受変電設備の設計｜コンデンサの開閉器仕様と容量の選定方法について詳しく解説

単線結線図でコンデンサの一次側まで来ると、LBSなのかVMCなのか、ヒューズは何アンペアなのかで手が止まります。変圧器の一次側は「300kVAまでPC」と覚えていても、コンデンサは同じようにいきません。単位も、分かれ目の数字も、見るべきヒューズの記号も別ものだからです。ここでは、容量・開閉頻度・電流の3つから順に決めていく手順で整理します。

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選定は2段構え ― 容量で種別、頻度で方式

コンデンサの一次側開閉器でつまずくのは、ひとつの表で決まると思って探してしまうからです。実際には、決まる順番があります。容量で使える機器の範囲がしぼられ、そのあと開閉頻度でどれにするかが決まり、最後に電流からヒューズの定格を選びます。

ペン太

容量さえ分かれば、あとは表を引くだけだと思っていました。

ハリタ

容量で決まるのは1段目だけです。毎日入り切りする回路かどうかを聞かないと、2段目が決まりません。

変圧器の「300kVA」で考えない

いちばん多い取り違えがここです。変圧器の一次側は、容量300kVA以下ならPC（高圧カットアウト）が使えます。この感覚のままコンデンサに来ると、「100kvarくらいならPCでいいだろう」という判断になります。これは規程に反します。

もうひとつ、容量の読み方にも注意が要ります。「定格設備容量」はリアクトルを含めた設備としての容量で、コンデンサ単体の定格容量とは値が違います。6％リアクトル付きなら、設備容量50kvarはコンデンサ単体で約53.2kvarに当たります。カタログや銘板がどちらの表記かを先に確かめてください。

分かれ目は50kvar ― 機器種別の適用区分

高圧受電設備規程では、コンデンサの一次側に使う開閉装置を定格設備容量50kvar以下はPC、50kvarを超えるとPCは使えないと整理しています。50kvarを超える回路は、PF付LBS（限流ヒューズ付高圧交流負荷開閉器）以上になります。

もうひとつ、容量とは別の条件があります。直列リアクトルが付く回路では、50kvar以下でも一次側はLBSにするという扱いです。高圧進相コンデンサには直列リアクトルを設けることになっているので、実務ではほとんどの回路がこちらに当たります。リアクトルそのものの選び方はリアクトルの設置基準と選定方法で扱っています。

PCが選べる小容量でも、三相回路ではPF付LBSにしておくほうが無難です。PCは相ごとに独立していて、1相だけ溶断しても残り2相は通電したままになります。コンデンサの欠相運転は残った相に過電圧がかかるので、気づかないまま続くと危険です。PF付LBSはストライカが三相を同時に開放します（LBSの基礎と選定ポイント）。

LBSかVMCか ― 決め手は開閉頻度

ここが、旧来の説明でいちばん抜けやすいところです。容量だけを見ると「50kvar超はLBS」で話が終わります。ところがLBSは、ひんぱんに入り切りするための機器ではありません。負荷電流の開閉は、おおよそ200回程度が限界です。

1日1回入り切りすれば、1年で365回。LBSの限界をその年のうちに超えます。自動力率調整（APFC）を入れれば、負荷の変動に合わせてもっと細かく開閉します。こうした回路には、電気的寿命が10万〜25万回ある真空電磁接触器（VMC）を使います（APFCとVMCの設置基準と使用用途）。

VMCを使うときは、あわせて直列リアクトルが入っているかを必ず確かめます。リアクトルのない回路をVMCで開閉すると、投入のたびに過大な突入電流が流れ、接点が短期間で傷みます。

ペン太

容量は100kvarなのでLBSにしました。APFCも付いています。

ハリタ

それだと数年でLBSが開閉できなくなります。APFCが付く時点でVMCです。

回路に流れる電流は、定格電流のままではない

機器種別が決まったら、次は電流です。まず基準になるのが回路電流で、I＝定格設備容量÷（√3×回路電圧）で出します。6.6kVで100kvarなら8.75Aです。

ただし、開閉器やケーブルをこの8.75Aで選ぶと足りません。JIS C 4902-1は、高圧進相コンデンサの最大許容電流を定格電流の130％と定めています。高調波を含んだ電流が流れても、この範囲なら連続で使える、という意味です。さらに容量の許容差が−5％〜＋10％あるので、プラス側に振れた個体では電流もその分増えます。両方を見込むと 1.30×1.10＝1.43倍、実務では1.5倍以上でとります。

実際のPF付LBSは定格電流200Aや400Aが標準なので、1.5倍の値で定格電流が足りなくなることはまずありません。この数字が効いてくるのは、ケーブルの許容電流と、ヒューズの下限側です。幹線の考え方は許容電流による選定方法と同じです。

ヒューズの定格は、下限と上限にはさまれる

限流ヒューズの定格電流は、「小さすぎると運転中に飛ぶ」「大きすぎると内部故障でも切れない」という2つの条件にはさまれた帯の中から選びます。早見表の値も、もとをたどればこの2つから出てきたものです。

下限は、連続して流れる電流と投入時の突入電流です。前の章で出した1.5倍の値を下回るヒューズは、運転しているだけで溶断します。加えて、投入のたびに流れる突入電流で劣化しないことが必要で、ここを受け持つのが次の章で扱う種別記号です。

上限は、コンデンサが壊れたときに守れることです。コンデンサは内部の素子が順に破れていく壊れ方をします。放置すると内圧が上がってケースが破裂し、油が飛散します。ヒューズはケースが破壊される前に切れる必要があり、メーカーはこれをケース破壊曲線として示しています。大きすぎるヒューズは、ここで役に立ちません。

この表を見て分かるとおり、ヒューズの定格は回路電流の3〜5倍になります。小容量ほど倍率が大きくなるのは、突入電流に耐えさせる分が相対的に効いてくるからです。そして「容量ごとに1つだけ正解がある早見表」は作れません。並列バンクがいくつあるか、直列リアクトルが入っているか、年間何回開閉するかで、メーカーの選定表は別の表に分かれています。設計では、この3つを伝えて選定表の値をもらうところまでをセットにします。

ペン太

余裕をみて大きめの定格にしておくのは安全側じゃないんですか？

ハリタ

逆です。大きすぎると、コンデンサが内部で壊れてもヒューズが切れません。切れないままケースが破裂します。

G・T・M・C・LC ― リアクトル付きならC定格ではない

同じ10Aのヒューズでも、想定している負荷が違えば別の製品です。JIS C 4604は、繰返し過電流特性で種別を分けています。変圧器はT、電動機はM、コンデンサはC、というところまではよく知られていますが、もうひとつLC（リアクトル付きコンデンサ用）があります。

リアクトルのない回路では、投入の瞬間に定格の数十倍という電流が一瞬だけ流れます。C種の「70倍を0.002秒」は、この形に合わせた規定です。一方、6％の直列リアクトルを入れると突入電流は約5倍まで抑えられ、代わりに流れる時間が長くなります。LC種の「5倍を0.1秒」はこちらの形です。

高圧受電設備規程では進相コンデンサに直列リアクトルを設けることになっているので、実務で選ぶ多くはリアクトル付きの条件です。「コンデンサ用だからC定格」で止めず、メーカーの選定表がリアクトルの有無で分かれていることまで確かめてください。なお、メーカーによっては「6％・8％・13％のリアクトルが入っている場合は単器適用と同じに扱える」といった注記を添えていることがあります。どちらの条件で選定表を引くかは、カタログの注記に従います。

開けたあと、すぐには入れられない

機器が決まっても、もうひとつ確認することがあります。コンデンサは開放したあとも電荷を持っています。残留電圧が抜けきる前に再投入すると、電源電圧に残留電圧が足し合わさって、通常よりはるかに大きな電流が流れます。

JIS C 4902-1は、放電装置について開路してから残留電圧が50V以下になるまで、放電抵抗で5分、放電コイルで5秒と規定しています。この差が、そのまま選べる開閉方式の差になります。

点検で開放したときも同じです。開放してすぐ端子に触れない、放電を確認してから作業するという手順は、この規定から来ています。断路器で切り離す場合の考え方は断路器（DS）の基礎知識と安全操作にまとめています。

選定例 ― 6.6kV・設備容量100kvar・6％リアクトル付き

ここまでを1つの回路で通してみます。受電盤に固定バンクとして1バンク設ける、いちばん多い形です。

もしこの回路にAPFCを追加する計画があるなら、ここでVMCに変えます。あわせて放電コイルを付け、再投入までの時間を5秒にします。コンデンサとリアクトルの定格電圧の出し方はリアクトルの設置基準と選定方法、受変電全体の中での位置づけは受変電設備の設計マニュアル⑪ 力率改善設備で扱っています。

まとめ ― 取り違えやすいところ

この記事を書いた人：ハリタ

電気設備設計の実務者。引込・高圧受変電・幹線・接地を「設計者の視点」で解説しています。プロフィール詳細