電験２種過去問【2020年電力管理 問4】

解答

（１）我が国の単相２線式（200Vと100V）と単相３線式を図で示し、単相３線式を用いた電力供給の特徴を、単相２線式と比較して利便性及び安全性の観点から200字程度で述べよ。ただし、小問(２)、(３)に関する特徴は除く。

　単相２線式（200Vと100V）と単相３線式を図１に示す。単相３線式では、図１に示すように電源の単相変圧器の中性点から中性線を引出し、両外側の電圧線とともに３線で負荷に電力供給を行う。以下の特徴を持つ。
利便性：
　一つの系統から単相の100Vと200Vを取り出すことができ、100Vと200Vのどちらの機器も使用できる。
安全性：
　中性線が接地されているので、200V回路の対地電位は100Vとなることから、200V回路の安全性が高い。

（２）単相３線式は単相２線式と比較して電圧降下が小さいことを示したい。単相２線式と単相３線式とで100V負荷を用いる場合、単相２線式の負荷電力と単相３線式の負荷電力の合計が等しい際の100V負荷にかかる電圧降下について計算により比較せよ。ただし、単相３線式の各相間（電圧線と中性線との間）の負荷は等しいものとし、各方式での電線の太さは同一とし抵抗のみを考慮するものとする。

　単相２線式、単相３線式の電線１条当たりの抵抗を\(R\)[Ω]、負荷の力率を\(\cos\theta\)（\(\theta\)は非常に小さいものとする）とし、それぞれの電流を\(I_2,I_3\)[A]、100V負荷端での電圧降下を\(\Delta V_2,\Delta V_3\)[V]とする。題意より単相３線式は中性線に電流が流れないので、電圧降下は１線分のみとなる（図２）。よって、各電圧降下は、

　\(\Delta V_2=2I_2R\cos\theta\)
　\(\Delta V_3=I_3R\cos\theta\)
\(\Delta V_3\)と\(\Delta V_2\)の比をとり、負荷電力が等しい条件\(I_2=2I_3\)を代入すると、
　\(\displaystyle\frac{\Delta V_3}{\Delta V_2}=\frac{I_3}{2I_2}=\frac{1}{4}\)
となる。すなわち、単相３線式の電圧降下は２線式の\(\displaystyle\frac{1}{4}\)となる。

（３）単相３線式における中性線の欠相（断線）により発生する障害、欠相が生じる原因、及び障害の防止対策（対策については二つ）について述べよ。

中性線の欠相により発生する障害
　二つの100V回路の負荷が不平衡である時は、中性線が断線している回路ごとの電圧に不平衡が生じることから、一方の100V回路で過電圧が生じ、他の回路では電圧が低下して、機器類の損傷・焼損及び誤動作などの障害を起こす恐れがある。

中性線欠相の発生原因
　中性線欠相の主な発生原因は、分電盤内の開閉器の端子等において接触が不完全になるものである。この接触不良は、工事施工不良によるねじ締めの不完全や、導体温度変化による導体の膨張・収縮や振動により経年的な接触不完全への発展が考えられる。

防止対策（以下の具体的対策例の中から二つ記載されていればよい）
　①開閉器類端子部の構造の改善
　２ねじ方式、圧着端子方式等で長時間使用してもねじのゆるみが生じにくい構造とする。
　②欠相保護機能付き漏電遮断器の採用
　中性線欠相による過電圧発生時に回路を遮断する機能を持たせた漏電遮断器を使用する。
　③開閉器類設置時の対策
　高温・多湿の場所、振動やじん埃のある場所への設置を極力避ける。また、端子締め付けに適した工具を用い、確実に施工・確認をする。
　④既設開閉器類に対する対策
　端子部の点検のほか、異臭、テレビ・ラジオの雑音、機器類の運転の異常、照明器具の明るさの異常などから、不良個所の早期発見に努め、処置する。
　⑤バランサの採用
　低圧線の末端にバランサ（単巻変圧器）を設置することで、中性線断線時の電圧不平衡を大幅に軽減する。

解説

なし