令和5年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問110 解説 問11 問11

直流送電は電流の零点が自然には発生しないという性質上、高電圧・大電流の遮断において交流よりもはるかに高い技術的難度を要するため、遮断が容易であるとした選択肢(3)の内容は誤りです。

遮断における交流と直流の物理的差異

電力系統の遮断器は、開極時に接点間で発生するアーク（放電）を消すことで電流を遮断します。交流は、電流の向きが周期的に入れ替わる性質を持ち、1秒間に複数回、電流値が必ずゼロを通る「零点」が発生します。この零点付近ではアークエネルギーが極めて小さくなるため、消弧能力を高めることで電流を確実に遮断できます。

一方で、直流は電流の向きや大きさが一定であり、理想的な条件下では零点が存在しません。そのため、スイッチを開いてもアークが持続しようとし、消弧には強制的に電流を零点まで引き下げる特殊な回路構成や制御が必要となります。この性質を専門用語では「電流零点のない遮断の困難性」と呼び、高電圧・大電流を扱う送電系統において遮断器の設計を極めて難しくする要因となっています。

直流送電の特性と各選択肢の判断

直流送電の性質に基づき、各選択肢を判断します。

1. 交流系統同士を接続する場合、直流のままでは電圧の変換や制御が直接行えないため、交直変換所を設置して電気を変換する必要があります。
2. 交流送電では、離れた発電機同士の回転位相差を維持する同期安定度の限界があり、送電距離が長くなると限界を超えて脱調する恐れがあります。直流送電は発電機の回転とは無関係に制御できるため、同期安定度の問題は生じません。
3. 直流送電における遮断器は、前述の通り自然な零点がないため、コンデンサを用いて強制的に逆電流を流すなどの手法で無理やり電流をゼロにする必要があり、遮断は交流よりも極めて困難です。
4. 変圧器は電磁誘導の原理を利用するため、磁束の変化（交流）が不可欠です。電流が一定の直流では磁束が変化しないため、変圧器による電圧変換ができません。
5. 交直変換所で使用する電力用半導体素子のスイッチング動作により、基本波以外の高調波が発生するため、これを抑制するフィルタなどの対策が不可欠です。

電流がゼロを通るタイミングを遮断器がどのように活用しているか、その遮断のメカニズムと現在の直流送電における課題を重ねてみると、現象の厳しさが見えてきます。

参考リンク

• 直流送電のメリット・デメリット
• HVDC（高圧直流送電）の仕組みをアニメーションで解説
• 直流遮断技術の動向と課題（電気学会技術報告）