解説速報

平成２８年度第三種電気主任技術者（電験三種）
『電力』の解答及び解説
中央工科デザイン専門学校電験三種研究会
問１．答え（５）
発電出力を求める。
発電使用水量＝６０ｍ３/ｓ、発電運転時間８ｈなので、発電に使用した水の質量ｍｋｇは
ｍ＝６０ｍ３/ｓ×８ｈ×３６００ｓ×１０００ｋｇ/ｍ３
総落差４００ｍ、発電損失水頭３％なので、発電に寄与した落差Ｈ発は
Ｈ発＝４００×９７％
発電に寄与した水の力学的エネルギーは９．８ｍ/ｓ２×ｍ×Ｈ発（Ｊ）となり、このエネル
ギーを使って８時間（＝８×３６００秒）発電したので、発電出力（Ｗ）は
発電出力（Ｗ）＝９．８ｍ/ｓ２×ｍ×Ｈ発（Ｊ）/８×３６００（ｓ）
＝１９８,４８５×１０３（Ｗ）≒１９８,５００（ｋＷ）
揚水入力を求める。
揚水量＝５０ｍ３/ｓなので、１秒間に５０ｍ３の水が揚水され、その水の質量は
５０×１０３ｋｇ/ｓ
となる。また総落差４００ｍ、揚水損失水頭３％なので、揚水に要する落差Ｈ揚は
Ｈ揚＝４００×１０３％
揚水に必要とされる力学的エネルギーは９．８ｍ/ｓ２×ｍ×Ｈ揚（Ｊ）となり、１秒間に入
力される力学的エネルギーは
１秒間の揚水の力学的エネルギー＝９．８ｍ/ｓ２×ｍ×Ｈ揚
＝９．８×５０×１０３×４００×１０３％（Ｊ/ｓ）
で与えられる。揚水ポンプの運転効率８５％なので、揚水入力（Ｗ）は
揚水入力（Ｗ）＝９．８×５０×１０３×４００×１０３％/８５％（Ｊ/ｓ＝Ｗ）
≒２３７,５００（ｋＷ）
全揚水量を求める。
発電に要した水量（ｍ３）＝６０ｍ３/ｓ×８ｈ×３６００ｓ（ｍ３）を、揚水量＝５０ｍ３/
ｓで貯めることになるので、これを割り算し、時間単位に換算すると約９．６時間
揚水総合効率を求める。
揚水入力（Ｗ）＝２３７,５００（ｋＷ）で９．６時間稼働で、揚水に伴う全入力（Ｊ）は
全入力（Ｊ）＝２３７,５００（ｋＷ）×９．６時間
＝２３７,５００（ｋＷ）×９．６×３６００（ｓ）
一方、全出力（Ｊ）は発電出力＝１９８,５００（ｋＷ）で８時間発電なので
全出力（Ｊ）＝１９８,５００（ｋＷ）×８時間
＝１９８,５００（ｋＷ）×８×３６００（ｓ）
したがって、揚水総合効率は両者の比率から６９．６％
よって、
（５）
問２．答え（１）
水力発電と汽力発電に使用されるタービンの特徴について、理解することが求められる
問題。考えるヒントとしては、水流速度と蒸気速度では蒸気速度の方が早いことから、解
答を類推することができる。
問題文にもあるように、タービン発電はタービンの回転速度が速いので半径方向に短い
方が有利であり、出力電圧の周波数は一定（５０/６０Ｈｚ）のため、タービン発電の方が
極数数が少なくなる。水車発電が突極機、タービン発電が円筒機となる。
同期インピーダンスは同期発電機を発電端から見たときの出力インピーダンスと考えれ
ばよい。銅機械は電気子巻線の導体数が多いが、鉄機械は少ない。出力インピーダンスが
小さい方が電圧変動率が小さく、安定度も高い。したがって線路充電容量が大きく取れる。
よって、
（１）
問３．答え（２）
（２）節炭器はボイラ給水を飽和温度以上に加熱することはできない。
よって、
（２）
問４．答え（１）
軽水炉で利用されるウランの濃縮度は３～５％程度
使用済み核燃料からウラン、プルトニウムを分離抽出することを再処理
ウランとプルトニウムの混合燃料をＭＯＸ燃料
ウラン２３８のプルトニウムへの変換を利用し、消費核分裂物質よりも多くの量の核分
裂物質を作る炉を高速増殖炉
よって、
（１）
問５．答え（４）
風力発電の発電電力は風速の３乗に比例する。
問６．答え（２）
変圧器の並列運転。変圧器Ａ、Ｂの基準容量が異なるので、一方の基準容量に合わせる。
ここでは、変圧器Ａの容量５０００ＫＶＡに合わせると、変圧器Ｂの％インピーダンスは
７．５％×５０００ＫＶＡ/１５００ＫＶＡ＝２５％
並列運転している変圧器Ａ、Ｂに６０００ＫＶＡの負荷をかけると、それぞれの変圧器の
負荷の分担容量は
変圧器Ａの分担＝６０００ＫＶＡ×２５％/（９％＋２５％）＝４４１２ＫＶＡ
変圧器Ｂの分担＝６０００ＫＶＡ× ９％/（９％＋２５％）＝１５８８ＫＶＡ
変圧器Ｂが過負荷運転状態となり過負荷運転率は
過負荷運転率＝１５８８ＫＶＡ/１５００ＫＶＡ×１００％＝１０５．９％
よって、
（２）
問７．答え（５）
直流電流の場合、電流ゼロ点がないため遮断は難しい。
よって、
（５）
問８．答え（１）
（ア）
（イ）電圧による誘導なので、キャパシタンスで静電誘導
（ウ）
（エ）電流による誘導なので、相互リアクタンスで電磁誘導
（オ）単位長さ当たりの相互リアクタンスがＭで線路の並行区間長がＬなので、全リアク
タンスはＭＬとなる。誘導電圧＝２πｆ×ＭＬ×Ｉ
よって、
（１）
問９．答え（３）
送電端電圧Ｖｓ＝２２,２００Ｖ、受電端電圧Ｖｒ＝２２,０００Ｖから、三相送電線に
おける電圧降下を表すと、線電流Ｉ、線路抵抗ｒ、線路リアクタンスｘ、力率ｃｏｓθと
すると
Ｖｓ－Ｖｒ＝√３×Ｉ×（ｒ×ｃｏｓθ＋ｘ×ｓｉｎθ）
に、それぞれ値を入れ線電流Ｉを求めると
Ｉ＝６７．５７Ａ
負荷の有効電力＝√３×Ｉ×Ｖｒ×ｃｏｓθ
＝１．７３×６７．５７×２２,０００×０．８５
≒２１８８（ＫＷ）
よって、
（３）
問１０．答え（５）
マーレーループ法ではケーブルの全長が必要である。
よって、
（５）
問１１．答え（４）
（ｄ）地中配電線路の開閉器としてＳＦ６ガスを使ったものもある。
（ｅ）供給用配電箱には変圧器はない
問１２．答え（３）
（ア）配電用変圧器
（イ）並列に接続することで電圧降下を減少できる
（ウ）次々と停電する＝カスケード
（エ）区分ヒューズの動作時間が、高圧カットアウトヒューズの動作時間より短くなるよ
うに保護協調する。
問１３．答え（１）
各線路の線路抵抗値を回路図中に示す（往復で２線分の抵抗なので０．６×長さ×２Ω）。
０．０６Ω
０．２４Ω
電流ｉ
０．１２Ω
０．１８Ω
また、線長５０ｍに流れる電流をｉとすると点Ｆ－点Ｂ間で電圧降下を計算すると
１０７Ｖ－９６Ｖ＝０．０６Ω×ｉ＋０．２４Ω×（ｉ－６０）
一方、点Ｆから時計回りでキルヒホッフの第二法則を使うと
０．０６×ｉ＋０．２４×（ｉ－６０）＋０．１８×（ｉ－６０－Ｉ）＋０．１２×（ｉ－６０－Ｉ－８０）＝０
上の２式から求めたい電流Ｉを計算すると
Ｉ＝２９．４Ａ
よって、
（１）
問１４．答え（４）
鋼心アルミより線は、
「中心に亜鉛メッキ鋼より線を配置し、その周囲に軟アルミ線」と
なっているが、硬アルミ線が正しい。
よって、
（４）
問１５．
（ａ）答え（３）
、
（ｂ）答え（５）
（ａ）Ｃ点とＤ点のエンタルピー差は３３８０－２５６０＝８２０ＫＪ/ｋｇで、使用蒸気
量は１００ｔ/ｈなのでタービンに入力されるエネルギーは単位時間当たり
８２０ＫＪ/ｋｇ×１００×１０３ｋｇ/３６００秒
タービン出力は１８ＭＷなので、タービン効率を計算すると
タービン効率（出力/入力）＝１８ＭＷ/（８２０ＫＪ/ｋｇ×１００×１０３ｋｇ/３６００秒）×１００％
＝７９％
よって、
（３）
（ｂ）送電端電力が１６ＭＷで、所内比率５％なので、発電端電力は
発電端電力＝１６ＭＷ/９５％＝１６．８４ＭＷ
タービン出力（＝発電機入力）が１８ＭＷなので、発電機効率は
発電機効率＝１６．８４ＭＷ/１８ＭＷ×１００％＝９３．６％
よって、
（５）
問１６．
（ａ）答え（１）
、
（ｂ）答え（２）
（ａ）２次側の線間電圧が６６ＫＶなので、２次側の相電圧は６６/√３ＫＶとなる。
66/√3KV
300Ω
100Ω
地絡時の状態は上図のようになるので、地絡電流Ｉｓは
Ｉ＝６６/√３ＫＶ÷４００Ω＝９５．３Ａ
よって、
（１）
（ｂ）基準容量はいづれも１００００ＫＶＡなので、％インピーダンスの変換は不要。
２次側において線間電圧が６６ＫＶで、定格負荷時に１００００ＫＶＡとなるので、定
格電流Ｉｎは
Ｉｎ＝１００００ＫＶＡ/（√３×６６ＫＶ）＝８７．４８Ａ
次に、Ａ点から見た％インピーダンスの合成は和でよいので
２５％＋１０％＋５％＝４０％
したがって、短絡電流Ｉｓは
Ｉｓ＝Ｉｎ/％Ｚ＝８７．４８Ａ/４０％×１００％＝２１８．７Ａ
よって、
（２）
問１７．
（ａ）答え（１）
、
（ｂ）答え（１）
（ａ）バランサをつなぐ前は、下図赤矢印のように電流が流れている。これのバランスを
とるためのバランサは、下図青矢印のように電流が重畳されれば、バランスが取れる。
したがって、バランサのａ’－ｂ’間に流れる電流は５Ａとなる。
5A
30A
10A
10A
20A
5A
（ｂ）バランサ接続後の電流は下図のようになる。
25A
0A
25A
バランサ接続前後の線路損失をそれぞれ計算すると
接続前損失＝０．１×３０２＋０．１５×１０２＋０．１×２０２＝１４５Ｗ
接続後損失＝０．１×２５２＋０＋０．１×２５２＝１２５Ｗ
したがって、その変化量は
１４５Ｗ－１２５Ｗ＝２０Ｗ
よって、
（１）
以上

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