第一種電工 令和元年度 問22｜電気の基礎理論

写真の機器は直列リアクトルです。高圧進相コンデンサと直列につないで使い、コンデンサに流れ込む高調波電流を抑えるのが役目です。正答はイ。

まぎらわしいのはウ「負荷の力率を改善する」です。力率を改善するのは進相コンデンサそのものの役目で、直列リアクトルはそのコンデンサを高調波から守る「付き添い役」です。アは変流器（CT）、エは変圧器の用途です。

正答：イ（高調波電流を抑制する）

【写真の見分け方】

箱形の外箱の上にがいし形の端子が並び、側面に放熱用のひだがついた機器です。高圧進相コンデンサのすぐ近くに置かれ、コンデンサと組みで出題されます。

【なぜ高調波を抑える必要があるのか】

コンデンサのリアクタンスは X_C = 1/(2πfC) で、周波数が高いほど小さくなります。インバータなどが出す第5調波（250Hzまたは300Hz）のような高い周波数の電流は、コンデンサに流れ込みやすくなります。その結果、コンデンサの過熱・焼損や、電圧波形のひずみの拡大が起こります。直列リアクトルを入れると、高調波に対して回路が誘導性になり、流れ込みを抑えられます。コンデンサを入れたときの突入電流をやわらげる効果もあります。

【選択肢の整理】

ア 大電流を小電流に変流 → 変流器（CT）

イ 高調波電流を抑制 → 直列リアクトル（正答）

ウ 負荷の力率を改善 → 高圧進相コンデンサ

エ 高電圧を低電圧に変圧 → 変圧器

正答：イ。 直列リアクトルの役割を、リアクタンスの大きさから確かめます。

【第5調波で誘導性になる条件】

基本波でのリアクトルのリアクタンスを、コンデンサのリアクタンスの p 倍（X_L = p·X_C）とします。第n調波では、リアクトルは n 倍、コンデンサは 1/n 倍になるので、

・リアクトル：n·p·X_C

・コンデンサ：X_C / n

回路が誘導性（高調波が流れ込みにくい）になる条件は n·p·X_C > X_C / n、つまり p > 1/n² です。

第5調波なら p > 1/25 = 4%。余裕を見て、実際にはコンデンサ容量の6%の直列リアクトルが一般的です。

確かめ：p = 0.06 のとき、第5調波でリアクトル 5×0.06 = 0.30、コンデンサ 1/5 = 0.20（X_C に対する比）→ リアクトルの方が大きく、誘導性になります。

【入れたことで起きること】

基本波ではリアクトルの分だけ逆向きの電圧がかかるため、コンデンサの端子電圧は回路電圧の 1/(1−p) 倍に上がります。6%なら 1/0.94 ≒ 1.064倍です。このため、直列リアクトルと組み合わせるコンデンサは、回路の電圧より少し高い定格電圧のものを選びます。

【組みで覚える高圧進相コンデンサまわり】

・高圧進相コンデンサ：力率改善（選択肢ウの用途）

・直列リアクトル：高調波の抑制・突入電流の抑制（本問）

・放電コイル：コンデンサを開放したあと、残った電荷を放電させる

写真問題では「コンデンサ」「直列リアクトル」「変流器」「計器用変圧器」の外観と用途をセットで覚えると、用途を問う形にも名称を問う形にも対応できます。