理論解答平成 6 年度 A 問題 ( 配点は問当たり 5 点 ) 問答 (4) AP 間及び QB 間の静電容量を C,C とする PQ 間は導体であるから同電位で静電容量は存在しない ff 0 rs ff 0 rs C C ` C: C : ( ただし,S は極板面積 ) d d 4 問題

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のぶのすけけいれい
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2 理論解答平成 6 年度 A 問題 ( 配点は問当たり 5 点 ) 問答 (4) AP 間及び QB 間の静電容量を C,C とする PQ 間は導体であるから同電位で静電容量は存在しない ff 0 rs ff 0 rs C C ` C: C : ( ただし,S は極板面積 ) d d 4 問題図は C と C のコンデンサの直列接続と考えられるコンデンサの直列接続の場合, 電位差と静電容量は反比例する 4 AP 間及び QB 間の電位差を, とする 5 : : : ` C C 導体の電位 0-0 0( 又は, 導体はBより 0電位が高いとも考えられる ) 問答 (5) 静電誘導作用とは, 帯電体 A に近い導体 B の端 c に A とは逆の電荷が表れ,A に遠い B の他端 d に A と同種の電荷が表れる問答 (5) 電気回路と磁気回路の相間関係電流磁束起電力起磁力電気抵抗磁気抵抗問 4 答 () 図に, 電流 Ix による磁界と電流 Iy による磁界を表示している ( アンペア右ネジの法則より ) 両磁界が打ち消し合うのは第象限と第象限であるいま, 第象限において,Ix による磁界の大きさは I y Iy による磁界の大きさは rx I x r y,

3 4 両磁界が打ち消し合うとき I x I y I x I y I x ` " y x ( 第象限でも同様 ) ry rx y x I y Iy Iy による磁界 x m x m Iy による磁界 Ix による磁界 Ix による磁界 y m y m I x y m y m Ix による磁界 Ix による磁界 Iy による磁界 x m x m Iy による磁界問 5 答 () 4 重ね合わせの定理により解く電源 0 のみが存在する時, 各コンデンサは図のように帯電し, 電圧が生じる電源 0 のみが存在する時, 各コンデンサは図のように帯電し, 電圧が生じる図, は図,4 のように置き換えられる 0 nf 0 nf 0 0 nf 0 nf 0 nf 0 0 nf

4 5 図の 0 nf は図の ab 間より下の部分の合成容量 0 nf 0 nf 0 0 nf 0 0 nf コンデンサの直列接続の場合, 静電容量と電圧は逆比例するから 0 ab l l 0# ] g ( 矢印右方向で b の方が a より 5 電位が高い) 6 7 図 4の 0 nf は図の ab 間より上の部分の合成容量 0 ab m m 0 # ] g ( 矢印左方向でaの方がbより.5 電位が高い) 5と6を重ね合わせると b の方が a より.5 電位が高い問 6 答 () 0] g 回路全体の合成抵坑は R 000] Xg 0] mag R と R の部分の合成抵坑は X で電流は抵抗に逆比例して流れる I I R ` R R# R 800 R + R 4 R R の関係を式に代入すると R 00 X. kx が求められる問 7 答 (5) 抵抗 5 X に流れる電流を I とする抵抗 0 X に流れる電流は.5I となる ( 電流は抵抗に反比例して流れる ) したがって, 抵抗 5 X に流れる電流は I+.5I.5I となる 4 抵抗 5 X で消費される電力を P,5 X で消費される電力を P とすると 5 P : P 5#(.5I) : 5#I.5 : 5.08 :. :

5 問 8 答 (5) X L rfl 00r] Xg, X C ] Xg rfc 00rC R - L 回路に流れる電流 I o L ] Ag 00 + j 00r C 回路に流れる電流 I C -j 00rC A したがって, 電源を流れる電流 I は I o + j 00rC 00 + j 00r ( + j00rc ( j00rc 00+ j 00r 00 n + jr r ( d j j00rc 00 + r n + r r ( # j 00rC 00 + r d - 00] + r g n 4 電流が最小になるのは虚数部が零になるときで, そのとき有効電流しか存在しないから力率はとなる問 9 答 (5) 回路 A と回路 B を直列接続した回路の合成インダクタンスは L で合成静電容量は 0.5C である各回路の共振周波数 f A ] Hzg f B ] Hzg f AB ] Hzg r LC r LC r L# 05. C 共振周波数の分母はr LC r 5. LC r LC であるから fbfab fa 問 0 答 (5) 直列回路のインピーダンス, 電力等を用いた力率及び無効率は下記のように表される R P X cosi sin i Z S Z Q S 問答 (4) S のみを閉じたとき, コンデンサは電源電圧 E で充電され, 定常状態では電流が流れないのであるから tt s でコンデンサの端子電圧も E となる 4

6 次に,tt s で S を開放し S を閉じたとき, コンデンサの端子電圧は E であるが, コンデンサは -E の電圧で充電されるから, その端子電圧は低下してゆき, 定常状態では電流が流れないのであるからコンデンサの端子電圧も -E となる問答 (4) 定電圧ダイオードとは, ダイオードに加える逆電圧を大きくしていくと, 降伏現象が起きるこの降伏電圧付近では, ダイオードに流れる電流が変化しても電圧は, ほぼ一定に保たれるという性質を利用したもの問答 (4) 非反転端子 (+) の電圧は 5 であるから, 反転端子 (-) の電圧も 5 となる ( 注オペアンプでは負帰還をかけると非反転端子と反転端子の電位は等しくなる ) 5 in 5 したがって,0 kx の抵抗に流れる電流 I は I ] mag 0 0 上記で求めた 0. ma の電流は 0 kx の抵抗を流れる ( 注オペアンプの入力インピーダンスは非常に大きいので, 反転端子に電流が流入しない ) 4 したがって, out 5] g+ 0] kxg# 0.] mag 6] g 0 kx 0 kx in 5 out 問 4 答 () Δ 結線の負荷抵抗の大きさを求める線電流が.7 A であるから相電流は A となるしたがって, A R X 00 R 00 X 負荷での消費電力 I R# #00600 W 5

7 電力計の電流コイルに流れる電流は I C, 電圧コイルにかかる電圧は ca 4 電圧電流の関係を表すベクトル図を描き I c, ca の位相関係を調べる抵抗負荷であるから線間電圧と相電流は同相である線電流は相電流より位相が 0 遅れ, 大きさは.7 倍である I c I ca-i bc より I c と ca の位相差は 0 である ( 図参照 ) 5 電力計の指示値 I o c$ ca$ cos 0c I$ $ cos 0c # W ] g ca I c I ca 0 -I bc I ab ab I bc bc B 問題 ( 配点は問題当たり (a) 5 点,(b) 5 点, 計 0 点 ) 問 5 答 (a) (4), (b) () IR I X (a) 図のような回路の有効電力 P I R R R R X 無効電力 Q I X X R 題意より回路の有効電力 P 50 W, 皮相電力 I 00# A (b) したがって, 無効電力 Q ] varg Q X 00 より 0] Xg X Q 000 問 6 答 (a) (), (b) () (a) S を投入しないとき, 負荷は Y 接続で線と中性点間を描くと図のような回路になる問 5 の問題と同様に求められるただし, 線と中性点間の電圧は相電圧で 00 ] gとなる 6

8 (b) 00 e o 三相電力 P # # ] Wg 40] kwg R 00 e o 三相無効電力 Q # # 0 000] varg 0] kvarg X 4 次に S を投入したとき, 負荷コンデンサ回路を Y 接続に等価変換する Δ 回路において静電容量 C の負荷は,Y 回路に変換すると静電容量が C になるそのときの容量性リアクタンスを XC X とする X C rf] Cg 6rfC 誘導性リアクタンスを ] Xgにしたときの三相無効電力 Q' は e o Ql # ] varg 60] kvarg そのとき, コンデンサを接続しても無効電力が変化しなかったから, コンデンサの無効電力 QC は 0 kvar と考えられる QC 0 kvar S 投入後の負荷線と中性点間は図のような回路になる Q 00 e o 4 c # ` X c # # X c Q c X c より C ] 796] nfg " 800] nfgとなる 6rfC 6rfXc 4 6r# 50# 00 X 4 X 00 X X C 問 7 答 (a) (), (b) () (a) 題意より物体間の電気力 ( 吸引力 )> 重力物体間の電気力 qaqb 4rf0 r 重力 m Bg q A q B ` m B g 4rf0 r 7

9 (b) 物体 B を初速度 vb で放つのであるから, その物体が有するエネルギ ( 仕事量 ) は m v B B 導物体 B が吸引力によって A に近づく場合の仕事量は qaqb qaqb 題意より # r mbvb ` mbv 4rf0 r 4rf0 r 電気力距離 B 問 8 答 (a) (4), (b) () (a) スイッチング周期を変えることによって, インダクタンスや静電容量の大きさが変わることはない (b) インダクタンス L H に流れる電流が Dt s 間に DI A 変化した時,L に生じる誘導起電力 D は I e L ] g t 問題図より e E-, t T ON, I I 0 I E 0 T E- 0 L I ] - g T ON L ON 題意より出力電圧 0 のリプルは十分小さく, 一定としているから時間と出力電流及び出力電圧は下図のように表される E 0 平均出力電圧を 0 とすると 0# ] T + T FFg E# T ON O ON T ON E ` 0 TON+ T OFF I I I I I TON T OFF TON 8

10 電力解答平成 6 年度問答 () 調速機は, 水車への流入水量を加減して水車の回転速度, 出力を調整するためのもので, 電力系統への並列時に回転速度を調整して系統の周波数と一致させ, さらに系統に並列した後における出力や周波数変化の調整を行うとともに, 事故等で負荷が急激に減少したり, 並列が解けた場合には異常な回転速度の上昇を抑え, 速やかに平常状態に復帰させる機能が要求される回転速度の検出と作動方式により, 機械式と電気 ( 電子 ) 式に分けられる衝動水車のペルトン水車はニ一ドル弁を動かしてノズルの断面積を変え, フランシス水車などの反動水車はガイドベーンの開度を変え, 水車の流入水量を調整する問答 () 題意の図は T-s 線図で,A Bの過程は, 給水が給水ポンプによりボイラ圧力まで高められる断熱圧縮の過程である () が誤っている蒸気サイクルの基本であるランキンサイクルは, 図に示すような系統を循環し, その過程は T-s 線図 C D E G および P-v 線図で次のように表される B A 温度 T 断熱圧縮 ( 給水ポンプ ) B A 等圧過熱 ( 過熱器 ) D 等圧加熱 ( ボイラ ) C 断熱膨 ( タービン ) 等圧冷却 ( 復水器 ) E 圧力 P 断熱圧縮 ( 給水ポンプ ) 等圧加熱 ( ボイラ ) B D A 断熱膨 ( タービン ) 等圧冷却 ( 復水器 ) E エントロピー s 体積 v T-s 線図 P-v 線図 9

11 問答 (5) コンバインドサイクル発電はガスタービン発電と蒸気タービン発電を組み合わせた発電方式で, 図に示すように高温部にガスタービンを適用し, その排気エネルギーを排熱回収ボイラに導き, 蒸気タービンを駆動して総合熱効率の向上を図っている高効率化の方法には, ガスタービンの入り口ガス温度を高く (00 から 500 へ ) することや, 空気圧縮機の出口と入り口の圧力比を増加させることにより, ガスタービンの出力増加を図っているこのため, ガスタービン耐熱材料の開発ガスタービンの蒸気冷却などの技術革新と同時に高温燃焼に伴う窒素酸化物の低減が必要となる問 4 答 () 核分裂によって原子エネルギーを取り出せる物質には, ウランプルトニウム及びトリウムがあるプルトニウムは, ウラン鉱石中にごく微量が存在するが問題になる量ではなく, 地球上にあるものはすべて人工物とみてよい ( 自然界には存在しないと見なせる ) 原子炉を運転すると,8U が中性子を吸収したり, 電子を放出したりしてプルトニウムに転換されている問 5 答 (5) 回復充電は, 停電によって蓄電池が放電した分を, 速やかに充電して, 次の異常時に備えなければならないそこで回復充電では, 充電装置の出力電圧を高くし, 充電電流を大きくして行う (5) が誤り 0

12 図に停電から回復充電を経て浮動充電 ( 充電器に負荷電力を供給できる容量を保持させ, 負荷に電力を供給しながら蓄電池の容量減少分を同時に充電する方法 ) に切り替わるパターンを示す回復充電浮動充電停電定電流定電圧浮動充電 ( 放電 ).0.8 タイマ駆動.8 浮動充電電流回復充電電流浮動充電電流時放電電流問 6 答 () 故障発生前の変電所の最大負荷を P MW とすると, 故障時の供給体制は, 次の式で表せる 09. P 5## ##. 5# P ] ] MWg 09. 問 7 答 () 電圧降下率が 5 % を超えない, 線路の電圧降下の値 v は, 5 v E 6600# 0] g 00 この線路の電圧降下 v は, 線路の線当たりの抵抗を R X, リアクタンスを X X, 負荷電力の最大値を P kw, 遅れ力率を cosi とすると, v IR ] cosi+ Xsin ig P r ] Rcosi+ X sin ig sin i RP+ XP 0. 45# P+ 0. 5# P# cos i r 66. となるこの値が 0 を超えない P の値は,. P P+ 0. P. P # 6. 6 E0 P E 800] kwg 799 kw となる. ] g

13 問 8 答 (5) 送電線に直接落雷するとその膨大な電圧のため各相の碍子連がすべてフラッシオーバしたり回線鉄塔では両回線事故になりまた損傷も大きく再送電が不能になる場合もあるこの対策として塔頂に架空地線を設置して送電線を遮へいし鉄塔を通じて雷電圧を大地に放電している一般には条布設し遮へい角と呼ぶ架空地線の地上への垂線と架空地線と電線を結ぶ線の作る角度を 45 程度以下にしている高電圧主要送電線では塔高も高くまた遮へい効果を上げるため条布設し遮へい角を 5 以下にしている架空地線による遮へいが十分でも塔脚の接地抵抗が大きいと過大な鉄塔の電位上昇により逆フラッシオーバが発生し雷異常電圧が送電線に進入するこのため鉄塔塔脚の接地抵抗を低減させる電力線への雷撃には効果はない普通基礎の建設時に接地用アングルを埋め込み塔体と接続しているが山岳地帯では接地抵抗が大きくなることがあるこの場合に鉄塔から線路に平行または放射状に 4 本程度の亜鉛めっき鉄線を深さ 0 ~ 40cm, こう長 40 mぐらい埋設するこれを埋設地線とう問 9 答 () コロナ放電は, 電線表面から外の電位の傾きは, 電線の表面で最大となり, ある電圧 ( コロナ臨界電圧 ) 以上になると空気の絶縁力が失われてジージーという低い音や薄白い光を発生するようになるこの現象をコロナ放電というコロナ放電が起こると, コロナ損という電力損失の発生, 消弧リアクトル接地系統での消弧不能, 通信線への誘導障害, 電線の腐食, ラジオの受信障害などの影響が出るが, 送電線路の異常電圧進行波の波高値を減衰させる利点もあるコロナ放電を防止する対策としては次のような方法がある多導体方式は電線表面の電位傾度が低下し, コロナ臨界電圧が 5 ~ 0 % 上昇するため, コロナが発生しにくくなる () が誤りがいし装置ヘシールドリングを取付ける問 0 答 (4) 地中ケーブルの布設方式には, 直接埋設式, 管路式および暗きょ式があるそれぞれの特徴を次頁に示す

14 直接埋設式管路式暗きょ式工事費工期小大非常に大増設引替え困難容易最も容易事故復旧困難容易容易外傷被害受けやすい比較的少ない少ない電流容量大 ( 熱放散良好 ) 小 ( 条数が多いほど ) 大 ( 熱放散良好 ) 管路式ではケーブルの接続を一般にマンホールで行うことから, 布設設計や工事の自由度に制約を生じる場合がある問答 () 配電用変電所の変圧器は Y -Δ 結線で, 高圧配電線は非接地方式が採用されている線間電圧常時の対地電圧は, であるが, 線地絡事故が発生すると, 健全な他の線の対地電圧は線間電圧まで上昇 ( 事故前の対地電圧の倍 ) する高圧配電系統に非接地方式が採用される理由は, 線地絡事故時には健全相の対地電圧が倍の線間電圧まで上昇するが, 電圧が低いので線路絶縁等問題にならないのに対して, 地絡電流は数十アンペア以下と小さく, 通信線への誘導障害も小さいまた, 高低圧混触時の低圧線の電位上昇も小さいという利点がある問答 (5) 平衡三相負荷 ( 遅れ力率角 0 ) 電流 I A と単相負荷 ( 力率 ) 電流 I A とは, ベクトル図に示すように同位相となる線間電圧をとし, 単相負荷を P kw, 三 I c c 0 I I I a a ab 0 ab 相負荷を P kw とすると, 専用変圧器の容量 S は, P I cos iより P S I 0] k$ Ag cos 0c # b 0 I b

15 共用変圧器の容量 S は, 単相負荷容量 S と三相負荷容量 S の和となる P 0 S + S ] k$ Ag cos i 問答 (5) 配電線路用区分開閉器は, おもに作業停電などの停電範囲の縮小や高圧配電線路の事故時の事故区間切離しを目的に使用するもので, 現地で手動操作する手動開閉器と自動制御で遠隔操作する自動開閉器がある (5) が誤っているまた, 消弧媒体で区別すると, 気中開閉器, 真空開閉器, ガス開閉器に分けられ, 一般的には気中形と真空形が使用されている開閉器は一般的に三極構造で, 定格電流は 00 ~ 600 A 程度である問 4 答 () SF 6 ガスは, 次のような特性を有しているため, ガス遮断器, ガス絶縁開閉装置 (GIS), 変圧器などの電力用機器の絶縁材料や消弧媒体として多用されている絶縁性が高い ( 同一圧力では空気の ~ 5 倍,0. ~ 0.4 MPa では絶縁油以上の絶縁耐力を有している無色, 無臭, 無毒腐食性, 爆発性, 可燃性がない化学的に安定した不活性な気体 () が誤っている価格もあまり高価でない比重は空気に対して約 5 倍と大きいアークの消弧能力は空気よりも高いしかし SF 6 ガス中に水分があるとこれらの生成物と反応して絶縁物や金属を劣化させる原因となり, また,SF 6 ガスはオゾン層を破壊させる原因となるため機器の点検時には SF 6 ガスの回収を確実に行うなどの対策が必要である問 5 答 (a) (4), (b) (4) (a) A 点の流量 ( ぺルトン水車の流量 ) は, 連続の定理 QAv より, Q Av rr v r# 0.6 # 5. ] 6] m sg (b) 有効落差 H m は, ベルヌーイの定理から, P v H # 07.5 m tg + g 000# # 98. ] ] g 4

16 P P 9.8QHht 9.8## # ] 6000] kwg H m A 6 答 (a)()(b)() (a) Y S I C A Y# I c I C Y Y Y Y S.00 ms I c # ] # - ] g] ] g # (b) I g I L I C Y 000 ~ L ] ] Xg - ~ L Y ## 0 I L L I C Y I g 7 答 (a)(4)(b)() (a) PkW Bkg/h HkJ/kg 600P h HB 600P 600# 00# B # 0 ] kg/ hg ] t/hg Hh 8000 # B # 4 # 4 ] 74] tg 8 (b) C C 74# t C+O CO C O 6 CO +6#44 C CO CO 99.8# ] 499] tg 5

17 機械解答平成 6 年度問答 (4) 直流分巻電動機は界磁回路と電機子回路とが並列に接続されており, 端子電圧及び界磁抵抗を一定にすれば, 界磁磁束は一定である機械的負荷が増加すると, 電機子電流が増加し回転数はわずかに減少するが, ほぼ一定に保たれるまた直流分巻電動機の界磁磁束を一定にして運転した場合, 電機子反作用等を無視すると, トルクは電機子電流にほぼ比例する直流直巻電動機は界磁回路と電機子回路とが直列に接続されており, 界磁磁束は負荷電流によって作られる界磁磁束は負荷電流にほぼ比例し, トルクは負荷電流の乗にほぼ比例する問答 (4) 直流他励発電機のときの負荷電流 I g A は, 出力 P0 kw で端子電圧が 00 より, P 0# 0 I g 00] Ag 00 誘導起電力 Eg は, 電機子回路の抵抗が ra0.05 X より, E g + ra Ig # 00 0] g 直流他励電動機にして回転数が N m 00 min - のときの逆起電力 E m は, 界磁電圧が同じで磁束 φ Wb および比例定数 K が発電機のときと同じだから, E E m g KzNm N m N m 00 から E m E g # 0 88] g KzNg N g N g 500 電動機のときの負荷電流 I m A は,E m + r ai m から, I m Em ] Ag r a 問答 () 三相かご形誘導電動機は, 定格負荷時の効率を高めるため二次抵抗値は小さく設定されている滑り周波数が大きい始動時には, かご形回転子の導体電流密度が不均一となるような導体構造, たとえば深溝形にして始動トルクを大きくする定格負荷時は, 無負荷時より回転数が若干低下するが, その差は小さく, このことから三相かご形誘導電動機は定速度電動機と言われる 6

18 問 4 答 () 定格電圧, 定格周波数 f Hz の定格運転のとき, 二次抵抗 r X 以外を省略して, 滑りを s とすると, 電流 I 00 A の記号式は次のようになる I r s r + - r s s この定格運転時のトルク T N m の記号式は, 極数を p として, T s I - $ r P s ~ Ns] -sg r 60 s $ e o - $ r r s s 0f r# $ ] -s g 60p p s 4rfr ] Nm $ g 0% 下げた電圧 0.9 と周波数 f0.9f Hz のときのトルク T N m の記号式は, 滑りを s として, T -s I $ r P s ~ Ns] -sg r 60 s $ e o - $ r r s s 0f r# $ ] -sg 60p p s p] 09. g s 09. p s 4rf r 4r] 09. fgr 4rf r トルク一定負荷であるから,T T から滑り s と s の関係は,0.9s s になる電圧 0.9, 周波数 f 0.9 f Hz のときの電流 I A は, ] Nm $ g I 09. I 00 A s r 09. r r r + - ] g r s s s s 問 5 答 () 力率の電機子電流が流れている場合の電機子反作用を示す問題図において, 電機子電流による磁束は, 図の各磁極の右側では界磁電流により磁束を減少させ, 反対側では増加させる交差磁化作用が起きる遅れ力率 i の電機子電流が流れた場合, 磁極と電機子電流との関係は問題図 A のようになるこのとき,N 及び S 両磁極の磁束はいずれも減少する進み力率 i の電機子電流のときには, 遅れ力率 i のときとは逆になる電機子反作用によるこれらの作用は, 等価回路において電機子回路に直列に接続されたリアクタンスとして扱うことができる問 6 答 () 三相誘導電動機の等価回路は, 変圧器と同様に表すことができ, その等価回路を使用することによ 7

19 って電圧及び周波数 f を同時に変化させるインバータで運転したときの磁束, トルクの特性を明らかにすることができる問題図のような T 形等価回路において, 始動電流が定格電流と同じだけ流れると, 一次抵抗による電圧降下の一次電圧に対する比率が定格時よりも大きくなるので, 磁束が減少し, 発生トルクが減少することが明らかである誘導電動機を定格周波数, 定格電圧で運転するとき, 電圧降下による計算誤差が小さく, 計算が簡単になるので, 励磁回路を図の左端の端子側に移した簡易等価回路を使う問 7 答 () I r x a r a x I g I 0 g I b b a I a a Z L 一次側換算の等価回路一次側換算の絶対値表示等価回路は図のようになり, この等価回路から以下のことが明らかである二次電圧を一次側に換算したものは, o l a $ o ( ア ) 二次電流を一次側に換算したものは,I ol $ a I o ( イ ) 二次抵抗を一次側に換算したものは,r l a $ r ( ウ ) 二次漏れリアクタンスを一次側に換算したものは, x l a $ x ( エ ) 負荷インピーダンスを一次側に換算したものは,Z o l L a $ Zo L ( オ ) 問 8 答 (5) 百分率抵抗降下 p % は, 二次側換算抵抗が r.0#0 - X, 定格二次電圧が n00, 定格二次電流が In ka より, - r# In. 0# 0 ## 0 p # 00 # 00 ]% g n 00 百分率リアクタンス降下 q % は, 二次側換算リアクタンスが x X より, - r# In. 0# 0 ## 0 q # 00 # 00 ] % g n 00 負荷の力率が遅れの cosi0.8 のとき, 電圧変動率 f % は, f pcosi+ qsin i # 0.8+ # ] % g 8

20 問 9 答 () 他励直流電動機の速度制御には, 界磁回路の直流電流を増減する方法のほかに, 電機子回路に印加する直流電圧を増減する方法があるこれは, 磁束一定の条件で, 誘導起電力が回転数に比例している特性を利用したものである誘導電動機の速度制御には, 一次電圧制御や, 巻線形誘導電動機の二次抵抗による比例推移を利用する方法があるしかし, 滑りを利用する方法は, 速度が定格速度に比べて低くなるほど二次効率が低下するので, 巻線形誘導電動機の二次励磁という制御は, 二次回路に電力変換器を接続して二次抵抗損に相当する電力を交流電源に返還する問 0 答 () 問題図の単相半波ダイオード整流回路のスイッチ S を開いて運転したときに, 負荷力率に応じて負荷電圧 ed の波形は問題図の波形のようになり, 負荷電流 id の波形は問題図の波形 5 のようになるスイッチ S を閉じ, 環流ダイオードを接続して運転したときには, 負荷電圧 ed の波形は問題図の波形のようになり, 負荷電流の流れる期間は, スイッチ S を開いて運転したときよりも長くなる問答 () 市販されている電子レンジには, 主に数 GHz の電磁波が使われているこの電磁波が電子レンジの加熱室に入れた被加熱物に照射されると, 被加熱物は主に電磁波の交番電界によって被加熱物自体に生じる誘電損によって被加熱物自体が発熱し加熱される被加熱物が効率よく発熱するためには, 被加熱物は水などの有極性分子を含む必要があるまた, 一般に, 誘電損は電磁波の周波数に比例し, 被加熱物への電磁波の浸透深さは電磁波の周波数が高いほど小さくなる問答 () 燃料電池には固体高分子形やりん酸形があり, 固体高分子形燃料電池は 80 ~ 00 程度で動作し, 家庭用などに使われている燃料には都市ガスなどが使われ, 改質器を通して水素を発生させ, 水素は燃料極へと導かれる燃料極において水素は電子を放出して水素イオンとなり, 電解質の中へ浸透し, 空気極において電子を受け取って酸素と結合し, 水が生成される放出された電子が電流として負荷に流れることで直流電源として動作するまた, 発電時には発熱反応が起きる 9

21 問答 () 測定した電気炉内の温度と設定温度とを比較し, ヒータの発熱量を電力制御回路で調節して, 電気炉内の温度を一定に保つ制御はフィードバック制御である問 4 答 () プログラムがスタートして, まず最初のステップ S で,0 を A, を B と定義する次のステップ S では, ステップ S で A0,B と定義したものの A+B0+ を計算し, 結果を A と定義する次のステップ S では,A が 40 以上かどうかを判断し,A で 40 以下であるからステップ S4 に進む 4 ステップ S4 では, ステップ S で定義された B の B + を計算し,B を新たに B5 と定義する 5 次いでステップ S に戻り,A+B を計算し,A+B + 57 であるから, この 7 が今後は A7 と定義される 6 ステップ S では,A7 が 40 以上かどうかを判断し,40 以下であるからまたステップ S4 に進む 7 ステップ S4 では, 最新に定義された B5 の,B + を計算し,B を新たに B6 と定義してステップ S に戻る 8 ステップ S では,A7,B6 と定義されている A+B を計算し,A+B が今度は A4 と定義される 9 ステップ S では,A が 40 以上であるかどうかを判断し,A4 は 40 以上であるからステップ S5 に進む 0 ステップ S5 で,A4,B6 をプリントアウトしてプログラムは終了する開始 0 A B S S A+B A S > A:40 S4 B + B A,B を印 S5 終了 0

22 問 5 答 (a) (), (b) () (a) 400 三相同期電動機の機械出力 P W は, 端子の相電圧が ] g, 電機子電流が I M00 A, 力率が cosi より, 400 p $ $ IM $ cos i # # # 00# 8 564] Wg (b) 周波数が f60 Hz, 極数が p4 極の同期速度 ns min - は, 0f n 0 # 60 - s 800] min g p 4 同期電動機のトルク T N m は,P~T より, p p T ] 75] N$ mg ~ n s 800 r r# 電機子電流が I M A は, 力率が cosi I M 00 I M ] ] Ag cos i リアクタンス降下電圧 x si M は, x I.00 ] g s M # 相の誘導起電力 E は問題のベクトル図より, E Eo ] + xi sin ig + ] xsi cos ig s M M に変化しているから 400 e + # o + e# o ] 400] g 問 6 答 (a) (4), (b) () (a) 周波数 f500 Hz の周期の時間 T ms は, - T # 0 ] msg f 500 周期の中で Q がオンになっている時間 t ms は, 電圧の平均値が 50, 電源電圧が E 00 より, t 50 Eから, t T #.5] msg T E 00 (b) 周期の時間 T ms からオン時間 t0.4 ms を引いた Q のオフ時間に直流機から電源に電流が流れるので,E(T-t ) T の関係が成立するしたがって, 直流機の電機子電圧は, T t E - # 00 60] g T

23 問 7 答 (a) (), (b) () (a) 球形光源直下の床面の水平面照度 E h lx は, 全光束 F 000 lm を, 高さ h m を半径とする球の面積 S m で割って, F F 000 E h 06 lx S 4rh 4r# ] ] g (b) 球形光源の光度 I cd は, 全光束が F 000 lm で立体角が ~4r sr より, F 000 I ] 955] cdg ~ 4r 輝度 L cd/m は, 直径が d0. m より球形光源の投影面積を S m として I I 4I 4# 955 L ] 500] cd m g S d kd r# 0. rd n 問 8 答 (a) (5), (b) () (a) 論理回路 D は,NAND 回路で, 出力 (CBA) が進数でカウンタの最大数 (5) 0(0) になった後, 次のクロック入力のによって出力 (CBA) を (0) 0(000) にする (b) クロック入力によって 6 個のパルスが入力され, このカウンタは負論理であるから 6 個目のパルスのハイレベルからローレベル変化するとき,FFl の Q 出力はから 0 へ変化するまた FFl の Q 出力はから 0 へ変化は,FF を 0 からに変化させる図の a 時点で FF, 及び FF の Q 出力はともにであるこれら二つのはは論理回路 D に入力され, 論理積否定され 0 となるこの 0 は三つの JK フリップフロップの CLR 入力端子に入って,b 時点において, クリアされる a 時点から b 時点までの FF の Q に現れるパルスは, パルス幅が非常に狭いため, カウンタの出力としてはカウントされないクロック入力のパルス 6 がから 0 に変化する時刻と,FF 及び FF が最終的に b 時点でクリアされる時刻とには時間遅れが生じているこれは論理回路 D とフリップフロップの入出力における信号の伝搬遅れによる

24 法規解答平成 6 年度答 (5) 答 (5) 5.. 答 () 500kW 500kW ( ) ) 500kW 500kW 500kW 600 ()

25 問 4 答 () 電気工事業の業務の適正化に関する法律第条 ( 定義 ), 第条 ( 登録 ) からの出題である第条項この法律において電気工事とは, 電気工事士法に規定する電気工事をいう項電気工事業とは, 電気工事を行なう事業をいう項登録電気工事業者とは第条第項又は第項の登録を受けた者を通知電気工事業者, とは第 7 条の第項の規定による通知をした者を, 電気工事業者とは登録電気工事業者及び通知電気工事業者をいう 5 項自家用電気工作物とは電気工事士法第項に規定する自家用電気工作物をいう第条電気工事業を営もうとする者は, 二以上の都道府県の区域内に営業所を設置してその事業を営もうとするときは経済産業大臣の, 一の都道府県の区域内にのみ営業所を設置してその事業を営もうとするときは当該営業所の所在地を管轄する都道府県知事の登録を受けなければならない問 5 答 (4) 電気事業法第 6 条 ( 電及び周波数 ) に, 電気事業者 ( 卸電気事業者および特定規模電気事業者を除く ) は, その供給する電気の電圧および周波数の値を経済産業省令で定める値に維持するように努めなければならないと規定している具体的には, 電気事業法施行規則第 44 条 ( 電圧及び周波数の値 ) に, その電気を供給する場所において次のようにその値を定めている標準電圧維持すべき値 00 0 の上下 6 を超えない値 00 0 の上下 0 を超えない値周波数の値については, その者が供給する電気の標準周波数に等しい値とする電気設備技術基準では, 電気を供給する電気工作物の重要なものには電圧の高いものが多いことや, 電圧が高くなれば危険性も増大するために, 次の表に示す種別を設け, 電圧の区分により施設規制を行っている低圧高圧特別高圧交流 600 以下 600 を超え 7000 以下直流 750 以下 750 を超え 7000 以下を超えるもの 4

26 問 6 答 () 電気設備技術基準第 58 条 ( 低圧の電路の絶縁性能 ) において, 次のように規定している電気使用場所における使用電圧が低圧の電路の電線相互間及び電路と大地との間の絶縁抵抗は, 開閉器又は過電流遮断器で区切ることのできる電路ごとに, 下表の左欄に掲げる電路の使用電圧の区分に応じ, それぞれ同表の絶縁抵抗値以上でなければならない 00 以下電路の使用電圧の区分対地電圧 ( 接地式電路においては電線と大地との間の電圧, 非接地式電路においては電線間の電圧をいう ) が 50 以下の場合絶縁抵抗値 0. M Ω その他の場合 0. M Ω 00 を超えるもの 0.4 M Ω * 絶縁抵抗測定が困難な場合には, 解釈第 4 条で電路の使用電圧の区分に応じて, それぞれ漏洩電流を ma 以下に保つことを定めている問 7 答 () 電気設備技術基準の解釈第条 ( 用語の定義 ) からの出題第 6 項接触防護措置次のいずれかに適合するように施設することをいうイ設備を, 屋内にあっては床上. m 以上, 屋外にあっては地表上.5 m 以上の高さに, かつ, 人が通る場所から手を伸ばしても触れることのない範囲に施設することロ設備に人が接近又は接触しないよう, さく, へい等を設け, 又は設備を金属管に収める等の防護措置を施すこと第 7 項簡易接触防護措置次のいずれかに適合するように施設することをいうイ設備を, 屋内にあっては床上.8 m 以上, 屋外にあっては地表上 m 以上の高さに, かつ, 人が通る場所から容易に触れることのない範囲に施設することロ設備に人が接近又は接触しないよう, さく, へい等を設け, 又は設備を金属管に収める等の防護措置を施すこと問 8 答 () 絶縁油の劣化の程度を把握するために行う保守点検時の絶縁油の試験には, 絶縁耐力試験と酸価度試験が一般に実施されている絶縁油, 特に変圧器油は使用中に次第に劣化して酸価が上がり抵抗率や耐圧が下がるなどの諸 5

27 性能が低下しついには泥状のスラッジができるようになる変圧器油の劣化の主原因は, 油と接触する空気が油中に溶け込み, その中の酸素による酸化であって, この酸化反応は変圧器の運転による温度上昇によって特に促進されるここで, 絶縁油の酸価度とは, 油 g 中に含まれる酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのミリグラム数 mgkoh/g で表す高圧受電設備規程では, 使用中の油について,0. mgkoh/ g 以下は良好,0.4 mgkoh/g 以上は取替が必要と判定している問 9 答 () 電気設備技術基準の解釈第条 ( 高圧屋側電線路の施設 ) 第項高圧屋側電線路は, 次の各号により施設すること a. 展開した場所に施設すること b. 電線は, ケーブルであること c. ケーブルには, 接触防護措置を施すこと d. ケーブルを造営材の側面又は下面に沿って取り付ける場合は, ケーブルの支持点間の距離を m( 垂直に取り付ける場合は, 6 m) 以下とし, かつ, その被覆を損傷しないように取り付けること問 0 答 () 電気設備技術基準の解釈第 48 条 ( 低圧幹線の施設 ) 第 5 項から. ( ア )( イ )( ウ ) の出題である当該低圧幹線を保護する過電流遮断器はその定格電流が当該低圧幹線の許容電流以下のものであることただし, 低圧幹線に電動機等が接続される場合の定格電流は次のいずれかによることができるイロハ電動機等の定格電流の合計の倍に他の電気使用機械器具の定格電流の合計を加えた値以下であることイの規定による値が当該低圧幹線の許容電流を.5 倍した値を超える場合はその許容電流を.5 倍した値以下であること当該低圧幹線の許容電流が 00A を超える場合であって上記イ又はロの規定による値が過電流遮断器の標準定格に該当しないときは上記イ又はロの規定による値の直近上位の標準定格であること. 保護協調曲線の各特性は図に示すようにが電線の許容電流時間特性を表していると曲線がの電源配線の電線許容電流時間特性の下側にあることが必要である 6

28 MCCB 問答 (a) (4), (b) () 電気設備技術基準の解釈第 58 条 ( 架空電線路の強度検討に用いる荷重 ) で, 氷雪の多い地方のうち, 海岸地その他の低温季に最大風圧を生じる地点では, 高温季においては甲種風圧荷重, 低温季においては甲種風圧荷重又は乙種風圧荷重のいずれか大きいものを適用すると規定されている (a) 高温季 : 甲種風圧荷重を適用する mm 電線 m 当たりの垂直投影面積 S m は, mm S 0# 0 - # 0# 0 - ] m g 甲種風圧荷重 F N は, - F S] m g# 980] N m g 0# 0 # ] Ng 0mm S L m (b) 低温季 : 甲種風圧荷重又は乙種風圧荷重 6mm のいずれか大きいものを適用するので, 乙種風圧荷重を算出する mm mm 電線 m 当たりの垂直投影面積 S' m は, 電線に厚さ 6 mm の氷雪が付着した状態であるから, Sl ] 0+ 6# g # 0 # # 0 ] m g 乙種風圧荷重 F' N は, - Fl Sl] mg# 490N ] mg # 0 # ] Ng mm S L m 7

29 問答 (a) (), (b) (4) (a) 総合需要率 D f 合成最大電力 P m # 00 ]% g 総設備容量 P 合成最大電力 P m は, 日負荷曲線の 0 ~ 6 時,8 ~ 4 時の kw 総設備容量 P は, kw から, 総合需要率 D f は, P 700 総合需要率 D f m # 00 # 00 ] 6. 6 ]% g P 00 (b) 総合負荷率 L f 総合負荷の平均電力 P a # 00 ]% g 合成最大電力 Pm 総合負荷の平均電力 P a は,A,B 各工場の平均電力の和である P a 00# 6+ 00# + 00# 6 600# 6+ 00# # # ] kwg 4 P 65 総合負荷率 L f a # 00 # 00 ] 89. ]% g P m 700 問答 (a) (), (b) () (a) 遊休中の進相設備の直列リアクトル : 進相コンデンサの 6% を基準容量に換算した値 %X L は, 06 % XL j # 6 j.975 ]% g 60 図の等価回路より, コンデンサ端子の相電圧 C は, C # % X C % XL+ % X C j # # ] ] g j. 975-j %X L C 進相設備の相分の等価回路 %X C これより, コンデンサ端子間の電圧は C でとなる (b) 第 5 調波のときの相分の等価回路から, インピーダンス %Z 5 は, X C 00 % Z5 % c 5XL+ m] % g c j5# j m] % g j9.875] % g- j0] % g-j0.5] % g 5 5 上式から, インピーダンスが 0% に近い値となって, 共振状態に近くなる () 8

問の標準解答 () 遮へい失敗事故 : 雷が電力線を直撃してアークホーンにフラッシオーバが発生する逆フラッシオーバ事故 : 架空地線あるいは鉄塔への雷撃によって架空地線あるいは鉄塔の電位が上昇し, 架空地線と導体間, 又はアークホーンにフラッシオーバが発生する () 架空地線の弛度を電力線のそれ

問の標準解答 () 遮へい失敗事故 : 雷が電力線を直撃してアークホーンにフラッシオーバが発生する逆フラッシオーバ事故 : 架空地線あるいは鉄塔への雷撃によって架空地線あるいは鉄塔の電位が上昇し, 架空地線と導体間, 又はアークホーンにフラッシオーバが発生する () 架空地線の弛度を電力線のそれ平成 4 年度第二種電気主任技術者二次試験標準解答配点 : 一題当たり 3 点電力管理科目 4 題 3 点 = 点機械制御科目題 3 点 = 6 点 < 電力管理科目 > 問の標準解答 () 電動機出力 ( ポンプ入力 )= 電動機入力電動機効率なので, A P M = P Mi h M B 又はC P Mi = M f M D 又はE P G = G f G 3 () G M なので,

理論 解答 平成 6 年度 A 問題 ( 配点は 問当たり 5 点 ) 問 答 (4) AP 間及び QB 間の静電容量を C,C とする PQ 間は導体であるから同電位で静電容量は存在しない ff 0 rs ff 0 rs C C ` C: C : ( ただし,S は極板面積 ) d d 4 問題

理論解答平成 6 年度 A 問題 ( 配点は問当たり 5 点 ) 問答 (4) AP 間及び QB 間の静電容量を C,C とする PQ 間は導体であるから同電位で静電容量は存在しない ff 0 rs ff 0 rs C C ` C: C : ( ただし,S は極板面積 ) d d 4 問題