図の読み取り:Δの底辺(左下頂点〜右下頂点)は巻線であり,中段線は右下頂点から,下段線は左下頂点から引き出されている。
令和6年度 下期 第三種電気主任技術者 法規 問12(b)
図は三相3線式高圧電路に変圧器で結合された変圧器低圧側電路を示したものである。低圧側電路の一端子にはB種接地工事が施されている。この電路の一相当たりの対地静電容量をCとし接地抵抗をR_Bとする。
低圧側電路の線間電圧200 V,周波数50 Hz,対地静電容量Cは0.1 μFとして,次の(a)及び(b)の問に答えよ。
ただし,
(ア) 変圧器の高圧電路の1線地絡電流は5 Aとする。
(イ) 高圧側電路と低圧側電路との混触時に低圧電路の対地電圧が150 Vを超えた場合は1.3秒で自動的に高圧電路を遮断する装置が設けられているものとする。
(b) 接地抵抗R_Bの抵抗値を10 Ωとしたときに,R_Bに常時流れる電流I_B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,記載以外のインピーダンスは無視するものとする。

選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
展開閉じる
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
詳細Layer 2展開閉じる
R_Bは右下頂点(中段線)に接続されている。
テブナンの定理で求める。
① 開放電圧:R_Bを外すと,3線の対地静電容量Cは等しいので,大地の電位はΔ結線(線間電圧200 Vの正三角形)の重心の電位に等しくなる。したがって接地端子(右下頂点=中段線)と大地間の電圧は,重心から頂点までの電圧,すなわちY換算の相電圧(中性点に対する電圧)に等しい。
E = 200 / √3 ≒ 115.5 V
(Δ結線では巻線1相の電圧は線間電圧と同じ200 Vであり,ここでいう115.5 VはΔの巻線電圧ではない。)
② 内部インピーダンス:電源を短絡すると3線が一点になり,3つのCが並列になる。
X = 1 / (ω・3C) = 1 / (2π × 50 × 3 × 0.1×10⁻⁶) = 1 / (94.25×10⁻⁶) ≒ 10 610 Ω
③ 電流:
I_B = E / √(R_B² + X²) = 115.5 / √(10² + 10 610²) ≒ 115.5 / 10 610 ≒ 10.9×10⁻³ A ≒ 10.9 mA
(R_B = 10 Ω は X ≒ 10 610 Ω に比べて十分小さく,結果にほとんど影響しない。)
検算:R_B ≒ 0 とみなすと,中段線の対地電圧は0で,そのCには電流が流れない。接地されていない上段線・下段線の対地電圧はそれぞれ大きさ200 Vで位相差60°。各Cの電流は 200 × ωC = 200 × 2π×50×0.1×10⁻⁶ ≒ 6.28 mA,その合成は 2 × 6.28 × cos30° ≒ 10.9 mA となり一致する。
よって最も近いのは11 mAで,正答は(1)。
各選択肢の解説
- (1)
11
正しい。I_B ≒ (200/√3) × ω × 3C ≒ 115.5 × 94.25×10⁻⁶ ≒ 10.9 mA ≒ 11 mA。
- (2)
19
19 mAは計算値10.9 mAと一致しない。数値としては,線間電圧(Δ結線の巻線電圧)200 Vをそのまま開放電圧に用いた 200 × ω・3C ≒ 18.8 mA に相当する。しかし接地端子の開放電圧は,対地静電容量が平衡しているときの大地電位(Δの重心)から接地端子までの電圧 200/√3 V(Y換算の相電圧に相当)であり,200 Vではないため誤り。
- (3)
33
33 mAは計算値10.9 mAと一致しない。数値としては 200√3 × ω・3C ≒ 32.6 mA に相当するが,開放電圧は 200/√3 V であり,この電圧を用いる根拠はないため誤り。
- (4)
65
65 mAを流すには,開放電圧115.5 Vに対して合成インピーダンスが約1.8 kΩでなければならない。実際は X ≒ 10 610 Ω(R_B = 10 Ω は無視できる)であり,65 mAは計算値10.9 mAの約6倍となるため誤り。
- (5)
192
192 mAを流すには,開放電圧115.5 Vに対して合成インピーダンスが約600 Ωでなければならず,X ≒ 10 610 Ω と大きく矛盾する。計算値10.9 mAの約18倍であり誤り。
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