電験三種 平成26年度(2014) 法規 問13(b) 過去問解説

問13(b) 《施設管理(第5調波と直列リアクトル)》
三相3線式,受電電圧 $6.6\,\mathrm{kV}$,周波数 $50\,\mathrm{Hz}$ の自家用電気設備を有する需要家が,直列リアクトルと進相コンデンサからなる定格設備容量 $100\,\mathrm{kvar}$ の進相設備を施設することを計画した。この計画におけるリアクトルには,当該需要家の遊休中の進相設備から直列リアクトルのみを流用することとした。施設する進相設備の進相コンデンサのインピーダンスを基準として,これを $-\mathrm{j}100\,\%$ と考えて,次の(a)及び(b)の問に答えよ。 なお,関係する機器の仕様は,次のとおりである。 ・施設する進相コンデンサ:回路電圧 $6.6\,\mathrm{kV}$,周波数 $50\,\mathrm{Hz}$,定格容量三相 $106\,\mathrm{kvar}$ ・遊休中の進相設備:回路電圧 $6.6\,\mathrm{kV}$,周波数 $50\,\mathrm{Hz}$  進相コンデンサ 定格容量三相 $160\,\mathrm{kvar}$  直列リアクトル 進相コンデンサのインピーダンスの6% (b) この計画における進相設備の,第5調波の影響に関する対応について,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問13(b)の図
  1. (1) インピーダンスが0%の共振状態に近くなり,過電流により流用しようとするリアクトルとコンデンサは共に焼損のおそれがあるため,本計画の機器流用は危険であり,流用してはならない。
  2. (2) インピーダンスが約 $-\mathrm{j}10\,\%$ となり進み電流が多く流れ,流用しようとするリアクトルの高調波耐量が保証されている確認をしたうえで流用する必要がある。
  3. (3) インピーダンスが約 $+\mathrm{j}10\,\%$ となり遅れ電流が多く流れ,流用しようとするリアクトルの高調波耐量が保証されている確認をしたうえで流用する必要がある。
  4. (4) インピーダンスが約 $-\mathrm{j}25\,\%$ となり進み電流が流れ,流用しようとするリアクトルの高調波耐量を確認したうえで流用する必要がある。
  5. (5) インピーダンスが約 $+\mathrm{j}25\,\%$ となり遅れ電流が流れ,流用しようとするリアクトルの高調波耐量を確認したうえで流用する必要がある。
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正解は(1)
使う公式
第$n$調波のインピーダンス:コイルは $n$ 倍、コンデンサは $\dfrac{1}{n}$ 倍になる
解説
【考え方】第5調波(ふつうの50 Hzの5倍の周波数の電流)では、コイルのインピーダンス(電流の流れにくさ)は5倍、コンデンサは $\dfrac{1}{5}$ 倍になります。合計がいくつになるかを見ます。 ■1 (a) の結果を使う (a) で、流用する直列リアクトル(コイル)は、施設するコンデンサの約 4%($+\mathrm{j}4\,\%$)とわかりました。 ■2 第5調波のインピーダンス 周波数が5倍になります。 コイル:$+\mathrm{j}4\,\% \times 5 = +\mathrm{j}20\,\%$ コンデンサ:$-\mathrm{j}100\,\% \div 5 = -\mathrm{j}20\,\%$ 合計:$+\mathrm{j}20\,\% - \mathrm{j}20\,\% \fallingdotseq 0\,\%$ ■3 どうなるか 合計がほぼ 0% なのは、共振(コイルとコンデンサが打ち消し合う状態)です。 インピーダンスがほぼ0なので、第5調波の電流がとても大きく流れます。 リアクトルもコンデンサも焼けるおそれがあるので、流用してはいけません。 (2)〜(5)の「約 ±j10%」「約 ±j25%」にはならないので、誤りです。 ふつう直列リアクトルは、コンデンサの6%にして、第5調波でコイル側(遅れ)になるようにします。 答えは(1)ピヨ。
出典:平成26年度(2014) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)法規 問13(b)