令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問60 解説 問6 問6

避雷器は、雷や開閉サージのような過電圧の波高値が一定の制限値を超えた際に放電を開始し、絶縁を保護する役割を果たします。

避雷器の仕組みと特性要素

避雷器の性能を左右する心臓部が「特性要素」です。理想的な避雷器は、通常時は絶縁体として動作して回路に影響を与えず、過電圧発生時には速やかに大電流を流して電圧を抑制し、過電圧が去った後は速やかに元の絶縁状態へ戻ることが求められます。

この動作を実現するために用いられるのが、電圧によって抵抗値が劇的に変化する「非線形抵抗特性」を持つ素子です。現在、主流となっているのは酸化亜鉛（ZnO）を用いた素子です。ZnO素子は、電圧が低いときには極めて高い抵抗値を示し、過電圧のような高電圧がかかると急激に抵抗値が低下して電流を流すという、極めて優れた非線形性を持ちます。

この特性により、過電圧を除去した後、回路電圧（常時電圧）に戻った際に流れる電流を自然に抑え込むことができます。この過電圧除去後に商用電源から引き続き流れてしまう電流のことを「続流」と呼びます。続流を遮断できるか否かは、系統の安定性に直結する重要な要素です。

避雷器の動作と構成の判断

各空白箇所について、避雷器の動作原理に照らして特定します。

1. 空白(ア)については、過電圧がいつ動作すべきかを判断する基準であり、雷サージや開閉サージの大きさを示す「波高値」が適切です。
2. 空白(イ)には、現在の避雷器の主流である非線形抵抗材料として「ZnO（酸化亜鉛）」が該当します。
3. 空白(ウ)には、電圧の大きさに応じて抵抗値が変化する性質を指す「非線形」が入ります。
4. 空白(エ)には、過電圧の放電が終わった後に、電源から引き続き流れてしまう「続流」を遮断するという避雷器の必須機能が当てはまります。
5. 空白(オ)については、かつて主流であった直列ギャップを必要とせず、ZnO素子の非線形性のみで放電後の続流遮断と常時の絶縁確保を両立させた「ギャップレス」避雷器が、現代の発変電所用として最適です。

過電圧の波形図を思い浮かべ、その頂点である波高値が避雷器の動作開始点を超えた瞬間、ZnO素子に電流が流れ込む様子を重ねてみると、一連の放電と遮断のプロセスが見えてきます。

参考リンク

• 避雷器の構造と動作原理（電気技術解説）
• 酸化亜鉛素子（ZnO）を用いた避雷器の特性と応用例
• JIS C 5381-1:2014 低圧サージ防護デバイス－第1部：低圧配電システムに接続するサージ防護デバイス－性能要求事項及び試験方法（日本産業標準調査会）