ZCTと高圧ケーブルのシールドアースの関係

高圧受電設備
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どうもじんでんです。今回はZCTと高圧ケーブルのシールドアースの関係ついての記事です。これを理解していないと、地絡事故時に地絡継電器の不動作などに繋がります。

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高圧ケーブルのシールドとは?

高圧ケーブルには「遮蔽層」と呼ばれるものがあります。これを「シールド」とも呼びます。この記事では一般的なシールドで統一します。シールドの役割や目的は次の事が挙げられます。

  • 絶縁体に加わる電界の方向を均一にして耐電圧特性を向上する
  • 介在物に電界が加わる事でtanδが大きくなるのを防止する
  • ケーブル終端接続部で接地する事で感電防止になる
  • 相間の短絡事故を防止する
  • 地絡時の電流の帰路となる

この様に色々な役割がありますが、今回の内容で大事なのは最後の「地絡時の電流の帰路となる」です。

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シールドの接地方式の種類

高圧ケーブルのシールドは接地する事となっています。その接地方式は2種類あります。

  • 片端接地
  • 両端接地

それぞれについて解説します。

片端接地

一般的な接地方式です。基本的にはこの方式を採用します。

高圧ケーブルの片側のみを接地します。もう片側は接地されない様に、絶縁テープなどで絶縁しておく必要があります。

両端接地

高圧ケーブルの両端を接地する方式です。高圧ケーブルの亘長が長い場合に採用されます。高圧ケーブルの亘長が長いと、非接地側に誘導電圧が発生して危険になります。これを防ぐ為に両端接地をします。

この方式を採用すると、次の問題が発生します。

  • 地絡電流が分流するので、地絡継電器の検出精度が低下する
  • 両端に電位差が発生すると電流が流れる
  • 上記の電流により地絡継電器の誤動作やシールドの焼損に繋がる

これらの理由より、基本は片端接地が採用されます。両端接地を採用する場合は、慎重に検討する必要があります。

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ZCTとは?

ZCTは地絡電流を検知する機器です。

これについて詳しくはこちらの記事をご覧下さい。

ZCTとシールドの接地線の関係

ZCTは地絡電流を検知する機器と説明しました。その為に、三相を一括でZCTに通す必要があります。

高圧回路では短絡などの危険がある為に、電線は相間を離隔して設置してあります。この為にZCTの設置は容易ではありません。

しかしこれを解決するのは、ZCTを高圧ケーブル部に設置する事です。高圧ケーブルならば相間の絶縁が保たれるので、安全にZCTを通す事ができます。

しかし高圧ケーブルの構造から注意して設置しないと、思った通りの地絡電流の検知ができない場合があります。

高圧ケーブルの地絡時の電流の流れ

通常は地絡が発生すると、地絡点から電流が大地に流れます。これによりZCTに流れる、行き帰りの電流のバランスが崩れて地絡電流を検知します。

しかし高圧ケーブルで地絡が発生すると、少し特殊な流れになります。

高圧ケーブルの絶縁物が劣化して地絡したとします。そうするとシールドが接地されているので、地絡電流はシールドを通って大地に流れます

次の画像がそのイメージ図です。

なぜ注意が必要か?

まず高圧ケーブルを片側接地して、ZCTを設置した回路を次の図に表します。

この状態で高圧ケーブルにて、地絡が発生した場合の電流の流れを考えてみましょう。

お気づきの方もいるかもしれませんが、地絡電流がZCTに往復していますよね。これではZCTからみれば±0で、地絡電流が検知できません

これが注意が必要になる理由です。

解決法

先程の地絡電流を検知できない問題を解決する方法があります。

それはシールドの接地線をZCTに通してから、接地する事です。

イメージ図は次の通りです。

これにより電流の行き帰りで打ち消されても、シールドの接地線の分で地絡電流を検知できます。

また、この時にZCTの向きに注意が必要です。シールドの接地線のケーブル側が「K」、接地側が「L」になる様に設置しましょう。

ZCTの設置場所と保護範囲

高圧ケーブルにZCTを設置する場合は、シールドの接地線を通す必要があると説明しました。しかしこれは絶対という訳ではなく、保護範囲が変わるので注意が必要ということになります。

またZCTの設置場所によっても、先程の処置が必要かどうかが変わります。

シールドの接地線をZCTに通すのは、その高圧ケーブルを保護範囲に入れるか入れないかの違いになります。通すと保護範囲内、通さないと保護範囲外となります。

いくつかの例を挙げます。

例1

メイン受電所からサブ受電所への送り回路の地絡保護を、メイン受電所でする場合。

このように設置すれば、高圧ケーブル以降の地絡を検知して保護することができます。

仮にシールドの接地線をZCTに通さないと、高圧ケーブルの地絡は検知できません。その為に高圧ケーブルが地絡すると上位の地絡保護が動作します。

例2

サブ変電所で地絡保護をする場合で、シールドの接地がメイン受電所の場合。

この場合はサブ変電所の地絡保護がしたいので、高圧ケーブルの保護は必要ありません。なのでシールドの接地線の処置は必要ありません。

例3

サブ変電所で地絡保護をする場合で、シールドの接地がサブ受電所の場合。

この場合は少し特殊なパターンです。ZCTに通さずに設置すると地絡電流はシールド分しかないので、高圧ケーブルの地絡でも検知してしまいます。また検知して遮断器を開放しても、地絡点は上位の為に除去できずに上位の保護装置が動作します。このような動作をすると、事故調査時に混乱を招く為あまりよろしくないですね。

これを解消するためには、画像のようにZCTにシールドの接地線を通すことです。しかし通常とは逆で、シールド接地線の「高圧ケーブル側がL」「接地側がK」となるように設置します。シールド接地線で、シールドに流れる地絡電流をキャンセルしているイメージです。

また上記のようなことをしなくても、シールドをメイン受電所側で接地すれば例2と同じになり解決できます。可能ならこの方法を採用すべきです。

まとめ

  • 高圧ケーブルのシールドは、地絡電流の帰路となる
  • 高圧回路においてZCTは高圧ケーブル部に設置される
  • 普通に設置するとシールドに流れる地絡電流で打ち消され検知できない
  • 検知する為にシールドの接地線をZCTに通す
  • 「通す」「通さない」で保護範囲が変わる

ZCTへの高圧ケーブルのシールド接地線の施工は、よく間違いがあります。特に竣工検査や取替工事の時には注意して確認が必要です。間違えると保護範囲が変わり、思った通りに地絡継電器が動作しません。間違いがないように理解しておきましょう。

この記事が皆さまのお役に立てれば幸いです。

この記事を書いた人
じんでん

当サイトの運営者。
電気設備の保守管理の仕事に携わっています。専門知識ってネットでは出てこないか、難しすぎるって場合がおおくないですか?そこで私は電気関係の仕事で役立ちそうな情報を簡単に分かりやすく発信しています。
〔保有資格〕
・第3種電気主任技術者
・第1種電気工事士
・消防設備士

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コメント

  1. baldと申します。
    いつも参考にさせて頂いております。

    今回もとても分かりやすい説明で、大変勉強になりました。
    ただ、1箇所分からない部分があったので、質問させて頂きます。

    「ZCTの設置場所と保護範囲」→「例3」ですが、この場合、逆にケーブルの地絡を拾ってしまうように思いました。
    高圧受電設備規程2014年版p469に今回のテーマと同様のことが書かれてまして、そこでも「例3」の接地方法だとケーブルの地絡も検出すると書かれています。

    私が間違ってる可能性もありますが、一度確認されたほうがよいと思います。

    • baldさま
      コメントありがとうございます。

      いつも当ブログを読んで頂きありがとうございます。

      ご指摘ありがとうございます。確かにおっしゃる通りで、私の説明に間違いがありました。
      今は修正して正しい内容になっていると思います。

      よく確認せずに投稿し、混乱を招いてしまい申し訳ございませんでした。
      今後も間違いや疑問に思うことがあれば、遠慮なくコメント下さい。

      よろしくお願い致します。

  2. いつも勉強させていただいてます。
    この記事で、ケーブルシールドアースの両端接地の事が記載されていますが、高圧ケーブルの延長はどれぐらいでしょうか?
    だいたいでもいいので教えていただけますでしょうか。

    • いだてんさま
      いつも当サイトをご覧いただきありがとうございます。
      また返信が遅くなり申し訳ございません。

      質問の件について回答します。
      両端接地を採用するポイントは、シールドに発生する誘起電圧の大きさです。
      これはケーブルのサイズ(誘導リアクタンスの関係)及び通電電流が関係してきます。
      おおよそ38sqの100mのケーブルで、許容電流の180Aが流れた時で約1V発生します。
      三相短絡時は短絡電流に影響され70~80Vまで上昇します。

      この誘起電圧の大きさの制限に規定はありません。
      目安として通常状態で、25V~50V以下にする場合があります。
      これはで低圧電路地絡保護指針(JEAG 8101)の許容接触電圧を元にしています。

      25Vで抑えようと思えば、先ほどの例に当てはめると約2.5㎞までは大丈夫となります。
      しかしケーブルのサイズや電流が変われば変化するので注意が必要です。
      また、まだ低く電圧を制限(数V程度)しようとと思えば、ガクッと延長が短くなります。

      他にも迷走電流や循環電流、雷サージ電圧の観点からも検討が必要になるので、非常に難しい判断になります。

      以上、質問の件についての回答でした。
      今後、これについても記事にまとめようかと思っています。
      よろしくお願い致します。

  3. いつも勉強させてもらっております。

    初歩的な質問で申し訳ないのですが、
    なぜ注意が必要か? という箇所で、
    “ZCTからみれば±0で、地絡電流が検知できません。”とありますが、他の2相とのバランスが崩れてZCTが感知してしまうのではないかと思いました。

    これについて、教えていただけると幸甚です。

    • 電気初心者さま
      コメントありがとうございます。

      1相の地絡で考えると、地絡した相に向かって他の2相分の対地静電容量に比例して電流が流れます。
      健全相2相分の電流は電源側へ、地絡相にはその2相分の電流が地絡点に向かって流れます。
      よってZCTで見れば±0となります。
      これを検知する為に、シールドの接地線を通す必要があります。
      難しい内容で、言葉で説明するのは難しいですが、何となく理解できたでしょうか?
      今後、質問の内容を図にして解説したいと思います。

  4. じんでんさま
    いつも勉強させて頂いております。

    例3について、「ZCTは図の左側がL、右側がKとなるように施工」と解釈しました。
    上記の解釈で問題ないでしょうか?

    読み取り方が誤っているやもしれず、確認のためコメントさせて頂きました。
    仮に私の解釈で施工した場合、サブ変より下流の地絡をDGRがもらい事故と判断し、動作しないのではないか?と考えております。

    • ごじゃさま
      コメントありがとうございます。

      例3については、左側がKで、右側がLとなります。
      逆になるともらい事故と判断して、DGRが動作しません。

      ケーブルの途中で地絡したと仮定すると、地絡電流はシールドを通して接地点へ流れます。
      ZCTで見るとケーブル内のシールドを通過(K→L)し、シールド接地線(緑)で再度通過(L→K)となってキャンセルされて0となり、
      高圧ケーブルの地絡では動作しません。
      VCB以下で地絡が発生すると、地絡電流が高圧ケーブルの心線を通り、ZCTを通過(K→L)して地絡点へ流れます。

      この様な感じとなります。

      • じんでんさま

        早速のご返信ありがとうございます。
        ZCTの施工の向きについて読み違えをしており大変失礼いたしました。ご解説にも感謝しております。

        違和感の雲が晴れました。ありがとうございます。

        • お役に立てて嬉しい限りです。
          今後も何か疑問があれば、遠慮なくコメント下さい。

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