電験三種 令和5年度下期 法規 問12｜電気設備技術基準（電技解釈）

直列リアクトル付きコンデンサでは、リアクトル（誘導性）とコンデンサ（容量性）の電圧が逆向きに打ち消し合うため、コンデンサの端子電圧は電路の電圧より高くなります。XL=0.06XC なので、設備全体のリアクタンスは XC−XL=0.94XC。電流は同じなので、コンデンサにかかる電圧は電路電圧のXC/(XC−XL)=1/0.94倍です。線間電圧で 6600÷0.94≒7021 V。正答は(5)7 021 Vです。

【回路の見方】

各相で直列リアクトル XL とコンデンサ XC が直列。XL=0.06XC。

誘導性と容量性のリアクタンスは符号が逆なので、合成リアクタンスは XC−XL=0.94XC（容量性）。

【コンデンサ端子電圧】

相電圧 E=6600/√3≒3810.5 V

電流 I=E/(XC−XL)=E/(0.94XC)

コンデンサの相電圧 Vc=I×XC=E/0.94≒3810.5/0.94≒4053.7 V

線間電圧に直すと 4053.7×√3≒7021 V（6600/0.94=7021.3 V）→ 選択肢(5)

【ポイント】

コンデンサの電圧は、リアクトルの電圧の分だけ電路電圧より上がります。上がる割合は 1/(1−0.06)=1/0.94≒1.064倍。6 %直列リアクトル付きコンデンサの定格電圧が電路の公称電圧より高く作られている理由がこれです。

【フェーザで確認】

電流Iを基準にすると、リアクトルの電圧 jXL·I は電流より90°進み、コンデンサの電圧 −jXC·I は90°遅れ。両者は正反対の向きなので大きさの差が電源電圧になります。

電源相電圧 E=(XC−XL)I=0.94XC·I

コンデンサ電圧 Vc=XC·I=E/0.94

リアクトル電圧 VL=XL·I=0.06XC·I=0.06×E/0.94≒0.0638E

線間値：Vc≒7021 V，VL≒6600×0.06/0.94≒421 V，差 7021−421=6600 V ✓

【(b)容量計算への接続】

同じ問題の(b)では、力率を遅れ0.6から遅れ0.8に改善するときのコンデンサ容量を問います。

負荷の無効電力：300×tan(cos⁻¹0.6)=300×4/3=400 kvar

改善後の無効電力：300×tan(cos⁻¹0.8)=300×3/4=225 kvar

設備として必要な進相無効電力：400−225=175 kvar

設備の無効電力 I²(XC−XL) と三相コンデンサの容量 I²XC の比は0.94なので、

SCの容量=175/0.94≒186 kvar（(b)の正答(3)）。端子電圧が上がる分、コンデンサ自身の容量は設備の出力より大きくなります。

【6 %直列リアクトルを入れる理由】

第5調波に対して、リアクトルは5倍の5XL=0.3XC、コンデンサは1/5のXC/5=0.2XCになり、設備全体が誘導性になります。これにより高調波電流の拡大（系統との並列共振）を防ぎ、コンデンサへの突入電流も抑えます。実務の高圧進相コンデンサ設備では、6 %直列リアクトル付きが標準的な構成です。

【つまずきやすい点】

・XC+XL と足してしまうと 6600/1.06≒6226 V となり、電圧が下がる誤答になる（選択肢にない値でも考え方の誤り）。

・6600×1.06≒6996 V と近似すると(4)6 995 Vに近くなるが、正しくは 6600/0.94 で7 021 V。