【第二種電気工事士】進相コンデンサと高調波の覚え方｜力率改善・直列リアクトルの役割【学科試験対策】

はじめに

「進相コンデンサ」と「高調波」は現場でも名前を聞く機会があります。学科試験では理論の深い計算は不要で、「何のためにあるか」「何が問題になるか」の概念レベルで問われます。この記事ではその部分に絞って整理します。

学科試験全体の出題範囲は、こちらのハブ記事で確認できます。

進相コンデンサは、力率を改善するために設置する機器です。

工場のモーターや変圧器などの誘導性負荷（コイルを含む機器）は、電力を消費しながら同時に無効電力も発生させ、力率を低下させます。力率が低いと同じ仕事をするのに大きな電流が必要になり、電線・変圧器に余分な負担がかかります。

進相コンデンサをシステムに並列接続することで、コンデンサの進み電流がコイルの遅れ電流を打ち消し、力率が1に近づきます。

誘導性負荷の代表は、モーターと変圧器です。これらの機器が現場でなぜ無効電力を出すのかは、こちらで整理しています。

力率そのものの概念については、こちらで整理しています。

※ 第二種学科では「力率改善のために進相コンデンサを並列接続する」という役割を押さえれば十分です。改善容量Q＝P(tanφ₁−tanφ₂)等の計算は第一種範囲なので、本記事では扱いません。

高調波は、電源周波数（50Hzまたは60Hz）の整数倍の周波数成分を持つ電圧・電流のことです。

インバータ・スイッチング電源・パソコンなどの機器は、電源から正弦波でない電流を引き込むため、高調波を発生させます。高調波が系統に混入すると、変圧器の過熱・コンデンサの故障・通信機器への干渉などの問題が起きます。

発生源と影響をセットで覚えると、選択肢問題で迷いません。

※ 第二種学科では「第3・第5・第7高調波」などの次数別の話までは深追いしません。「整数倍の周波数成分が混入する」という程度の理解で十分です。

進相コンデンサは高調波に対して低インピーダンスになりやすい特性があります。そのため、高調波電流が進相コンデンサに集中して流れ込み、コンデンサが過負荷になることがあります。

これを防ぐために、進相コンデンサと直列にリアクトル（コイル）を組み合わせます。これが「直列リアクトル」で、高調波電流の流入を抑え、コンデンサを保護する役割があります。

機器	主な目的	接続方法	どんな問題に効く
進相コンデンサ	力率改善	負荷と並列	誘導性負荷による力率低下
直列リアクトル	コンデンサ保護	進相コンデンサと直列	高調波電流の流入による過負荷

第二種学科では「進相コンデンサに高調波の影響がある」「保護のために直列リアクトルを組み合わせる」という程度の認識で十分です。リアクトルの定格容量や電圧階級などの数値は問われません。

問：低圧進相コンデンサを電動機などの負荷と並列に接続する目的として、正しいものはどれか。

答え：1（力率を改善する）

解説：進相コンデンサは誘導性負荷の遅れ無効電力を打ち消すために設置します。電圧降下防止は配線方式・電線太さ、短絡電流制限はリアクトル等、漏電検出は漏電遮断器の役割で、それぞれ別機器が担当します。

問：高調波の主な発生源として、最も適切なものはどれか。

答え：2（インバータ式蛍光灯・パソコンなどのスイッチング電源）

解説：高調波は、電流を高速にスイッチング（オン／オフ）する機器から発生します。白熱電球・抵抗加熱器は正弦波電流をそのまま消費するため高調波は出ません。直入れの誘導電動機も基本周波数の電流が中心です。

学科試験全体の対策は、こちらのハブ記事から各分野へ進めます。