第三種電気主任技術者・2024年度 下期・理論

2024年度 下期 理論 問15(b)

図1のように、相電圧 200V 200 \mathrm{V} 、周波数 50Hz 50 \mathrm{Hz} の対称三相交流電源に、抵抗とインダクタンスからなる三相平衡負荷を接続した交流回路がある。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

図2のように、静電容量 C[F] C [\mathrm{F}] のコンデンサを Δ \Delta 結線して、その端子 a', b' 及び c' をそれぞれ図1の端子 a, b 及び c に接続した。その結果、三相交流電源から見た負荷の力率は1になったという。静電容量 C C の値 [F] [\mathrm{F}] として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

2024年度 下期 理論 問15(b)の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2024年度 下期 理論 問15(b)

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正答:(2)

要点

正解は(2)。力率 1 にするには、負荷の遅れ無効電力を Δ\Delta 結線コンデンサの進み無効電力でちょうど打ち消します。先に負荷の無効電力を求めてから Q=3ωCV2Q=3\omega C V^2 に代入すれば容量が決まります。

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負荷の無効電力とコンデンサの進み無効電力を等しくして、必要な容量を逆算する問題です。

力率が1になるということは、負荷の遅れ無効電力をコンデンサの進み無効電力で完全に打ち消したことを意味する。
負荷全体の無効電力 QL Q_L は、
QL=3×Iphase2×XL=3×(23.09)2×4≈3×533.3×4≈6400var Q_L = 3 \times I_{phase}^2 \times X_L = 3 \times (23.09)^2 \times 4 \approx 3 \times 533.3 \times 4 \approx 6400 \mathrm{var}
これを打ち消すコンデンサ(Δ \Delta 結線)の容量 QC Q_C も 6400 var 必要である。
Δ \Delta 結線コンデンサの相電圧は線間電圧と等しく 200V 200\mathrm{V} 。
QC=3×2πfCV2 Q_C = 3 \times 2\pi f C V^2
6400=3×(2π×50)×C×2002 6400 = 3 \times (2\pi \times 50) \times C \times 200^2
6400=3×314×C×40000 6400 = 3 \times 314 \times C \times 40000
C=640037680000≈1.698×10−4F C = \dfrac{6400}{37680000} \approx 1.698 \times 10^{-4} \mathrm{F}
最も近い値は 1.7×10−4 1.7\times10^{-4} 。

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