機械
電験三種 令和7年度下期 機械 問8
問題・正答・学習用解説
問題
次の文章は，電力用コンデンサに関する記述である。電力用コンデンサには，進相コンデンサ，調相コンデンサ及び直列コンデンサがあり，さらにフィルタ用コンデンサやサージ吸収用コンデンサなどを含めることがある。電力用コンデンサは，一般的に複数枚の薄葉誘電体を金属はく電極とともに巻き込み，リード線を引き出した単位コンデンサの集合で構成し，容器などに収納したものである。また，電極として蒸着金属が用いられることがある。誘電体には，広い面積にわたり厚さが均一であること，適当な機械的強度を有すること，誘電率が （ア） その温度変化が少ないこと，誘電正接が （イ） 絶縁抵抗及び絶縁耐力が （ウ） こと，耐熱性に優れ長期安定性に優れていることなどが求められる。電力用コンデンサの （エ） 点検としては，油漏れ，発錆，がいしの汚損，容器の変形，端子部の過熱及び機器の異常加熱などの有無について確認を行う。また，数年ごとあるいは異常発生時に行う （オ） 点検として， （エ） 点検項目のほかにコンデンサの静電容量・損失の測定，端子－外箱間の絶縁抵抗測定，耐電圧試験などを実施する。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
選択肢
正答と解説
正答：（2）
正答の考え方
正解は(2)です。電力用コンデンサの誘電体には，同じ寸法で大きな静電容量が取れるよう誘電率が(ア)高く，温度変化が少ないことが求められます（ で C は誘電率εに比例）。損失を小さく抑えるため誘電体損失の指標である誘電正接 tanδ は(イ)小さく，絶縁の信頼性の観点から絶縁抵抗及び絶縁耐力は(ウ)高いことが望まれます。保守点検は，運転中（通電状態）に油漏れ・発錆・がいし汚損・容器変形・端子過熱などの外観や異常加熱を確認する(エ)日常点検と，数年ごとあるいは異常発生時に，日常点検項目に加えて静電容量・損失（tanδ）測定，端子–外箱間の絶縁抵抗測定，耐電圧試験などを行う(オ)特別（精密）点検に区分されます。以上から(ア)高く，(イ)小さく，(ウ)高い，(エ)日常，(オ)特別，の組合せである(2)が正しい。
各選択肢の解説
選択肢1
(イ)誘電正接 tanδ を大きく，としている点が誤りです。tanδ は誘電体損失の大きさを表す指標で，大きいほど発熱・損失が増えるため，望ましいのは小さい方です。
選択肢3
(ウ)絶縁抵抗・絶縁耐力を低い，とし(エ)(オ)の日常・特別を逆にしている点が誤りです。絶縁性能は高いほど信頼性が上がり望ましく，運転中の外観確認が日常点検，停止して測定試験まで行うのが特別点検です。
選択肢4
(ア)誘電率を低く，としている点が誤りです。静電容量は誘電率に比例するので，限られた寸法で容量を確保するには誘電率は高い方がよく，tanδ は小さい方がよいです。
選択肢5
(ア)〜(オ)のうち誘電率・tanδ・絶縁性能の方向や日常／特別の区分が反対になっており，全体として整合しません。正しくは誘電率高く・tanδ小さく・絶縁性能高く・日常／特別の順です。
周辺知識
電力用コンデンサは進相（力率改善用），調相（系統電圧調整用），直列（線路リアクタンス補償用）などに使われ，無効電力を供給して力率を改善し，電圧降下や線路損失を低減する重要機器です。構造は薄いプラスチックフィルム誘電体と金属はく（またはフィルムに金属を蒸着した蒸着電極）を巻き込んだ素子の集合体で，蒸着電極は絶縁破壊が起きてもその点だけ電極が蒸発して自己回復（セルフヒーリング）する利点があります。誘電体に求める性質は『C を大きく低損失で安定に』という観点から，誘電率は高く（容量稼ぎ），tanδ は小さく（損失と発熱を抑える），絶縁抵抗・絶縁耐力は高く（信頼性），温度変化が小さく経時安定，という方向で一貫しているので『良い性質はすべて望ましい方向（高い／小さい／少ない）』と整理すると迷いません。保全は，電気事業法・保安規程に基づき，停電せず外観中心に見る日常（巡視）点検と，停電して測定・試験まで行う定期（特別・精密）点検に分けるのが一般的で，劣化診断として tanδ 測定や静電容量の変化（素子破壊で容量増減）監視が有効です。進相コンデンサには高調波対策・突入電流抑制・残留電荷放電のために直列リアクトル（普通6％）と放電抵抗（放電コイル）を付帯させるのが実務上の定番で，あわせて覚えておくと関連問題に対応できます。