《電力》〈変電〉[H18:問7]電力系統の中性点接地方式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】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，電力系統の中性点接地方式に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる語句又は数値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。

中性点接地の目的には，
　①　送配電変電設備における地絡事故発生時の$ \ \fbox {　（１）　} \ $電位上昇の抑制
　②　地絡保護リレーの所要性能の確保
　③　地絡事故時の故障電流の抑制と$ \ \fbox {　（２）　} \ $対策の確立
　④　地絡過渡電圧電流の抑制，鉄共振・アーク間欠などの不安定現象の抑制
が挙げられるが，系統設計の基本方針に応じて，これらの優先順位は異なってくるため，具体的な条件に基づいて，方式の選定と詳細設計を決定する必要がある。

$ \ \fbox {　（３）　} \ $方式は，わが国の$ \ 187 \ \mathrm {[kV]} \ $以上の系統に適用されているが，$ \ 1 \ $線地絡事故時の$ \ \fbox {　（１）　} \ $電位上昇を小さく抑制することができ，絶縁設計，設備形成の合理化に優れている。ただし，地絡事故時の故障電流が三相短絡電流と同様に非常に大きくなる場合があるため$ \ \fbox {　（２）　} \ $の検討が必要である。

抵抗接地方式は，中性点を百アンペアから数百アンペアの電流が流れる抵抗器で系統の要所で接地し，地絡事故時の故障電流を抑制しつつ保護リレーの動作を確実にするとともに，事故時の$ \ \fbox {　（１）　} \ $電位上昇を通常時の$ \ \fbox {　（４）　} \ $倍程度以下に抑える方式である。

$ \ \fbox {　（５）　} \ $方式は，地絡事故時の故障電流が小さいなどの利点があるが，保護リレーの事故点選別能力が低く，また，$ \ \fbox {　（１）　} \ $電位上昇も大きくなりやすいことから，$ \ 30 \ \mathrm {[kV]} \ $程度以下の小規模系統に適している。

〔問7の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　電磁誘導障害　　　　　　　&（ロ）&　非接地　　　　　&（ハ）&　周波数異常 \\[ 5pt ] &（ニ）&　進み相　　　　　&（ホ）&　1.30　　　　　&（ヘ）&　事故相 \\[ 5pt ] &（ト）&　遅れ相　　　　　&（チ）&　インピーダンス接地　　　　　　　　&（リ）&　直接接地 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　系統脱調現象　　　　　&（ル）&　消弧リアクトル接地　　　　　&（ヲ）&　2.95 \\[ 5pt ] &（ワ）&　健全相　　　　　&（カ）&　1.92　　　　　&（ヨ）&　補償リアクトル接地 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

中性点接地方式に関する問題です。
(4)の空欄は専門性が高いですが，それ以外の中性点接地方式の目的や特徴は二次試験でも出題される内容となります。
しっかりと説明できるレベルで理解するようにしましょう。

1.中性点接地方式の種類と特徴
中性点接地方式は以下の$ \ 4 \ $種類あり，それぞれ特徴が異なります。

①非接地方式
図1のように中性点を接地しない方式で，地絡事故が発生したときに中性点に電流が流れず，対地静電容量のみに流れるため地絡電流が小さいという特徴があります。地絡電流が小さいため，通信線への電磁誘導障害が発生しにくいです。
一方で完全地絡した際には地絡相の電位が零となり，健全相が対地電圧から線間電圧まで$ \ \sqrt {3} \ $倍上昇してしまいます。
したがって，健全相電位上昇がさほど問題になりにくい配電系統で使用される方式です。

②直接接地方式
図2のように中性点を直接接地する方式で，地絡電流が発生したときに中性点に大きな電流が流れる方式です。中性点に電流が流れやすいため，リレーでの地絡検知がしやすいですが，通信線への電磁誘導障害が発生しやすく，故障点での損傷が発生しやすいです。
一方，中性点の電位が維持されるため，健全相電位上昇が起こりにくいという特徴があります。
したがって，高速遮断に対応している$ \ 187 \ \mathrm {kV} \ $以上の超高圧系統で採用されています。

③抵抗接地方式
図3のように中性点を抵抗を介して接地する方式で，非接地方式と直接接地方式の中間的な性質を持つ方式です。
抵抗値を調整することで，健全相電位上昇や地絡電流のバランスを取ります。一般に$ \ 100 \ ～ \ 900 \ \mathrm {\Omega} \ $程度の抵抗値が使用されます。
主に$ \ 22 \ ～ \ 154 \ \mathrm {kV} \ $系統で採用されています。

④消弧リアクトル接地方式
図4のように中性点をリアクトルを介して接地する方式です。
リアクトルと対地静電容量を並列共振させることで，理論的にはインピーダンスが無限大となり，地絡電流をほぼ零とすることができます。
一方で地絡電流が小さい分，健全相電位上昇は大きくなります。
設置に費用を要することから，近年新たに採用される例は少なく，一部の$ \ 66 \ ～ \ 77 \ \mathrm {kV} \ $系統で採用されています。

以上の内容をまとめると下表の通りとなります。
高電圧では線路や機器絶縁にコストがかかるので直接接地を採用し，合わせて高速遮断や高速再閉路が採用されている，低電圧では一線地絡時の健全相の電圧上昇がそれほど問題とならないため中性点接地を不要とし，$ \ \Delta -\Delta \ $結線を採用できるようにしている等，丸暗記ではなくなぜそうするのかも理解しておくと良いと思います。
\[
\begin{array}{|c|c|c|c|c|}
\hline
& 　非接地　 & 　抵抗接地　 & 　消弧リアクトル接地　 & 　直接接地　 \\
\hline
地絡電流 & 小 & 中 & 最小 & 最大 \\
\hline
健全相電圧上昇 & 大 & 中 & 大 & 小 \\
\hline
リレー検出 & 難 & 容易 & 難 & 確実 \\
\hline
コスト & 0 & 中 & 大 & 小 \\
\hline
電圧階級 & \ ～33 \ \mathrm {kV} \ & \ 22～154 \ \mathrm {kV} \ & \ 66～77 \ \mathrm {kV} \ & \ 187 \ \mathrm {kV}～ \ \\
\hline
\end{array}
\]

【解答】

(1)解答：ワ
題意より，解答候補は（ニ）進み相，（ヘ）事故相，（ト）遅れ相，（ワ）健全相，になると思います。
ワンポイント解説「1.中性点接地方式の種類と特徴」の通り，中性点接地の目的の一つに地絡事故発生時の健全相電位上昇の抑制があります。

(2)解答：イ
題意より，解答候補は（イ）電磁誘導障害，（ハ）周波数異常，（ヌ）系統脱調現象，になると思います。
ワンポイント解説「1.中性点接地方式の種類と特徴」の通り，地絡事故時の故障電流により発生する可能性があるのは電磁誘導障害となります。

(3)解答：リ
題意より，解答候補は（ロ）非接地，（チ）インピーダンス接地，（リ）直接接地，（ル）消弧リアクトル接地，（ヨ）補償リアクトル接地，になると思います。
ワンポイント解説「1.中性点接地方式の種類と特徴」の通り，$ \ 187 \ \mathrm {[kV]} \ $以上の系統に適用され，$ \ 1 \ $線地絡事故時の健全相電位上昇を小さく抑制することができる方式は直接接地方式となります。

(4)解答：カ
題意より，解答候補は（ホ）$ \ 1.30 \ $，（ヲ）$ \ 2.95 \ $，（カ）$ \ 1.92 \ $，になると思います。
本空欄は専門性が高いので詳細は割愛しますが，直接接地方式は健全相の電位上昇を相電圧の$ \ 1.30 \ $倍程度に抑える方式，抵抗接地方式は$ \ 1.92 \ $倍程度までに抑える方式となります。

(5)解答：ロ
題意より，解答候補は（ロ）非接地，（チ）インピーダンス接地，（リ）直接接地，（ル）消弧リアクトル接地，（ヨ）補償リアクトル接地，になると思います。
ワンポイント解説「1.中性点接地方式の種類と特徴」の通り，$ \ 30 \ \mathrm {[kV]} \ $程度以下の系統に適用され，地絡事故時の故障電流が小さいなどの利点がある方式は非接地方式となります。