第一種電工 平成30年度 問20｜電気工事の施工方法

零相変流器（ZCT）は、3本の電線をまとめて中に通し、電流の合計（零相電流）だけを取り出す変流器です。ふだんは3本の電流が打ち消し合って合計はほぼ0ですが、地絡（漏電）が起きると、大地へ流れた分だけ合計が0にならなくなります。この信号を受けて動作するのが地絡継電器（GR）なので、正答はウです。過電流継電器は変流器（CT）、過電圧継電器は計器用変圧器（VT）と組み合わせ、比率差動継電器は変圧器の一次側と二次側のCTと組み合わせて使います。

【零相変流器の原理】三相3線式の電流をIa、Ib、Icとすると、正常時は Ia＋Ib＋Ic≒0 です。地絡が起きると、地絡電流の分だけ合計が0でなくなります。ZCTは3線を一括して貫通させるので、この合計（零相電流の3倍）だけを検出できます。

【組合せの整理】

・地絡継電器（GR）← 零相変流器（ZCT）：地絡電流を検出（ウ）

・過電流継電器 ← 変流器（CT）：過負荷・短絡の電流を検出（イ）

・過電圧継電器（OVR）← 計器用変圧器（VT）：電圧の異常上昇を検出（ア）

・比率差動継電器 ← 変圧器の一次側・二次側のCT：変圧器内部の故障を検出（エ）

【高圧受電設備での使い方】ZCTで検出した信号でGRが動作し、遮断器（CB）や地絡継電装置付き高圧交流負荷開閉器（GR付PAS）を開いて、構内の地絡事故を電力会社の配電線へ波及させないようにします。正答はウです。

零相変流器と地絡継電器の組合せは、高圧受電設備の地絡保護の中心です。仕組みと、施工・整定で間違えやすい点を押さえます。

【検出の仕組み】ZCTの鉄心を3線がまとめて貫通しているので、正常時は各線の電流がつくる磁束が打ち消し合い、二次側にはほとんど出力が出ません。地絡が起きると、大地へ流れた電流の分だけ磁束が打ち消されずに残り、二次側に出力が現れます。GRはこの出力が整定値（電力会社側の保護との協調を考えて設備ごとに選ぶ値）を超え、整定した時間が経つと動作します。

【もらい事故と地絡方向継電器（DGR）】高圧の配電系統は非接地方式です。構内のケーブルが長く対地静電容量が大きいと、構外（電力会社側）で地絡が起きたときに、構内のケーブルの対地静電容量を通って零相電流が流れ、ZCTがそれを検出してGRが動作してしまうことがあります（不必要動作）。これを防ぐのが地絡方向継電器（DGR）で、零相電流に加えて零相電圧（零相基準入力装置ZPDなどで検出）を取り込み、両者の位相関係から「地絡が構内か構外か」を判別し、構内の地絡のときだけ動作します。

【ケーブルの遮へい層の接地線とZCT】高圧CVケーブルの遮へい層（銅テープ）の接地線をどう通すかで、ZCTが地絡電流を正しく検出できるかが変わります。遮へい層を流れる電流がZCTの中で打ち消されてしまう通し方をすると、地絡があっても検出できません。施工では、接地線をZCTに通すかどうかを、接地する位置（ZCTの電源側か負荷側か）に合わせて決めます。

【ほかの継電器との組合せの意味】過電流継電器は各相の電流の大きさ、過電圧継電器は電圧の大きさ、比率差動継電器は変圧器の入口と出口の電流の差を見ています。地絡だけを見たいときは、3線の電流の「合計」を見る必要があり、それができるのが零相変流器です。