令和6年度第三種電気主任技術者下期試験　法規科目 問131 解説 問13(a) 問13

試験電圧を最大使用電圧の1.5倍である10350Vと定め、静電容量0.2μFに流れる充電電流をオームの法則の交流回路への拡張として計算することで、値は0.65Aとなります。

絶縁耐力試験における電圧の規定

電気設備の技術基準の解釈では、高圧電路の絶縁性能を確認するために、最大使用電圧に一定の倍数を乗じた電圧を10分間加える試験が定められています。受電電圧が6kVの設備では、最大使用電圧は6900Vです。この試験では、その1.5倍の電圧で耐えられるかを判定します。

交流回路の充電電流とオームの法則

コンデンサの性質を持つ電路に交流電圧を加えると、絶縁体を介して大地との間に電流が流れます。これが対地充電電流です。交流回路におけるコンデンサのリアクタンスは、周波数 $f$ [Hz] および静電容量 $C$ [F] を用いて $X_C = \frac{1}{2 \pi f C}$ [Ω] と表されます。オームの法則 $I = \frac{V}{X_C}$ を適用すると、充電電流 $I$ [A] は以下の式で導かれます。 $I = 2 \pi f C V$ この式は、電圧 $V$ が高いほど、また周波数 $f$ や静電容量 $C$ が大きいほど、流れる電流が大きくなることを示しています。

充電電流を求める手順

1. 試験電圧を算出します。最大使用電圧6900Vの1.5倍であるため、$6900 \times 1.5 = 10350$ [V] となります。
2. 周波数50Hz、静電容量0.2μF（$0.2 \times 10^{-6}$ F）の条件を式に代入します。
3. 計算式 $I = 2 \times 3.14159 \times 50 \times (0.2 \times 10^{-6}) \times 10350$ を実行します。
4. 計算結果は $I \approx 0.6503$ [A] となり、最も近い選択肢である0.65を選びます。

試験電圧を計算する根拠となる最大使用電圧の値と、そこから導かれる充電電流の式を重ねてみると、電気的な負荷の関係が見えてきます。

参考リンク

• 絶縁耐力試験について（電験三種試験対策）
• 静電容量と充電電流の実験：Pythonでシミュレーション
• コンデンサのリアクタンスとインピーダンス（電気工学の基礎）