令和8年度 上期 第3種 理論 問140 解説 問14

電力計W2が逆振れした後に電圧端子の極性を反転して接続した場合、その指示値は負の値として扱われるため、二電力計法による三相平衡負荷への供給電力は、電力計W1の指示値から電力計W2の指示値を減算して465Wとなります。

二電力計法と電力計の逆振れに関する基本知識

二電力計法とは

二電力計法は、2台の単相電力計を用いて三相回路の総電力を測定する方法です。この方法は、電源側が三相3線式または三相4線式のいずれであっても、また負荷が平衡負荷であるか不平衡負荷であるかに関わらず、回路に供給される有効電力の合計値を正確に測定できるという特徴があります。図のように、2台の電力計の電流コイルを異なる相に、電圧コイルをその相と共通の線路、および残りの相線路の間に接続します。このとき、測定される三相総電力$P$は、2台の電力計の指示値$P_1$と$P_2$の代数和で求められます。 $P = P_1 + P_2$

電力計の逆振れと指示値の扱い

電力計は、測定する瞬時電力が常に正であれば針は正方向に振れますが、交流回路では瞬時電力が負になる期間も存在します。特に力率が低い（力率角が大きい）三相平衡回路を二電力計法で測定する場合、片方の電力計の電圧コイルと電流コイルに加わる電圧と電流の位相差が90度を超えることがあります。この場合、その電力計が測定する平均電力は負の値となり、指針が逆方向に振れる「逆振れ」という現象が発生します。

電力計が逆振れした際は、一般的に電圧端子の極性を反転させて接続し直すことで、指針を正方向に振らせて読み取れるようにします。しかし、このときに読み取れる指示値は、本来の負の電力の絶対値を示すものにすぎません。したがって、逆振れが生じ、極性を反転して測定した電力計の指示値は、総電力を計算する際には負の値として扱う必要があります。

三相平衡負荷に供給される電力の計算

設問の条件と二電力計法の原理に基づき、三相平衡負荷に供給される電力を以下のステップで計算します。

1. 二電力計法における総電力の計算方法を確認する 二電力計法では、2台の電力計W1とW2の指示値の代数和が、三相回路に供給される総電力となります。これを$P = W_1 + W_2$と表します。

2. 電力計W2の指示値の符号を判断する 問題文には「電力計W2の指針が逆振れを起こした。電力計W2の電圧端子の極性を反転して接続した後、指示値は25Wであった」とあります。電力計が逆振れを起こしたということは、本来の測定電力値が負であったことを意味します。極性を反転して正の指示値を得た場合、この指示値は本来の負の電力の絶対値を示しています。したがって、W2の指示値は負の値として、$-25$Wとして扱います。

3. 電力計W1の指示値を適用する 電力計W1については逆振れの記述がないため、指示値490Wをそのまま用います。$W_1 = 490$W。

4. 三相総電力を計算する ステップ1で確認した総電力の計算式に、ステップ2とステップ3で得られた値を代入します。 $P = W_1 + W_2 = 490\text{W} + (-25\text{W}) = 465\text{W}$

したがって、このときの対称三相交流電源が三相平衡負荷に供給する電力は465Wです。

図に示された電力計W1とW2の接続位置と、それぞれが測定する電圧・電流の位相関係を重ねてみると、力率による指示値の増減がイメージできます。

参考リンク

• 三相電力の測定（二電力計法） - 電験3種を徹底攻略
• 【実習】三相電力測定（二電力計法） - YouTube
• 二電力計法 - コトバンク