《電力》〈配電〉[H21:問4]受電設備の保護協調の考え方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，受電設備の保護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。

保護協調とは，系統又は電力設備に故障が発生した際，故障発生源を早期に検出し，迅速に除去し，故障の波及・拡大を防ぎ，$\ \fbox {　 （１） 　} \ $の不要遮断を避けることである。保護装置がそれぞれ協調せずに動作すると故障した部位が正確に選択できず，不必要に広範囲の$\ \fbox {　 （２） 　} \ $を引き起こす場合が生じる。このため，各保護装置相互間の適正な協調を図ることが必要である。

地絡保護協調については，配電用変電所の保護方式に対応して需要家側で$\ \fbox {　 （３） 　} \ $協調と感度（地絡電流）協調を図る必要がある。

一般に需要家用地絡継電器は$\ \fbox {　 （４） 　} \ $によって動作する非方向性のものが用いられているが，需要家構内のケーブル系統の対地静電容量が大きい場合，配電系統の故障によって不必要動作する場合があるため，$\ \fbox {　 （５） 　} \ $継電器を使用して協調を図る必要がある。

〔問4の解答群〕
$$\begin{eqnarray} &（イ）&　回線選択式地絡　　　　　　　　&（ロ）&　距　離　　　　　&（ハ）&　停　電 \\[ 5pt ] &（ニ）&　健全回路　　　　　&（ホ）&　断　線　　　　　&（ヘ）&　地絡方向 \\[ 5pt ] &（ト）&　制限電圧　　　　　&（チ）&　零相電流　　　　　　　&（リ）&　時　限 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　通　電　　　　&（ル）&　絶　縁　　　　　&（ヲ）&　線路無電圧 \\[ 5pt ] &（ワ）&　零相電圧　　　　　&（カ）&　故障点　　　　　&（ヨ）&　故障区間 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}$$

【ワンポイント解説】

受電設備の保護協調に関する問題です。
保護協調の考え方は電気主任技術者として設備を管理するためには必須の知識となります。電験でも出題されやすい内容となりますので，必ず理解しておくようにして下さい。

1.受電設備の保護協調
高圧受電設備は，変電所からの配電線に複数の需要家が連なっているので，需要家構内の事故により変電所で遮断することになると他の需要家の停電等が起こる波及事故に繋がります。
したがって，受電設備の遮断器から負荷側の事故に対しては，直ちに事故を検出し需要家内の遮断器で遮断する必要があり，これを保護協調といいます。
受電設備の保護協調には，過電流保護と地絡保護があります。

①過電流保護
構内事故発生時に配電用変電所の過電流保護装置より速く動作しなければならない一方，変圧器の励磁突入電流や電動機の始動電流等正常運転時に動作しないようにする必要があります。したがって，構内の機械器具や電線を保護しかつ変電所の保護装置と動作電流及び動作時限の協調を行える整定値としなければなりません。
主遮断装置として高圧交流遮断器を用い保護リレー装置などとの組み合わせによって保護を行う$\ \mathrm {CB} \ $形と，限流ヒューズと高圧交流負荷開閉器を組み合わせて保護を行う$\ \mathrm {PF\cdot S} \ $形があります。

②地絡保護
構内地絡事故発生時に確実に動作し，構外地絡事故に対し動作しないようにする必要があります。
地絡継電器方式と地絡方向継電器方式があり，以下に説明するように主に需要家構内のケーブルが短い場合は地絡継電器方式，長い場合は地絡方向継電器方式が採用されます。

例えば、図1に示すような需要家があった場合，図1の構外の地点で地絡事故が発生したとすると，零相変流器に流れる電流$\ I_{\mathrm {ZCT}} \ \mathrm {[A]} \ $は，分流の法則より，
$$\begin{eqnarray} I_{\mathrm {ZCT}}&=&\frac {\displaystyle \frac {1}{\mathrm {j}2\pi f\cdot 3C_{1}}}{\displaystyle \frac {1}{\mathrm {j}2\pi f\cdot 3C_{1}}+\frac {1}{\mathrm {j}2\pi f\cdot 3C_{2}}}I_{\mathrm {g}} \\[ 5pt ] &=&\frac {\displaystyle \frac {1}{C_{1}}}{\displaystyle \frac {1}{C_{1}}+\frac {1}{C_{2}}}I_{\mathrm {g}} \\[ 5pt ] &=&\frac {C_{2}}{C_{1}+C_{2}}I_{\mathrm {g}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}$$ となります。需要家構内の線路が短く静電容量が小さい場合は上式の$\ C_{2} \ $の値が非常に小さくなり零相変流器にはほとんど電流が流れませんが，長いケーブルを使用する等で静電容量が大きくなると，構外の地絡事故による不必要動作が発生してしまいます。したがって，このような例では地絡継電器ではなく地絡方向継電器を設置することになります。

【解答】

(1)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）健全回路，（カ）故障点，（ヨ）故障区間，等になると思います。
空欄の直後に不要遮断となっていることから，この空欄は健全回路が適切となります。

(2)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）停電，（ホ）断線，（ヌ）通電，等になると思います。
ワンポイント解説「1.受電設備の保護協調」の通り，保護協調が取れておらず，例えば需要家の遮断器が開放せず配電用変電所の遮断器が開放すると，広範囲の停電を引き起こす可能性があります。

(3)解答：リ
題意より解答候補は，（リ）時限，（ル）絶縁，等になると思います。
ワンポイント解説「1.受電設備の保護協調」の通り，地絡保護協調は時限協調と感度強調を図る必要があります。絶縁協調は避雷器を設置する際の制限電圧に関する協調です。

(4)解答：チ
題意より解答候補は，（ト）制限電圧，（チ）零相電流，（ヲ）線路無電圧，（ワ）零相電圧，になると思います。
ワンポイント解説「1.受電設備の保護協調」の通り，地絡継電器は零相電流を検知して動作させる継電器です。

(5)解答：ヘ
題意より解答候補は，（イ）回線選択式地絡，（ロ）距離，（ヘ）地絡方向，になると思います。
ワンポイント解説「1.受電設備の保護協調」の通り，需要家構内のケーブル系統の対地静電容量が大きい場合には地絡方向継電器を使用します。