電気施設管理-計算32【電験3種 法規】コンデンサ素子短絡の診断！運転電流R6.6A・S-T相間が最小＝(a)(1)(b)(2) 平成25年度 B問題11 完全解説

今回は平成25年度 法規科目 B問題11、高圧進相コンデンサの劣化診断を扱う問題です。運転電流の測定から診断し、機器停止後に2端子測定法で相間静電容量を測定して破壊素子を特定します。実務的な良問です。

(a)は定格電流×測定比のシンプルな計算。(b)はY結線・各相2素子直列のコンデンサで1素子が短絡したときの相間静電容量を、直列合成で比較します。

出題のポイント

平成25年度 法規科目 B問題11：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。

電験3種 法規科目 【電気施設管理】 平成25年度 B問題11

　高圧進相コンデンサの劣化診断について、次の(a)及び(b)に答えよ。

（図1・図2は上の画像を参照してください。定格容量50kvar、Y結線、一相2素子、使用電圧6.6kV。）

(a)　三相3線式50Hz、使用電圧6.6kVの高圧電路に接続された定格電圧6.6kV、定格容量50kvar（Y結線、一相2素子）の高圧進相コンデンサがある。内部素子の劣化点検のため運転電流を高圧クランプメータで測定した。測定電流の定格電流に対する比は、S相1.15、R相1.50、T相1.15であった。測定電流[A]に最も近い数値の組合せ（R相・S相・T相）を選べ。ただし直列リアクトルはないものとする。

	R相	S相	T相
(1)	6.6	5.0	5.0
(2)	7.5	5.7	5.7
(3)	3.8	2.9	2.9
(4)	11.3	8.6	8.6
(5)	7.2	5.5	5.5

(b)　(a)の測定により劣化による内部素子の破壊（短絡）が発生していると判断し、機器停止後、各相間の静電容量を2端子測定法（1端子開放で測定）で測定した。図2のとおりR相の一方の素子が破壊（素子極間短絡）しているとすれば、静電容量測定結果の記述として正しいものを選べ。

(1)　R-S相間の測定値は、最も小さい。

(2)　S-T相間の測定値は、最も小さい。

(3)　T-R相間は、測定不能である。

(4)　R-S相間の測定値は、S-T相間の測定値の約75%である。

(5)　R-S相間とS-T相間の測定値は、等しい。

ポイント解説：定格電流×比と、相間の直列合成

(a) 測定電流：まず定格電流を求めます。
　I_定格＝定格容量/(√3×線間電圧)＝50000/(√3×6600)≒4.37[A]。
各相の測定電流はこれに測定比を掛けて
　R相＝4.37×1.50≒6.6A、S相＝4.37×1.15≒5.0A、T相＝4.37×1.15≒5.0A。
よって(a)は(1)。R相の電流が大きいのはR相の素子が短絡して容量が増えたためです。

(b) 各相の容量：素子1個の容量をC₀とすると、正常な相は2素子直列でC₀/2。R相は1素子が短絡して1素子だけ＝C₀（正常相の2倍）。2端子測定法では、測定する2相のコンデンサが中性点を介して直列になります。

(b) 相間を直列合成：
　R-S間＝C₀と(C₀/2)の直列＝C₀/3≒0.333C₀
　S-T間＝(C₀/2)と(C₀/2)の直列＝C₀/4＝0.25C₀
　T-R間＝(C₀/2)とC₀の直列＝C₀/3≒0.333C₀
R相を含む相間（R-S、T-R）はC₀/3で大きく、R相を含まないS-T間がC₀/4で最も小さい。よって(b)は(2)。（R-S/S-T＝(1/3)/(1/4)＝約133%なので(4)は誤り。）

問題の解説

STEP1　(a)

I_定格=50000/(√3×6600)≒4.37A、×比 → R6.6/S5.0/T5.0 →(1)

STEP2　(b)容量

正常相C₀/2、R相(1素子短絡)C₀

STEP3　(b)相間

R-S=C₀/3、S-T=C₀/4、T-R=C₀/3 → S-T最小 →(2)

答え：(a)-(1)，(b)-(2)

まとめ

定格電流	50000/(√3×6600)≒4.37 A
(a)測定電流	R6.6/S5.0/T5.0 A →(1)
正常相容量	C₀/2（2素子直列）
R相容量	C₀（1素子短絡）
相間	R-S=C₀/3、S-T=C₀/4、T-R=C₀/3
(b)	S-T相間が最小 →(2)

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