令和5年度第三種電気主任技術者上期試験　法規科目 問70 解説 問7 大問7

本問題は、分散型電源の低圧・高圧連系における「電気設備技術基準の解釈」に基づく施設要件に関する知識を問うものです。単相3線式の中性線に最大電流が生じる原因は負荷の不平衡であり、遮断器は系統保護のため負荷及び分散型電源の並列点よりも系統側に施設されます。また、逆変換装置を用いずに分散型電源を連系する場合は逆潮流を生じさせず、高圧連系時には配電用変電所の配電用変圧器において逆向きの潮流を生じさせないという要件から、選択肢(1)が正答となります。

分散型電源の連系に関する基礎知識

分散型電源を電力系統に連系する際には、電力系統の安定性維持、需要家の安全確保、および機器の保護を目的として、様々な技術的要件が課されます。これらの要件は主に「電気設備技術基準の解釈」に定められており、特に以下の概念が重要となります。

• 単相3線式回路と中性線電流の不平衡: 単相3線式回路は、2本の電圧線（L1, L2）と1本の中性線（N）で構成され、家庭などで広く用いられています。中性線は各電圧線と大地電位の中間電位を持ち、単相100Vの負荷と単相200Vの負荷を混在して接続できます。理想的にはL1-N間とL2-N間の負荷が平衡していれば、中性線に流れる電流はゼロになります。しかし、現実には負荷の偏り（負荷不平衡）が生じやすく、この不平衡電流が中性線に流れ、中性線が過熱するなどの問題を引き起こす可能性があります。これは電気回路における基本的な「キルヒホッフの電流法則」の応用として理解できます。

• 系統側と負荷側: 電力系統と分散型電源、および需要家の設備が接続される点（連系点）を基準として、電力会社側の送配電設備がある方を系統側、需要家や分散型電源の設備がある方を負荷側と呼びます。事故発生時や系統の異常時に、系統全体への影響を最小限に抑えるため、系統側に適切な保護装置を設置することが重要となります。

• 逆潮流と逆変換装置: 分散型電源が発電した電力が、需要家の消費電力を上回り、余剰電力が電力系統側へ流れる現象を逆潮流と呼びます。太陽光発電や風力発電などの分散型電源は、そのままでは電力系統の交流周波数や電圧に合わないことが多いため、**逆変換装置（インバータ）**を用いて、系統に同期した交流電力に変換して連系します。逆変換装置には、逆潮流を制御する機能や、系統事故時に分散型電源を系統から切り離す「単独運転検出機能」が搭載されています。逆変換装置を用いない場合、これらの制御や保護機能が十分に働かず、系統の安定性に悪影響を与える可能性が高まります。

• 配電用変電所と配電用変圧器: 配電用変電所は、送電線から送られてくる高電圧（例: 66kV）を、配電線に適した電圧（例: 6.6kV）に降圧する設備です。その中心となるのが配電用変圧器であり、これが配電系統へ電力を供給する主要な経路となります。配電用変圧器において逆向きの潮流（系統側から見て逆方向への電力の流れ）が生じると、変圧器の過負荷、保護リレーの誤動作、系統電圧の異常上昇など、配電系統の運用に深刻な影響を与える可能性があります。

設問の条件と正答への判断

ここからは、上記の基礎知識と「電気設備技術基準の解釈」の規定を基に、各空欄に当てはまる語句を特定していきます。

1. (ア) 中性線に最大電流が生じる不平衡の原因: 単相3線式の低圧電力系統において、中性線に電流が流れるのは、2つの電圧線（L1, L2）と中性線（N）の間に接続された負荷の消費電力が不均等な場合に限られます。特に、L1-N間とL2-N間の負荷電流の差が大きいと、中性線に大きな電流が流れ、最大電流が生じるおそれがあります。これは負荷のバランスが崩れた状態、すなわち「負荷の不平衡」が原因です。したがって、**(ア)**には「負荷」が適切です。

2. (イ) 遮断器の施設位置: 分散型電源を連系する構内の電路において、負荷及び分散型電源の並列点よりも、電力系統全体を保護する観点から遮断器を施設する必要があります。事故（短絡、地絡など）が発生した場合に、その影響が広範囲に波及することを防ぐため、電力会社側の設備に近い系統側に遮断器を設置して、系統を確実に切り離せるようにします。負荷側に設置しても、系統側への事故波及は防げません。したがって、**(イ)**には「系統側」が適切です。

3. (ウ) 逆変換装置を用いない連系: 逆変換装置は、分散型電源の発電電力を電力系統の周波数や電圧に適合させるだけでなく、単独運転検出機能や解列機能といった安全機能も備えています。逆変換装置を用いずに分散型電源を連系した場合、これらの安全機能が十分に働かないため、原則として電力系統への逆潮流を生じさせてはなりません。これは、系統の安定性や保護協調に悪影響を及ぼすのを防ぐためです。ただし、同等の単独運転検出および解列ができる場合は、この限りではありません。したがって、**(ウ)**には「逆潮流」が適切です。

4. (エ) 高圧連系時の潮流抑制箇所: 高圧の電力系統に分散型電源を連系する場合、配電用変電所において逆向きの潮流を生じさせないことが求められます。この「逆向きの潮流」が具体的に問題となるのは、配電系統への電力供給の基準点となる配電用変圧器です。配電用変圧器で逆潮流が発生すると、系統電圧の異常上昇や変圧器の過負荷、保護リレーの誤動作などが発生するおそれがあるため、その抑制が必要です。したがって、**(エ)**には「配電用変圧器」が適切です。

上記の判断から、空欄(ア)～(エ)に当てはまる組合せは「負荷 系統側 逆潮流 配電用変圧器」となり、選択肢(1)が正答となります。

設問の記述と選択肢を照らし合わせ、それぞれの空欄に適切な用語を当てはめていくと、分散型電源連系時の電気設備の安全と安定運用に関する要件の全体像が見えてきます。

参考リンク

• 電験3種 法規 分散型電源の系統連系と保護｜電験3種合格の最短ルート！「電験突破！」
• V2Hシステムとは？EV活用で電気代を抑える仕組みやメリット・デメリットを解説！｜ENEOSでんき
• 経済産業省 資源エネルギー庁 - 電気設備技術基準の解釈