コンデンサとリアクトル【電気設備】

これだけは知っておきたい電気設備の基礎知識をご紹介します。このページでは「コンデンサとリアクトル」について、維持管理や保全などを行う電気技術者の方が、知っておくとためになる電気の基礎知識を解説しています。

コンデンサのしくみ
1. コンデンサの特性
リアクトルのしくみ
1. リアクトルの特性
2. リアクトルの応用
コンデンサの応用

コンデンサのしくみ

コンデンサ(condenser)は、第1図(a)のような記号で表わしますが、これは第1図(b)のように導電体の間にサンドイッチ状に絶縁物が入っていることを示しています。導電体には第1図(C)のようにアルミニウム箔を使い、絶縁物にはプラスチックフィルムや油浸絶縁紙を使い、第1図(d)のようにグルグル巻いてコンデンサを作ります。

コンデンサの特性

第2図(a)のようにコンデンサに交流電圧 $E$ を加えると、コンデンサには電流 $I_c$ 流れますが、第2図(b)のように電流 $I_c$ は電圧 $E$ よりほぼ90°( $\displaystyle\frac{π}{2}$ rad)進んだ位相で流れます。コンデンサの電流は進み電流であるというのが、コンデンサの大きな特性です。

コンデンサの容量 $Q$〔kVA〕は、第2図(a)では、

$Q=2πfCE^2× 10^{-9}$〔kVA〕
$f$：周波数〔Hz〕
$E$：電圧〔V〕
$C$：静電容量〔μF〕

となります。

コンデンサは第1図(C)のように電極間に絶縁物が入っており、絶縁物による熱損失が発生します。このため第2図(b)のように電流 $I_C$ の進み角 $θ$ は、正確に90°ではなく

$90° >θ =90° -δ$

となり、$δ$ を損失角といます。損失 $p$ 〔W〕とは次の関係があります。

$p=2πfCE^2× 10^{-9}×tanδ〔kw〕=Qtanδ〔kW〕$

リアクトルのしくみ

リアクトル(reactor)は、第3図(a)のような記号で表わしますが、これは第3図(b)のように絶縁電線をグルグル巻いて作られていることを示しています。

リアクトルの特性

第4図(a)のように交流電圧 $E$ を加えると、リアクトルには電流 $I_L$ が流れますが、(b)のように電流 $U_L$ は電圧 $E$ よりほぼ90°($\displaystyle\frac{π}{2}$)遅れた位相の電流が流れます。つまり、リアクトルの電流 $I_L$ とコンデンサの電流 $I_C$ (第2図(b))は、ほぼ180°の位相差があります。

リアクトルの応用

ビルや工場では、リアクトルを活用する場は広くはありません。第5図のように力率改善用コンデンサの直列リアクトル及び放電コイルに用いられています。

直列リアクトルは、コンデンサにより電圧波形が悪くなるのを防ぐ目的で入れられており、コンデンサ容量の6%の容量を有しています。放電コイルは、コンデンサ開放時に、 5秒以内にコンデンサ端子電圧を50V以下にするように電荷を放電するように使っています。

コンデンサの応用

力率とは

第6図(a)のように負荷として誘導電動機があり、これに交流電圧 $E$ を加えて運転すると、負荷電流 $I_M$ が流れ、第6図(b)のように負荷電流 $I_M$ は交流電圧 $E$ より角 $θ$ °遅れるのが一般的です。角 $θ$ の $cos$ を取って、$cosθ$ を力率といいますが、力率を%で表わすときは、

%で表わした力率$=100×cosθ$

となります。