第一種電工 平成30年度午後 問19｜配線図

高調波とは、ふつうの電気（50Hzや60Hz）の整数倍の周波数をもつ電流や電圧の成分のことです。整流器・インバータ・アーク炉などの機器から発生し、進相コンデンサや発電機を過熱させることがあります。対策として、進相コンデンサには直列リアクトルを付けます。ア・イ・ウはどれも正しい記述です。誤っているのはエです。電力系統の高調波は、第5次・第7次のような比較的低い次数の成分が多く含まれるのが実際で、「ほとんど無い」は逆です。正答はエです。

各選択肢を確認します。

ア（正しい）：整流器（交流を直流に変える装置）やアーク炉は、電流の波形をひずませるため高調波の代表的な発生源です。こうした機器を設置する需要家は、高調波の流出を抑える対策を検討する必要があります。

イ（正しい）：コンデンサのリアクタンスは周波数が高いほど小さくなるため、高調波電流が流れ込みやすく、過熱や異音、焼損の原因になります。発電機も高調波電流で損失が増え、過熱することがあります。

ウ（正しい）：進相コンデンサに直列リアクトルを接続すると、高調波に対しては回路全体が誘導性になり、高調波電流の流入と拡大を抑えられます。コンデンサ投入時の突入電流を抑える効果もあります。

エ（誤り）：インバータや整流器の多くは三相ブリッジ構成のため、第5次（50Hz系で250Hz）・第7次（350Hz）などの低次の高調波が多く発生します。電力系統の高調波で特に問題になるのはこれらの低次の成分です。正答はエです。

本問は、高調波の発生源・影響・対策を一通り理解しているかを問います。

【高調波の発生源】電流の波形がひずむ非線形負荷が発生源です。整流器・インバータ（エアコン・エレベータ・汎用インバータ駆動の電動機）・アーク炉・無停電電源装置などが代表例です。三相6パルスの整流回路では、主に6n±1次（第5次・第7次・第11次・第13次…）の高調波電流が発生し、次数が低いほど大きさが大きくなります。そのため系統の高調波は第5次・第7次が主体になり、エの記述は実際と逆になります。

【影響】

・進相コンデンサ・直列リアクトル：コンデンサのリアクタンスは周波数に反比例するので高調波電流が集中し、過熱・異音・焼損が起きる。

・発電機・変圧器・電動機：鉄損と銅損が増えて過熱する。

・保護継電器・計器：誤動作や指示の誤差が生じる。

・通信線：誘導障害（雑音）が起きる。

【対策】

・進相コンデンサに直列リアクトルを接続する（ウ）。直列リアクトルはコンデンサのリアクタンスの6％のものが一般的で、第5次の周波数ではリアクトル側のリアクタンスがコンデンサ側を上回り、回路全体が誘導性になります（6％×5²＝150％＞100％）。これにより高調波電流の拡大を防ぎます。

・高調波を吸収する受動フィルタや、逆位相の電流を流す能動フィルタ（アクティブフィルタ）を設置する。

・整流器の多パルス化で、発生する高調波の次数を高くし、量を減らす。

また、高圧又は特別高圧で受電する需要家には、高調波の流出を抑えるためのガイドラインが国から示されており、一定規模以上の高調波発生機器を設置する場合は、流出電流を計算して対策を検討します（ア）。