第三種電気主任技術者試験過去問 電力科目 令和元年度

(1)正。

(2)正。

(3)誤。ポンプ水車式は、水車としてもポンプとしても利用できるポンプ水車と発電電動機を直結した方式である。ポンプ水車式は陽水発電所の主機を少なくでき経済設計に優れているものの、ポンプ水車は1台でポンプと水車の機能を持つため、それぞれの性能は最適設計とはならない。

(4)正。

(5)正。

水車は、水の保有するエネルギーを機械的仕事に変える回転機械である現在、発電に使用されている水車は反動水車と衝動水車に大別される。

　圧力水頭 を持つ流水がランナに流入し,ここから出るときの反動力により回転する水車を反動水車という。フランシス水車 は,ケーシング(渦形室)からランナに流入した水がランナを出るときに軸方向に向きを変えるように水の流れをつくる水車である。一般に,落差40m〜500mの中高落差用に用いられている。

　プロペラ水車ではランナを通過する流水が軸方向である。ランナには扇風機のような羽根がついている。流量が多く低落差の発電所で使用される。 カプラン水車 はプロペラ水車の羽根を可動にしたもので,流量の変化に応じて羽根の角度を変えて効率がよい運転ができる。

　一方,水の落差による 圧力水頭 を 速度水頭 に変えてその流水をランナに作用させる構造のものが衝動水車である。 ペルトン水車 は,水圧管路に導かれた流水が,ノズルから噴射されてランナバケットに当たり,このときの衝動力でランナが回転する水車である。高落差で流量の比較的少ない地点に用いられる。

(1)誤。汽力発電の基本サイクルであるランキンサイクルでは、蒸気の温度と圧力を上げるほど熱効率が良くなる。

(2)正。

(3)誤。節炭器は排ガスの余熱を利用してボイラ給水を加熱することにより、ボイラ効率を高める装置である。つまり、節炭器を設けると排ガス温度は下がる。

(4)誤。蒸気タービンで使用する蒸気は過熱蒸気であるが、膨張して仕事をすると温度が低下して飽和蒸気になる。飽和蒸気は摩擦を増加させ効率が低下するとともにタービンの腐食の原因となる。これを防ぐために、蒸気タービンの膨張過程の蒸気をボイラで再熱して、再びタービンに送り返して残りの膨張を行わせる。これを再熱サイクルという。

(5)誤。ランキンサイクルでは、復水器で蒸発熱を放出するので、冷却水に与える熱量が多く、このための熱損失が多い。これを軽減するため、蒸気の一部を途中から抽出して給水の加熱に使用してこの蒸発熱を回収する。これによる復水器に捨てる熱量が減少する。これを再生サイクルという。

質量欠損をm [kg]、光速をc [m/s]、核分裂によって放出されるエネルギーをE [J]とすると、

E=mc\(^2\) で表される。

1gのウラン235の質量欠損が0.09%のとき、

放出エネルギーE=9×10\(^{-7}\)×(3×10\(^{8}\))\(^{2}\)

一方、質量m'の石炭が燃焼するとき、

発熱量E'=m'×2.51×10\(^{4}\)×10\(^{3}\)

E=E'のとき、

(1)誤。コンバインドサイクル発電の燃焼用空気の流れは、空気圧縮機→燃焼器→ガスタービン→排熱回収ボイラを経て排ガスとして煙突から排出されるので、蒸気タービンは通らない。

(2)正。

(3)正。

(4)正。

(5)正。

(1)正。

(2)誤。ガス絶縁開閉装置で使用する絶縁ガスは、無害で絶縁性能や消弧性能に優れた不活性ガスのSF\(_6\)ガスである。SF\(_6\)ガスは圧力が高いほど性能が高く、通常0.5MPa程度で使用するので、大気圧下では使用しない。

(3)正。

(4)正。

(5)正。

変電所には、高電圧で送られてきた電気を降圧もしくは昇圧して、送電線や配電線に送り出す役割がある。さらには、変電所には電圧変換以外にも、電圧調整や電力潮流調整、系統保護などの役割もある。

　変電所は,主に送電効率向上のための昇圧や需要家が必要とする電圧への降圧を行うが,進相コンデンサや 分路リアクトル などの調相設備や,変圧器のタップ切り換えなどを用い,需要地における負荷の変化に対応するための 電圧 調整の役割も担っている。また,送変電設備の局所的な過負荷運転を避けるためなどの目的で,開閉装置により系統切り換えを行って 電力潮流 を調整する。さらに,送電線において,短絡又は地絡事故が生じた場合,事故回線を切り離すことで事故の波及を防ぐ系統保護の役割も担っている。

　変電所は,用途の面から,送電用変電所,配電用変電所などに分類されるが,東日本と西日本の間の連系に用いられる 周波数変換所 や北海道と本州の間の連系に用いられる 交直変換所 も変電所の一種として分類されることがある。

F点の短絡電流を求める。

変圧器容量である7.5MV・Aを基準容量とする。

電源側の百分率インピーダンス 1.9%（10MV・A基準）を基準容量に変換すると、

F点から電源側の合成の百分率インピーダンス%Zは、

したがってF点の短絡電流I\(_{S}\)は、

CT比が1000A/5Aなので、短絡時のOCR入力電流は、

この時縦軸の動作時間は約3.8秒であり、この特性図はタイムレバーが10の場合なので、

(1)正。

(2)正。

(3)誤。がいしは、電線を支持物から絶縁するために使用するが、雷などによる絶縁破壊を完全に無くすことは難しい。しかし、がいし表面での放電はがいし自身の損傷につながるので、放電はがいし外部で起こるようにしている。

(4)正。

(5)正。

空気の絶縁耐力には限界があり、気温20度、気圧1013hPaの標準状態において波高値で約30 kV/cm、実効値で約21lV/cmの電界強度に達すると、空気の絶縁は失われる。

　送電線に高電圧が印加され, 電線表面の電界強度 がある程度以上になると,電線からコロナ放電が発生する。コロナ放電が発生するとコロナ損と呼ばれる電力損失が生じる。そこで,コロナ放電の発生を抑えるために,電線の実効的な直径を 大きく するために 多導体化 する,線間距離を 大きく する,などの対策がとられている。コロナ放電は,気圧が 低く なるほど起こりやすくなる。

(1)正。

(2)正。

(3)正。

(4)誤。直接埋設式は管路式、暗渠式に比べて工事期間が短く、工事費が安い。しかし、ケーブル敷設の都度地面を掘削する必要があるので、増設や改築の見込みの少ない場所に採用される。またケーブルが直接埋設されているので、事故時の復旧には時間がかかる。

(5)正。

(1)正。

(2)誤。単相3線式は、電源の単相変圧器の中点から中性線をひきだし、両外線の電圧線と合わせて電線3本で配電する。接地するのは中性線である。

(3)正。

(4)正。

(5)正。

電線の合成張力は、電線A,Bが直角であることから、\(\sqrt{2}\)Tと表すことができる。

\(T_1\)の水平張力 \(T_{1h}\)= \(T_1\)sin30° =1/2 \(T_1\)

これらの力が釣り合うことから、

\(T_1\)=2\(\sqrt{2}\) T

(1)誤。気体絶縁材料の電気抵抗率はほぼ無限大に等しく、液体、固体の絶縁材料と比べて高い。

(2)正。

(3)正。

(4)正。

(5)正。

（a）

したがって、復水器冷却水が毎時3.1×\(10^9\) [kJ]の熱量を持ち去るとき、

（b）

4.0×1.1×\(10^3\)×30×ΔT=3.1×\(10^9\)/3600

（a）

π形等価回路で送電線の電圧と電流を求める問題である。

送受電端の相電圧E\(_s\)から送電線路のインピーダンスjXによる電圧降下を引いたものが受電端の相電圧E\(_r\)なので、

E\(_s\)-jXI\(_{cr}\)=E\(_r\)

また、受電端の充電電流I\(_{cr}\)は、受電端の相電圧E\(_r\)を用いて次のように表すことができる。

I\(_{cr}\)=jB/2 ×E\(_r\)

この2式から、

E\(_r\)=E\(_s\)/(1-B・X/2) となる。

E\(_r\)とE\(_s\)は同相なので、与えられた数字を代入する。

（b）

求めるI\(_s\)は、次の式で表される。

I\(_s\)=jB/2・E\(_s\) +jB/2・E\(_r\)

この式に与えられた数値を代入し、

（a）

三相3線式配電線路の1線あたりの抵抗rおよび、リアクタンスxは、配電線路のこう長が2.5kmであるため、

配電線路での抵抗による電力損失は線路電流Iの2乗に比例し、線路抵抗rに比例するので、3線分の電力損失はωは、

（b）

配電線の電圧降下率ε[%]= (V\(_{s}\)-V\(_{r}\))/V\(_{r}\) ×100

電圧降下v[V]=εV\(_{r}\)/100

次に、電圧降下が132Vの時の線路電流Iを考える。

三相回路の電圧降下vは、v=√3×I(rcosθ+xsinθ)

したがって、増設できる負荷電力は、最初の負荷と電圧降下率2%の時の負荷との差なので、