変電3【電験3種 電力】調相設備は負荷と並列！コンデンサは進め・リアクトルは遅らせる 令和6年度下期 A問題6 完全解説

今回は令和6年度下期 電力科目 A問題6、調相設備に関する空欄補充問題です。電力用コンデンサ・分路リアクトル・同期調相機・静止形無効電力補償装置（SVC）——受電端電圧を一定に保つための無効電力調整デバイス4兄弟を総ざらいします。

鍵は「調相設備は負荷と並列」「コンデンサ＝力率を進める／リアクトル＝力率を遅らせる」「同期調相機＝界磁電流で連続調整」「SVC＝半導体スイッチで高速制御」の4点。どれも変電ユニットの超頻出知識です。

出題のポイント：調相設備と無効電力

並列接続を起点に、コンデンサとリアクトルが力率を動かす向き、同期調相機とSVCの制御方法を区別します。

令和6年度下期 電力科目 A問題6：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和6年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題6

電験3種 電力科目 【変電】 令和6年度下期 A問題6

　次の文章は、調相設備に関する記述である。

　一般に電力系統では、受電端電圧を一定に保つため、調相設備を負荷と(ア)に接続して無効電力の調整を行っている。

　電力用コンデンサは力率を(イ)ために用いられ、分路リアクトルは力率を(ウ)ために用いられる。

　同期調相機は、その(エ)を加減することによって、進み又は遅れの無効電力を連続的に調整することができる。

　静止形無効電力補償装置は、(オ)でリアクトルに流れる電流を調整することにより、無効電力を高速に制御することができる。

　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。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	並列	進める	遅らせる	界磁電流	半導体スイッチ
(2)	直列	遅らせる	進める	電機子電流	半導体整流装置
(3)	並列	遅らせる	進める	電機子電流	半導体スイッチ
(4)	直列	進める	遅らせる	電機子電流	半導体整流装置
(5)	並列	遅らせる	進める	界磁電流	半導体スイッチ

4種類の調相設備

本問は「力率を進める／遅らせる」という表現で問うています。

設備	流す電流	力率を	使う場面
★電力用コンデンサ	★進み電流	★★進める	★遅れ負荷の力率改善
★分路リアクトル	★遅れ電流	★★遅らせる	★進み気味の系統を戻す

コンデンサは電流が電圧より進みます——だから系統全体の力率を進める方向へ動かすのです。

ふつうの負荷は遅れ力率——それを1.0 へ近づけるのがコンデンサの役目です。

軽負荷時は線路の静電容量で進み気味になります——そこでリアクトルが遅らせることになります。

「力率を進める」と「電圧を上げる」は同じこと——表現が違うだけです。

5つの空欄と選択肢照合

同期調相機は、界磁電流で無効電力を変えます。

界磁電流	状態	電機子電流	働き
★弱め	★不足励磁	★遅れ	★リアクトルとして働く
★ちょうど	★—	★最小	★力率1
★強め	★過励磁	★進み	★コンデンサとして働く

加減するのは界磁電流であって、電機子電流ではありません——電機子電流は結果として変わるのです。

界磁電流を横軸、電機子電流を縦軸に取るとV字になります——V曲線と呼ばれます。

1台で進みにも遅れにもなれる——しかも連続的に調整できます。

けれども回転機なので損失が大きく、近年は新設されません。

(オ) 半導体スイッチで制御する

静止形無効電力補償装置は、サイリスタで電流を絞ります。

	★半導体スイッチ	★半導体整流装置
★働き	★交流のまま位相制御で電流を加減する	★交流を直流に変える
★用途	★★無効電力の制御（SVC）	★直流電源・励磁装置など

リアクトルに流れる電流を位相制御で絞れば、見かけの容量が変わります。

そこへ固定コンデンサを併設すれば、差し引きで進みにも遅れにもなる——これが連続調整のからくりです。

整流するわけではありません——交流のまま制御するので「スイッチ」です。

応答は1サイクル以内——同期調相機の数秒とは桁違いになります。

調相設備の種類は平成24年度 A問題8（変電：調相設備）、重負荷／軽負荷の使い分けは平成18年度 A問題5（変電：調相設備）にあります。

調相設備は4年度で問われている

年度	形式	問われた中心
★平成18年度 A5	★空欄補充	★重負荷／軽負荷の使い分け
★平成21年度 A6	★誤りを選ぶ	★対応を逆にした記述
★平成24年度 A8	★空欄補充	★設備の種類（5空欄）
★令和6年度下期 A6	★空欄補充	★力率をどちらへ動かすか

4年度とも、問われる知識の根っこは同じ——コンデンサが進み、リアクトルが遅れです。

表現が「電圧を上げる／下げる」だったり「力率を進める／遅らせる」だったりする——どちらも同じことを言っています。

表現の対応を押さえる

設備	無効電力	力率	電圧
★コンデンサ	★進みを供給	★進める	★上げる
★リアクトル	★遅れを吸収	★遅らせる	★下げる

3つの表現が、1つの動作を指しています——どの言い方で問われても答えられるようにしましょう。

要点をもう一度

5つの空欄が、調相設備の全体像を並べています。

空欄	答え	誤答の型
(ア)	★並列	★直列
(イ)	★進める	★遅らせる
(ウ)	★遅らせる	★進める
(エ)	★界磁電流	★電機子電流
(オ)	★半導体スイッチ	★半導体整流装置

(ア)と(エ)の2欄で(1)に確定できます。

(エ)は「加減する」対象を問うています——操作するのは界磁電流、変わるのが電機子電流。

SVCが「整流」しない理由

無効電力を制御するのに、直流にする必要はありません。

サイリスタで導通のタイミングを遅らせれば、実効的な電流が減ります——位相制御です。

交流のまま、流れる量だけを加減している——だから「スイッチ」と呼ばれます。

整流装置は直流を作る装置——励磁装置などに使われますが、SVCとは別です。

受電端電圧を一定に保つ意味

問題文の冒頭が、調相設備の目的を述べています。

電圧が変動すると	影響
★高すぎる	★絶縁の劣化・照明の短寿命化
★低すぎる	★電動機のトルク不足・始動困難
★変動が大きい	★照明のちらつき・電子機器の誤動作

電動機のトルクは電圧の2乗に比例します——1割下がるとトルクは約2割減るのです。

低圧では101±6 V、202±20 V に保つ義務があります——電気事業法で定められています。

その義務を果たすために、変電所で調整する——調相設備はそのための設備です。

負荷は刻々と変わるので、追従して調整し続ける——だから「連続的に調整できる」ことに価値があるのです。

調相設備を選ぶ基準

4種類のうち、どれを使うかは条件で決まります。

設備	調整	応答	費用	向く場面
★電力用コンデンサ	★進みのみ・段階的	★遅い	★★安い	★遅れ負荷の力率改善
★分路リアクトル	★遅れのみ・段階的	★遅い	★安い	★軽負荷時の電圧抑制
★同期調相機	★両方向・連続	★数秒	★高い	★近年は新設されない
★SVC	★両方向・連続	★★1サイクル以内	★高い	★★変動の速い負荷

ふつうの系統ではコンデンサとリアクトルで足ります——安く、投入・開放するだけだからです。

アーク炉のように激しく変動する負荷にはSVC——1サイクル以内で追従できるから。

同期調相機は、回転機ゆえの損失と保守が負担——SVCに置き換わりました。

本問が4種類すべてを挙げているのは、その比較を問うため——それぞれの持ち味を押さえましょう。

まとめ

(ア)並列	調相設備は負荷と並列に接続して無効電力を調整
(イ)進める	電力用コンデンサ＝進み無効電力を供給し力率改善
(ウ)遅らせる	分路リアクトル＝軽負荷時の進み力率対策（フェランチ）
(エ)界磁電流	同期調相機は界磁電流の加減で進み⇔遅れを連続調整
(オ)半導体スイッチ	SVC＝サイリスタでリアクトル電流を高速制御→答えは(1)

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