《法規》〈電気施設管理〉[H23:問6] 並列コンデンサにおける高調波対策に関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★☆☆☆☆（易しい）

次の文章は，並列コンデンサにおける高調波対策に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

送配電系統にはさまざまな高調波発生源が存在しており，系統に並列コンデンサのみを使用すると，高調波発生源に対して電線路のリアクタンスと共振回路を形成することで，高調波電流を増大させることがある。このため電圧波形が悪化したり，並列コンデンサを焼損させるおそれもあることから，この対策としてコンデンサと直列に$ \ \fbox {　（１）　} \ $を接続することにより，高調波に対する合成インピーダンスを$ \ \fbox {　（２）　} \ $にすることが採用されている。

需要設備等で発生する高調波のほとんどは奇数調波であるが，平衡な三相系統においては，第$ \ 3n \ $調波$ \ (n=1,3,5,7,\cdots ) \ $は$ \ \fbox {　（３）　} \ $結線の変圧器巻線で短絡還流するため，電線路に流出しない。したがって第5調波以上の高調波に対して合成インピーダンスを$ \ \fbox {　（２）　} \ $にすればよく，このための基本波に対する直列$ \ \fbox {　（１）　} \ $のリアクタンスを計算すると，コンデンサのリアクタンスの$ \ \fbox {　（４）　} \ [％] \ $を超える値にすればよい。($ \ \mathrm {JIS \ C \ 4902-2(2010)} \ $では$ \ \fbox {　（４）　} \ [％] \ $から裕度をとり，少し大きな値を推奨している。)

なお，この直列$ \ \fbox {　（１）　} \ $は，並列コンデンサ投入時の$ \ \fbox {　（５）　} \ $の抑制や，開放時の遮断器の再点弧の防止などの効果もあるため，高圧や特別高圧の進相用コンデンサに標準的に用いられている。

〔問6の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　\mathrm {Y}　　　　　&（ロ）&　誘導性　　　&（ハ）&　\mathrm {V} \\[ 5pt ] &（ニ）&　突入電流　　　&（ホ）&　4　　　&（ヘ）&　容量性 \\[ 5pt ] &（ト）&　2　　　&（チ）&　\Delta　　　&（リ）&　共振性 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　不平衡電流　　　　　　　&（ル）&　リアクトル　　　　　　　&（ヲ）&　抵抗器 \\[ 5pt ] &（ワ）&　2.5　　　&（カ）&　キャパシタ　　　&（ヨ）&　過電圧
\end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電力施設管理というより，どちらかというと電力科目に近い問題です。いずれも重要な内容であるため，よく理解しておく必要があります。
$ \ 1 \ $種としてはかなり易しい問題となるため，確実に得点できるようにしましょう。

【解答】

(1)解答：ル
題意より，解答候補は，（ル）リアクトル，（ヲ）抵抗器，（カ）キャパシタ，になると思います。
容量性の並列コンデンサと誘導性の電線路のリアクタンスで共振回路を形成し，高調波電流を増大させることがあります。また，共振周波数は高調波の倍数により異なるので，発生する高調波のすべてに対して共振回路を形成することがないように検討する必要があります。そのための対策として，並列コンデンサに直列に誘導性のリアクトルを接続します。

(2)解答：ロ
題意より，解答候補は，（ロ）誘導性，（ヘ）容量性，（リ）共振性，になると思います。
並列コンデンサに直列に誘導性のリアクトルを設置することで，合成インピーダンスを誘導性にすれば共振回路は発生しなくなります。

(3)解答：チ
題意より，解答候補は，（イ）$ \ \mathrm {Y} \ $，（ハ）$ \ \mathrm {V} \ $，（チ）$ \ \Delta \ $，になると思います。
$ \ \Delta \ $結線では第$ \ 3n \ $高調波を還流することができます。

(4)解答：ホ
第$ \ n \ $調波の合成インピーダンスは，
\[
\begin{eqnarray}
n\omega L -\frac {1}{n\omega C}\\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となるので，第$ \ 5 \ $高調波以上のすべての高調波についてこの値が正であればよい。
したがって，
\[
\begin{eqnarray}
n\omega L -\frac {1}{n\omega C}&\gt &0\\[ 5pt ] \omega L -\frac {1}{n^{2}\omega C}&\gt &0 \\[ 5pt ] \omega L&\gt &\frac {1}{n^{2}\omega C}\\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] よって，$n=5$の時の条件を満たせば他の高調波の条件を満たすので，
\[
\omega L >\frac {1}{5^{2}\omega C}
\] \[
\omega L >0.04 \cdot \frac {1}{\omega C}
\] よって，直列リアクトルの値は$ \ 4 \ [％] \ $以上にすればよい。

※$ \ \mathrm {JIS} \ $では少し余裕を見て$ \ 6 \ [％] \ $が規定されています。

(5)解答：ニ
題意より，解答候補は，（ニ）突入電流，（ヌ）不平衡電流，（ヨ）過電圧，となると思います。このうち並列コンデンサ投入時に発生するものは突入電流となります。
不平衡電流は主に負荷の不平衡等が原因で，過電圧は雷や事故時に発生します。