高圧受電設備（第一種電気工事士）

基本の仕組み

電力会社側から入った高圧が、保護装置を経て変圧器へ進み、低圧側の負荷へ分かれる流れを考えます。どの機器が電圧を変え、どの機器が事故に対応するかを区別します。

内部の機器は一つのシステムとして組み合わせられます。単線結線図に記された機器の順序と役割を追うと、外観写真だけでは分からない働きが説明できます。

外箱に収まっていることは、内部へ自由に立ち入れることを意味しません。高圧部と低圧部、操作や点検の区分を明確にして扱う設備です。

受電設備を構成する機器

典型的な高圧受電設備は、引込・責任分界点、取引用の電力需給用計器用変成器（VCT）、開閉・保護、変圧器、低圧分電盤へとたどります。VCTはVTとCTを組み合わせ、電力量計へ電圧と電流を伝える装置です。公式例題では外観写真からVCTを識別します。

キュービクル式は機器を箱内にまとめた方式で、開放形の受電設備もあります。箱そのものが事故電流を切るわけではないため、単線結線図で各装置の位置と保護範囲を確認します。

基本の仕組み

PF形（PF・S形）では電力ヒューズ（限流ヒューズ）と負荷開閉器の組合せ、CB形では遮断器と保護継電器の組合せに着目します。同じ高圧を受ける設備でも、事故への対応の構成が違います。

選ぶ方式は設備容量や保護、運用などの条件と関係します。開閉する機器、異常を検知する機器、電流を遮断する機器を分けて読むことが基本です。

負荷開閉器だけですべての短絡事故を遮断できると考えないようにします。組み合わされるヒューズなどの役割を省くと、方式の違いが見えなくなります。

PF形・CB形の分担

PF・S形では高圧交流負荷開閉器（LBS）と限流ヒューズ（PF：電力ヒューズ）を組み合わせ、LBSが負荷電流を開閉し、短絡時はヒューズが溶断して遮断します。溶断時はストライカがLBSを3相同時に引き外し、欠相を防ぎます。CB形は過電流継電器（OCR）などが異常を検出し、遮断器が主回路を遮断します。

受電方式を判断するときは、単線図上で主遮断装置を探し、短絡・地絡のそれぞれを何が検出し何が切るかを書き分けます。PF・S形は受電設備容量300kVA以下に限られ、これを超える設備はCB形とします。

基本の仕組み

電源から遮断器、変圧器、負荷へ順に指で追い、各区間に何相・何線の回路があるかを書き込みます。分岐した先の負荷も、どの保護装置の下にあるかを確認します。

全体の電力の流れと機器の役割を先に読むと、定格値や接地、計器の取付け位置が整理できます。細かい結線を読む前の案内図として使います。

単線図の線の本数を、そのまま材料の心数として数えるのは誤りです。施工に必要な一本ずつの電線は、回路方式と接続条件から展開します。

電力の経路と計測の経路

単線結線図は主回路を電源側から負荷側へ追います。CB形の典型例は、引込→区分開閉器（PAS・UGS）→VCT→DS→CB→母線→変圧器の開閉器（LBS・PC）→変圧器です。VT・LA・進相コンデンサは分岐で接続されます。配列は設備で異なるため図を優先します。

CT・VT・ZCT・ZPD（零相基準入力装置）からの二次回路は計器や継電器につながり、主回路の電力経路とは分けて読みます。Aは電流計、Vは電圧計、OCRは過電流継電器、GRは地絡継電器、DGRは地絡方向継電器など、記号を機能と結び付けます。

基本の仕組み

点検する設備を電源から切り離す場面では、まず適切な機器で電流を遮断した状態を管理します。断路器は、その切離しの役割として単線結線図上で確認します。

一般に断路器は負荷電流の開閉を目的とする機器ではありません。回路の分離と電流の遮断を別の機能として読むと、正しい機器選択につながります。

接点が開く外観をしているから、どの開閉機器でも同じ事故を切れるという理解は誤りです。機器の名称と定格、使用目的を照合します。

無負荷で切り離す手順

DSは点検時などに電路を確実に切り離す機器で、通常の負荷電流や短絡電流を遮断する目的には使いません。遮断器などで電流を切ってからDSを開く順序が基本です。投入時は所定の安全確認後、DSを閉じてから遮断器を投入します。

DSとCBが直列でも両方とも同じ「スイッチ」ではありません。単線図で電流を切る装置、切り離しを明確にする装置、事故を検出する装置を別々に選びます。現場の操作は設備の手順書と保安規程に従います。

基本の仕組み

電力ヒューズ付き負荷開閉器なら、負荷の開閉と短絡保護を別の要素が担います。図では開閉器の記号だけでなく、近くのヒューズや制御とのつながりも確認します。

LBSやPASなどは、設置場所や構造、制御・保護の組合せが異なります。略号が「開閉器」を含むからと一つの機器としてまとめず、何を区分する装置かを読みます。

負荷開閉能力と短絡電流の遮断能力を混同しないことが重要です。保護装置との連携や定格を確認せず、開閉器に万能な遮断能力を持たせてはいけません。

LBS・PAS・UGS・PF

LBS（高圧交流負荷開閉器）は負荷電流を開閉できますが、短絡電流は遮断できないため限流ヒューズ（PF）と組み合わせます。限流ヒューズは短絡電流が最大値に達する前に溶断して電流を抑えて遮断し、溶断後は原因除去と交換が必要です。

PAS（高圧交流気中負荷開閉器）は柱上、UGS（地中線用負荷開閉器）は地中引込に用いる区分開閉器です。SOG制御装置付きなら、構内の地絡では開閉器を開き、短絡では遮断能力がないため開放をロックし、配電線側が停電して無電圧になってから開きます。

基本の仕組み

器具の使い過ぎで電流が増える過負荷と、電圧の異なる線同士が低い抵抗でつながる短絡では、事故電流の大きさや必要な動作が違います。同じ「過電流」でも発生のしかたを比較しましょう。

定格電流は通常使う電流の基準、遮断容量は所定条件で安全に遮断できる事故電流の能力です。負荷電流だけでなく、その場所で想定される短絡電流に見合う必要があります。

配線用遮断器が必ず漏電を検知するわけではありません。過電流保護と漏電保護は別の機能で、どの機能が装備されているかを表示で読みます。

定格電流と遮断性能

CBは負荷電流を開閉し、短絡事故時には継電器等からの指令で事故電流を遮断します。真空遮断器（VCB）やガス遮断器（GCB）などは消弧方式が異なります。図記号CBと機器形式の略号を区別します。

選定では使用電圧、連続使用の定格電流、設置点の最大短絡電流に対する定格遮断電流を照合します。定格電流が大きいだけで短絡遮断能力が十分とはいえません。下位・上位装置の動作時間の協調も必要です。

確認

高圧受電設備では、変流器（CT）や保護継電器が異常を検出し、その信号で高圧遮断器（VCBなど）が短絡電流などを遮断します。遮断器単体ではなく、継電器との組合せで保護協調を考えます。

基本の仕組み

理想変圧器で一次200V、巻数比が一次:二次＝2:1なら二次電圧は100Vです。損失を無視すると電力は等しいため、二次の電流は一次の2倍になります。

電圧比は巻数比に対応し、電流比は逆になります。実際には鉄心や巻線に損失があり、出力電力は入力電力より小さくなります。

電圧を上げれば出力エネルギーも増えるという理解は誤りです。また定常直流をそのまま加えて、交流用変圧器が同じ仕組みで働くわけではありません。

変成比・損失・結線

理想変圧器ではV1/V2＝N1/N2、I1/I2＝N2/N1です。実機では無負荷でも鉄損が生じ、巻線の銅損は負荷電流の二乗にほぼ比例します。電流を2倍にすれば銅損は約4倍で、公式例題はこの関係を問います。

鉄損はヒステリシス損・渦電流損から成り、負荷にかかわらずほぼ一定です。効率が最大となる目安は銅損と鉄損が等しいときです。高低圧の混触に備え、低圧側の中性点（300V以下で困難なら一端子）にB種接地工事を施します。

基本の仕組み

6.6kV回路のVTは一次6600V・二次110Vが標準で、変成比は60です。二次電圧が110Vなら一次は6600Vです。計器の値だけでなく変成比も読んで、元の電圧へ戻します。

VTは主回路の電圧を計測・保護に利用できるように伝えます。主回路側と計測側の量を対応させ、どちらの値を問われているかを確認します。

VTとCTを単に似た小型変圧器として覚えると、電圧と電流の変換を取り違えます。VTはVoltage、電圧側の情報を扱うものと結び付けます。

VT・VCTの役割

VTは高圧の電圧を計器・継電器が扱える110Vへ変えます。一次電圧は二次の指示値に変成比を掛けて求めます。VTの一次側には限流ヒューズを付け、VT内部の事故が主回路へ波及するのを防ぎます。二次側電路にはD種接地工事を施します。

VCTはVTとCTを一体化した電力需給用計器用変成器で、取引用電力量計へ電圧・電流を供給します。公式例題は写真を示してVCTと高圧交流負荷開閉器・三相変圧器・直列リアクトルを区別させます。VTだけでは主回路電流を測れません。

基本の仕組み

変流比200/5AのCTで二次電流が3Aなら、一次電流は3×(200÷5)＝120Aです。分数の上下を逆にしないよう、二次から一次へ戻すと値が大きくなることも確認します。

CTは主回路の電流に対応する信号を電流計や保護継電器へ渡します。一次側に電流が流れる状態での二次側開放は危険な電圧を生じるおそれがあり、特に重要な取扱条件です。

電流計を外すことを、普通の器具をコンセントから抜く感覚で考えてはいけません。CT二次回路には専用の管理手順が必要です。

CTの変流比と二次開放

CTは主回路を流れる一次電流を、二次定格5Aを基準とする電流へ変換して計器・保護継電器へ渡します。200/5AのCTなら変流比40で、二次3Aは一次120Aに相当します。定格電流比と測定値を混ぜないようにします。

一次通電中にCT二次を開放すると、二次側に危険な高電圧が生じ得ます。計器交換時などは専用端子で二次を短絡する手順が必要です。VT側の二次短絡とCT側の二次開放は異なる危険として整理します。

基本の仕組み

CTから電流の情報を受けた過電流継電器が、設定された整定値に達したと判断して遮断器へ指令する流れを描きます。情報の流れと主回路の電力の流れは別です。

継電器は測定量・整定値・時間特性などに基づいて動作します。保護したい設備と他の保護装置との協調を考えて、適切な検知条件を設けます。

継電器そのものにすべての主回路電流が流れ、それを直接切ると解釈しないようにします。検知回路と遮断機構の役割を区別します。

検出・判定・遮断の三段階

継電器はCT・VT・ZCT等からの量を測り、整定値と時間条件に合えば遮断器や開閉器へ動作指令を出します。OCRは過電流、GRは地絡電流、DGRは地絡の方向も判別する装置です。計測した量と遮断する装置の組を読みます。

事故電流が大きければ必ず上位の継電器だけを最速動作させるわけではありません。下位で故障箇所を先に切り、失敗したら上位で切るように電流・時間の整定を調整します。

基本の仕組み

正常時には往きと戻りの電流が対応していても、一部が大地へ流れるとその関係が崩れます。零相変流器は、このような地絡に関わる電流の情報を保護装置へ伝えます。

地絡保護には零相電流や零相電圧などを利用する方式があり、方向を判別するものもあります。設備の接地方式や保護範囲に合う方式を読むことが重要です。

地絡電流が必ず大きく、過電流保護だけで十分に検出できるとは限りません。短絡保護と地絡保護を別項目で確認する理由がここにあります。

零相電流と地絡方向

ZCTは複数線をまとめて通し、健全時には打ち消し合う電流の差を零相電流として検出します。高圧地絡では電流が小さい場合があり、通常の過電流継電器だけでは見逃すことがあります。

GRは零相電流の大きさで動作し、DGRはZPD（零相基準入力装置）の零相電圧と零相電流の位相で事故方向を判別します。構内の高圧ケーブルが長く対地静電容量が大きいと、構外の地絡でGRが不要動作するおそれがあるため、DGRを使います。

基本の仕組み

モーターは始動時に通常運転より大きな電流が流れることがあります。その短時間の電流と、長く続く過負荷を同じ条件で扱うと、正常な始動まで止めてしまう可能性があります。

保護継電器や遮断器の動作特性は電流と時間の関係です。保護対象が許容できる時間と、上位・下位の保護装置との協調を照合します。

感度を高く、時間を短くすれば必ずよいわけではありません。正常運転を妨げず、事故時には必要な速さで確実に遮断する条件が必要です。

過負荷と短絡を分ける

過負荷は通常の負荷経路で許容を超えて電流が続く状態、短絡は異なる電位の導体が低いインピーダンスでつながる事故です。モーターの始動電流は短時間なら正常で、瞬時要素と限時要素の整定に影響します。

OCRには過電流の大きさと継続時間に応じて動作する要素があります。下位装置の特性曲線と上位装置の特性曲線を重ね、下位が先に故障を切れる時間差を確保します。遮断器の遮断容量も短絡電流以上である必要があります。

基本の仕組み

落雷等による一時的な高電圧から機器を守る場面は避雷器、誘導性負荷の無効電力を補って電源から流れる電流を減らす場面は進相コンデンサに対応します。

避雷器はサージに対する保護を担い、接地との関係も重要です。コンデンサによる力率改善は電圧・電流の位相関係に関わり、同じ保護原理ではありません。

コンデンサを多く付けるほど常によいわけではありません。過補償や高調波などの条件もあるため、必要量と設備条件を確認します。

雷・力率・接地の別目的

避雷器（LA）は雷などの異常電圧を制限し、サージ電流を大地へ流します。接地はA種接地工事です。進相コンデンサ（SC）は誘導性負荷の遅れ無効電力を補い、線路電流を減らします。直列リアクトル（SR）はコンデンサ容量の6%が標準で、高調波の拡大と投入時の突入電流を抑えます。

SCには開放後の残留電荷を放電する放電コイルや放電抵抗を設けます。接地は、機器外箱の接地と高低圧混触に備える変圧器のB種接地とで目的が異なります。LA・SC・SR・接地は同じ「保護機器」として一括りにせず、作用する異常の種類で区別します。