令和6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 問7

電気設備技術基準の解釈第229条に規定される、逆潮流有りの高圧連系において系統の安全を維持するための保護協調の原則に基づき、発電設備自体の電圧異常を検知する発電電圧、連系先の電力系統で生じる短絡や地絡を監視する系統側、非接地系統の地絡事故を検出する地絡過電圧リレー、そして系統から切り離された発電設備の単独運転を検出する機能が必要となるため、正答は(5)です。

系統連系における保護協調の原則と異常検出

分散型電源を電力系統に接続して運転する場合、系統の安全と信頼性を維持するために、保護リレーなどの系統連系用保護装置の設置が義務付けられています。これには、技術基準における重要な保安の考え方である保護協調の原則が深く関係しています。

保護協調の原則とは、系統内で事故（短絡や地絡など）が発生した際に、事故の影響を最小限に抑え、周囲の健全な系統へ波及させないように、関係する保護装置が互いに連携し、適切な順序と範囲で動作するように計画する設計方針です。高圧の電力系統に逆潮流（分散型電源から系統側へ電力を送ること）を伴って連系する場合は、系統側の停電や事故に対しても自立的に反応して動作を停止しなければ、さらなる事故の拡大や人身災害を招くことになります。

この保護協調を達成するために、系統連系用保護装置には次の二つの重要な役割があります。

一つ目は、非接地配電系統における地絡事故の検出です。我が国の高圧配電線は、地絡時の異常電流を最小限に抑えて周囲への電磁誘導障害を防ぐため、主に中性点非接地方式が採用されています。非接地系統では地絡電流が非常に小さいため、通常の過電流保護では事故を検知できません。しかし、地絡事故が発生すると系統全体の中性点電位が移動し、零相電圧と呼ばれる対地電位の不平衡電圧が発生します。この零相電圧の発生を監視して地絡事故を検出するのが地絡過電圧リレーの役割です。

二つ目は、系統の停電時に発生する単独運転の防止です。系統側が停電した状態で分散型電源だけが運転を継続し、配電線の一部に電力を供給し続けてしまう状態を単独運転と呼びます。単独運転状態の配電線に電力が供給され続けると、自動で再送電が行われた際に電圧の位相が合わず設備が激しく損傷したり、復旧作業中の作業員が感電したりする深刻な危険が生じます。これらを防ぐため、周波数の乱れを感知する受動的方式や、信号への応答変動から判定する能動的方式などを備えた検出装置により、即座に系統から遮断する必要があります。

異常検知と系統保護の判断

1 異常上昇および異常低下を過電圧リレーや不足電圧リレーで検出する対象は、発電設備そのものの電圧である発電電圧です。分散型電源が安定して電力を送り出すためには、自らの出力電圧を適切な範囲に維持しなければならないため、発電設備そのものの状態を示す電圧を監視する必要があります。これにより、(ア)に入る言葉は発電電圧になります。

2 短絡事故および地絡事故を検出する場所は、接続先の系統側です。分散型電源を系統に連系している際、電力会社側の配電線で事故が発生した場合には、事故点へ発電設備から電流が供給され続けるのを防ぐために、速やかに系統から切り離さなければなりません。このため、監視すべき事故の発生場所は発電設備側ではなく系統側となり、(イ)に入る言葉は系統側になります。

3 系統側で発生した地絡事故を検出するために用いる装置は、地絡過電圧リレーです。高圧配電線は地絡電流が非常に小さくなる非接地系統で運用されているため、電流の差をみる差動リレーでは地絡事故を感度よく捉えることができません。これに対し、地絡事故時に発生する大地の電位変動である零相電圧を監視する地絡過電圧リレーであれば、確実な地絡検出が可能になります。これにより、(ウ)に入る言葉は地絡過電圧になります。

4 周波数の変動を捉えるリレーや転送遮断装置によって防ぐべき対象は、単独運転です。系統側が停電したにもかかわらず、自家用の分散型電源が運転を続けてしまう単独運転は、復電時の機器破損や作業員の感電を招く危険な状態です。表中の注記にも能動的方式といった検知技術の記述があることから、この異常は単独運転に該当し、(エ)に入る言葉は単独運転になります。

系統連系の安全性や、事故発生時に配電線へ及ぼす影響を考慮したリレーの配置をイメージし、問題文に示された表中の種類や補足事項にある各注記を一つずつ照らし合わせていくと、なぜそれぞれの監視対象や保護方式が指定されているのかという保安上のつながりが見えてきます。

参考リンク

• 電気設備技術基準の解釈第229条【高圧連系時の系統連系用保護装置】 | 電験王
• 【電験三種 法規】系統連系技術要件と保護リレー - YouTube
• 系統連系技術要件の概要について | 経済産業省