今回の問題は、単相3線式の回路で、断線を見極める問題です。
単相3線式の回路では、平衡負荷の状態と不平衡負荷の状態があります。
平衡状態の場合
中性線には電流が流れないため、中性線が断線しても、状態は変わりません。
機器A、機器Bにはそれぞれ100 Vが掛かっています。(配線線による電圧降下は考えない場合です)
a線や機器Aが断線していれば、機器Aに電圧が掛かりません。
b線が断線していれば、機器A間には100Vが掛かります。
不平衡状態の場合
平衡状態の場合で見たように、どの線が切れても、機器Aに120Vが掛かることはありません。したがって、開閉器を入れたときに、単相3線式の回路は不平衡状態になっていたと考えられます。
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a線が断線すると機器Aには電圧が掛かりません。
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中性線が切れると、a線とb線間に200Vが掛かり、回線には機器Aと機器Bの抵抗値の合計による電流が流れ、機器Aか機器Bに過電圧が掛かります。そのため、開閉器を入れる前に中性線が断線し、機器Aが120Vとなっていたと考えられます。
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単相3線は、a線と中性線の2線式となり、機器Aには200Vが掛かります。しかし、機器Aは120Vですので、b線の断線はありません。
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機器Aが断線すると機器Aには電圧が掛かりません。
単相3線式では、不平衡状態にあるとき、中性線が断線すると、負荷に過電圧が掛かるため、機器の損傷のおそれがあります。
この問題は単相3線式を用いた開閉器の電圧に関する問題です。
まず図の開閉器より左側を1次側(電源)、右側を2次側(負荷側)と見た時に開閉器投入前は左側の1次側(電源)のみ通電している状態です。
その時の線間電圧は以下のようになります。
・a線から中性線は100[V]、b線から中性線は100[V]、a線からb線間は200[V]
次に各相電圧は次のようになります。
・a線＝100[V]、中性線＝0[V]、b線＝100[V]
以上のようになり、この状態から、線間電圧がバランス良く分圧されているので平衡状態と言えます。これは単相3線式の一つの特徴です。
次に開閉器投入後を見ていきます。
投入後、機器Aの両端の電圧は120[V]になったと問題で述べています。
開閉器を投入すれば1次側(電源)と2次側(負荷側)は導通状態となり各相電圧はそのまま2次側にも反映されます。
機器Aの両端にかかる電圧は線間電圧になるので正常な状態であれば線間電圧は100[V]になるはずです。よって何らかのトラブルが考えられます。
ここで、開閉器投入後の機器Aに流れる電流に着目したいと思います。まずa線(+)から中性線(-)へ流れた場合、電位差(線間電圧)は100-0＝100[V]となります。
しかし、問題では電圧120[V]となっているから中性線に電流が流れていない、すなわち中性線が断線していると考えられます。
中性線(-)を失うと電流の帰り道がなくなり、機器A・Bに正常な100[V]の電圧が供給できなくなります。このバランスを崩した状態を不平衡状態と言います。
a線が断線すると機器Aの電圧は0[V]になるので不適切です。
上記解説の内容と一致するので適切です。
b線が断線すると機器Aには100[V]の電圧がかかるので不適切です。
機器Aの内部で断線している場合、電流事態が流れないので電圧は発生しません。よって不適切です。
中性線を保護する為に、中性線欠相保護付きという開閉器が用いられ主流になっています。
この問題で問われる知識は現場でトラブルがあった際には役に立つので必ず覚えておきましょう。
