《法規》〈電気施設管理〉[H18:問4]避雷器設置による発変電所の外雷対策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，避雷器設置による発変電所の主回路設備の外雷対策に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる詩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。

$ \mathrm {a.} \ $直撃雷に対する遮へい設備を施した発変電所においては，一般に発変電所近傍の送電鉄塔への雷撃により電力線に$ \ \fbox {　（１）　} \ $が発生した場合に，その主回路設備が最も高い過電圧にさらされる。

$ \mathrm {b.} \ $避雷器設置の目的は，外雷の進入により発変電所に発生する過電圧を主回路設備の$ \ \fbox {　（２）　} \ $以下に抑制することであり，避雷器は発変電所の送電線引込口に設置することにより発変電所全体の過電圧を下げる効果がある。
また，最大過電圧を発生するような地点に避雷器を設置した場合は，その地点の過電圧を抑制するとともに，侵入してきた雷サージと$ \ \fbox {　（３）　} \ $のサージ反射波を生じ全体の過電圧を大きく抑制する効果がある。
なお，避雷器が動作したときの避雷器両端子間の過電圧の上限値を$ \ \fbox {　（４）　} \ $という。

$ \mathrm {c.} \ $ガス絶縁機器の$ \ \fbox {　（５）　} \ $は，気中保護ギャップのそれよりも平たんであるため，絶縁協調の観点からガス絶縁機器を使用した発変電所の送電線引込口に設置する避雷器としては，酸化亜鉛型避雷器が広く使用されている。

〔問4の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　電磁誘導　　　　　&（ロ）&　逆極性　　　　　&（ハ）&　静電誘導 \\[ 5pt ] &（ニ）&　放電レベル　　　　　&（ホ）&　同極性　　　　　&（ヘ）&　定格電圧値 \\[ 5pt ] &（ト）&　商用周波数耐電圧値　　　　　　　&（チ）&　制限電圧特性　　　　　&（リ）&　V-I \ 特性 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　動作レベル　　　　　&（ル）&　逆フラッシオーバ　　　　　　&（ヲ）&　雷インパルス耐電圧値 \\[ 5pt ] &（ワ）&　保護レベル　　　　　　　&（カ）&　V-t \ 特性　　　　　　　&（ヨ）&　数　倍 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

避雷器を中心とした雷害対策に関する問題です。
一般的な避雷器の知識とともに，やや専門性の高い内容を含んだ出題となっています。$ \ 3 \ $種で学習した内容をベースに補うような形で内容を理解するようにして下さい。

1.外部過電圧
外部過電圧は雷により発生する過電圧で，以下のように分類されます。

①直撃雷
図1のように送電線や機器に直接落雷する現象です。
過電圧の大きさは非常に大きく$ \ 100 \ $万$ \ \mathrm {V} \ $以上になり，がいしの絶縁耐力を超えフラッシオーバが発生します。
フラッシオーバをしないと機器に過電圧が加わるので，がいしの連結個数は適切にする必要があります。

②誘導雷
図2のように，帯電した雷雲（一般に夏季雷は負極性）が送電線に近づくと静電誘導により反対の極性の電荷が雷雲付近に集まり，落雷等で放電されると送電線に蓄えられていた電荷が一気に解放され，大きな電荷の移動が起こる現象です。
雷過電圧の中で最も発生数が多い特徴があります。

③逆フラッシオーバ
図3のように鉄塔や架空地線に落雷したときに，がいしの絶縁耐力を超え，送電線側に過電圧が侵入する現象です。

2.絶縁協調の考え方
機器は遮断器や開閉器動作時の開閉過電圧をはじめとした内部過電圧には機器の絶縁で耐えられるように設計されますが，落雷等の外部過電圧を耐えるように設計することは経済的にほぼ不可能なので，避雷器等の保護装置を設けます。
避雷器は過電圧の上限値である保護レベル（制限電圧）を超えないように放電する性質を持ち，かつ放電開始後電圧が低下した後の続流を短時間に遮断できる機能を持つ素子が利用されます。そのため，電路の電圧は保護レベル（制限電圧）以上には上昇せず機器は保護されます。

3.避雷器の電圧―電流特性
避雷器に扱われる炭化ケイ素（$ \ \mathrm {SiC} \ $）素子と酸化亜鉛（$ \ \mathrm {ZnO} \ $）素子の電圧―電流特性を図5に示します。
図5のように酸化亜鉛（$ \ \mathrm {ZnO} \ $）は一般的な抵抗と異なり電圧と電流が比例せず，非線形抵抗特性と呼ばれます。
炭化ケイ素（$ \ \mathrm {SiC} \ $）素子単体では通常運転時でも電流が流れてしまう反面，酸化亜鉛（$ \ \mathrm {ZnO} \ $）素子の場合通常電圧時では電流が流れないため，近年では酸化亜鉛（$ \ \mathrm {ZnO} \ $）素子が多く採用されています。

【解答】

(1)解答：ル
題意より，解答候補は（イ）電磁誘導，（ハ）静電誘導，（ル）逆フラッシオーバ，になると思います。
ワンポイント解説「1.外部過電圧」の通り，直撃雷に対する遮へい設備を施した発変電所においては，一般に発変電所近傍の送電鉄塔への雷撃により電力線に逆フラッシオーバが発生した場合に，その主回路設備が最も高い過電圧にさらされます。

(2)解答：ヲ
題意より，解答候補は（ヘ）定格電圧値，（ト）商用周波数耐電圧値，（ヲ）雷インパルス耐電圧値，になると思います。
ワンポイント解説「2.絶縁協調の考え方」の通り，避雷器設置の目的は，外雷の進入により発変電所に発生する過電圧を主回路設備の雷インパルス耐電圧値以下に抑制することにあります。

(3)解答：ロ
題意より，解答候補は（ロ）逆極性，（ホ）同極性，（ヨ）数倍，になると思います。
避雷器は，最大過電圧を発生するような地点に避雷器を設置した場合は，侵入してきた雷サージと逆極性のサージ反射波を生じ全体の過電圧を大きく抑制する効果があります。

(4)解答：ワ
題意より，解答候補は（ニ）放電レベル，（ヌ）動作レベル，（ワ）保護レベル，になると思います。
ワンポイント解説「2.絶縁協調の考え方」の通り，避雷器が動作したときの避雷器両端子間の過電圧の上限値を保護レベルといいます。

(5)解答：カ
題意より，解答候補は（チ）制限電圧特性，（リ）$ \ V-I \ $特性，（カ）$ \ V-t \ $特性，になると思います。
$ \ V-t \ $特性は，絶縁破壊に至るまでの時間と絶縁破壊電圧の関係を表したもので，ガス絶縁機器はほぼ一定に近い平たんな特性があるため，絶縁協調の観点からガス絶縁機器を使用した発変電所の送電線引込口に設置する避雷器としては，酸化亜鉛型避雷器が広く使用されています。