令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　法規科目 問122 解説 問12(b) 問12

高圧CVケーブルの絶縁耐力試験において、試験用変圧器の容量だけでは不足する充電電流を補償リアクトルが肩代わりすることで、合計3台の設置が必要となります。

絶縁耐力試験における充電電流と補償の仕組み

高圧ケーブルは導体と金属遮へい層の間に絶縁体を挟む構造をしており、電気的にはコンデンサ（静電容量）として振る舞います。交流電圧を印加すると、この静電容量を充電・放電するための「充電電流」が流れます。

ケーブルが長くなったり電圧が高くなったりすると、この充電電流は非常に大きな値となり、試験用の電源変圧器だけでは容量オーバーで電圧を維持できなくなります。そこで、ケーブルの静電容量に対して「リアクトル（コイル）」を並列に接続します。リアクトルに流れる電流はコンデンサに流れる電流と位相が180度異なるため、両者を打ち消し合わせることで、試験電源から持ち出す電流を大幅に低減させることができます。これを共振あるいは補償と呼び、電源の負担を減らすために利用されます。

補償リアクトルの必要台数の算出

試験条件に基づき、必要な補償リアクトルの台数を以下のステップで求めます。

1. 充電電流の確認 前問(a)より、今回の試験電圧におけるケーブルの全充電電流は1.17 Aと算出されます。この電流を、試験用変圧器と補償リアクトルの双方で分担することになります。

2. 変圧器が供給可能な電流の計算 試験用変圧器の容量は5 kV・A、試験電圧は11000 V（11 kV）です。変圧器が単独で負担できる電流$I_T$は、容量を電圧で割ることで求められます。 $I_T = \frac{5000\,\text{V}\cdot\text{A}}{11000\,\text{V}} \approx 0.4545\,\text{A}$

3. 補償リアクトルが負担すべき電流の算出 ケーブル全体の充電電流1.17 Aから、変圧器が負担できる0.4545 Aを差し引いた残りの分を、リアクトルで補償しなければなりません。 $I_L = 1.17\,\text{A} - 0.4545\,\text{A} = 0.7155\,\text{A}$

4. リアクトルの必要台数の決定 1台の補償リアクトルが負担できる電流は270 mA（0.27 A）です。必要な合計補償電流0.7155 Aを1台あたりの容量で割ります。 $\text{台数} = \frac{0.7155\,\text{A}}{0.27\,\text{A}} \approx 2.65\,\text{台}$ 台数は整数で設置する必要があるため、切り上げて3台となります。

試験回路図の変圧器の定格容量と、ケーブルに流れる充電電流の大きさを改めて見比べてみると、供給側の余力のなさとリアクトルによる補助の必要性が直感的に把握できます。

参考リンク

• 高圧ケーブルの交流絶縁耐力試験方法（技術解説記事）
• 電気主任技術者試験の計算問題対策（YouTube解説）
• コンデンサとリアクトルの並列回路における力率改善と電流補償（電気工学の基礎定義）