電験三種 令和7年度下期 機械 問8｜自動制御

電験三種「機械」からの出題（令和7年度下期 問8）。電力用コンデンサの誘電体に求められる性質と、点検の種類を問う穴埋め問題です。正答は(2)です。

コンデンサの誘電体は、小さな体積で大きな静電容量を得るために誘電率が(ｱ)高く、発熱のもとになる損失を減らすために誘電正接が(ｲ)小さく、絶縁が破れないように絶縁抵抗・絶縁耐力が(ｳ)高いことが求められます。

外観を見て回る点検は(ｴ)日常点検、数年ごとや異常時に測定・試験まで行う点検は(ｵ)特別点検です。よって正答は(2)です。

【誘電体に求められる性質】

(ｱ) 高く：静電容量は誘電率に比例するので、誘電率が高いほど同じ大きさで大きな容量が得られる。容量が温度で変わらないよう、誘電率の温度変化が少ないことも求められる。

(ｲ) 小さく：誘電正接（tanδ）は誘電体損失の大きさを表す。誘電体損失は発熱となり、劣化や効率低下の原因になるので小さいほどよい。

(ｳ) 高い：電圧がかかる絶縁物なので、漏れ電流を抑える絶縁抵抗と、絶縁破壊を起こさない絶縁耐力はともに高いことが求められる。

【点検の区分】

(ｴ) 日常：油漏れ、発錆、がいしの汚損、容器の変形、端子部の過熱など、外観や温度の異常を見て確かめる点検。

(ｵ) 特別：数年ごと、または異常が起きたときに行い、日常点検の項目に加えて静電容量・損失の測定、端子－外箱間の絶縁抵抗測定、耐電圧試験などを行う点検。

【選択肢の絞り込み】

(ｲ)を「小さく」としているのは(2)と(3)だけで、そのうち(ｳ)が「高い」で(ｴ)日常・(ｵ)特別の順になっているのは(2)です。

・(1)：誘電正接を「大きく」としている点が誤り。

・(3)：絶縁抵抗・絶縁耐力を「低い」とし、日常と特別を入れ替えている点が誤り。

・(4)(5)：誘電率を「低く」、誘電正接を「大きく」とし、点検の区分も逆になっている。

【誘電率・誘電正接と損失の関係】

コンデンサに交流電圧 V（角周波数 ω）をかけたとき、静電容量を C とすると、充電電流（無効分）は ωCV、誘電体で消費される損失は ωCV² tanδ と表されます。

・誘電率が高い → C が大きくなり、少ない材料で必要な無効電力（進相容量）が得られる。

・tanδ が小さい → 同じ容量・電圧でも損失（発熱）が小さくなる。

発熱は誘電体の温度を上げ、劣化を早めて絶縁性能を落とします。このため「誘電率は高く、誘電正接は小さく」が誘電体の基本的な条件になります。誘電率と誘電正接はどちらも「誘電～」という似た名前ですが、求められる大小が逆である点がこの問題のひっかけどころです。

【絶縁抵抗と絶縁耐力】

絶縁抵抗が低いと、直流的な漏れ電流が流れて発熱や劣化につながります。絶縁耐力が低いと、過電圧が加わったときに絶縁破壊を起こします。誘電体は薄いフィルムや紙を重ねた構造なので、厚さの均一さや機械的強度も、局部的な絶縁の弱点を作らないために求められています。

【日常点検と特別点検】

点検の区分は、何をどの頻度で確かめるかで決まります。

・日常点検：巡視によって外観・音・におい・温度などの異常の有無を確かめる。設備を止めずに行う。

・特別点検：数年ごとや異常の発生時に、設備を停止して測定や試験を行う。本問では静電容量・損失の測定、絶縁抵抗測定、耐電圧試験が挙げられている。

文中の「(ｴ)点検項目のほかに…」という表現から、(ｵ)は(ｴ)の項目を含むより詳しい点検であることが読み取れます。測定や試験を伴う点検を日常的に行うことは現実的ではないので、(ｴ)＝日常、(ｵ)＝特別と判断できます。

【関連する出題】

電験三種では、電力用コンデンサ（進相コンデンサ）について、力率改善の計算、直列リアクトルの役割、放電コイル、誘電体材料の性質などが機械・電力・法規の各科目で出題されます。本問のような記述問題では、「なぜその性質が必要か（容量を大きく・損失を小さく・絶縁を確保）」を理由とセットで覚えておくと、語句の大小を取り違えずに済みます。