電験三種 令和6年度上期 電力 問9｜変電（変圧器・変電所・保護）

電験三種「電力」の「変電（変圧器・変電所・保護）」に関する問題（令和6年度上期 問9）。正答は(1)です。

絶縁協調とは、外部過電圧そのものの大きさを下げることではなく、避雷器などの保護装置の動作特性と電力設備の絶縁強度を整合させ、安全性と経済性のバランスが取れた絶縁設計を行うことです。(1)は「外部過電圧そのものの大きさを低減する」としており、絶縁協調の定義を誤って説明しています。(2)〜(5)は避雷器の機能や絶縁設計の考え方として正しく、正答は(1)です。

【絶縁協調と過電圧対策の各選択肢の検討】（令和6年度上期 問9）

(1) 誤り：絶縁協調は「外部過電圧そのものの大きさを低減する」ことではなく、避雷器など保護装置の制限電圧と電力設備の絶縁強度との関係を合理的に設計し、安全性と経済性を両立させる考え方である。

(2) 正しい：避雷器は過電圧が一定値を超えると特性要素に電流が流れて過電圧を制限し、続流を短時間で遮断して原状復帰する。

(3) 正しい：架空送電線路の絶縁は、頻度が低い外部過電圧（雷サージ）に対しては必ずしも十分に耐える設計にはしない（避雷器や架空地線で対応する）。

(4) 正しい：送電線路・発変電所の絶縁は、内部過電圧（開閉サージ・短時間交流過電圧）に対しては原則十分耐えるように設計する。

(5) 正しい：発変電所の設備絶縁は避雷器による保護を前提とし、保護レベルは避雷器の制限電圧で決まる。

誤っているものは(1)。

【絶縁協調という概念の正しい理解】（令和6年度上期 問9）

絶縁協調（insulation coordination）とは、電力系統に現れうる各種過電圧（外部過電圧＝雷サージ、内部過電圧＝開閉サージ・短時間交流過電圧）に対して、送電線路・発変電所の各設備の絶縁強度と、避雷器などの保護装置の制限電圧とを合理的に組み合わせることで、必要な信頼性を確保しながら設備コストを過大にしない絶縁設計を行う考え方である。重要なのは、絶縁協調それ自体は「過電圧という自然現象・系統現象そのものの大きさを下げる」技術ではなく、「与えられた過電圧に対してどの程度の絶縁強度を持たせ、どこを保護装置に守らせるか」という設計思想の最適化である点である。

この考え方の実務的な現れが、架空送電線路の絶縁設計である。発生頻度が低く非常に高い過電圧となる外部過電圧（雷）に対しては、送電線路の絶縁をその最大値に耐えるように設計すると設備が過大・高コストになるため、必ずしも十分に耐える設計にはせず、架空地線による遮蔽や避雷器による制限に委ねる。一方、開閉操作や地絡事故で生じる内部過電圧は発生頻度が比較的高く、系統の正常な運用の一部として想定されるため、設備側で十分耐える設計にするのが原則である。

発変電所に設置される変圧器などの重要機器は、避雷器によって過電圧から保護されることを前提に、避雷器の制限電圧（残留電圧）を基準として機器の絶縁強度を設定する。このように絶縁協調は「過電圧の大きさを下げる」のではなく「過電圧・絶縁強度・保護装置の制限電圧という3者の関係を適切に設計する」技術であるという理解が、本問のような定義を問う設問を正しく解く鍵になる。