第一種電工 令和5年度午前 問21｜保安に関する法令

「電気設備に関する技術基準を定める省令」（電技省令）第1条の用語の定義から、調相設備の意味を問う問題です。正答はウ「無効電力」です。調相設備とは、無効電力を調整する電気機械器具のことで、代表例は電力用コンデンサ（進相）や分路リアクトル（遅相）です。無効電力を調整することで、電圧の調整や力率の改善を行います。受電電力・最大電力（ア・イ）は有効電力に関する量、皮相電力（エ）は電圧と電流の積で、どれも調相設備が調整するものではありません。

交流回路の電力には、実際に仕事をする有効電力P〔kW〕、電源と負荷の間を行き来するだけの無効電力Q〔kvar〕、電圧と電流の積である皮相電力S〔kV・A〕があり、S²＝P²＋Q²の関係があります。

調相設備は、このうち無効電力を調整する設備です。電動機などの誘導性の負荷が多いと、遅れの無効電力が増えて力率が下がり、電線に流れる電流が増えて電圧降下や電力損失が大きくなります。電力用コンデンサ（進相コンデンサ）で進みの無効電力を供給すると、遅れの無効電力が打ち消されて力率が改善します。反対に、軽負荷時にケーブルの静電容量などで進みの無効電力が多くなりすぎたときは、分路リアクトルで遅れの無効電力を加えて電圧の上昇を抑えます。

選択肢を見ると、ア「受電電力」とイ「最大電力」は有効電力に関する量で、契約や設備の規模を表すものです。エ「皮相電力」は有効電力と無効電力を合わせた見かけの電力です。調相設備が直接調整するのは無効電力なので、正答はウです。

本問は電技省令第1条の用語の定義を問う問題です。言葉の暗記だけでなく、調相設備が電力系統や受電設備で何をしているかを理解しておくと、力率改善の計算や機器の問題にも対応できます。

【調相設備の種類】電気設備の技術基準の解釈（以下「解釈」）第43条の保護装置の規定では、調相設備の種類として「電力用コンデンサ又は分路リアクトル」と「調相機」が挙げられています。電力用コンデンサは進みの無効電力を、分路リアクトルは遅れの無効電力を供給します。調相機は無負荷で回す同期電動機で、界磁電流を変えることで進みと遅れの両方の無効電力を連続的に調整できます。

【力率改善の計算例】有効電力300kW、力率0.6（遅れ）の負荷では、皮相電力は300÷0.6＝500kV・A、無効電力は√(500²－300²)＝400kvarです。力率を0.8に改善すると、皮相電力は300÷0.8＝375kV・A、無効電力は√(375²－300²)＝225kvarになります。必要なコンデンサの容量は400－225＝175kvarです。有効電力は変わらず、皮相電力（＝電流）が500から375に減るので、電線の電力損失や電圧降下が小さくなります。

【高圧受電設備での調相設備】高圧需要家では、高圧進相コンデンサを設置して力率を改善します。コンデンサには、回路に投入したときの突入電流を抑え、高調波による影響を減らすために直列リアクトルを組み合わせます（令和3年度（午前）問19でも、高圧進相コンデンサの高調波対策として直列リアクトルを設置することが正しい記述として出題）。また、負荷が少ない時間帯にコンデンサが入ったままだと進みの力率になって電圧が上がりすぎることがあるため、負荷に応じてコンデンサを入り切りする制御が行われます。

【用語の区別】受電電力・最大電力・契約電力は有効電力〔kW〕に関する量、皮相電力は設備容量（変圧器の容量〔kV・A〕など）を考えるときの量、無効電力は力率や電圧の調整に関わる量です。単位（kW・kvar・kV・A）とセットで区別しておきましょう。