《法規》〈電気施設管理〉[R03:問4]高調波の原因やその対策に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，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べ。

ダイオード及びサイリスタを用いた\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)負荷は，各種次数の高調波電流を発生する。電気設備及び機器に及ぼす高調波の影響は，以下のように分類される。

　・機器への高調波電流の流入による異音，過熱，振動，焼損など
　・機器への高調波電圧の印加による誤制御，誤動作など

このような影響が生じる場合があることから，配電系統の\( \ 6.6 \ \mathrm {kV} \ \)母線における高調波電圧総合ひずみ率の管理目標値を\( \ 5 \ \mathrm {％} \ \)，特別高圧系統の高調波電圧総合ひずみ率の管理目標値を\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)とし，これを維持するため，「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」による高調波電流抑制のための技術要件が定められている。

高調波電流の抑制対策は，機器から発生する高調波電流そのものを低減する方法と，機器から発生した高調波電流を需要家内の設備に\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)させ，外部に流出する量を低減する方法の\( \ 2 \ \)種類がある。

具体的には，前者においては高調波発生源である電力変換装置の\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)，後者においては需要家内への受動\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)などの設置といった方法がある。

〔問4の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　3 \ ％　　　　　&（ロ）&　単パルス化　　　　　　　&（ハ）&　6 \ ％ \\[ 5pt ] &（ニ）&　フィルタ　　　　　&（ホ）&　線形　　　　　&（ヘ）&　分流 \\[ 5pt ] &（ト）&　制御　　　　　&（チ）&　多パルス化　　　　　&（リ）&　分圧 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　少パルス化　　　　　　　&（ル）&　非線形　　　　　&（ヲ）&　反線形 \\[ 5pt ] &（ワ）&　充電　　　　　&（カ）&　9 \ ％　　　　　&（ヨ）&　コイル \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

高調波に関する問題です。
分散型電源の普及やパワーエレクトロニクス機器の発展に伴い「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」からの出題も増えている印象があります。
今後も技術の向上とともに電験の出題内容も変わっていくので，常に新しい知識を吸収するようにしましょう。

1.高調波
「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」では高調波環境目標レベルとして\( \ 6.6 \ \mathrm {kV} \ \)配電系統で\( \ 5 \ \mathrm {％} \ \)，特別高圧系統で\( \ 3 \ \mathrm {％} \ \)を維持すると定められています。

①高調波の発生源
アーク炉等の負荷，変圧器の磁気飽和，パワーエレクトロニクス機器等。
３次，５次，７次，１１次の奇数次の高調波が多く，偶数次では２次の高調波も発生します。３次の高調波は変圧器のΔ結線で還流させることができるので，電力系統としては最も多い５次の高調波に対する対策を行います。

②高調波による影響
・コンデンサやリアクトルが過熱，焼損
・電力用ヒューズのエレメントが過熱，溶断
・変圧器が振動，過熱
・発電機の巻線が過熱
・保護継電器が誤動作
・配電用遮断器が誤トリップ
・ラジオやテレビに可聴雑音が発生
・半導体機器が故障及び性能劣化

③高調波の対策
・整流器の相数を増加する
・電力用コンデンサには必ず直列リアクトルを設置する
・パッシブフィルタ，アクティブフィルタを設置する
・短絡容量の大きな系統から受電する

【解答】

(1)解答：ル
題意より解答候補は，（ホ）線形，（ル）非線形，（ヲ）反線形，になると思います。
抵抗等のように電圧と電流が比例するような負荷を線形負荷と呼ぶのに対し，ダイオードやサイリスタ等は非線形負荷と呼ばれます。

(2)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）\( \ 3 \ ％ \ \)，（ハ）\( \ 6 \ ％ \ \)，（カ）\( \ 9 \ ％ \ \)，になると思います。
ワンポイント解説「1.高調波」の通り，「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」では特別高圧系統で管理目標値\( \ 3 \ \mathrm {％} \ \)を維持すると定められています。

(3)解答：ヘ
題意より解答候補は，（ヘ）分流，（ト）制御，（リ）分圧，（ワ）充電，になると思います。
高調波電流は需要家内の設備に分流させることで，分流の法則に従い発生する高調波電流を低減させることが可能となります。

(4)解答：チ
題意より解答候補は，（ロ）単パルス化，（ヌ）少パルス化，（チ）多パルス化，になると思います。
高調波発生源である電力変換装置を多パルス化することにより，より正弦波に近い波形となるため，高調波の低減が可能となります。
多パルス化（\( \ 12 \ \)パルス）についてもっと詳しく理解したい場合は1種令和2年機械問3の問題を解いてみると良いかと思います。

(5)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）フィルタ，（ヨ）コイル，になると思います。
ワンポイント解説「1.高調波」の通り，高調波を低減する方法として適当なのは受動フィルタとなります。コイルはインピーダンスが周波数に比例するため，高調波によるコンデンサの焼損を防止するために有効な機器となります。