平成28年度 第二種 電気主任技術者二次試験 電力・管理

1. ペルトン水車

ペルトン水車では，ノズルの使用射数を減らす又はニードルを絞ることで，流速を維持し，部分負荷での効率を高めている。

2. クロスフロー水車

クロスフロー水車では，ガイドベーンを二枚として，流量の減少に合わせて，二枚，一枚のみ使用と変更していくことにより，流量に応じた部分負荷での効率を高めている。また，ガイドベーンを大小の二分割構成で設置し，大小両方，大のみ，小のみ使用と変更していくことにより，流量に応じた部分負荷での効率を高めている。

カプラン水車や斜流水車

カプラン水車や斜流水車では，ガイドベーンと連動してランナベーンの開度を調整することで，部分負荷での効率を高めている。

1. 過熱時に発生する特徴的なガス

過熱時に発生する特徴的なガスとしてエチレン（C₂H₄）とエタン（C₂H₆）が挙げられる。

過熱レベル（高温過熱・低温過熱）により発生ガスの成分が変化し，高温過熱ではエチレンが，低温過熱ではエタンが多く発生する。また，組成比などから過熱部位（巻線部・金属部）の推定を行うことができる。

2. 放電を伴う内部異常時に発生する特徴的なガス

放電時に発生する特徴的なガスとしてアセチレン（C₂H₂），水素（H₂）が挙げられる。アセチレンは絶縁油から発生する分解ガスのうち，アーク放電など特に高温時に発生するものである。

水素は経年劣化でも発生する一方，アセチレンは微量であっても検出された場合は内部異常の可能性が高い。

アセチレンは LTC（負荷時タップ切換器）動作時に切換開閉器室内の絶縁油が分解することでも発生することから，LTC 内の絶縁油が変圧器本体タンクへ混入すると内部異常と誤診断されるおそれがあるため，注意が必要である。

3. 総合診断を行うために実施すべき試験・点検・調査事項

電気的試験（巻線抵抗，部分放電測定など），外部一般点検（放圧管の動作，タンクの変形など），運転履歴・改修履歴の調査（過負荷運転など）などの項目を総合して，変圧器の運転継続可否，内部点検・修理の要否などの最終的な処置を決定する。

(1) 外部点検

変圧器などの外部一般点検は内部異常に伴う内圧上昇，温度上昇などによる外観の異常および補機類の状態など，以下の項目などにポイントをおいて行う。

• 放圧板の亀裂，噴油
• タンクの変形，振動，漏油，油温上昇，油面，窒素圧の異常
• ブッシングの放電痕
• 送油ポンプ，負荷時タップ切換装置の動作状態

(2) 運転歴，改修歴の調査

以下の項目などについて運転歴，改修歴を調査し，油中ガス分析結果の判定を誤らないようにする。

• 運転年数，運転状態（過負荷，過励磁など）
• 季節，負荷による油温変化
• 負荷時タップ切換器の切換開閉器室のシール不良
• タンクなどの溶接修理
• 過去の事故時の残留ガス
• 油劣化防止方式

(3) 電気的試験

油中ガス分析による診断結果と関連させて試験項目を選定する。例えば，油中ガス分析結果において過熱異常と診断された場合には，主回路の各接続部およびタップ切換器などの接触不良を予測して各巻線および，各タップにおける巻線抵抗を測定する。また，放電異常と診断された場合には巻線の層間短絡を想定して変圧比試験，励磁電流測定などを実施する。

1.　支持点 B における電線の傾き

縦軸方向の変数 $Y$ を $X$ で微分する。

\[ \frac{\text{d}Y}{\text{d}X} = \frac{X}{a} \]

上式に $X = S/2$ を代入すれば，支持点 B における電線の傾きを求められる。

\[ \frac{\text{d}Y}{\text{d}X} = \frac{S}{2a} \]

2.　係数 $a$

支持点における張力の垂直分力は，次式で求められる。

\[ T\sin{\theta} \approx T\tan{\theta} = T \times \frac{S}{2a} \]

一方，電線自重の半分は，次式で求められる。

\[ \frac{SWg}{2} \]

支持点における張力の垂直分力が電線自重の半分に等しいので，次式が成り立ち，係数 $a$ で整理する。

\[ T \times \frac{S}{2a} = \frac{SWg}{2} \] \[ a = \frac{T}{Wg} \]

3.　たるみ $D$ の導出

係数 $a$ を用いて，支持点における $Y$ を求める。

\[ Y = \frac{X^2}{2a} = \frac{Wg}{2T} \times (\frac{X}{2})^2 = \frac{WgS^2}{8T} \]

1.　1 線地絡故障時の等価回路

1 線地絡故障時の等価回路を下図に示す。

2.　A 配電線用 ZCT に流れる零相電流 $\dot{I}_\text{AG}$

地絡点から見たインピーダンスは，次式となる。

\[ \dot{Z} = R_\text{g} + \frac{1}{6\dot{Y} + \frac{1}{R_\text{n}}} \]

A 配電線用 ZCT に流れる零相電流 $\dot{I}_\text{g}$ は次式により求められる。

\[ \dot{I}_\text{AG} = \frac{\dot{E}_\text{a}}{\dot{Z}} \times \frac{\frac{1}{3\dot{Y}}}{\frac{1}{3\dot{Y}} + \frac{1}{3\dot{Y} + \frac{1}{R_\text{n}}}} \] \[ \dot{I}_\text{AG} = \frac{1 + 3\dot{Y}R_\text{n}}{R_\text{g}+ R_\text{n} + 6\dot{Y}R_\text{g}R_\text{n}}\dot{E}_\text{a} \]

3.　GPT の二次側挿入抵抗の一次側換算値

GPT の二次側挿入抵抗の一次側換算値 $R_\text{n}$ は，GPT の二次側挿入抵抗を $r$，GPT の変成比を $n$ とすると，次式で求められる。

\[ R_\text{n} = \frac{r}{3} \times n^2 \times \frac{1}{3} = \frac{50}{3} \times (\frac{6600}{110})^2 \times \frac{1}{3} = 20 000 \text{ [Ω]} \]

4.　$\dot{I}_\text{AG}$ の大きさ

対地アドミタンス（三相）を求める。

\[ \dot{Y} = 3 \text{j}\omega C = 3 \times \text{j} \times 2 \times \pi \times 50 \times 0.01 \times 10^{-6} \times 5 = \text{j}4.71 \times 10^{-5} \text{ [S]} \]

各値を $\dot{I}_\text{AG}$ に代入する。

\[ \dot{I}_\text{AG} = \frac{1 + \text{j}4.71 \times 10^{-5} \times 20000}{100 + 20000 + 2 \times 4.71 \times 10^{-5} \times 100 \times 20000} \times \frac{6600}{\sqrt{3}} \] \[ |\dot{I}_\text{AG}| = 0.260 \text{ [A]} \]

1-1. 歩幅電圧

接地極に大電流（事故電流）が流れるとき，大地の電位の傾きにより地表面の 2 点間に電位差が生じる。これにより人体の両足間に加わる電圧をいう。

1-2. 接触電圧

接地極に大電流（事故電流）が流れるとき，大地の電位の傾きにより，接地した物体とその物体と少し離れた地表面との間に電位差が生じ，接地した物体に人体が接触した場合に人体に加わる電圧をいう。

2-1. 歩幅電圧の許容値

2-2. 接触電圧の許容値

3. 砂利層の効果

足の大地との抵抗を大きくすることができるため，歩幅電圧と接触電圧の許容値を大きくすることができる。

1.　66 kV CB3 から見た電源側背後インピーダンスの大きさ

66 kV CB3 から見た電源側背後インピーダンスの大きさは，次式で求められる。

\[ \frac{66^2}{100} \times {2.5 + 3.5}{100} = 2.6136 \approx 2.61 \text{ [Ω]} \]

2.　66 kV CB3 における三相短絡電流

66 kV CB3 における三相短絡電流は，次式で求められる。

\[ \frac{100}{66 \times \sqrt{3}} \times \frac{100}{6.0} = 14.5795 \approx 14.6 \text{ [kA]} \]

3.　6.6 kV CB6 における三相短絡電流

10 MV·A 基準で，6.6 kV CB6 より電源側のパーセントインピーダンスを求める。

\[ \text{j}2.5 \times \frac{10}{100} + \text{j}3.5 \times \frac{10}{100} + \text{j}8.8 \times \frac{10}{20} + (5 + \text{j}7) = 5 + \text{j}12 \]

6.6 kV CB6 における三相短絡電流は次式で求められる。

\[ \frac{10}{6.6 \times \sqrt{3}} \times \frac{1}{\sqrt{0.05^2 + 0.12^2}} = \frac{0.87477}{0.13} = 6.729 \approx 6.73 \text{ [kA]} \]

4.　100 MV·A 変圧器の自己容量基準パーセントインピーダンスの下限値

CB2，CB3 及び CB7 の定格遮断電流が 20 kA を超過しないためには，次式が成立する必要がある。なお，次式では，100 MV·A 基準とし，100 MV·A 変圧器の自己容量基準パーセントインピーダンスの下限値を $x$ としている。。

\[ (\frac{100}{2.5 + 3.5} + \frac{100}{x + 12}) \times \frac{100}{66 \times \sqrt{3}} \le 20 \] \[ 4.140 \le x \]