19:問5]三相変圧器の絶縁耐力試験に関する計算・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】★★★★★（難しい）

公称電圧$ \ 154 \ \mathrm {[kV]} \ $の中性点抵抗接地方式の送電線路に接続されている変電所に，一次電圧$ \ 154 \ \mathrm {[kV]} \ $，二次電圧$ \ 6.6 \ \mathrm {[kV]} \ $，$ \ \mathrm {Y-\Delta } \ $結線で一次巻線中性点に避雷器を施設する三相変圧器が設置されている。当該変圧器の絶縁耐力試験を最高発生電圧$ \ 110 \ \mathrm {[kV]} \ $の試験装置を用いて単相交流で実施する場合について，次の問に答えよ。なお，図1に一次側$ \ \mathrm {U} \ $相の試験方法の回路図（$ \ V_{t} \ $：試験電圧，$ \ V_{s} \ $：印加電圧）を示す。

$ \ \mathrm {a.} \ $図2を答案用紙に写して，図1と同一の試験装置で一次側$ \ \mathrm {V} \ $相の絶縁耐力試験を行う場合の試験方法の回路図を完成させるとともに，試験電圧及び印加電圧の値を，計算の過程を示しながら求めよ。ただし，最大使用電圧は，公称電圧の$ \ 1.15 / 1.1 \ $倍とする。

$ \ \mathrm {b.} \ $上記$ \ \mathrm {a} \ $と同様に，図2を答案用紙に写して，一次側中性点$ \ \mathrm {N} \ $の絶縁酎力試験を行う場合の試験方法の回路図を完成させるとともに，試験電圧及び印加電圧の値を，計算の過程を示しながら求めよ。

$ \ \mathrm {c.} \ $次の文章は，上記$ \ \mathrm {a} \ $及び$ \ \mathrm {b} \ $の絶縁耐力試験を行う場合の注意事項に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる語句を答案用紙に記入せよ。

①　試験前に，その回路が絶縁されていることを$ \ \fbox {　（１）　} \ $で確認し，また，試験後にも絶縁に異常がないことを$ \ \fbox {　（１）　} \ $で確認する。

②　試験電圧には，$ \ \fbox {　（２）　} \ $のなるべく正弦波に近い交流電圧を用いる。

③　試験電圧は急激に上昇させず，徐々に$ \ \fbox {　（３）　} \ $まで上昇させることが望ましい。

④　試験中は，試験電圧確認用の電圧計の$ \ \fbox {　（４）　} \ $に注意し，常に一定の試験電圧が加えられるように調整する。

⑤　試験後は，必ず被試験回路を$ \ \fbox {　（５）　} \ $して充電電荷を放電させる。

【ワンポイント解説】

変圧器の絶縁耐力試験に関する問題です。
絶縁耐力試験の考え方と電気設備の技術基準の解釈に規定されている変圧器の試験電圧の知識がないと解けない難問です。
また，$ \ \mathrm {c.} \ $の空欄穴埋問題に関しても知識があっても埋めにくい空欄があるため，多くの受験生が選択しなかった問題と思います。

【解答】

$ \ \mathrm {a.} \ $$ \ \mathrm {V} \ $相の絶縁耐力試験を行う場合の試験方法の回路図，試験電圧及び印加電圧
一次側$ \ \mathrm {V} \ $相の絶縁耐力試験を行う場合の試験方法は図2-1の通りとなる。
最大使用電圧$ \ V_{m} \ \mathrm {[kV]} \ $は，公称電圧が$ \ 154 \ \mathrm {[kV]} \ $なので，
\[
\begin{eqnarray}
V_{m} &=&\frac {1.15}{1.1}\times 154 \\[ 5pt ] &=&161 \ \mathrm {[kV]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となり，電気設備の技術基準の解釈第16条16-1表の通り，試験電圧$ \ V_{t} \ \mathrm {[kV]} \ $は，
\[
\begin{eqnarray}
V_{t} &=&1.1V_{m} \\[ 5pt ] &=&1.1\times 161 \\[ 5pt ] &=&177.1　→　177 \ \mathrm {[kV]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] と求められる。また，図2-1の試験回路より，印加電圧$ \ V_{s} \ \mathrm {[kV]} \ $は，
\[
\begin{eqnarray}
V_{s} &=&\frac {V_{t}}{2} \\[ 5pt ] &=&\frac {177.1}{2} \\[ 5pt ] &=&88.55　→　88.6 \ \mathrm {[kV]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] と求められる。

$ \ \mathrm {b.} \ $中性点$ \ \mathrm {N} \ $の絶縁耐力試験を行う場合の試験方法の回路図，試験電圧及び印加電圧
一次側中性点$ \ \mathrm {N} \ $の絶縁耐力試験を行う場合の試験方法は図2-2の通りとなる。
最大使用電圧$ \ V_{m}=161 \ \mathrm {[kV]} \ $であり，電気設備の技術基準の解釈第16条16-1表※4の通り，試験電圧$ \ V_{t} \ \mathrm {[kV]} \ $は，
\[
\begin{eqnarray}
V_{t} &=&0.64V_{m} \\[ 5pt ] &=&0.64\times 161 \\[ 5pt ] &=&103.04　→　103 \ \mathrm {[kV]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] と求められる。また，図2-2の試験回路より，印加電圧$ \ V_{s} \ \mathrm {[kV]} \ $は，
\[
\begin{eqnarray}
V_{s} &=&V_{t} \\[ 5pt ] &=&103 \ \mathrm {[kV]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] と求められる。

$ \ \mathrm {c.} \ $絶縁耐力試験を行う場合の注意事項の空欄穴埋
　(1)：絶縁抵抗計
　(2)：商用周波数
　(3)：規定電圧
　(4)：指針（「表示」でも可）
　(5)：接地

＜電気設備の技術基準の解釈第1条（抜粋）＞
この解釈において、次の各号に掲げる用語の定義は、当該各号による。

一　使用電圧（公称電圧）　電路を代表する線間電圧

二　最大使用電圧　次のいずれかの方法により求めた，通常の使用状態において電路に加わる最大の線間電圧

　イ　使用電圧が，電気学会電気規格調査会標準規格$ \ \mathrm {JEC-0222-2009} \ $「標準電圧」の「3.1 公称電圧が$ \ 1,000 \ \mathrm {V} \ $を超える電線路の公称電圧及び最高電圧」又は「3.2 公称電圧が$ \ 1,000 \ \mathrm {V} \ $以下の電線路の公称電圧」に規定される公称電圧に等しい電路においては、使用電圧に、1-1表に規定する係数を乗じた電圧

　　　　　　　　　　　　　　　1-1表
\[
\begin{array}{|c|c|}
\hline
　使用電圧の区分　 & 　係数　 \\
\hline
　1,000 \ \mathrm {V} \ 以下　 & 　1.15　 \\
\hline
　1,000 \ \mathrm {V} \ を超え500,000 \ \mathrm {V} \ 未満　 & 　1.15／1.1　 \\
\hline
　500,000 \ \mathrm {V} \ 　 & 　1.05、1.1又は1.2　 \\
\hline
　1,000,000 \ \mathrm {V} \ 　 & 　1.1　 \\
\hline
\end{array}
\]

＜電気設備の技術基準の解釈第16条（抜粋）＞
変圧器（放電灯用変圧器，エックス線管用変圧器，吸上変圧器，試験用変圧器，計器用変成器，第191条第1項に規定する電気集じん応用装置用の変圧器，同条第2項に規定する石油精製用不純物除去装置の変圧器その他の特殊の用途に供されるものを除く。以下この章において同じ。）の電路は，次の各号のいずれかに適合する絶縁性能を有すること。

一　16-1表中欄に規定する試験電圧を，同表右欄に規定する試験方法で加えたとき，これに耐える性能を有すること。

※1：試験される巻線と他の巻線，鉄心及び外箱との間に試験電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加える。
※2：試験される巻線の中性点端子，他の巻線（他の巻線が$ \ 2 \ $以上ある場合は，それぞれの巻線）の任意の$ \ 1 \ $端子，鉄心及び外箱を接地し，試験される巻線の中性点端子以外の任意の$ \ 1 \ $端子と大地との間に試験電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加える。
※3：試験される巻線の中性点端子，他の巻線（他の巻線が$ \ 2 \ $以上ある場合は，それぞれの巻線）の任意の$ \ 1 \ $端子，鉄心及び外箱を接地し、試験される巻線の中性点端子以外の任意の$ \ 1 \ $端子と大地との間に試験電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加え，更に中性点端子と大地との間に最大使用電圧の$ \ 0.3 \ $倍の電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加える。
※4：試験される巻線の中性点端子（スコット結線にあっては，$ \ \mathrm {T} \ $座巻線と主座巻線の接続点端子。以下この項において同じ。）以外の任意の1端子，他の巻線（他の巻線が$ \ 2 \ $以上ある場合は、それぞれの巻線）の任意の$ \ 1 \ $端子，鉄心及び外箱を接地し，試験される巻線の中性点端子以外の各端子に三相交流の試験電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加える。ただし，三相交流の試験電圧を加えることが困難である場合は，試験される巻線の中性点端子及び接地される端子以外の任意の$ \ 1 \ $端子と大地との間に単相交流の試験電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加え，更にb.中性点端子と大地との間に最大使用電圧の$ \ \color {red}{\underline {0.64}} \ $倍（スコット結線にあっては，$ \ 0.96 \ $倍）の電圧を連続して$ \ 10 \ $分間加えることができる。

(備考) 電位変成器を用いて中性点を接地するものは、中性点非接地式とみなす。