誘導障害は、原因によって静電誘導障害と電磁誘導障害に分けられる。
令和7年度 上期 第三種電気主任技術者 電力 問9
次の文章は,架空送電線路に関する記述である。
架空送電線路が通信線路に接近していると,通信線路に電圧が誘導されて設備やその取扱者に危害を及ぼす等の障害が生じるおそれがある。この障害を誘導障害といい,次の2種類がある。
① 架空送電線路の電圧により通信線路に誘導電圧を発生させる[(ア)]障害。
② 架空送電線路の電流が,架空送電線路と通信線路間の[(イ)]を介して通信線路に誘導電圧を発生させる[(ウ)]障害。
三相架空送電線路が十分にねん架されていれば,平常時は,電圧や電流によって通信線路に現れる誘導電圧は[(エ)]となるので0Vとなる。三相架空送電線路に[(オ)]事故が生じると,電圧や電流は不平衡になり,通信線路に誘導電圧が現れ,誘導障害が生じる。
上記の記述中の空白箇所(ア)~(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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(ア) 静電誘導:送電線と通信線の間、および通信線と大地の間には静電容量がある。送電線の電圧がこの静電容量を介して通信線に電位を生じさせる現象が静電誘導である。各相と通信線間の静電容量を Ca, Cb, Cc [F]、通信線の対地静電容量を C0 [F] とすると、通信線の誘導電圧は
Vs = (Ca·Va + Cb·Vb + Cc·Vc) / (Ca + Cb + Cc + C0)
で表される。
補足Layer 3展開閉じる
(イ)(ウ) 電磁誘導:送電線の電流がつくる磁束が通信線と鎖交し、両線路間の相互インダクタンスを介して通信線に起電力を生じさせる現象が電磁誘導である。各相と通信線間の単位長さ当たりの相互インダクタンスを Ma, Mb, Mc [H/m]、並行区間の長さを l [m]、角周波数を ω [rad/s] とすると、誘導電圧は
Em = jωl(Ma·Ia + Mb·Ib + Mc·Ic)
で表される。
(エ) ねん架の効果:十分にねん架すると、各相と通信線の間の静電容量や相互インダクタンスがほぼ等しくなる(Ca = Cb = Cc、Ma = Mb = Mc = M。M は単位長さ当たりの相互インダクタンス [H/m])。このとき
Vs ∝ Va + Vb + Vc
Em = jωMl(Ia + Ib + Ic)
となる。平常時の三相平衡状態では、各相の電圧・電流は大きさが等しく120°ずつ位相がずれているので、そのベクトルの和はいずれも0になり、誘導電圧は0Vになる。大きさ(絶対値)の和は常に正であり、0にはならない。0になるのはあくまでベクトルの和である。
(オ) 1線地絡事故:1線地絡事故が起きると大地を帰路とする零相電流が流れ、電流のベクトル和は Ia + Ib + Ic = 3I0 ≠ 0 となる。電圧も零相電圧が生じて不平衡になる。そのため通信線に誘導電圧が現れ、特に地絡電流による電磁誘導電圧は大きくなりやすい。
よって、(ア) 静電誘導、(イ) 相互インダクタンス、(ウ) 電磁誘導、(エ) ベクトルの和、(オ) 1線地絡の組合せとなり、正答は(3)である。
各選択肢の解説
- (1)
(ア) 磁気誘導 (イ) 誘導リアクタンス (ウ) ファラデー (エ) 大きさの差 (オ) 三相短絡
誤り。(ア):送電線の電圧によって誘導電圧が生じる現象は静電誘導であり、磁気誘導ではない。(イ):両線路間の結合を表す量は相互インダクタンスであり、誘導リアクタンスではない。(ウ):障害の名称は電磁誘導障害であり、「ファラデー障害」とは呼ばない。(エ):通信線の誘導電圧は、各相からの寄与を位相も含めて重ね合わせたもの(ベクトルの和)で決まる。平衡時は各相の大きさが等しいため大きさの差も0になるが、大きさの差は位相を無視した量であり、誘導電圧を表さない。(オ):三相短絡は三相が対称のまま起こる事故なので、零相分が生じない。そのため、ここでいう不平衡には当たらない。
- (2)
(ア) 静電誘導 (イ) 自己インダクタンス (ウ) 電磁誘導 (エ) 大きさの和 (オ) 1線地絡
誤り。(ア) 静電誘導、(ウ) 電磁誘導、(オ) 1線地絡は正しい。しかし(イ):誘導電圧は送電線と通信線という2つの回路の間の結合によって生じるので、自己インダクタンスではなく相互インダクタンスが入る。(エ):大きさ(絶対値)は負にならないので、その和は常に正で0にならない。各相の電圧・電流は120°ずつ位相がずれているため、平衡時に0になるのはベクトルの和である。
- (3)
(ア) 静電誘導 (イ) 相互インダクタンス (ウ) 電磁誘導 (エ) ベクトルの和 (オ) 1線地絡
正しい。(ア) 静電誘導、(イ) 相互インダクタンス、(ウ) 電磁誘導、(エ) ベクトルの和、(オ) 1線地絡のすべてが記述に合う。ねん架によって各相の結合がそろうと、平衡時は Va + Vb + Vc = 0、Ia + Ib + Ic = 0 となり、誘導電圧は0Vになる。1線地絡時は零相電流 3I0 が流れて不平衡になり、誘導電圧が現れる。
- (4)
(ア) 磁気誘導 (イ) 相互インダクタンス (ウ) 電荷誘導 (エ) ベクトルの和 (オ) 三相短絡
誤り。(イ) 相互インダクタンスと(エ) ベクトルの和は正しい。しかし(ア):電圧による誘導は静電誘導であり、磁気誘導ではない。(ウ):電流による誘導は電磁誘導であり、「電荷誘導」という名称は用いない。(オ):三相短絡は対称な事故なので零相分が生じず、ここでいう不平衡には当たらない。
- (5)
(ア) 磁気誘導 (イ) 誘導リアクタンス (ウ) ファラデー (エ) ベクトルの差 (オ) 2線地絡
誤り。(ア):静電誘導とすべきところが磁気誘導になっている。(イ):相互インダクタンスとすべきところが誘導リアクタンスになっている。(ウ):電磁誘導とすべきところがファラデーになっている。(エ):平衡時に0になるのはベクトルの和であり、ベクトルの差ではない。例えば、大きさ |V| で位相が120°異なる2相の電圧の差 Va − Vb の大きさは √3|V| となり、0にならない。また、通信線の誘導電圧は各相からの寄与の重ね合わせなので、差ではなく和で表される。なお、2線地絡も不平衡事故だが、(ア)~(エ)が誤っているため、組合せとして正しくない。
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