電 力

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        この科目の範囲は、<発電所及び変電所の設計及び運転、送電線及び
                 配電線(屋内配線を含む)の設計及び運用並びに電気材料>
です。
           

            平成26年度の問題研究   2014−09−30 更新

            「電力」 問 6,7、 12、  15、16、17  

       

       

       

       
     
       

       



            平成25年度の問題研究  2013−10−06更新
          
「電力」 問 2,9,13、15,16、17 の解説・解答

         

         

         

      
      
      

       

           平成24年度の問題研究   2012−10−27の更新

           「電力」 問 4、10、11,13、15、16、17 の解答 解説

       

       

       

       

       

       

       

             四端子回路網 入門    2011−11−25 更新           
      

      

      

      
          
四端子回路網入門(つづき)         2011−12−02更新
      
      
        平成23年度の問題研究
       2011−10−20 更新

          「電力」 問 9、11、15、16、17 の解説・解答

       

       

       

       

       

     

       送電線路の最大送電電力と電力円線図  2011−05−16更新

      

      

      

      
      



       送電線のねん架に関する例題の解説
     2010−06−03更新

       

       

           平成22年度の問題研究    2010−10−27 更新

         「電力」 問 6、7、9、10、15、16、17 の解説・解答

       

       

       

       

               問10 関連問題 ⇒参照 

       

       

       

       

            平成21年度の問題研究     2009-10-15 更新

         「電力」 問 1、7、10、11、15、16、17 の解説・解答

      

      

      

      

      

      

      

      


            平成20年度の問題研究     2008-09-27更新       

       「電力」 問8、15、16、17 の解説・解答

     平成20年度 「電力」 問8 解説・解答

     平成20年度 「電力」 問15解説・解答

     平成20年度 「電力」 問16解説・解答

     平成20年度 「電力」 問17 解説・解答

          平成19年度の問題研究    2007−10−05更新

           「電力」 問2、問10、問13、問15、問16、問17の解説・解答

     平成19年度 「電力」 問2の解説・解答

     平成19年度 「電力」 問10の解説・解答

     平成19年度 「電力」 問13の解説・解答

     平成19年度 「電力」 問15の解説・解答

     平成19年度 「電力」 問16の解説・解答
                

     平成19年度 「電力」 問17の解説・解答

                


              平成18年度の問題研究     2006−11−02更新
               「電力」 問12、問13、問15、問16、問17 の解説・解答   

     平成18年度 電力 問12 解説・解答

     平成18年度 電力 問13 解説・解答

     H18 「電力」 問15 解説・解答

     H18 「電力」 問16 解説・解答

     H18 「電力」 問17 解説・解答1
     H18 「電力」 問17 解説・解答2

 

    この科目の内容は、発電所から需要家に至るまでの諸設備に関するものです。水力、火力、原子力の各発
  電所で発電した電気は、発電所→送電線→変電所→配電線→引込み線などの電力設備を経て、需要家まで
  届けられます。
   今回は、前半に”送電線用鉄塔2種類と配電線”を、後半に、”新潟大停電”、”過去の問題研究:最近11年間
  の計算問題などを採り上げました。

         <主要な内容>  新潟大停電   最近11年間の計算問題研究   単位について   表皮作用(効果)          
                 
                        ベクトル計算     交流発電機の原理と水車発電機・タービン発電機の比較

             
                   核燃料サイクル・ウラン濃縮・プルサーマル計画

    私の住む流山市付近では、高い電圧の送電線がよく見られます。この写真は、東京電力新野田変電所に
   出入りする50万ボルト送電線の鉄塔です。
    送電線に使用される電圧は、50万ボルト、27万5,000ボルト、15万4,000ボルト、6万6,000ボルトなどがあり
   ます。50万ボルト、27万5,000ボルトは発電所からの長距離大容量の送電線に用い、消費地に近づくにつれ、
   15万4,000ボルト、6万6,000ボルトと電圧を下げ、配電用変電所で6,600ボルトに下げて配電線に送り、一般
   家庭には柱上変圧器で更に100/200ボルトに下げて配電される。

     50万ボルト送電線(4導体)     17万5,000ボルト送電線(単導体)

    送電線の電圧は、高いほど送電損失が少なく、電線も細いもので済むことになり経済的であるから、発電機
   で起こした電気の電圧を50万ボルトまたは27万5,000ボルトに上げて送電する。
          (発電機で発生可能な電圧には限度があり、3,300〜1万8,000ボルトである。)

    送電電圧がある電圧以上になると、電線に接する空気の絶縁が局部的に破れてイオン化し、ジージーという
   音を発し、夜間では電線の周りに薄白い光が見える放電が起こる。これをコロナといい、コロナが発生し始める
   電圧をコロナ臨界電圧という。
    コロナが発生するとコロナ損が起こり、送電効率が低下し、送電線の近くではコロナ雑音によってラジオなど
   に受信障害を与える。

    高電圧送電線の方式を,多導体(4導体、2導体など)するのは、コロナ発生防止策として、電線の”最大表面
   電位の傾き”が15kV/cm程度以下となるように、電線の表面積を大きくして電界の強さを下げ、コロナの発生を
   抑制するためである。その他に、インダクタンスが減少し安定性が増大する、などの利点があるが、欠点として
   は、作用静電容量の増加によるフェランチ現象の発生、構造の複雑化による設備費の増大などがある。
 
    4導体は50万ボルトに、2導体は27万5000ボルトに、単導体は15万4000ボルト以下に用いられる。

     下の写真 ”配電柱のしくみ”は、東京電力のパンフレット”電力設備”より転写したものです。

      配電柱のしくみ

     
      核燃料サイクル・ウラン濃縮・プルサーマル計画      (2006/08/01更新)
 
        最近の新聞・テレビ等で、ウラン濃縮・核燃料サイクル・プルサーマル計画などが話題となっている。
       これらは主に発電用原子炉に関するもので、これに関する電験三種「電力」の問題としては、
       平成11年に次のような出題があった。

      核燃料サイクル「問題」

      核燃料サイクル
        ウラン鉱石を掘り出して精製濃縮し、核燃料として原子炉で核分裂を起こさせ、その熱を利用して
       発電する。その「燃えかす」から、プルトニウムや燃え残りのウランを取り出し、再び燃料として利用
       する仕組みを「核燃料サイクル」と呼んでいる。
        上の問題の図、下の模式図は、核燃料の一連の循環過程を示す「核燃料サイクル」である。 

      核燃料サイクル「説明図」

      プルサーマル計画
         原子力発電所の使用済み核燃料を再処理して、プルトニウムを取り出し、ウランに混ぜた
        “混合酸化物(MOX)”燃料を作って利用する“プルサーマル計画”が進行中である。
    
      *ウラン採鉱 ウラン鉱山からウランを掘り出す。「ウラン235」の含有率は0.7%である。
    
      *精錬工場 ウラン鉱石から粉末状のウラン「イエローケーキ」を取り出す。
    
      *転換工場 イエローケーキを、濃縮しやすいように「六フッ化ウラン」という気体に変える。
    
      *濃縮工場 天然ウランには、核分裂を起こす「ウラン235」が0.7%含有し、残りは非核分裂物質
          である「ウラン238」である。この「ウラン235」の割合を2〜4%に濃縮する。
          これを“低濃縮ウラン”という。濃縮方法としては、ガス拡散法と遠心分離法の2種類がある。
    
      *再転換工場 濃縮ウランを粉末の二酸化ウランにする。
    
      *加工工場 二酸化ウランを焼き固めて「ペレット」にし、金属の管に入れて「燃料棒」にし、
          それを束ねて「燃料集合体」とする。これを原子炉に使用する。
    
      *再処理工場 使用済み核燃料を溶かして、燃え残りのウランやプルトニウムを取り出す。以前は
          イギリス、フランスに再処理を委託していたが、現在は青森県六ヶ所村に工場を建設し運転を
          開始した。
    
      *放射性廃棄物の処理
          高レベル廃棄物:使用済み燃料からプルトニウム等を取り出した後の廃棄物は、ガラスと混ぜ
             てステンレス容器につめ、青森県六ヶ所村の「中間貯蔵施設」に保管する。
          低レベル廃棄物:原発をはじめ原子力施設から出る放射能で汚染されたゴミで、ドラム缶に詰
             めて地下に埋める。


    
2005年12月22日の新潟大停電       (2006/01/10更新)

      新潟大停電の新聞記事 

    架空送配電線路事故に関連する電験問題
      送配電線路事故:電験問題

            <参考写真> 東京電力 新野田変電所付近の送電線
      送電線・鉄塔参考写真

      フラッシュオーバー・アークホーン・アマーロッド   

      風雪害・ギャロッピング・ストリートジャンプ・塩害

   

     過去の問題研究  最近11年間(H7年〜H17年)の計算問題”主にB問題、一部関連A問題を含む)
                 (B問題:比較的難しく、配点が一問10点。 A問題:比較的易しく、配点が一問5点)

                 計算問題の出題傾向 (赤字は平成17年の問題)

- H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17       問   題   概   要    
水力発電 - B - - - - - - - - - 河川の流域面積、年間降雨量発生電力量 (1) (1)
- - - B - - - - - - - 揚水発電関係の問題
- - - - - - - A - - - 理論水力、水車出力、発電機出力などの問題
- - - - - - - - - A - ベルヌーイの定理の問題
- - - - - - - - - - - - - -
火力発電 B - - - - - - - - - - 発生する二酸化炭素量の計算 (1) (1)
- - B - - - - - - - - 水力・火力発電の負荷分担、年負荷率の計算
- - - - A - - - - - - ランキンサイクル系の熱効率
- - - - - B - - - - - 発電電力量、発電機効率
- - - - - - B - - - - 発電機効率、タービン効率 (2) (2)
- - - - - - - B - - - 復水器冷却水の温度上昇
- - - - - - - - B - - 発電機効率、ボイラ効率
- - - - - - - - - A - コンバインドサイクルの熱効率 (3)
- - - - - - - - - B - 設備利用率、送電端効率 (3)
- - - - B - - - - - - 蒸気タービンの速度調定率(水車でも同じ)
- - - - - - - - - - B 発生する二酸化炭素量の計算
- - - - - - - - - - - - - -
原子力発電 - - - - - A - - - A - ウラン235の核分裂エネルギー (1) (1)
- - - - - - - - - - - - - -
送・配電線路 B - - - - - - - - - - 変圧器のV結線:△結線の1台故障でV結線となったときの、負荷容量と変圧器の利用率 (1) (1)
- B - - - - - - - - - 三相配電線の電圧降下
- - B - - - - - - - - 三相配電線の負荷と変圧器の電流
- - - - B - - - - - - 単相3線式低圧配電線の電流と線路損失 (2)
- - - - - B - - - - - 単相2線式ループ配電線の電圧降下 (2)
- - - - - - B - - - - 三相3線式高圧配電線の電圧降下(遅れ力率の負荷が二つ)
<負荷が一つの基本問題>は ”ここから”
- - - - - - - - B - - 架空電線路のたるみ、温度上昇とたるみの変化 (3)
- - - - - - - - B - - 単相2線式・枝分かれ配電線の電圧降下 (3)
- - - - - - - - - B - 単相3線式配電線のバランサ、線路損失の変化計算
- - - - - - - - - - A 三相3線式配電線の抵抗損
- - - - - - - - - - B 単相変圧器の並行運転
- - - - - - - - - - B 単相2線式・ループ配電線の電圧降下
- - - - - - - - - - A 架空送電線の線路定数R、L、C導体の温度係数、直流抵抗、表皮効果
- - - - - - - - - - - - - -
短絡電流計算 - - - B - - - - - - - %Xが与えられ、規準容量による変換を必要としないもの (1) (1)
- - - - - - - B - - - 上に同じ
- - - - - - - - A - - 三相短絡電流の基本公式を導き出す問題
- A - - - - - - - - - %ZからZ[Ω]への変換、三相短絡電流計算の基本問題
- - - - - - - - - B - %Xが与えられ、規準容量による変換が必要なもの (2) (2)
    <参考> 過去の問題 : H5−B問題 各部の j X[Ω]が与えられ、変圧器が介在し二次を一次に換算して求める問題
出題傾向   
   水力発電 :
 H11年以降、B問題の出題がなく、計算問題はA問題として出題されている。
   火力発電 : 似たような問題が多く、毎年出題されるでしょう。
   原子力発電 : B問題の出題はなく、計算問題としてはウラン235の核分裂エネルギーの計算。
   送・配電線路 : 毎年出題される。理論の ”交流電気回路の計算” の知識が要求される。
   短絡電流計算 : 一年おき程度の出題、H15年からB問題が3問になったので、増える可能性あり。
                
      

     計算に必要な単位の換算

     
     単位関係(エネルギー)
      
        

                    平成17年度の問題:(上の表の赤字の問題)

    H17火力発電 B問題

     H17 問15 発生する二酸化炭素量

    H17送・配電線路 A問題

     H17 問9(A問題)送電線路の損失

    H17送・配電線路 B問題

     H17 問16 単相変圧器の並行運転:負荷分担

     変圧器の並行運転:負荷分担のグラフ

     単相変圧器の並行運転:基礎知識

    H17送・配電線路 B問題
     H17 問17 単相2線式ループ配線:電圧降下

    H17送・配電線路 A問題

     H17年度 問8(解説・解答)

                   ***以上が平成17年度の問題です。**
 

    水力発電・問題(1)

     水力発電関係の問題

  
 
   火力発電・問題(1)

     火力発電関係の問題(その1/3)

    火力発電・問題(2)

     火力発電関係の問題(その2/3)

    火力発電・問題(3)

     火力発電関係の問題(その3/3)

  
    原子力発電・問題(1

     原子力発電関係の問題

   
    送・配電線路・問題(1)

     送・配電関係の問題(その1/3)

    送・配電線路・問題(2)

     送・配電関係の問題(その2/3)

    送・配電線路・問題(3)

     送・配電関係の問題(その3/3)  

 
    短絡電流・問題(1)

     短絡電流関係の問題(その1/2)

    短絡電流・問題(2)

     短絡電流関係の問題(その2/2)

    
                   解説と解答

     水力発電・解答(1)
   
     水力発電 解説・解答  
  

    火力発電・解答(1)

     火力発電 解説解答(1/3)

    火力発電・解答(2)

     火力発電 解説解答(2/3)

    火力発電・解答(3)

     火力発電 解説解答(3/3)


    原子力発電・解答(1)

     原子力発電 解説解答
 

   送・配電線路・解答(1) 

     送・配電 解説解答(1/3)

    送・配電線路・解答(2)

     送・配電 解説解答(2/3)

     [註] この問題の設問(a)のように、電流の有効分(有効電流)を求めるには、電流ベクトルを
       複素数表示した式を求める必要がある。ベクトルの表示法には、複素数表示(直角座標表示)
       と極座標表示の2種類あります。これらの詳細説明は  ここから

    送・配電線路・解答(3)

     送・配電 解説解答(3/3)


   三相短絡電流・解答(1)

     短絡電流 解説解答(1/2)

    三相短絡電流・解答(2)

     短絡電流 解説解答(2/2)
   


   表皮効果(作用)

     表皮効果(作用)とは

   
    ベクトルの計算(ベクトルの複素数による表示と計算法)
    ベクトルの複素数表示
   

     ベクトルの加減乗除
    

    交流発電機の原理と水車・タービン発電機の比較
     同期発電機の原理

  
    三相高圧配電線の電圧降下に関する問題 (負荷が一つの基本問題:平成6年)

     三相高圧配電線の電圧降下(基本問題)

   

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