令和3年度 電験2種 2次試験 電力・管理 問2の過去問解説(送配電・変電・管理:変電所の絶縁設計の論説問題)

変電所の絶縁設計において支配的な要素となる雷サージに関して、次の問に答えよ。

(1)変電所内への直撃雷の防止対策について100字程度で述べよ。

(2)送電線からの侵入雷の発生要因を三つ挙げ、変電所内でのサージ低減対策を合わせて100字程度で述べよ。

(3)低圧制御回路におけるケーブル敷設時でのサージ低減対策を二つ挙げ、合わせて50字程度で述べよ。

解答・解説

小問(1):変電所内の直撃雷の防止対策

試験センター 標準解答

変電所の変圧器や開閉器などの電力機器を雷の直撃に耐えるように絶縁することは極めて困難であるため,架空地線と避雷鉄塔による変電所内の遮へいと接地を施して,直撃雷の発生を防止する。

出展:令和3年度 第2種電気主任技術者二次試験 標準解答

架空地線・避雷鉄塔・避雷針の設置

雷の直撃に耐えれるように絶縁設計することは極めて困難なので、雷が直撃しないように架空地線や避雷鉄塔・避雷針に落雷させ、雷電流を大地に流します。

送電線でも変電所でも、直撃雷対策といえば架空地線と覚えておきましょう。なお、変電所の雷サージの対策は避雷器です。

小問(2):送電線からの侵入雷の発生要因と変電所内のサージ低減対策

試験センター 解答

送電線への直撃雷,鉄塔フラッシオーバ,誘導雷がある。いずれの場合も避雷器を変圧器付近,母線,線路引き込み口,あるいはそれらを組み合わせて設置して,雷サージの低減を行うことにより,保護する機器の絶縁レベルとの協調を行う。

出展:令和3年度 第2種電気主任技術者二次試験 標準解答

直撃雷・誘導雷・鉄塔逆フラッシオーバーの要因と違い

■直撃雷

解図1示す通り、直撃雷とは送電線の架空地線が遮へいに失敗し、電力線に直接雷が直撃します。フラッシオーバーし、鉄塔を通して大地に電流が流れ、瞬時的な地絡状態になりますが、一部は雷サージとして変電所にまで到達します。

■鉄塔逆フラッシオーバー

鉄塔逆フラッシオーバーは、鉄塔に雷が直撃した際、鉄塔の接地抵抗が高ければ鉄塔の電位が上昇し、ガイシを飛び越え、鉄塔から電力線に雷サージが侵入します。

※直撃雷と鉄塔逆フラッシオーバーの違いとは?

直撃雷は送電線に直接落雷します。直接落雷した後鉄塔にフラッシオーバーし、地絡状態になります。(雷電流は送電線→鉄塔の向き)

鉄塔逆フラッシオーバーは鉄塔に落雷し、鉄塔電位が上昇し、鉄塔から送電線に雷撃が侵入します。(雷電流は鉄塔→送電線の向き)

■誘導雷

誘導雷は、雷雲による送電線上空に帯電する電荷によって、電力線に電荷が誘導されます。その後、他の場所への落雷などで上空の電荷が消滅すると、電力線状の束縛が外れた電荷が送電線を進行し、変電所にまで到達します。

この雷害を、誘導雷といいます。誘導雷は、電力系統そのものに直接的な落雷が生じずとも発生する雷害であることが特徴です。

解図1 電力系統への雷害

小問(3):低圧回路のサージ低減対策

試験センター 解答

・金属シース付き低圧制御ケーブルを採用しシースを接地する。

・低圧制御ケーブルを高電圧ケーブルから離す。

出展:令和3年度 第2種電気主任技術者二次試験 標準解答

高電圧ケーブルとの離隔距離の確保とシースの設置

低圧回路のサージは、主回路に発生したサージによって誘導されます。そのため、低圧制御ケーブルを高電圧ケーブルから離す他、金属シース付き低圧制御ケーブルを採用し、シースを設置する方法があります。

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