Question 1

高圧配電線路の方式のうち、放射状方式（樹枝状方式）の特徴として、正しいものは。

Accepted Answer

構成が簡単で建設費が安いが、事故時に事故点より負荷側が停電する。【詳細解説】放射状方式は、配電用変電所から出た高圧配電線が木の枝のように分かれて広がっていく方式で、樹枝状方式ともいいます。電線をむだなく使えるため設備が簡単で建設費が安く、負荷が増えたときの延長も容易です。日本の高圧配電線路の大半がこの方式です。一方、供給ルートが1本しかないため、途中で事故が起きると、その事故点より先（負荷側）がすべて停電します。これが最大の短所です。電線路が二重化されて停電時間を短縮できるという説明はループ方式（環状方式）、常時開路して事故時に切り替えるという説明はループ方式の常時開路運用、複数回線から同時受電するという説明はスポットネットワーク方式のものです。「枝分かれ＝安いが停電範囲が広い」と押さえると区別しやすくなります。【他の選択肢が不適切な理由】他の三つは、供給の道すじを二つ以上持つ方式の説明です。電線路を二重にして停電の時間を短くする説明も、ふだんは開いておいて事故のときに閉じる説明も、環状につないだ配電線の運用のしかたを述べたものです。複数の回線から同時に受け取る説明は、大都市の高層ビルなどで用いる別の方式です。道すじが1本しかないという前提が、この方式の長所と短所の両方を決めています。

Question 2

高圧配電線路のループ方式（環状方式）で一般に採用されている常時開路方式の説明として、正しいものは。

Accepted Answer

結合点の開閉器を常時開いておき、事故時に閉じて送電ルートを変える。【詳細解説】ループ方式は、配電線を環状につないで供給ルートを2方向確保する方式です。このとき環の一部にある結合開閉器を常時開いたまま運用するのが常時開路方式で、日本の高圧配電線路ではこちらが一般的です。ふだんは放射状方式と同じ形で動き、事故が起きたときだけ事故区間を切り離して結合開閉器を閉じ、反対側から送電して停電範囲を最小限にします。常時閉じたまま両方向から送るのは常時閉路方式で、電圧変動や電力損失は小さくなりますが、事故電流が両方向から流れ込むため保護継電器の協調が複雑になり、高圧配電では採用例が少なくなっています。低圧幹線どうしを並列に接続するのはバンキング方式、3回線から受電するのはスポットネットワーク方式の説明です。【他の選択肢が不適切な理由】結合の開閉器を常に閉じておく運用も存在しますが、事故のときに電流が両方向から流れ込むため継電器の協調が難しく、高圧の配電では採用が少なくなっています。低圧側の幹線どうしを並列につなぐ説明は、変圧器の二次側で融通しあう別の方式のものです。3回線から受電して順に切り替えるという説明も、大都市の高層ビルなどで用いる方式と取り違えたもので、環状の運用の話ではありません。

Question 3

低圧配電線路における低圧バンキング方式の説明として、正しいものは。

Accepted Answer

同一の高圧配電線に接続した2台以上の変圧器の二次側を並列につなぐ。【詳細解説】低圧バンキング方式は、同じ高圧配電線につながれた2台以上の柱上変圧器の二次側（低圧側）の幹線を、互いに並列に接続して運用する方式です。負荷が一時的に片寄っても複数の変圧器で分担できるため、電圧変動が小さくなり、電力損失も減り、負荷が増えたときの融通もききます。商店街のように負荷密度が高い区域で採用されます。ただし高圧側は同一の配電線でなければなりません。異なる配電線の変圧器を低圧側で並列にすると、位相や電圧が一致せず横流が流れるためです。したがって、複数の高圧配電線から受電するという説明は誤りです。1台の変圧器から複数の幹線へ分けて送るのは通常の放射状の供給、高圧側で区間を切り離すのは区分開閉器による事故区間の分離であり、いずれもバンキングではありません。【他の選択肢が不適切な理由】1台の変圧器の二次側を分けてそれぞれの幹線へ送る形は、ごく一般的な供給のしかたであって、複数の変圧器で融通しあうこの方式とは異なります。高圧側に開閉器を設けて事故の区間を切り離すのは、区分開閉器による運用の話です。異なる配電線につながる変圧器を低圧側で並列にすると、電圧や位相がそろわずに電線の間を無駄な電流が流れるため、高圧側は同じ配電線でなければなりません。

Question 4

低圧バンキング方式で発生するおそれのあるカスケーディングを防止するための対策として、適切なものは。

Accepted Answer

低圧幹線の各区間の境目に、適切な定格の区分ヒューズを設ける。【詳細解説】カスケーディングとは、低圧バンキング方式で1台の変圧器が故障して切り離されたとき、その分の負荷が隣の変圧器に流れ込み、これも過負荷で切れ、さらに隣へ…と次々に波及して、健全だった区域まで広く停電してしまう現象です。これを防ぐには、低圧幹線を区間ごとに分け、各区間の境目に適切な定格の区分ヒューズを入れておきます。故障した変圧器につながる区間だけをヒューズが切り離すので、波及が止まり、停電は最小の範囲で済みます。高圧限流ヒューズは変圧器そのものの短絡保護、バランサは単相3線式の中性線の不平衡対策、進相コンデンサは力率改善のためのもので、いずれも低圧側の波及停電を止める働きはありません。「カスケード＝滝のように次々落ちる」ことから、区間で堰を作る対策と覚えます。【他の選択肢が不適切な理由】変圧器の一次側に設けるヒューズは、その変圧器自身の短絡を切り離すためのもので、低圧側で次々に広がる過負荷を食い止める働きはありません。単相3線式の中性線に流れる不平衡分を打ち消す機器は、電圧のかたよりを直すためのものです。力率を改善する機器も無効電力を補うためのもので、いずれも低圧の幹線を区間ごとに切り分けて波及を止めるという役目を果たしません。

Question 5

大都市の高層ビルなどで採用されるスポットネットワーク方式の特徴として、正しいものは。

Accepted Answer

3回線程度の配電線から受電し、1回線が停電しても無停電で供給できる。【詳細解説】スポットネットワーク方式は、同一の変電所から引き出された3回線程度の配電線で受電し、各回線に断路器・ネットワーク変圧器・ネットワークプロテクタを設けて、変圧器の二次側をネットワーク母線で並列に接続する方式です。1回線が停電したり事故になったりしても、残りの回線から供給が続くため、無停電で電力を受け続けられます。供給信頼度がきわめて高いので、大都市の高層ビルや大規模工場で採用されます。予備線に手動で切り替える方式は本予備線受電（予備線受電）であり、切替の間は停電します。低圧側で融通しあうのはバンキング方式、結合開閉器で停電区間を縮めるのはループ方式の説明です。設備費は高くなりますが、受電用遮断器を省略できる点も特徴です。【他の選択肢が不適切な理由】低圧側で幹線をつないで融通しあう方式は、変圧器の二次側での工夫であり、複数の回線から受電するこの方式とは前提が異なります。1回線で受け、事故のときに予備の線へ手で切り替える方式では、切り替えている間は必ず停電します。配電線を環状に構成して停電の区間を狭める方式も、停電そのものを避けられるわけではありません。無停電で受け続けられるかどうかが分かれ目です。

Question 6

スポットネットワーク方式に用いるネットワークプロテクタが備える保護動作の組合せとして、正しいものは。

Accepted Answer

差電圧投入・無電圧投入・逆電力遮断。【詳細解説】ネットワークプロテクタは、プロテクタヒューズ・プロテクタ遮断器・ネットワークリレーで構成され、次の3つの動作を行います。差電圧投入は、ネットワーク変圧器側の電圧がネットワーク母線側より高く、投入すれば母線へ電力が流れ込む状態のときに自動で投入する動作です。無電圧投入は、ネットワーク母線が無電圧で、変圧器側に電圧が確立しているときに投入する動作で、停電からの復帰時に働きます。逆電力遮断は、電力がネットワーク母線から変圧器側へ逆向きに流れたときに遮断する動作です。配電線側の事故で電源が失われると母線から電力が逆流するため、これを検出して事故回線を切り離します。不足電圧遮断や地絡方向遮断は受電設備の一般的な保護継電器の動作であり、ネットワークプロテクタの3動作には含まれません。【他の選択肢が不適切な理由】投入するかどうかの判断は、入れたときに変圧器側から母線へ電力が流れ込む状態かどうかで決まるので、電圧が高すぎることを条件とする動作は含まれません。相の並び順を条件にする投入の動作もありません。遮断の判断は電力が流れる向きによるものであり、電圧が下がったことや地絡の向きを条件とする動作は、受電設備に置く一般的な保護継電器のもので、この装置の三つの動作には入りません。

Question 7

高圧配電線路が長く末端の電圧が低下しすぎる場合に、線路の途中の電柱に設置し、負荷時タップ切換によって電圧を適正な範囲に保つ機器は。

Accepted Answer

線路用自動電圧調整器（SVR）。【詳細解説】線路用自動電圧調整器（SVR）は、高圧配電線路の途中の電柱に設置する単巻変圧器形の機器で、送出電圧を検出しながら負荷時タップ切換を行い、そこから先の電圧を適正な範囲に保ちます。配電線が長いと、末端では電圧降下によって電圧が下がりすぎ、逆に軽負荷時には上がりすぎます。SVRを途中に入れると、区間ごとに電圧を持ち上げたり下げたりできるため、線路全体の電圧を規定内に収められます。零相変流器は地絡電流（零相電流）を検出する変成器、地絡方向継電器は地絡事故の方向を判別して遮断させる継電器で、いずれも電圧調整の機能はありません。静止形無効電力補償装置は無効電力を連続的に調整して電圧を安定させる機器ですが、半導体を用いた大形の設備で、送電系統や大容量需要家に使われるものです。配電線の電圧調整には、ほかに変電所の負荷時タップ切換変圧器や進相コンデンサも併用されます。【他の選択肢が不適切な理由】零相の電流を検出する変成器と、地絡の向きを判別して遮断させる継電器は、いずれも事故を検出して切り離すための機器であり、平常時の電圧を適正な範囲に保つ働きは持っていません。無効電力を連続的に調整して電圧を安定させる装置は、半導体を用いた大形の設備で、送電系統や大容量の需要家に用いられるものです。電柱の上に置いて区間ごとに電圧を調整するという条件に合いません。

Question 8

電気事業法施行規則第38条により、一般送配電事業者が標準電圧100Vの低圧需要家に対して維持すべき電圧の値は。

Accepted Answer

101Vの上下6Vを超えない値。【詳細解説】電気事業法第26条第1項は、一般送配電事業者に対し、供給する電気の電圧を経済産業省令で定める値に維持する義務を課しています。その具体的な値が電気事業法施行規則第38条に表で示されています。条文では、標準電圧100Vについては「101ボルトの上下6ボルトを超えない値」、標準電圧200Vについては「202ボルトの上下20ボルトを超えない値」と定められています。すなわち100V系は95V以上107V以下、200V系は182V以上222V以下です。中心の値が100Vや200Vではなく101V・202Vとなっている点が、まず問われるところです。屋内配線での電圧降下を見込んで、あらかじめ少し高めの値を中心に置いているためです。101Vの上下10V、102Vの上下20Vという値は条文にはありません。「100系は101±6、200系は202±20」と組で覚えます。【他の選択肢が不適切な理由】中心の値が100ボルトである組合せは、屋内配線での電圧降下をあらかじめ見込んで中心を少し高めに置くという条文の考え方と合いません。上下10ボルトという幅の組合せも定められていません。中心を102ボルト、幅を上下20ボルトとする組合せは、標準電圧200ボルトについて定められた数値を持ち込んだもので、区分そのものを取り違えています。実際の範囲は95ボルト以上107ボルト以下になります。

Question 9

単相2線式と単相3線式について、供給する電力・こう長・線路の電力損失・対地電圧をいずれも等しくしたとき、必要な電線の総重量は、単相2線式を100％とすると単相3線式では何％になるか。ただし、単相3線式の負荷は平衡しており、中性線には電流が流れないものとする。また電線の材質は同一とする。

Accepted Answer

37.5％。【詳細解説】対地電圧をV、供給電力をPとします。単相2線式では電圧がVなので電流はI₂＝P÷V、電流が流れる電線は2本なので電力損失はP₂＝2I₂²R₂です。単相3線式は電圧線どうしの間が2Vなので電流はI₃＝P÷(2V)＝I₂÷2、平衡していれば中性線に電流は流れず、電流が流れる電線は2本なので電力損失はP₃＝2I₃²R₃です。損失を等しくすると 2I₂²R₂＝2(I₂÷2)²R₃ となり、R₃＝4R₂が得られます。抵抗は断面積に反比例するので、単相3線式の電線の断面積は単相2線式の4分の1で済みます。電線の総重量は「断面積×本数×長さ」に比例します。単相2線式は断面積A、2本で2A相当。単相3線式は断面積A÷4が3本で0.75A相当です。したがって 0.75A÷2A＝0.375、すなわち37.5％となります。同じ条件で三相3線式は75％、三相4線式は約33.3％です。【他の選択肢が不適切な理由】75パーセントは、同じ条件で三相3線式について比べたときに得られる値なので、方式を取り違えると出てきます。50パーセントや66.7パーセントは、電線が2本から3本へ増えることと、1本あたりの断面積が4分の1で済むことのうち、片方だけを大まかに見積もった場合に現れる値です。正しくは本数の比である2分の3と、断面積の比である4分の1を掛け合わせた8分の3、すなわち37.5パーセントになります。

Question 10

同じ線間電圧、同じ線電流、同じ力率のもとで負荷へ電力を供給するとき、三相3線式で送れる電力は単相2線式の何倍になるか。

Accepted Answer

約1.73倍。【詳細解説】単相2線式の電力は P₁＝V I cosθ で表されます。ここでVは線間電圧、Iは電流、cosθは力率です。三相3線式の電力は P₃＝√3 V I cosθ で表されます。電圧・電流・力率がいずれも同じという条件なので、両者の比は P₃÷P₁＝√3 となります。√3＝1.732…なので、約1.73倍です。三相3線式は電線が1本増えるだけ（2本が3本）で、送れる電力が約1.73倍になるため、電線1本あたりの効率が高くなります。これが動力回路に三相3線式が広く使われる理由です。約1.15倍は2÷√3の値で、V結線の変圧器利用率や線電流と相電流の関係を扱うときに現れる数値です。約2倍は電線の本数の比を単純に電力の比と取り違えたときに出る誤りです。√3が三相の式に現れるのは、三相の各相の電圧が120度ずつずれているためです。【他の選択肢が不適切な理由】約2倍という値は、電線が2本から3本へ増えたという本数の比を、そのまま送れる電力の比と取り違えた場合に出てきます。約1.15倍は2を√3で割った値で、V結線の変圧器の利用率など別の場面で現れる数値です。約1.5倍は式のどこからも導かれません。単相と三相の電力の式を並べて比を取れば、係数の√3だけが残ることが確かめられます。

配電系統の構成と供給方式の一問一答