《機械》〈電気機器〉[H29:問2] 電力用避雷器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，電力用避雷器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ものを解答群の中から選べ。

避雷器は，雷，回路の開閉などに起因するサージ電圧がある値を超えたときに，サージ電圧を抑制して電力設備の絶縁破壊事故を防ぐものである。避雷器に非直線の電圧－電流特性をもつ\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)を組み込むことで，サージ電圧抑制後の通常電圧による続流を遮断して系統を元の状態に復帰させる。
発変電所ではギャップレス避雷器を用いることが主流であるが，配電用や直流電気鉄道の電線路のがいし保護に用いられる避雷器では，万一\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)が\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)状態になっても送電が可能なように，直列ギャップ付き避雷器も多く使用されている。
避雷器規格では，避雷器の保護性能を評価するために\( \ \mathrm {8/20 \ \mu s} \ \)の\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)電流が公称\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)として定められている。この電流が流れるときの避雷器の両端子間に発生する電圧を\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)といい，値はその避雷器が保護する機器や設備の耐電圧レベルよりも低くなければならない。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　誘導雷　　　　　&（ロ）&　動作開始電圧　　　　　&（ハ）&　短絡 \\[ 5pt ] &（ニ）&　保護電圧　　　　　&（ホ）&　制限電圧　　　　　&（ヘ）&　\mathrm {PbO_{2}} \ 素子 \\[ 5pt ] &（ト）&　\mathrm {ZnO} \ 素子　　　　　&（チ）&　高抵抗　　　　　&（リ）&　通電電流 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　開放　　　　　&（ル）&　\mathrm {TiO_{2}} \ 素子　　　　　&（ヲ）&　放流電流 \\[ 5pt ] &（ワ）&　開閉サージ　　　　　&（カ）&　雷インパルス　　　　　&（ヨ）&　放電電流
\end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

避雷器の問題は出題頻度も高く，過去問の類題もよく出題されます。本問も過去問に出題された内容の組み換えのような問題です。よく理解して，本番では確実に解答できるようにしましょう。

【用語の解説】

（イ）誘導雷
　直撃雷とセットで覚えておくとよいですが，雷雲が送電線等に近づき，静電誘導によって反対の極性の電荷が現れることにより発生する雷です。
（ロ）動作開始電圧
　避雷器がサージ防護を開始する電圧。
（ニ）保護電圧
　保護電圧という用語は見たことがありませんが，制限電圧の誤答選択肢と思います。
（ホ）制限電圧
　避雷器が放電している際に，過電圧が制限されて，両端子間に発生する電圧。
（ヘ）\( \ \mathrm {PbO_{2}} \ \)素子
　\(\mathrm {PbO_{2}}\)は鉛蓄電池の正極に使用されます。
（ト）\( \ \mathrm {ZnO} \ \)素子
　非直線性に優れた素子で，ギャップレス避雷器に使用される材料です。
（リ）通電電流
　リレーで接点が動作せず，連続して通電できる電流値です。
（ル）\( \ \mathrm {TiO_{2}} \ \)素子
　化粧品等に使用されることが多い材料のようですが，電験にはあまり関係ありません。
（ヲ）放流電流
　放電電流の誤答を誘う選択肢だと思います。
（ワ）開閉サージ
　遮断器や断路器の開閉時に発生する過電圧。
（カ）雷インパルス
　雷インパルス試験は多数のコンデンサを並列に充電し，直列にして電圧をかけることによりインパルス電圧をかけ，制限電圧を測定する方法です。
（ヨ）放電電流
　避雷器の保護性能を評価するために用いる放電性能の規定値を公称放電電流と言います。

【解答】

(1)解答：ト
題意より，解答候補は（ヘ）\( \ \mathrm {PbO_{2}} \ \)素子，（ト）\( \ \mathrm {ZnO} \ \)素子，（ル）\( \ \mathrm {TiO_{2}} \ \)素子となりますが，避雷器に使用されるのは（ト）\( \ \mathrm {ZnO} \ \)素子です。

(2)解答：ハ
ギャップがない場合は\( \ \mathrm {ZnO} \ \)素子が短絡状態になった場合に電線路が地絡状態になってしまいます。したがって解答は短絡となります。

(3)解答：カ
(4)解答：ヨ
(5)解答：ホ
避雷器はそもそも雷発生時に急峻な電圧を逃がすために設置するものです。避雷器の保護性能を評価するために用いる放電性能の規定値を公称放電電流と言います。またその際に発生する電圧を制限電圧と言います。したがって，(3)が（カ）雷インパルス，(4)が（ヨ）放電電流，(5)が（ホ）制限電圧となります。