【電験三種】2020 法規・問13を考える

今年の法規は合格点高いかも知れませんね．というのも，計算問題が一つしかなかった上に単純だったからです．ただこれまでなかったような問題なのでしょうか？どうやら一緒に受けていたらしい（お互い気付かなかった．笑）A 君から解き方を聞かれました．私としては合格が決まったわけでもないのに解説するのはどうかと思ったのですが，説明がてら，自分も合っているか確かめる勉強用エントリということでお願いします．

問13 ではこんな設備を想定しています．高調波が発生する機器から，電源側に流れ出す成分は規制されているという話しです．

小問(a)は，各要素の第５次高調波（無線系の我々が言うところの第５高調波）に対するインピーダンスを求めるという問題です．進相コンデンサ SC のインピーダンス（実部なしでリアクタンスですけど）は周波数に反比例します（コンデンサは周波数が高いほど電流が多く流れる）．第５次高調波は周波数が５倍ですから，リアクタンスは 1/5 になります．基本波に対して -j545 Ωとありますので，電卓を使うまでもなく Z_SC5 = -j109 Ωになるわけです．これで答えは (5) に確定しましたが，念のために他のも見ておきましょう．

リアクトル SR はインダクタで，コンデンサとは逆に周波数に比例したリアクタンスを持ちます．基本波に対して j33 Ω とありますから，これは５倍になって j165 Ω です．やっぱり(5)ですね．だめ押しに系統側 ZS も計算しておきましょう．j4.4 というのは正の値ですけど，それはコイルと同じ（コンデンサだったら負の値）です．よってこれも周波数５倍でリアクタンスも５倍．j4.4 → j22 Ωというわけです．

結局第５次高調波ってのがどんなものだか分かっていれば超簡単ですけど，分からなければなんのこっちゃ？という問題だったわけですね．唯一の計算問題が電卓が要らないほど簡単なのはラッキーでしたけど，せっかくでかいの持って行ったので使いましたよ．しかし周りから電卓をバチバチ叩く音があまり聞こえてこなかったのは，そういうことか？笑

ついで小問(b)です．系統側に流れ出す高調波の上限が契約 1kW あたり 3.5mA だとすると，この設備（250kW契約）で発生して良い上限はいくらか？という問題．上の図の通り，高調波電源（笑）には Z_S5, Z_SR5, Z_SC5 がぶら下がっていて，うち Z_SR5, Z_SC5 は直列につながっています．Z_SR5 + Z_SC5 = j56 Ω　ですね．これと系統側が j22Ω で並列につながっています．

高調波が許容最大 3.5mA/kW × 250kW = 0.875A だけ系統側に流れるとき，進相コンデンサ側には 0.875 × 22/56=　0.344 A 流れてますから，高調波発生装置から流れ出している電流はこれらの合計で 0.875 + 0.344 = 1.22 A となり，(4) 1.2 が選ばれます．

ちなみに選択肢はこれであってるはずですが，解き方がおかしいなどといったご指摘があれば是非コメントでご教授ください．