配電方式と系統構成

配電系統とは、変電所の配電用変圧器から需要家の引込線までの電力供給設備をまとめて指す。配電方式とは、この配電系統について、配電線路の電圧と線路の結線の形態をどのように組み合わせて構成するかを定めたものである。供給の信頼度、保護装置の動作、故障時に停電する範囲は、いずれも配電方式の選び方によって大きく変わるため、配電方式は配電設計の出発点になる。試験では、方式の名称と電圧の組合せ、放射状方式と連系方式の違い、保護の考え方が繰り返し問われる。

配電方式の種類と特徴

配電方式は、単相二線式、単相三線式、三相三線式、三相四線式などに分類される。ここで区別しなければならないのは、電圧を取り出す方法と線路の本数である。単相三線式は、柱上変圧器の二次側から中性線を引き出し、中性線と各電圧線の間に100V、両電圧線の間に200Vを供給する方式である。三相四線式は、中性線を備えた三相の配電方式であり、単相負荷に対して100Vと200Vを取り出せる点で単相三線式と共通する。

単相三線式は、同じ電力を単相二線式で供給する場合と比べて、電圧線の電流が少なくなるため、線路の電力損失を抑えられる。ただし、単相三線式では中性線が断線すると、負荷の不平衡によって一方の電圧が過大になるおそれがあるため、中性線の信頼性を確保する必要がある。

放射状方式と連系方式

放射状方式は、変電所の母線から一方向に線路を延ばして需要家に供給する方式である。構造が単純で設備費が低いことが特徴である。一方で、線路や変圧器の一箇所が故障すると、その系統に接続されたすべての需要家が停電するという弱点がある。

連系方式は、複数の配電線をループ状に接続する方式や、二回線以上の配電線から同一の需要家へ受電する方式などを指す。連系方式では、故障区間を切り離しても別の経路から電力を融通できるため、停電の範囲を狭められる。ただし、連系する線路では故障電流の向きや大きさが放射状方式と異なるため、保護装置の設定が複雑になり、保護協調を慎重に行わなければならない。