電験三種の変電所｜機器の役割と保護の仕組みを表で覚える

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電験三種の変電所はどこで出る？

『変電所って、電力科目のどこに入るの？』と迷いますよね。

試験センターが示す電力科目の範囲は、発電所・蓄電所・変電所の設計と運転、送電線路と配電線路、電気材料です。変電所は、発電所と送配電の間をつなぐ位置にあります。

電力科目全体の進め方は電験三種の電力で紹介しています。ここでは変電所だけに絞って見ていきますね。

変電所の仕事は大きく4つ

変電所は「電圧を変える所」と思われがちです。実はそれだけではなく、次の4つの仕事をしています。

例えば、夕方に負荷が増えて電圧が下がりそうな時は、調相設備やタップの切換で電圧を保ちます。この「整える仕事」まで含めて変電所と考えておきましょう。

変電所にも種類がある

変電所は、発電所の近くで電圧を上げる所と、使う場所に近づくにつれて電圧を下げる所に分かれます。

電圧を何段階かに分けて下げていき、最後に配電線へ送り出すのが配電用変電所です。問題文に「配電用変電所」とあれば、高圧の配電線が引き出される所だと読み替えてください。

ビルや工場の受電設備（キュービクルなど）も、小さな変電設備と考えると機器の役割がつながります。遮断器・変流器・保護継電器の考え方は、規模が違ってもほとんど同じなんです。

変電所の機器の役割を表で覚える

『遮断器と断路器って、何が違うの？』というのは、変電所でいちばん多い迷いどころですよね。

まずは主な機器を、役割ごとに表にまとめます。

遮断器の消弧の方式も一緒に覚える

遮断器は、電流を切る時に出るアークを消す方法で種類が分かれます。

ガス遮断器（GCB）はSF6ガス、真空遮断器（VCB）は真空の中でアークを消します。ガス遮断器は高い電圧の変電所で、真空遮断器は高圧の配電用の設備でよく使われる、とセットで覚えておくと便利です。

CTの二次側を開けてはいけない理由

変流器（CT）の二次側を開放すると、一次側の電流がすべて励磁に使われ、二次側に高い電圧が出ます。焼損の原因になるので、計器を外す時は二次側を短絡してから外します。

逆に計器用変圧器（VT）は、二次側を短絡すると大きな電流が流れてしまいます。『CTは開けない、VTは短絡しない』と対で覚えるのがコツです。

断路器と遮断器はどっちから操作する？

『停電の時の操作の順番がいつも逆になる』という悩みは本当によく聞きます。

結論から言うと、「断路器は電流が流れていない時しか触れない」という1点から考えれば、順番は自然に決まるんです。

例えば、点検のために回路を止める場面を考えてみてください。遮断器で電流を切ってから断路器を開ければ、断路器が開く時には電流が流れていません。

断路器を負荷電流が流れたまま開くとどうなる？

断路器にはアークを消す仕組みがありません。負荷電流が流れたまま開くとアークが出続け、機器の損傷や作業する人の危険につながります。

このため実際の設備では、遮断器が閉じている間は断路器を操作できないようにするインタロックが付いています。試験でも「インタロック」という言葉は、この誤操作を防ぐ仕組みとして出てきます。

保護継電器は何を見張っている？

『継電器の種類が多すぎて覚えられない』という方もいますよね。

実は、何を見張っているかで分けると、電験三種で出てくる継電器はそれほど多くありません。

比率差動継電器の考え方

変圧器が正常なら、一次側から入る電流と二次側から出る電流は、巻数比を考えるとつり合います。

内部で故障が起きると、このつり合いが崩れて差が出ます。この差を見て動くのが比率差動継電器です。外の事故では動かず、変圧器の中の事故だけに反応できるのが強みなんです。

変電所の計算問題はこの3つの型

『知識問題は分かるけど、計算が出ると手が止まる』という方も多いはずです。

ここでは自作の例題で、3つの型の流れを確かめます。

型1：三相電力の式で電流を出す

『6.6kVで、1,000kW・力率0.8の負荷に送る時の線電流は？』

三相電力は P = √3VIcosθ です。I = 1,000,000 ÷（√3 × 6,600 × 0.8）を計算すると、約109Aになります。

型2：百分率インピーダンスで短絡電流を出す

『容量10MVA・二次電圧6.6kV・百分率インピーダンス7.5％の変圧器で、二次側の三相短絡電流は？』

この値は、遮断器が切れる電流の大きさを選ぶ時の目安になります。百分率インピーダンスが小さいほど短絡電流は大きくなる、と向きも一緒に覚えておきましょう。

型3：力率を1にするコンデンサの容量

『300kW・力率0.8（遅れ）の負荷の力率を1にするには、何kvarのコンデンサが要る？』

力率0.8の時、無効電力は 300 × 0.6 ÷ 0.8 で225kvarです。これを打ち消すので、225kvarのコンデンサが要ります。

変電所についてよくある相談

相談1：「コンデンサは進み無効電力を消費する」の意味が分からない

電力用コンデンサの説明で「進相無効電力を消費する（遅れ無効電力を供給する）」と書かれていて混乱した、という相談があります。

これは同じことを2通りに言っているだけです。負荷が遅れ無効電力を使う向きを「消費」と決めると、コンデンサはその逆向きなので「遅れ無効電力を供給する」と言えます。

『じゃあどっちで覚えればいいの？』と思いますよね。試験では「コンデンサは力率を進める側、リアクトルは遅らせる側」と向きだけ押さえておけば、どちらの言い方でも読み替えられます。

相談2：ガス絶縁の変電所は何がいいの？

ガス絶縁開閉装置（GIS）を使う変電所と、空気で絶縁する変電所の違いについての相談もあります。

GISは、遮断器や断路器などをSF6ガスを入れた金属の容器にまとめた設備です。SF6ガスは絶縁の力が強いので、機器を小さくまとめられます。

充電部が容器の中にあるため、塩害や雪の影響を受けにくい点もよく問われます。

相談3：変電所は需要設備に入る？

法規の勉強で「発電所や変電所は需要設備なのか」と迷った、という相談もあります。

用語の意味は、電気設備技術基準の解釈の最初の条文（用語の定義）で決められています。言葉の定義は条文で確かめるのがいちばん確実なので、電気設備技術基準と解釈で読む所を確かめてみてください。

よくある質問

まとめ

送電線と配電線の話は電験三種の送電・配電、発電所の話は電験三種の発電に続きます。

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