電験三種 電力科目 学習ガイド｜講義動画と過去問解説

電力科目は発電・送配電・変電の仕組みを幅広く問われる科目です。計算問題と知識問題のバランスが鍵になります。このページでは、評判の高いYouTubeチャンネル「電験合格」の講義動画を単元順に整理し、各動画のポイントを私の学習ノートと合わせてまとめています。1ページで科目全体を俯瞰しながら学習を進められる構成です。

電力科目 講義動画と学習ノート

電力第１回　水力発電①：発電の仕組み、力学基礎

板書

水力発電の仕組み

水撃作用

水撃作用は、水の力を利用して物体や構造物に加える力や影響のことを指します。水撃作用は主に水の流れや水の圧力の変化によって発生し、さまざまな現象や効果を引き起こすことがあります。 一般的な水撃作用の例としては、水の流れが急に止まることによって発生する「ウォーターハンマー」という現象があります。ウォーターハンマーは、水の流れが急激に停止することで生じる圧力の変化によって、パイプや配管などの構造物に衝撃を与える現象です。この衝撃は構造物の破損や損傷を引き起こす可能性があります。 また、津波や高波などの大量の水が押し寄せる現象も水撃作用の一例です。これらの水の力は非常に大きく、建物や岸壁などの構造物に甚大なダメージを与えることがあります。 水撃作用は工学や建築などの分野で重要な要素とされており、構造物の耐久性や安全性を評価する際に考慮されます。また、水撃作用を利用した技術も存在し、水力発電や水圧機械などの分野で応用されています。

サージタンク

水力発電所において、サージタンクは重要な役割を果たします。以下に、サージタンクの主な役割を説明します。 水圧の安定化: サージタンクは、水力発電所の水路システム内に設置された貯水タンクです。水力発電所では、水の流れを制御するためにダムやバルブを使用しますが、これらの制御装置が開閉する際に水圧に急激な変化が生じます。サージタンクは、急激な水圧変化を吸収し、水圧を安定化させる役割を果たします。これにより、水力タービンや配管などの機械に過剰な負荷がかからず、機器の安全性と効率を向上させます。 水ハンマーの防止: ウォーターハンマーは、水の流れが急激に停止することで生じる圧力の変化によって引き起こされる衝撃です。水力発電所では、バルブやタービンの開閉操作によって水の流れが変化するため、ウォーターハンマーが発生する可能性があります。サージタンクは、ウォーターハンマーの発生を抑制することで、配管や機械へのダメージを軽減します。 予備貯水: サージタンクは、発電所の貯水タンクとしても機能します。電力需要が高まるピーク時や一時的な水需要の増加時には、サージタンクから水を供給することで需要に応じた水力発電が可能となります。 総じて、サージタンクは水力発電所の水圧の安定化、機器の保護、予備貯水といった役割を果たし、安定した発電効率と運転の安全性を確保する重要な要素です。

水力学の基礎

ベルヌーイの定理

ベルヌーイの定理は、流体力学の基本的な原理の一つです。この定理は、流体が非圧縮性で粘性のない場合に成り立ちます。以下に、ベルヌーイの定理の要点を説明します。 ベルヌーイの定理は、流体の運動エネルギー、圧力エネルギー、位置エネルギーの間の関係を述べています。具体的には、流体が沿って一定の流れを持つパイプや管の中を流れる場合に、以下のような関係が成り立ちます。 P + 0.5ρv² + ρgh = 定数 ここで、各項の意味は次の通りです。 P: 流体の圧力 ρ: 流体の密度 v: 流体の速度 g: 重力加速度 h: 流体の高さ（位置） ベルヌーイの定理は、流体の運動エネルギー（0.5ρv²）、圧力エネルギー（P）、位置エネルギー（ρgh）の和が一定であることを示しています。これは、流体が断面や速度、高さが変化しても、エネルギーの保存が成り立つことを意味します。 例えば、流体が速い部分では速度エネルギーが高く、圧力エネルギーは低くなります。一方、流体が狭い断面に入ると速度が上がり、速度エネルギーが増える代わりに圧力エネルギーが減少します。 ベルヌーイの定理は、様々な応用があります。例えば、水道の水圧や水流速度の関係や、気象学における風の速度と圧力の関係などを解析する際に利用されます。また、航空機の翼周りの気流や、液体が流れるパイプの設計などにも応用されます。

電力計算①　定格電圧　％Z

板書

基礎編

電力第2回　変換効率と出力　水車の種類　速度調定率

板書

変換効率と出力

ワットとジュールの関係

ワット（W）とジュール（J）は、エネルギーとパワーの単位です。以下にワットとジュールの関係を説明します。 ワット（W）は、エネルギーの変化の速さを表す単位であり、1ワットは1秒間に1ジュールのエネルギーを変換する能力を持つことを意味します。つまり、ワットはエネルギーの変化率や消費率を示す指標です。 一方、ジュール（J）は、エネルギーの単位です。ジュールは仕事やエネルギーの量を表すために使用されます。1ジュールは、1ニュートンの力が1メートルの距離を移動する際に行われる仕事に相当します。 したがって、ワットとジュールの関係は、時間による変化を考慮するかどうかによって異なります。ワットはエネルギーの変化率を表すのに対し、ジュールはエネルギーの量を示します。 例えば、100ワットの電球は、1秒間に100ジュールのエネルギーを消費します。同様に、200ワットのモーターは、1秒間に200ジュールのエネルギーを消費します。 つまり、ワットはエネルギーの変化率を表し、ジュールはエネルギーの量を表す単位として使用されます。

水車の種類

水車の比速度

水車の比速度（ひそくど）は、水車の性能や効率を評価する指標です。比速度は、水車の効率や出力性能を予測する上で重要な指標です。一般的に、水車の比速度が高いほど、より効率的で高出力な水車とされます。また、水車の設計や効率改善の際に比速度の最適な値を考慮することが重要です。

速度調定率

特別講座　電力計算②　電力損失

板書

電力損失

電力第3回　火力発電①　仕組み　ランキンサイクルの熱効率向上

板書

火力（汽力）発電の仕組み

火力発電のタービンでは蒸気が断熱膨張するのはなぜですか？

火力発電のタービンにおいて、蒸気が断熱膨張するのは以下の理由によります。 火力発電では、燃料（石炭、天然ガス、石油など）を燃やして高温の燃焼ガスを発生させます。この高温の燃焼ガスはボイラー内で水を加熱し、高温・高圧の蒸気を生成します。 蒸気タービンは、この高温・高圧の蒸気を利用して回転力を発生させます。蒸気はタービンの蒸気ノズルや蒸気ブレードに導かれ、その高速の流れによってタービンのローターが回転します。 タービン内部では、蒸気が断熱膨張を起こします。断熱膨張とは、蒸気が圧力が低下すると同時に温度も下がる現象です。この膨張によって蒸気の内部エネルギーが仕事に変換され、タービンの回転力となります。 なぜ蒸気が断熱膨張するかという理由は、熱力学の法則によります。タービン内部の蒸気は高温・高圧であり、タービンの出口での圧力は大気圧に近い低圧になります。蒸気は高圧から低圧へと自然に移動しようとする性質があり、その際に蒸気の温度も下がるため断熱膨張が起こるのです。 断熱膨張によって蒸気からエネルギーが取り出されることで、タービンの回転力が得られます。この回転力は発電機を駆動し、電力を生成するために使用されます。 断熱膨張は火力発電において重要なプロセスであり、効率的なエネルギー変換を実現するために適切に制御されます。

ランキンサイクルの熱効率を向上させる工夫

ランキンサイクルの熱効率を向上させるためには、以下のような工夫があります。

• 高温の蒸気: ランキンサイクルでは、高温の蒸気を使用することが重要です。高温の蒸気は、タービンでの膨張時により多くの仕事を生み出します。したがって、ボイラーによって生成される蒸気の温度を高めることで、熱効率を向上させることができます。
• ボイラーと凝縮器の設計改良: ボイラーや凝縮器の設計を最適化することで、熱効率を向上させることができます。ボイラーでは、燃料の完全燃焼や熱交換の効率を改善することが重要です。また、凝縮器では、蒸気を高い圧力で凝縮することで余分な熱を回収し、効率的な熱交換を実現します。
• ボイラー排ガスの余熱回収: ボイラーから排出される燃焼ガスには多くの熱が含まれています。この熱を回収するために、排熱回収装置を使用することで熱効率を向上させることができます。排ガス中の熱を余熱回収装置で冷却媒体に移すことで、冷却媒体の温度を上昇させ、ボイラーの熱効率を向上させることができます。
• ポンプとタービンの改良: ポンプとタービンはエネルギー損失が発生する箇所です。これらの機器の設計や材料の選定を最適化し、損失を減らすことで、ランキンサイクルの熱効率を向上させることができます。
• ポンプの改良では、摩擦損失を減らすためにスムーズな流体の流れを確保することが重要です。ポンプの内部構造や材料の選定を最適化し、効率的なポンプ運転を実現します。
• タービンの改良では、損失を減らすために摩擦や乱流損失を最小限に抑えることが重要です。タービンブレードの形状や表面仕上げを最適化し、タービン内の流れをスムーズにすることで効率を向上させます。
• また、システム全体の効率を向上させるためには、配管や弁の最適化も重要です。適切なサイズと設計の配管や弁を使用することで、流体の抵抗を減らし、損失を最小限に抑えることができます。
• さらに、排熱回収装置や再生熱交換器などの熱回収システムを導入することも効果的です。これらの装置は、排熱や排ガス中の熱を回収し、燃料の熱エネルギーを効果的に利用することで熱効率を向上させます。

これらの工夫を組み合わせることで、ランキンサイクルの熱効率を向上させることが可能です。熱効率の向上は、より効率的なエネルギー利用や燃料消費の削減につながり、環境にやさしい発電プロセスを実現することにも貢献します。

特別講座　電力計算③

板書

電力損失

   

電力第4回　火力発電の計算問題の解き方　700 MWと700MJ/sと700MWhの違い

板書

火力発電の計算問題の解き方

比エンタルピー

比エンタルピー（Specific enthalpy）は、物質の単位質量あたりのエンタルピーのことを指します。エンタルピーは、物質の内部エネルギーと圧力・体積の影響を考慮した状態量であり、物質の状態や熱量を表す指標です。 比エンタルピーは、単位質量あたりのエンタルピーを示すため、比率や密度などの物質の特性によらず、単位質量での比較が可能です。一般的には、比エンタルピーはエネルギーの輸送や熱交換プロセスの解析や設計に使用されます。 比エンタルピーは通常、J/kg（ジュール毎キログラム）または kcal/kg（カロリー毎キログラム）の単位で表されます。温度、圧力、組成などの物質の状態によって変化します。比エンタルピーは、物質の蒸発、凝縮、加熱、冷却などの熱的な変化を評価するために広く利用されています。 例えば、水の比エンタルピーは、水の温度と圧力に応じて異なる値を持ちます。水の比エンタルピーは、水の温度変化や相変化（蒸発や凝固）の際の熱量計算などに使用されます。 比エンタルピーは熱力学的な概念であり、物質のエネルギー状態を数値化するための便利な指標です。

エントロピー

エントロピー（Entropy）は、熱力学の概念で、物理系の乱雑さや秩序の度合いを表す物理量です。 エントロピーは、熱力学第二法則に関連しています。熱力学第二法則は、自発的なプロセスではエントロピーが増加するという原理です。エントロピーの増加は、エネルギーの不可逆的な変換や自然現象の進行方向を示しています。 エントロピーは一般に、J/K（ジュール毎ケルビン）または kcal/K（カロリー毎ケルビン）の単位で表されます。温度の単位でエントロピーを割ることで、単位温度あたりのエントロピー変化を示すことができます。 エントロピーは、物質の相転移、熱エンジンや冷凍サイクルの効率、情報理論など、さまざまな分野で重要な概念です。エネルギー変換や物理系の振る舞いを解析するために、エントロピーの理解は不可欠です。

発電端効率

発電端効率（Generator efficiency）は、発電プラントや発電機における電力変換の効率を示す指標です。具体的には、燃料やエネルギー源から入力されたエネルギーのうち、発電機によって実際に発電される電力の割合を表します。 発電端効率は、発電機自体の効率や損失を考慮し、発電プロセスのエネルギー変換の効率を評価します。この効率は、発電機の設計や運転条件、燃料の品質などによって異なります。 発電プラントでは、燃料（例：石炭、天然ガス、石油）を燃焼して熱エネルギーを得ます。この熱エネルギーは、ボイラーや熱交換器を介して水を加熱し、蒸気を生成します。蒸気はタービンに供給され、タービンの回転運動を通じて発電機が駆動されます。最終的に、発電機によって電力が生成されます。 発電端効率は、発電機の出力電力を入力エネルギーで割ることによって計算されます。一般的には、発電端効率はパーセント（%）で表されます。例えば、発電端効率が40%であれば、入力されたエネルギーの40%が実際に電力として生成されていることを示します。

送電端効率

  送電端効率は、発電所で発電された電力の出力と、最終的に消費地点で利用可能な電力の割合を示します。一般的には、送電端効率はパーセント（%）で表されます。例えば、送電端効率が95%であれば、発電所で生成された電力の95%が最終的な消費地点で利用可能であることを示します。 送電端効率（η送電）と発電端効率（η発電）の関係は以下のように表されます: η送電 = η発電 × η送電損失 ここで、η送電は送電端効率、η発電は発電端効率、η送電損失は送電過程での損失の割合を示します。 この関係式は、発電プラントで発電された電力に対して、送電過程での損失を考慮して最終的な消費地点までの効率を求めるためのものです。

700 MWと700MJ/sと700MWhの違い

700 MW、700 MJ/s、および700 MWhは、異なるエネルギーの表現方法です。 700 MW（メガワット）: メガワットは、電力の単位です。 1 MWは1メガワットであり、1秒間に100万ワットの電力を表します。 700 MWは、1秒間に700メガワット（700,000,000ワット）の電力を示します。 この値は、電力の瞬間的な供給能力を表しています。 700 MJ/s（メガジュール毎秒）: メガジュール毎秒は、エネルギーの流量を表す単位です。 1 MJ/sは、1メガジュール毎秒であり、1秒間に100万ジュールのエネルギーが流れることを示します。 700 MJ/sは、1秒間に700メガジュール（700,000,000ジュール）のエネルギーが流れることを示します。 この値は、エネルギーの瞬間的な供給率を表しています。 700 MWh（メガワット時): メガワット時は、電力の時間的な積算を表す単位です。 1 MWhは、1メガワット時であり、1時間に1メガワットの電力を1時間間供給した量を表します。 700 MWhは、700メガワット時の電力を示します。 この値は、時間の経過とともに供給される電力の総量を表しています。 要約すると、700 MWは瞬間的な電力供給能力を示し、700 MJ/sは瞬間的なエネルギーの供給率を示し、700 MWhは時間の経過によって供給される総エネルギー量を示します。

WとJの関係を教えてください

W（ワット）とJ（ジュール）は、エネルギーの異なる側面を表す物理量です。 ワット（W）は、エネルギーの変換率または消費率を表す単位であり、1ワットは1秒間に1ジュールのエネルギーを変換または消費することを示します。 ジュール（J）は、エネルギーの単位であり、1ジュールは1ワット秒（1 Ws）に相当します。つまり、1ワットの電力を1秒間供給することによって得られるエネルギー量を表します。 したがって、WとJの関係は次のようになります: 1ワット（W）= 1ジュール/秒（J/s） これは、ワットが1秒間に変換または消費されるジュールの単位であることを示しています。 例えば、10ワットの電力を10秒間供給する場合、 エネルギー量（ジュール） = 10ワット（1秒あたりのエネルギー量） × 10秒 = 100ジュール つまり、10ワットの電力を10秒間供給すると、合計で100ジュールのエネルギーが得られます。

700 MWhは700MW×3600s

700 MWhは700 MW×3600 sです。 MWhはメガワット時という単位で、1 MWhは1メガワットの電力を1時間供給することを表します。1時間は3600秒です。 したがって、700 MWhは700 MW×3600 sと計算されます。 具体的な計算は次のようになります: 700 MWh = 700 MW × 3600 s = 2,520,000 MWs = 2,520,000,000,000 J (ジュール) ですので、700 MWhは2,520,000,000,000ジュールに相当します。

電力第5回　原子力発電の仕組み　設置されている都道府県

板書

原子力発電の仕組み

核分裂反応に使う材料

核分裂反応は、原子核が分裂して複数の軽い核と中性子を生成する反応です。核分裂反応に使用される主な材料は以下の通りです。 ウラン-235（U-235）: ウラン-235は天然に存在するウランの同位体のうちの一つで、核分裂反応に最も一般的に使用される燃料です。ウラン-235は核分裂鎖反応を引き起こすことができる特性を持ちます。 プルトニウム-239（Pu-239）: プルトニウム-239はプルトニウムの同位体で、核分裂反応の燃料として利用されます。プルトニウム-239はウラン-238を中性子捕獲させることによって生成されることがあります。 これらの材料は、核分裂反応を制御するために特定の条件下で使用されます。制御棒や反応の促進剤としても使用される材料もありますが、上記のウラン-235とプルトニウム-239が核分裂反応の主要な燃料として利用されることが一般的です。

核分裂反応にウランとプルトニウムが使われる理由

ウランとプルトニウムが核分裂反応に使用される理由は、それらの同位体が核分裂鎖反応を起こす特性を持っているためです。以下にその理由を詳しく説明します。 ウラン-235（U-235）: ウラン-235は天然ウランの同位体のうちの一つであり、核分裂反応において最も一般的に使用される燃料です。ウラン-235は特殊な性質を持ち、中性子がウラン-235の原子核と衝突すると、核分裂が起こります。この核分裂によって、複数の軽い核（通常はキセノンやバリウムなど）と2〜3個の中性子が放出されます。また、核分裂反応によって大量のエネルギーも放出されるため、発電用の原子力発電所などに利用されます。 プルトニウム-239（Pu-239）: プルトニウム-239は人工的に作られるプルトニウムの同位体であり、核分裂反応の燃料として使用されます。プルトニウム-239はウラン-238を中性子捕獲させることによって生成されます。プルトニウム-239はウラン-235と同様に核分裂鎖反応を引き起こす特性を持ち、ウラン-235に比べてより少ない中性子で核分裂を維持することができます。そのため、プルトニウム-239は核燃料として使用され、特に高速増殖炉や核兵器などに利用されることがあります。

原子炉

日本の加圧水型原子炉と沸騰水型原子炉の設置場所

日本の加圧水型原子炉（Pressurized Water Reactor, PWR）と沸騰水型原子炉（Boiling Water Reactor, BWR）の設置場所は以下の通りですが、具体的な情報は時期や状況によって変化する可能性があるため、最新の情報を確認することをお勧めします。 加圧水型原子炉（PWR）の設置場所： 福島第一原子力発電所（福島県大熊町） 福島第二原子力発電所（福島県楢葉町） 青森県立川原町原子力発電所（青森県六戸町） 青森県立三沢町原子力発電所（青森県三沢市） 福井県立大飯原子力発電所（福井県おおい町） 福井県立高浜原子力発電所（福井県高浜町） 東京電力柏崎刈羽原子力発電所（新潟県柏崎市・刈羽村） 沸騰水型原子炉（BWR）の設置場所： 福島第二原子力発電所（福島県楢葉町） 東京電力福島第一原子力発電所（福島県大熊町） 東京電力柏崎刈羽原子力発電所（新潟県柏崎市・刈羽村） 東京電力湯川原原子力発電所（新潟県村上市） 中部電力浜岡原子力発電所（静岡県浜松市）

電力第6回　その他の発電　ガスタービンとコンバインドサイクル

板書

ガスタービンとコンバインドサイクル

コンバインドサイクル

コンバインドサイクル（Combined Cycle）は、電力発電プラントの一種で、熱力学サイクルを組み合わせることで高い効率で電力を生み出す方法です。通常、ガスタービンサイクルと蒸気タービンサイクルが組み合わされます。 以下にコンバインドサイクルの基本的な仕組みを説明します：

1. ガスタービンサイクル（Brayton Cycle）：ガスタービンによって作動するサイクルです。燃料（通常は天然ガス）を燃焼させ、ガスタービン内で高温高圧の排気ガスを発生させます。この排気ガスは、ガスタービンの軸を回転させるために使用されます。
2. 蒸気タービンサイクル（Rankine Cycle）：蒸気タービンによって作動するサイクルです。ガスタービンの排気ガスから熱を回収し、水を加熱して高温の蒸気を生成します。この高温の蒸気は蒸気タービンを駆動し、タービンから発電機へと連結されます。蒸気タービンの出力で発電機が回転し、電力を生成します。
3. 排熱回収：蒸気タービンの排気蒸気は冷却され、凝縮します。この際に発生する熱は再び利用され、ボイラーで水を加熱するために使用されます。これにより熱効率が向上し、エネルギーの再利用が行われます。

コンバインドサイクルは、ガスタービンサイクルと蒸気タービンサイクルを組み合わせることで、熱効率を高め、燃料の消費量を減らしながら電力を生み出すことができます。また、排熱回収により、余分な熱を再利用することで、環境に対する影響を軽減することも可能です。 コンバインドサイクルは、一般的に発電所や産業プロセスで使用されることが多く、高いエネルギー効率と低環境負荷を実現するため、持続可能なエネルギー供給に貢献しています。

その他の発電

太陽電池の原理

太陽電池は、太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換するデバイスです。太陽電池の原理は、光励起型半導体デバイスであり、光電効果と呼ばれる物理現象に基づいています。 太陽電池は一般的に半導体素材で構成されており、主要な素材としてはシリコンが広く使用されています。太陽電池の基本的な構造は、P型半導体とN型半導体の間に形成されるPN接合です。 太陽電池が太陽光を受けると、光子（光の粒子）が半導体の表面に到達し、半導体中の原子と相互作用します。この相互作用により、光子のエネルギーが半導体の電子に吸収されます。 吸収されたエネルギーにより、半導体の電子は原子の結合を離れ、伝導帯に移動します。この現象によって、PN接合の両側で電荷の分離が生じます。P型領域では正の電荷（ホール）が、N型領域では負の電荷（電子）が形成されます。 この電荷分離により、PN接合に電位差が生じます。この電位差によって電子は回路を通じて電流を流し、太陽電池から電力が供給されます。この電流を外部回路に接続することで、太陽光のエネルギーを直接電気エネルギーに変換することができます。 太陽電池の性能は、光の吸収率や電子の移動性、材料のバンドギャップなどによって決まります。さまざまなタイプの太陽電池が開発されており、効率性の向上やコストの削減が進んでいます。太陽電池は、再生可能エネルギーの一つとして、清潔で持続可能な電力供給に貢献しています。

光子のエネルギーは太陽光のエネルギーですか。どの程度の大きさですか

光子のエネルギーは、その光の波長や周波数に依存します。太陽光のエネルギーも光子のエネルギーですが、太陽光のスペクトルは幅広い波長や周波数を持つ光子から成り立っています。 太陽光のスペクトルは可視光線（紫外線、可視光、赤外線）を含んでおり、可視光線は人間の目で見ることができる範囲です。可視光線の波長は約380ナノメートル（紫色）から約750ナノメートル（赤色）まで広がっています。 光子のエネルギーは、プランクの量子仮説という理論によって表されます。光子のエネルギー E は、光の波長 λ または周波数 ν によって次の関係で表されます： E = h * ν = hc / λ ここで、h はプランク定数（約6.62607015 × 10^-34 J・s）、c は光速（約299,792,458 m/s）です。 具体的な数値としては、可視光線の光子のエネルギーはおおよそ2エレクトロンボルト（eV）程度です。他の波長や周波数の光子のエネルギーは、その波長や周波数に応じて異なります。 なお、太陽光のエネルギーは地球の大気を通過する際に減衰し、実際に太陽電池に到達するエネルギーは可視光線を中心に一部の波長帯域でピークを持つスペクトルとなります。

太陽光のエネルギーは地球の大気を通過する際に減衰すると、光子の波長や周波数が変化するのですか？

光子の波長や周波数自体は太陽光が地球の大気を通過する際には変化しません。光子のエネルギーは、波長や周波数に依存しますが、大気を通過することで変化するわけではありません。 ただし、地球の大気にはさまざまな成分が含まれており、特に大気中の分子や微粒子が光と相互作用することによって、太陽光のエネルギーが吸収・散乱・反射される現象が起こります。この現象によって、太陽光のスペクトルは地球の大気を通過する際に一部が吸収され、減衰します。 具体的には、大気中の水蒸気、酸素、オゾン、二酸化炭素などの分子が特定の波長の光を吸収します。また、大気中の微粒子や気体の散乱によって光が乱され、一部は地上や他の方向に散乱されます。これにより、太陽光のスペクトルは大気を通過する間に変化し、一部の波長帯域が吸収されたり散乱されたりすることがあります。 そのため、地球の表面や大気中で観測される太陽光のスペクトルは、太陽自体のスペクトルとは異なる特徴を持ちます。地球上での太陽光のエネルギー分布は大気の影響を受けて変化し、可視光線を中心に一部の波長帯域でピークを持つスペクトルとなります。

宇宙空間に太陽電池を置いた場合に発電効率は地上よりどの程度高くなりますか

宇宙空間での太陽電池の発電効率は、一般的に地上よりも高くなることが期待されていますが、具体的な数値は様々な要素に依存するため一概には言えません。以下にいくつかの要素を挙げます。 大気の影響の排除: 宇宙空間では大気が存在しないため、地上の大気中での光の減衰や散乱がなくなります。これにより、太陽光の利用効率が向上します。 高い光強度: 宇宙空間では太陽光の強度が地上よりも高くなることがあります。地上では大気中での吸収や散乱によって光の強度が減衰しますが、宇宙空間では直接的な太陽光が到達するため、入射エネルギーが増加します。 これらの要素により、宇宙空間での太陽電池の発電効率は通常、地上よりも高くなると考えられています。一部の研究では、宇宙空間での太陽電池の発電効率が地上の数倍から数十倍高くなる可能性があると報告されています。 ただし、宇宙空間での太陽電池の設置や運用には高いコストや技術的な課題があります。また、宇宙空間での発電に関する具体的な数値やデータは、実際の宇宙ミッションや実験による評価が必要です。

電力第7回　変電　調相設備　開閉設備　保護継電器

板書

変電所

日本にある変電所の数はどのくらいですか？

日本における変電所の数は多数存在していますが、具体的な数は時期やデータソースによって異なるため、正確な数値を提供することは難しいです。日本の電力網は広範囲にわたっており、都市部から地方地域まで様々な地域に変電所が存在します。 一般的には、日本では国内の電力供給を担う大手電力会社や地域の電力会社が変電所を運営しており、その数は数千基以上になると考えられます。また、変電所の規模も大小様々であり、送配電の需要に応じて設計されています。 具体的な変電所の数や配置については、各電力会社や関連機関が公開している統計データや報告書を参照することで詳細な情報を得ることができます。  

同期調相機とは

注目！「同期調相機」。再エネ拡大へ電力系統守る「慣性力」

開閉設備

負荷電流と充電電流とは何ですか？

負荷電流（Load Current）と充電電流（Charging Current）は、電力回路や電池などの電気機器において使用される用語です。 負荷電流は、電気回路の負荷（Load）によって流れる電流のことを指します。電気回路内の負荷は、抵抗やインダクタンス、容量などの要素から構成され、電力の消費や動作を行います。負荷電流は、電源から供給される電力に応じて変動し、電気機器が必要とする電力量を表します。 充電電流は、電池やコンデンサなどの充電可能なデバイスに流れる電流のことを指します。充電電流は、電源からの電力が電池やコンデンサに供給され、その内部で蓄えられる電荷量を表します。充電電流は、充電デバイスの仕様や充電回路によって制御され、充電速度や充電容量などに影響を与えます。 負荷電流と充電電流は、電気回路や電気機器の動作や性能を評価する際に重要なパラメータとなります。電力システムや電池の設計や運用において、負荷電流や充電電流の適切な管理や制御が必要とされます。  

断路器と遮断機の違いを教えてください

断路器（Circuit Breaker）と遮断機（Isolator）は、電力システムや電気回路で使用される機器ですが、異なる役割と機能を持っています。 断路器（Circuit Breaker）: 主な役割は、電気回路内の過電流や短絡などの異常を検知し、電路を遮断して電流の流れを停止することです。 過電流や短絡が発生すると、断路器は迅速に反応して回路を遮断し、電気回路や電気機器を保護します。 断路器には、過電流保護、短絡保護、過負荷保護などの機能が組み込まれており、電気システムの安全性と信頼性を確保します。 遮断機（Isolator）: 主な役割は、電気回路の一部を遮断し、電気機器を絶縁することです。 遮断機は通常、電気機器の点検、保守、修理などの目的で使用されます。電気機器を遮断機で切断することにより、電気回路と電気機器を物理的に分離し、安全に作業を行うことができます。 遮断機は主に絶縁機能を提供し、電流の制御や遮断保護の機能は持ちません。遮断機は通常、断路器や他の保護機器と組み合わせて使用されます。 要約すると、断路器は電気回路の保護と制御に使用され、異常な電流を検知して回路を遮断します。一方、遮断機は電気機器の遮断と絶縁に使用され、電気回路と電気機器を物理的に分離します。両者は異なる目的と機能を持ち、電力システムの安全性と効率性を確保するために共同して使用されます。

保護継電器

電力第8回　避雷器

板書

避雷器

避雷器とは

避雷器（ひらいき）は、雷や過電圧が発生した際に電気設備や電気機器を保護するために使用される装置です。雷や過電圧は、建物や電気設備に直接的なダメージや火災の原因となる可能性があります。避雷器は、これらの異常な電力を安全に分散させる役割を果たし、建物や機器を損傷から守るために設置されます。 避雷器は一般的に、雷や過電圧によって生じる過電圧を逸らし、接地へと導く役割を持ちます。具体的な仕組みは、避雷器の種類によって異なりますが、一般的な原理は次のようになります。 避雷器は、過電圧が生じたときにそれを感知します。 過電圧を感知すると、避雷器内の部品や素子が働き、電流を流す経路を提供します。 過電圧を逸らすために、避雷器は通常、内部に導体や金属酸化物などの素子を含んでいます。 過電圧を逸らすための経路を提供することにより、避雷器は過電圧を地へと導き、電気設備や機器を保護します。 避雷器は、建物や電力供給システム、通信設備、産業機械など、さまざまな場所や機器に設置されています。適切に設置された避雷器は、雷や過電圧からの損傷を最小限に抑える役割を果たし、電気安全を確保する重要な装置として活用されています。

電力第9回　送電・配電①　直流送電　架空送電線の保護装置

板書

直流送電

架空送電線の保護装置

アークホーン

アークホーン（Arc horn）は、架空送電線の保護装置の一種です。主な役割は、送電線上で発生する過電圧や過電流、または雷の影響などによるアーク（放電）を制御し、送電線や周囲の設備を保護することです。

アーマーロッド

アーマーロッド（Armor rod）は、架空送電線の保護装置の一種です。主な役割は、送電線の振動や張力による摩擦や損傷を軽減し、送電線の保護と信頼性の向上を図ることです。 具体的には、アーマーロッドは送電線の各スパン（支持点と支持点の間の部分）に取り付けられます。送電線が風や振動によって揺れたり張力がかかったりするとき、アーマーロッドはその動きや振動を吸収し、送電線が他の物体と接触して損傷するのを防ぎます。

フラッシオーバと逆フラッシオーバー

雷が「送電線路」に直撃した場合の事象のことである。 送電線路に高電圧が生じ、がいし等で絶縁破壊が起こり、鉄塔に電流が流れる放電現象のことを示す 。 いわゆる地絡事象である。 フラッシオーバでは以下のような電気の流れとなる。 ＜電気の流れ＞ 送電線⇒鉄塔 一方で逆フラッシオーバはフラッシオーバとは逆の電気の流れとなる。 ＜電気の流れ＞ 鉄塔⇒送電線

電力第１0回　送電・配電②　コロナ障害　自然災害対策　塩じん害

板書

自然災害対策　塩じん害

コロナ障害

コロナ放電

コロナ放電（コロナほうでん）は、高電圧が印加された電線表面周辺で発生する現象です。 コロナ放電は、電場強度が高い状況で空気中の分子が電離し、電子やイオンが発生する現象です。 この放電現象は、高電圧送電線や電力変圧器などの高電圧設備でよく観察されます。 コロナ放電は、通常は静電気の放電現象として起こります。高電圧が絶縁体表面に印加されると、電場の強い部分で空気中の分子がイオン化し、電子や陽イオンが生成されます。これにより、電流が微弱ながら放電現象が発生し、周囲に青白い光やキラキラとした光り方が観察されることがあります。

接地方式

誘導障害

電力第1１回　地中電線路　電力ケーブル　配電方式　電気方式　電気材料

板書

地中電線路

電力ケーブル

空げき

固体中に気体あるいは真空状態の空間があることをいう．固体と固体の間のすきまをいうときもある．粉体がたい積した場合には，その幾何学的形状により空間の割合が決定される．構造材などの内部に空げきがあれば応力集中が発生し，破壊の原因となる．一方，熱応力緩和を目的として設計された傾斜機能材料は，積極的に微小な気孔を分布させている．さらに，空げきを積極的に利用するものとして断熱材があげられる．断熱材の空げき率は90%以上になる．なお，気液二相流中の気泡はボイドといい，その体積割合をボイド率といって，空げき率と区別している． 引用：機械工学辞典

配電方式

断路器と遮断機

性能	断路器 (Circuit Breaker)	開閉器 (Switch)	遮断機 (Disconnect Switch)
負荷電流遮断	切れない	切れる	切れる
短絡電流遮断	切れない	切れない	切れる
具体的な機器名	DS	VMC, LBS	VCB, GCB

断路器・開閉器・遮断器の違いを解説【間違えては絶対ダメ】

電気方式

電気材料

電力第１２回　変電・送電・配電計算①　短絡故障計算　％Zに関する計算

板書

変電・送電・配電計算

短絡故障計算

％Zに関する計算

電力第１３回　電圧降下の計算

板書

電圧降下の計算

電力演習編　原子力発電・その他の発電（2）コンバインドサイクル　再エネ発電

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力３

問題と解答

問題6

コンバインドサイクル発電の特徴を７つ答えよ。

問題7

以下の①～④に適する発電を,「水力発電,火力発電,原子力発電,太陽光発電,風力発電」の５つのうちか らそれぞれ選んで答えよ。 ① 得られる電力が直流電力である発電 ② 最も発電効率が高い発電 ③ 最も発電効率が低い発電 ④ 発電機の極数が最も多い発電

問題8

問題9

燃料電池発電について述べた以下の文の( )内に適する語句をそれぞれ答えよ。 水素,メタノール,天然ガスなどを( )極にし,他極を( )として化学反応させることで( ) 流電力を得る方式である。

問題10

発電方式について説明した以下の文について,正しければ○,間違っていれば,間違っている部分を訂正せよ。 ① 太陽光発電では,半導体に太陽光を照射すると,光電効果と呼ばれる現象により,電力が発生する。その後, コンバータを用いて電力形式を変換する。 ② 地熱発電とは,地下から熱水・湿り蒸気・過熱蒸気を利用する方式である。汽水分離器により,熱水と蒸気を 分け,過熱蒸気などの湿り度が低い蒸気は直接タービンに送る場合もある。 ③ 風力発電は,環境に優しい発電であり,騒音も少ないが,風量に左右されるので,安定した電力供給ができな い問題がある。

問題11

以下の計算問題に答えよ。 (１)ウラン１gが0.09%の質量欠損により得られるエネルギーは,重油何［t］分を燃焼したときに得られるエネ ルギーに相当するか。ただし,重油発熱量を44000kJ/kgとする。 (２)コンバインドサイクル発電において,ガスタービンの発電効率が35%,蒸気タービンの発電効率が30% のとき,総合効率［%］はいくらになるか。

電力演習編　原子力発電・その他の発電（１）　原子力発電の原理

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力３

問題と解答

問題１

以下の文は,原子力発電の原理について説明したものである。空欄に適する語句をそれぞれ答えよ。 ① ウラン( )を約( )％に低濃縮する。 ②①のウランの原子核１個に中性子を入射すると,核分裂が起きる。このとき,( )中性子と呼ばれる 中性子が発生するので,減速して( )中性子にする。 ③②のように核分裂が起きると,その前後で質量が( )する。この質量分がエネルギーとなり,アイン シュタインの式から,E = ( )で求められる。

問題２

表中の原子炉の構成材の種類を答えよ。

構成材	核燃料	減速材	冷却材	制御材	反射材	遮へい材
構成材 の種類	ウラン プルトニウム	(         )	軽水 (         )	カドミウム (         )	(         )	(       ) コンクリート

 

問題３

問題４

以下の文の空欄に適する語句をそれぞれ答えよ。 ボイド効果とは,( )軽水炉で起こる現象である。炉心が高温になると,水の密度が( ) なり,( )中性子の数が減る。この結果,核分裂が起こりにくくなり,出力が( )する。

問題5

汽力発電と原子力発電を比較したときに,原子力発電にはどのような特徴があるか。空欄に適する語句をそれ ぞれ答えよ。 ① 燃料費が( ) ② ( )温( )圧蒸気である ③ 冷却水量が( ) ④ 回転速度が( )

電力演習編　水力発電（2）　水車の設備の名称　キャビテーションの対策　水力発電所の発電量

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力２

問題と解答

問題4

以下の説明に該当する水車の設備の名称を答えよ。 ① 衝動水車の水位調整器 ② ノズルから噴出する水量を加減し,水車出力を調整する ③ 負荷遮断時に動いてノズルから出る水の向きをバケットにいかないように変える ④ 反動水車の水位調整器であり,ケーシングに流入した水により回転する。 ⑤ 反動水車の調速機であり,使用水量に応じて効率的な運転を行うよう,開度を調整 ⑥ 反動水車のみにある,水車出口の圧力を小さくして効率を高めるもの

問題5

キャビテーションの対策を５つ答えよ。

キャビテーションとは

キャビテーション（cavitation）は、液体中で圧力が急激に低下し、液体中の気泡が形成される現象を指します。この現象は、液体中の圧力が一定の値を下回ると発生します。 具体的には、液体中で高速な流れや急激な圧力変動が生じる場合にキャビテーションが発生することがあります。例えば、水力タービンやポンプの動作中、船舶のプロペラ、流体制御バルブなどの装置において、液体が急速に加速または減速する際にキャビテーションが発生することがあります。 キャビテーションが発生すると、液体中の圧力低下によって液体中に気泡が形成されます。この気泡は高速で崩壊し、周囲の液体に衝撃波や圧力波を発生させるため、機械や装置に悪影響を与える可能性があります。キャビテーションによって生じる衝撃波や圧力波は、金属や固体材料に対して物理的な損傷を引き起こすことがあります。

問題6

A地点では,管の内径2.4mであり,これよりも50m低い位置にあるB地点では管の内径が1.8mである。A 地点における流速は3m/s,水圧20kPaと計測されている。このとき,以下の問いに答えよ。 (１)B地点における流速［m/s］を求めよ。 (２)B地点における水圧［kPa］を求めよ。  

問題7

流域面積300km2,年間降水量1200mm,流出係数60%の地点に貯水池を有する水力発電所がある。このとき, 年間発生電力量［MW・h］はいくらか。ただし,発電所の有効落差は120m,発電所の総合効率を85%で不変とし, 発電以外では放流は一切ないとする。  

電力演習編　水力発電（3）　揚水発電所の発電量　効率

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力３

問題と解答

問題8

貯水池の最高水位における最大使用水量が10m3/sのダム式水力発電所がある。以下の条件が与えられている とき,後の問いに答えよ。 貯水池の最高水位…標高230m 貯水池の最低水位…標高150m 反動水車ランナの中心の標高…15m 放水口の水位…標高10m(流量の変化に限らず一定) 損失落差…総落差の３％ 水車・発電機の総合効率…80%(流量の変化に限らず一定) (１)最高水位における最大出力［kW］を求めよ。 (２)最低水位における最大出力［kW］を求めよ。

問題9

揚水発電所があり,静落差150m,流水通路の損失水頭が揚水時,発電時ともに5m,水車・発電機の合成効 率が90%,ポンプ・電動機の合成効率が85%で,一定とする。 (１)深夜の時間帯に電動機入力100MWで８時間揚水した後,この水を一定流量で６時間発電させると,発電 出力［MW］を求めよ。 (２)この揚水発電所の総合効率［%］を求めよ。

問題10

定格出力1000［MW］,速度調定率4［%］のタービン発電機がある。負荷率80%で定格周波数50［Hz］で運転中で あったが,負荷が急変して,タービン発電機の出力が 500［MW］で安定した。このとき,系統周波数［Hz］を求め よ。ただし,ガバナ特性は直線であり,速度調定率Rは次式で表される。 n2－n1 P1：初期出力［MW］,P2：変化後の出力［MW］,Pn：定格出力［MW］ nn n1：出力P1における回転速度［min-1］,n2：出力P2における回転速度［min-1］ R = P1－P2 ×100［%］ nn：定格回転速度［min-1］ Pn

電力演習編　水力発電（１）　水力発電の設備　有効落差との関係

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　電力演習1

問題と解答

問題１

水力発電の設備について,以下の問いに答えよ。 (１)ダム水路式発電所の構成順となるように,下記の語句を並べ換えよ。 { サージタンク , 水車 , 取水口 , 放水路 , 水圧鉄管 , 導水路 } (２)サージタンクではなくヘッドタンクを設けるのはどのような場合か。 (３)重力ダム,アーチダム,ロックフィルダムのうち,①,②の説明に該当するダムを選んで答えよ。 ① 資材の運搬が困難であり,岩石が手近にある場所に適している ② 一般的にコンクリートを利用するが,その量を大幅に減少できる

問題２

水力発電の有効落差との関係について,( )内に適する数字を答えよ。 ① 回転速度N[min-1]は有効落差Hの( )乗に比例する ② 流量Q[m3/s]は有効落差Hの( )乗に比例する ③ 出力P[kW]は有効落差Hの( )乗に比例する

問題３

以下の①～⑥に適する水車を,ペルトン,フランシス,斜流(デリア),プロペラ(カプラン)よりすべて選ん で答えよ。 ① 衝動水車 ② 高落差・小水量で使用する ③ 適用落差が広範囲 ④ 落差や負荷の変化に対して効率の変化が少ない ⑤ 流水が半径方向にランナに流入し,ランナ内において軸方向に向きを変えて流出する ⑥ 比速度が最も小さい  

電力演習編　火力発電（１）　汽力発電の構造と基本的な熱サイクル

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力２

問題と解答

問題１

(１)給水ポンプを通過した後の汽水の流れの順番になるように,{ }内の語句を並べよ。 { 高圧タービン ・ 低圧タービン ・ 再熱器 ・ 過熱器 ・ 節炭器 ・ 復水器 } (２)燃料タンクを通過した後の燃焼ガスの順番になるように,{ }内の語群を並べよ。 { 空気予熱器 ・ 集じん器 ・ ボイラ ・ 煙突 }

問題２

図は,汽力発電の基本的な熱サイクル(ランキンサイクル)である。それぞれの過程について,変化の名称お よび設備の名称を語群から選んで表を完成させよ。また,これに対応するT-s図をかけ。 語群【断熱膨張・断熱圧縮・等圧受熱・等圧放熱・ボイラ・給水ポンプ・復水器・タービン】

問題３

問題４

ボイラについて,( )内に適する語句を答えよ。 ① 自然循環ボイラ…蒸発管と降水管の水の比重差によってボイラ水を循環させる。 ② 強制循環ボイラ…ボイラの高さを( )でき,ボイラチューブ径を( )できる。 自然循環ボイラよりも始動・停止時間が( )。 適用圧力は,( )まで。 ③ 貫流ボイラ…( )等がなく,軽量化が図れる。適用圧力は( )

電力演習編　火力発電（２）熱効率の向上対策　窒素酸化物、硫黄酸化物の防止対策

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力２

問題と解答

問題5

熱効率の向上対策を５つ挙げよ。

問題６

硫黄酸化物の防止対策を２つ答えよ

問題７

電力演習編　火力発電（３）　汽力発電設備の種々の効率　冷却水温

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力２

問題と解答

問題８

汽力発電設備があり,以下の値が与えられている。 出力700MW,重油発熱量44000kJ/kg,毎時重油使用量140t/h,毎時蒸気流量1700t/h 比エンタルピー→ボイラ出口蒸気3620kJ/kg,タービン排気1840kJ/kg,給水ポンプ入口130kJ/kg 効率→発電機効率98%,所内率3% 重油の重量比→炭素85%,水素15%,原子量→水素H=1,炭素C=12,酸素O=16 空気の体積比→窒素78%,酸素21%,その他1% ① 発電端効率 ② 送電端効率 ③ サイクル効率 ④ タービン出力 ⑤ タービン効率 ⑥ タービン室効率 ⑦ ボイラ効率 ⑧ １日の二酸化炭素発生量[t] ⑨ 燃料を完全燃焼させるために必要な理論空気量[m3/h] 〇補足 ① 発電端効率＝発電機出力/ボイラ入力＝3600Pg/ＢＨ ② 送電端効率＝送電端出力/ボイラ入力＝3600Ps/ＢＨ＝3600（Pg-PL）/BH ③ サイクル効率＝タービンで消費した熱量/ボイラで発生した蒸気の発熱量＝(ZIs-Zie）/(ZIs-Ziw）=(Is-ie）/(Is-iw） ④ タービン出力= ⑤ タービン効率=タービン出力/タービン入力（タービンで消費した熱量）＝3600Pt/Z(is-ie) ⑥ タービン室効率=タービン出力/ボイラで発生した蒸気の発熱量＝3600Pt/Z(is-iw) ⑦ ボイラ効率＝ボイラ出力/ボイラ入力＝Z（is-iw）/BH ⑧ １日の二酸化炭素発生量[t] ⑨ 燃料を完全燃焼させるために必要な理論空気量[m3/h]

問題９

タービン出力700MWで運転している汽力発電所がある。この発電所では,水蒸気の冷却に海水を利用してお り,水温を7℃上昇させて海域に放流している。タービンの熱消費率が8000kJ/(kW・h),復水器の冷却水(海 水)の比熱容量4.0kJ/(kg・K),海水の密度1.1×103kg/m3,とするとき,以下の値を求めよ。 ①発電端効率 ②冷却水流量[m3/s]  

電力演習編　電力４　変電（2）　リアクトルについて　百分率リアクタンスの値

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力４

問題と解答

問題4

①～⑤のリアクトルについて,( )内に適する語句と役割を右欄から選び,記号で答えよ。

リアクトル	接続	役割
①分路リアクトル	負荷に並列接続
②限流リアクトル	系統に(       )接続
③直列リアクトル	電力用コンデンサに直列接続
④消弧リアクトル	中性点と大地との間に接続
⑤補償リアクトル	中性点接地抵抗に(       )接続

ア.短絡電流の抑制 イ.送電線路のアークを消滅させる ウ.軽負荷により受電端の電圧が上昇した際に,遅れ無効電力を与える エ.地絡事故時の充電電流分を低減させる オ.突入電流を抑制し,高調波障害を防ぐ

問題5

ガス絶縁開閉装置について,以下の空欄に適する語句を答えよ。 ① 22kV以下では( )遮断器が,22kVを超えると( )遮断器が用いられる。 ② ガス絶縁開閉装置では,据付作業工期が( )。内部事故時の復旧時間は( )。  

問題6

電力演習編　電力４　変電（3）変圧器の並行運転　三相短絡事故

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力４

問題と解答

問題7

変圧器A(定格容量3000［kV・A］,百分率短絡インピーダンス6.3%),変圧器B(定格容量1000［kV・A］,百 分率インピーダンス7.0%)を並行運転するとき,この２台の変圧器で供給することのできる負荷の最大値［kV・ A］はいくらか。

問題8

昇圧用変圧器の容量は30［MV・A］,変圧比は11［kV］/33［kV］,百分率インピーダンスは自己基準容量で7.8［%］, 計器用変流器の変流比は400［A］/5［A］である。系統の点Fにおいて,三相短絡事故が発生し,1800［A］の短絡電流 が流れた。 基準容量10［MV・A］とするとき,点Fから電源側をみた百分率インピーダンス［%］はいくらか。 過電流継電器の電流タップを4.5［A］でレバーを３に整定しているとき,OCR の動作時間［s］はいくらか。ただし, レバー10における限時特性は右表の通りである。

タップ整定電流の倍数	2	3	4	5
動作時間［s］	0.9	0.6	0.40	0.30

電力演習編　電力４　変電（１）　変電所の設備　接地方式

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力４

問題と解答

問題１

変電所の設備について,( )内に適する語句をそれぞれ答えよ。

主要設備	設備名	役割・特徴
①変圧器	単相変圧器 三相変圧器	発電所では(         )し,変電所に電力を送る(送電)。 変電所では(         )し,需要家へ送る(配電)。
②開閉設備	断路器(DS)	無負荷回路の開閉を行う。
	遮断器(CB)	系統の切り換えをして電力潮流の調整 短絡や地絡事故時には故障電流の遮断 ガス遮断器では,(                 )ガスを使用している。
③変成器	計器用変圧器(VT)	高電圧を110Vに変成し,電圧計や継電器に接続する。 二次側を(         )してはならない。
	変流器(CT)	大電流を5Aに変成し,電流計や継電器に接続する。 二次側を(         )してはならない。
	零相変流器(ZCT)	１線地絡事故など二次側電流のベクトル和が０でない場合, 二次側に流れる零相電流を検出する。
④ 保護継電器	過電流継電器(OCR)	(           )と組合せ,短絡電流などの大電流を検出して 遮断器に伝える。
	地絡過電流継電器(GR)	(               )と組合せ,地絡電流を検出する。
⑤調相設備	電力用コンデンサ(SC)	(         )力率のときに,負荷と(            )に接続。
	分路リアクトル(SR)	(         )力率のときに,負荷と(            )に接続。
	同期調相機	同期電動機を無負荷運転したもの。負荷と(          )に接 続し,界磁電流を調整することで力率調整を図る。連続可変。
	静止型無効電力補償装置(SVC)	(               )により電流を調整。連続可変。
⑥避雷設備	避雷器(LA)	誘導雷や直撃雷による雷過電圧や電路の開閉などで生じる 過電圧を放電により(         )し,(          )を遮断。 (               )素子を用いたギャップレスアレスタが主 流。(                  )機能はない。

問題２

変圧器について,以下の問いに答えよ。 ① 送電の際には一時的に電圧を( )する。その理由は,電線路を流れる電流を( )して, 損失を少なくするためである。 ② 昇圧の結線方式は( )結線である。この結線方式にすると,二次側の線間電圧は相電圧の( ) 倍にすることができ,角変位は( )［rad］だけ( )。 ③ Δ結線を用いると,( )を還流することができるが,( )ができない。

問題３

電力演習編　電力５　送電（2）　送電線の振動の対策　コロナ放電の対策　送電線系統の安定度を向上

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力５

問題と解答

問題5

次の①～⑤の振動の対策をそれぞれ１つずつ挙げよ。 ①微風振動 ②コロナ振動 ③スリートジャンプ ④ギャロッピング ⑤サブスパン振動

問題6

電力演習編　電力５　送電（3）　線路定数(R,L,C,G)　静電誘導・電磁誘導の防止策

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力５

問題と解答

問題8

 

電力演習編　電力５　送電（4）フェランチ現象の抑制対策　直流送電の特徴

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力５

問題と解答

問題１0

フェランチ現象の抑制対策を４つ答えよ。

問題11

直流送電の特徴を６つ答えよ。

電力演習編　電力５　送電（5）　架空電線路において,導体の温度が30℃のとき,たるみが2mであった。

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力５

問題と解答

問題１2

高低差のない支持点間で支持されている径間が100mの架空電線路において,導体の温度が30℃のとき,たるみが2mであった。 (１)電線１mあたりの重量は20Nとすると,水平引張張力［kN］はいくらになるか。 (２)導体の温度が 50℃になったとき,たるみの値はいくらになるか。ただし,電線の線膨張係数は１℃につ き1.5×10-5とし,張力による電線の伸びを無視する。

電力演習編　電力５　送電（１）　送電線路の電線　構成機材　架空地線　がいしの塩害対策

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力５

問題と解答

問題１

送電線路の電線には,硬銅線(HDCC)よりも鋼心アルミニウムより線(ACSR)が主流になっている。 その構造は、亜鉛メッキ鋼線を中心に配置し、その周囲を( )をより合わせており、その特徴と して、導電率は銅よりも( )く、質量が( )く、引張荷重が( )いことが挙げられる。

問題２

送電線路の構成機材について,①～⑥の名称とその役割を右欄から選び,記号で答えよ。

問題３

電力演習編　電力６　配電（2）配電線路の電圧調整や保護について　配電線路の形状

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力６

問題と解答

問題4

配電線路の電圧調整や保護について,以下の文章のうち正しいものには○,誤っているものは訂正せよ。 ① フリッカ対策のために,自動電圧調整器を取り付けると効果的である。 ② 柱上変圧器の一次側の保安装置として,油入開閉器が用いられている。 ③ 高圧配電線路の地絡保護のために,柱上変圧器の二次側にB種接地工事を施す。 ④ 配電線路の故障区間分離方式として,一般に順送式が用いられる。 ⑤ 中性点非接地系統の地絡保護として,地絡過電流継電器を用いられている。

問題5

配電線路の形状について,以下の問いに答えよ。 (１)以下の説明に適する配電線路の形状を答えよ。 ① 我が国の低圧配電線路のほとんどで使われている形状だが,事故時に停電範囲が広い。 ② 比較的需要密度の高い地域の高圧配電線に広く用いられており,信頼度が高い。 (２)以下の配電線路の形状の特徴について,｛ ｝内の語句を使用して説明せよ。 ① 低圧バンキング式 ｛電力損失,フリッカ,カスケーディング｝ ② 低圧ネットワーク方式 ｛変圧器のインピーダンス,一次側遮断器,電力損失,フリッカ,回生電力｝

電力演習編　電力６　配電（１）　電線の太さの決定要素　架空配電線路の要素

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力６

問題と解答

問題１

電線の太さの決定要素を４つ答えよ。

問題２

架空配電線路の支持物(電柱)周辺の図を描け。ただし,必要な器具を描き込んだ上で,高圧線,低圧線,引込線に用いる絶縁電線の名称を図中に記入すること。

問題３

電力演習編　電力６　配電（３）　スポットネットワーク方式　三相３線式１回線専用配電線路の計算

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力６

問題と解答

問題６

スポットネットワーク方式の１次側から２次側への順番となるように,{ }内の語句を並べよ。 １次側 断路器 → { ネットワークプロテクタ ・ ネットワーク変圧器 ・ ネットワーク母線 ・ 幹線保護ヒューズ }  

問題７

三相３線式１回線専用配電線路がある。変電所の送り出し電圧が6600［V］であり,末端にある負荷の端子電圧が 6500［V］,力率が遅れの0.7であった。１線あたりの抵抗は0.45Ω/km,リアクタンスが0.36Ω/km,線路のこう長が5［km］とするとき,以下の問いに答えよ。 (１)負荷に供給される電力［kW］を求めよ。 (２)この負荷に三相コンデンサを並列に挿入して,力率を遅れ0.8に改善する。このとき,挿入すべきコンデンサを求めよ (３)(２)のとき,挿入後の線路損失は挿入前の何％減少するか。

電力演習編　電力６　配電（４）三相３線式配電線路においての負荷電力

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力６

問題と解答

問題8

三相３線式配電線路において,遅れ力率0.8の負荷に電力を供給している。負荷の端子電圧を6000Vに保った 場合,線路の電圧降下率および電力損失率が 10%を超えないための負荷電力［kW］を求めよ。ただし,電線１線 あたりの抵抗は0.54Ω/km,リアクタンスが0.24Ω/km,線路のこう長を3［km］とする。

問題９

図のような,Ａ点およびＢ点に負荷を有する三相三線式高圧配電線がある。SA = 4［km］,AB = 2［km］,電源Sの線間電圧が 6600［V］のとき,以下の問いに答えよ。ただし,配電線１線あたりの抵抗およびリアクタンスは0.3［Ω/km］とする。 力率(遅れ)0.8 力率(遅れ)0.6 (１)SA間の有効電流［A］を求めよ。 (２)B点における線間電圧［V］を求めよ。 (３)線路損失の合計［kW］を求めよ。

電力演習編　電力６　配電（５）バランサ電流の導出　単相２線式回路の電力損失

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習電力６

問題と解答

問題１０

図のように,電圧線および中性線の抵抗がそれぞれ 0.1 Ωおよび 0.2Ω, 105/210Vの単相３線式の低圧配電線路に,力率が100%で電流がそれぞれ40Aと 30Aの二つの負荷が接続されている。この状態でバランサをとりつける。 (１)バランサをとりつける前と後のAB間の電圧［V］をそれぞれ求めよ。 (２)バランサを接続したことによる線路損失の減少量［W］を求めよ。

問題11

単相２線式回路において,負荷点KL = MN = 1［km］,KM = LN = 0.5［km］である。１線あたりの線路の抵抗 は0.2［Ω/km］である。点Kの電位が105［V］のとき,点Nの電位［V］およびKL間の電力損失［W］を求めよ。

電力演習編　電力７　地中電線路・電気材料（4）絶縁材料に必要な性質　磁気材料の特性

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習　電力７

問題と解答

問題７

絶縁材料について,以下の問いに答えよ。 (１)絶縁材料に必要な性質について,以下の表を完成させよ。

粘度	比熱	熱伝導率	引火点

  (２)以下の説明に適する絶縁材料の名称を( )内の数だけ答えよ。

• 遮断器に利用(３つ)
• 高圧の計器用変圧器や計器用変流器,断路器等の絶縁材料で用いる(１つ)
• 変圧器の絶縁や冷却で用いる(１つ)

問題８

磁気材料について,以下の問いに答えよ。 (１)回転機や変圧器の鉄心に用いられる磁心材料に必要な性質について,以下の表を完成させよ。

飽和磁束密度	残留磁束密度	保磁力	抵抗率

(２)鉄心にケイ素を加えるとどうなるか。以下の語句を用いて説明せよ。 ｛ヒステリシス損,抵抗率,渦電流損,機械的強度｝ (３)磁心材料と磁石材料(永久磁石)のヒステリシスループの概形をそれぞれ描け。

電力演習編　電力７　地中電線路・電気材料（１）架空電線路と地中電線路　ケーブルの布設方式　ケーブルの特徴

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習　電力７

問題と解答

問題１

架空電線路と地中電線路を比較するとき,以下の表を完成させよ。

	架空電線路	地中電線路
作用インダクタンス
作用静電容量
建設費
送電容量
故障・復旧

問題２

ケーブルの布設方式について,以下の表を完成させよ。

	直接埋設式	管路式	暗きょ式
工事費・工事期間
熱放散
許容電流
ケーブル引替えや増設
保守点検
外傷の受けやすさ
多条数布設
場所

問題３

電力演習編　電力７　地中電線路・電気材料（２）　事故点探査の方法　地中電線路の静電容量

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習　電力７

問題と解答

問題４

長さL［m］のケーブルにおいて,事故が発生し,故障点までの距離をx［m］であった。このとき,以下の方法で 故障点までの距離を求める。事故点探査の方法の名称およびxの値を求めよ。 ① 一線地絡事故が発生し,ブリッジ回路を用いて故障点までの抵抗の測定を行う。ブリッジの全目盛り1000の うち,故障線に接続されたブリッジ端子までのすべり線の目盛りがaであった。 ② 故障線の一端から伝搬速度v［m/s］のパルス波を送り込んだところ,故障点から反射されて返ってくるまでの時 間がt［s］であった。 ③ 一線断線事故が発生し,健全相の静電容量がC［F］であり,故障点までの静電容量がCx［F］であった。

問題５

三相３線式１回線の地中電線路において,ケーブル１線当たりの対地静電容量C0［μF］,線間静電容量がCm［μ F］であった。 (１)このケーブルの１線当たりの静電容量(作用静電容量)［μF］を求めよ。 (２)２線間の静電容量［μF］を求めよ。 (３)受電端を解放した状態で,３線を一括して大地との静電容量を測定したところ,C1［μF］であった。また, ２線を接地した状態で,残りの１線と大地との静電容量を測定したところ,C2［μF］であった。このとき, 作用静電容量の値をC1,C2を用いて表せ。

電力演習編　電力７　地中電線路・電気材料（３）１相あたりの静電容量が0.3［μF/km］のケーブルを,こう長2［km］,三相３線式１回線の地中線に使用した

【問題】(pdfファイル)

ダウンロードして使用してください。

• 電験三種　演習　電力７

問題と解答

問題６

１相あたりの静電容量が0.3［μF/km］のケーブルを,こう長2［km］,三相３線式１回線の地中線に使用した。 (１)このケーブルに60［Hz］,33［kV］の電圧を印加したときの充電電流I1［A］および無負荷充電容量［kVA］を求 めよ。 (２)誘電正接が0.03%であるとき,(１)の場合の３線合計の誘電体損［W］を求めよ。 (３)任意の２心間に50［Hz］,22［kV］の電圧を印加したときの充電電流I2［A］を求めよ。

電力科目 過去問解説（令和2年度）

実際の過去問を1問ずつ解説した記事です。動画で学んだ単元の理解度確認に使ってください。

• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問10　架空送電線路の線路定数と作用静電容量を無視できない中距離送電線路
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問11　架空送電線路と比較した地中送電線路の特徴
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問12　高圧架空配電線路で用いられるコンクリートや結線方式
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問13　スポットネットワーク方式の構成設備と特性
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問14　電力設備に使用される絶縁油の要求性能　熱膨張率，粘度が，比熱，熱伝導率等
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問15　水力発電所の発電量計画の計算
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問16　三相3線式2回線の送電線路の電流及び送電損失
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問17　開閉器のある三相 3 線式配電線路の電圧降下と電流値の算出
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問1　ダム水路式発電所に用いられるサージタンクの種類や仕組み原理に関する問題
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問2　汽力発電の構造と復水器に関する問題
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問3　汽力発電所の保護装置の役割や構造
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問4　核分裂のエネルギーの仕組みと必要な物質
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問5　太陽光発電の仕組みとパワーコンディショナの役割
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問6　架空送電線路における振動及び落雷対策
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問7　真空遮断器の仕組みや原理・構造や騒音に関して
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問8　百分率インピーダンス ％Zを用い、変圧器の二次側に設置する遮断器の定格遮断電流
• 【電験3種(R2年度)】電力科目：問9　過電圧サージに伴う電流のみを大地に放電させる避雷器の仕組み・構造