第三種電気主任技術者・2023年度 下期・法規

2023年度 下期 法規 問11(b)

図は、線間電圧 VV [V]、周波数 ff [Hz] の中性点非接地方式の三相3線式高圧配電線路及びある需要設備の高圧地絡保護システムを簡易に示した単線図である。
高圧配電線路一相の全対地静電容量を C1C_1 [F]、需要設備一相の全対地静電容量を C2C_2 [F] とするとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし、図示されていない負荷、線路定数及び配電用変電所の制限抵抗は無視するものとする。

小問(a)の地絡電流 IgI_g は高圧配電線路側と需要設備側に分流し、需要設備側に分流した電流は零相変流器を通過して検出される。上記のような需要設備構外の事故に対しても、零相変流器が検出する電流の大きさによっては地絡継電器が不必要に動作する場合があるので注意しなければならない。地絡電流 IgI_g が高圧配電線路側と需要設備側に分流する割合は C1C_1 と C2C_2 の比によって決まるものとしたとき、IgI_g のうち需要設備の零相変流器で検出される電流の値 [mA] として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
ただし、V=6600V=6600 V、f=60f=60 Hz、C1=2.3C_1=2.3 μ\muF、C2=0.02C_2=0.02 μ\muF とする。

2023年度 下期 法規 問11(b)の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2023年度 下期 法規 問11(b)

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正答:(2)

要点

正解は(2)。需要設備外の地絡でも、需要設備側の対地静電容量分の電流がZCTを通過します。検出されるのは全地絡電流ではなく、C2C_2に対応する成分です。

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この問題では、ZCTが検出する電流を需要設備側の対地静電容量 C2C_2 から供給される成分として計算します。

構外(配電線路側)事故時、零相変流器(ZCT)が検出する電流は、需要設備側の対地静電容量 C2C_2 から供給される地絡電流成分(いわゆる「もらい事故」電流)です。
検出電流 IZCTI_{ZCT} は以下のように計算されます。
IZCT=3×2πfC2×V3=23πfC2V I_{ZCT} = 3 \times 2\pi f C_2 \times \dfrac{V}{\sqrt{3}} = 2\sqrt{3}\pi f C_2 V
値を代入します。
IZCT=23×π×60×(0.02×10−6)×6600 I_{ZCT} = 2\sqrt{3} \times \pi \times 60 \times (0.02 \times 10^{-6}) \times 6600
≈2×1.732×3.14×60×0.02×6.6×10−3 \approx 2 \times 1.732 \times 3.14 \times 60 \times 0.02 \times 6.6 \times 10^{-3}
≈86.1×10−3 [A]=86 [mA] \approx 86.1 \times 10^{-3} \text{ [A]} = 86 \text{ [mA]}
したがって、(2)が正解です。

ここでは図上のZCT位置を基準に、需要設備側 C2C_2 から戻る電流だけがZCTを通過する、と読むのがポイントです。全地絡電流 C1+C2C_1+C_2 とZCT検出電流 C2C_2 を分けると誤選択を避けられます。

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