中性点非接地方式の三相三線式配電線路における地絡時の等価回路を描く過程について

目的

中性点非接地方式の三相3線式配電線路にて地絡が生じた際の等価回路が示されていることが多いが,なぜそのような等価回路になるのか十分に解説しているものが無い。自分の理解を促進させるためのメモとして本記事を記す。筆者と同様の疑問を抱いた方のご参考になれば幸いである。

(参考問題:第三種電気主任技術者 法規平成23年-問13)

問題として使用された回路の単線図と等価回路

以下は平成23年に出題された第三種電気主任技術者の法規問13である。中性点非接地方式の高圧配電線路6600Vを需要家に供給している際に地絡事故が生じた様子を示している。

上記は単相電源に静電容量3C1と3C2を接続する等価回路に置き換えられるとのことだが,その置き換えの過程を詳細に説明しているものが少ないように思える。そこで筆者はテブナンの定理を用い,等価回路に置き換えるまでの過程を本記事にて示すことにした。

中性点非接地方式の三線式配電線路における地絡を等価回路に変換する

以下に回路の単線図を等価回路に置き換える過程を示す。

1.電源は中性点非接地のY型三相とし,各相に対して電線路と大地間の対地静電容量を設けると下図になる。

2.地絡事故点を設ける一つの相には端子を設ける。

3.整理のため地絡事故点の端子を右端に移動する。

4.テブナンの定理を用いて端子を設けた箇所から見た等価回路を記載し電圧源は短絡する。

5.対地静電容量が並列接続されている回路を導くことが出来る。

 

6.並列接続されている対地静電容量が合成される。

7.単相電源として考えると相電圧は6600/√3である。電源の片端は対地静電容量の電源側に接続されるが,もう一方は開放された状態でありどこにも接続されない。しかしながら,問題文によると地絡が生じると,その箇所から流れ出た地絡電流は大地を経由し,対地静電容量を介して電源に戻る。よって上記を等価回路で表すには,未接続である電源のもう一方の片端を大地と接続すればよいこととなり下記図となる。

8.以上の過程から下図の等価回路を得ることが出来る。