第 3 種 電 力 第 2 回 A 問 題 ( 配 点 は1 問 題 当 たり5 点 ) 問 1 最 大 使 用 水 量 20[m 3 /s], 総 落 差 110[m], 損 失 落 差 10[m]の 水 力 発 電 所 がある. 年 平 均 使 用 水 量 を 最 大 使 用 水 量 の65[%]とするとき,この 発 電 所 の 年 間 発 電 電 力 量 [GWh]の 値 として, 最 も 近 いのは 次 のうちどれか. ただし, 発 電 所 総 合 効 率 は90[%] 一 定 とする. (1)70 (2)100 (3)120 (4)135 (5)150-1 -
問 2 水 車 におけるキャビテーションとは, 流 水 に 触 れる 機 械 部 分 の 表 面 やその 表 面 近 くに (ア) が 発 生 することである.キャビテーションが 発 生 すると, 水 が 蒸 発 し, 空 気 が 遊 離 してあわを 生 じる.このあわは 流 水 とともに 流 れるが, 圧 力 の (イ) ところ に 出 会 うと 急 激 に (ウ) して 大 きな 衝 撃 力 を 生 じ, 流 水 に 接 する 金 属 面 を 壊 食 した り, 振 動 や 騒 音 を 発 生 させ,また, (エ) を 低 下 させる.キャビテーションの 発 生 を 防 止 するため, (オ) 水 車 では 吸 出 し 高 さを 適 切 に 選 定 する 必 要 がある. 上 記 の 記 述 中 の 空 白 箇 所 (ア),(イ),(ウ),(エ) 及 び(オ)に 記 入 する 語 句 として, 正 しいも のを 組 み 合 わせたのは 次 のうちどれか. (ア) (イ) (ウ) (エ) (オ) (1) 空 洞 高 い 崩 壊 効 率 反 動 (2) きれつ 低 い 結 合 回 転 速 度 衝 動 (3) 空 洞 低 い 崩 壊 効 率 衝 動 (4) きれつ 高 い 結 合 効 率 衝 動 (5) 空 洞 低 い 結 合 回 転 速 度 反 動 - 2 -
問 3 火 力 発 電 所 において, 燃 料 の 燃 焼 によりボイラから 発 生 する 窒 素 酸 化 物 を 抑 制 する ために, 燃 焼 域 での 酸 素 濃 度 を (ア) する, 燃 焼 温 度 を (イ) する 等 の 燃 焼 方 法 の 改 善 が 有 効 であり.その 一 つの 方 法 として 排 ガス 混 合 法 が 用 いられている. さらに,ボイラ 排 ガス 中 に 含 まれる 窒 素 酸 化 物 の 削 減 方 法 として, (ウ) 出 口 の 排 ガスにアンモニアを 加 え, 混 合 してから 触 媒 層 に 入 れることにより, 窒 素 酸 化 物 を 窒 素 と (エ) に 変 えるアンモニア 接 触 還 元 法 が 適 用 されている. 上 記 の 記 述 中 の 空 白 箇 所 (ア),(イ),(ウ) 及 び(エ)に 記 入 する 語 句 として, 正 しいものを 組 み 合 わせたのは 次 のうちどれか. (ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 高 く 低 く 再 熟 器 水 蒸 気 (2) 低 く 低 く 節 炭 器 二 酸 化 炭 素 (3) 低 く 高 く 過 熱 器 二 酸 化 炭 素 (4) 低 く 低 く 節 炭 器 水 蒸 気 (5) 高 く 高 く 過 熱 器 水 蒸 気 - 3 -
問 4 蒸 気 の 使 用 状 態 による 蒸 気 タービンの 分 類 に 関 する 記 述 として, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) 復 水 タービン:タービンの 排 気 を 復 水 器 で 復 水 させて 高 真 空 を 得 ることにより, 蒸 気 をタービン 内 で 十 分 低 圧 まで 膨 張 させるタービン. (2) 背 圧 タービン:タービンで 仕 事 をさせた 後 の 排 気 を, 工 場 用 蒸 気 その 他 に 利 用 する タービン. (3) 抽 気 タービン:タービンの 中 間 から 膨 張 途 中 の 蒸 気 を 取 り 出 し, 工 場 用 蒸 気 その 他 に 利 用 するタービン. (4) 再 生 タービン:タービンの 中 間 から- 部 膨 張 した 蒸 気 を 取 り 出 し, 再 加 熱 してター ビンの 低 圧 段 に 戻 し,さらに 仕 事 をさせるタービン. (5) 混 圧 タービン: 異 なった 圧 力 の 蒸 気 を 同 -タービンに 入 れて 仕 事 をさせるタービン. - 4 -
問 5 沸 騰 水 型 軽 水 炉 (BWR)に 関 する 記 述 として, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) 燃 料 には 低 濃 縮 ウランを, 冷 却 材 及 び 減 速 材 には 軽 水 を 使 用 する. (2) 加 圧 水 型 軽 水 炉 (PWR)に 比 べて 出 力 密 度 が 大 きいので, 炉 心 及 び 原 子 炉 圧 力 容 器 は 小 さくなる. (3) 出 力 調 整 は, 制 御 棒 の 抜 き 差 しと 再 循 環 ポンプの 流 量 調 整 により 行 う. (4) 加 圧 水 型 軽 水 炉 に 比 べて 原 子 炉 圧 力 が 低 く, 蒸 気 発 生 器 がないので 構 成 が 簡 単 であ る. (5) タービン 系 に 放 射 性 物 質 が 持 ち 込 まれるため,タービン 等 に 遮 へい 対 策 が 必 要 であ る. - 5 -
問 6 燃 料 電 池 発 電 は, 一 般 的 に (ア),メタノール 等 を 改 質 して 得 られる 水 素 と 空 気 中 の 酸 素 との 電 気 化 学 反 応 により 直 接 発 電 する 方 式 である. 燃 料 電 池 の 発 生 電 力 は 直 流 であるので, 電 力 系 統 につなぐ 場 合 には (イ) を 用 いる 必 要 がある. 燃 料 電 池 は 使 用 する 電 解 質 の 種 類 で 分 類 されているが, 最 も 実 用 化 が 進 んでいるのが (ウ) 形 燃 料 電 池 であり,その 反 応 温 度 は (エ) [ ] 前 後, 発 電 効 率 は (オ) [%] 程 度 であ る. 上 記 の 記 述 中 の 空 白 箇 所 (ア),(イ),(ウ),(エ) 及 び(オ)に 記 入 する 数 値 又 は 字 句 として, 正 しいものを 組 み 合 わせたのは 次 のうちどれか. (ア) (イ) (ウ) (エ) (オ) (1) 天 然 ガス 整 流 装 置 りん 酸 200 40 (2) 天 然 ガス インバータ 溶 融 炭 酸 塩 500 50 (3) 天 然 ガス インバータ りん 酸 200 40 (4) 高 炉 ガス インバータ 溶 融 炭 酸 塩 500 50 (5) 高 炉 ガス 整 流 装 置 りん 酸 200 40-6 -
問 7 中 小 水 力 や 風 力 発 電 に 使 用 されている 誘 導 発 電 機 の 特 徴 について, 同 期 発 電 機 と 比 較 した 記 述 として, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) 励 磁 装 置 が 不 要 で, 建 設 及 び 保 守 のコスト 面 で 有 利 である. (2) 始 動, 系 統 への 並 列 などの 運 転 操 作 が 簡 単 である. (3) 負 荷 や 系 統 に 対 して 遅 れ 無 効 電 力 を 供 給 することができる. (4) 単 独 で 発 電 することができず, 電 力 系 統 に 並 列 して 運 転 する 必 要 がある. (5) 系 統 への 並 列 時 に 大 きな 突 入 電 流 が 流 れる. - 7 -
問 8 交 流 送 配 電 系 統 では, 負 荷 が 変 動 しても 受 電 端 電 圧 値 をほぼ 一 定 に 保 つために, 変 電 所 等 に 力 率 を 調 整 する 設 備 を 設 置 している.この 装 置 を 調 相 設 備 という. 調 相 設 備 には, (ア), (イ), 静 止 形 無 効 電 力 補 償 装 置, 同 期 調 相 機 等 がある. (ウ) には (ア) により 調 相 設 備 に 進 相 負 荷 をとらせ, (エ) には (イ) により 遅 相 負 荷 をとらせて, 受 電 端 電 圧 を 調 整 する. 同 期 調 相 機 は (オ) を 調 整 することにより, 上 記 いずれの 調 整 も 可 能 である. 上 記 の 記 述 中 の 空 白 箇 所 の(ア),(イ),(ウ),(エ) 及 び(オ)に 当 てはまる 語 句 として, 正 し いものを 組 み 合 わせたのは 次 のうちどれか. (ア) (イ) (ウ) (エ) (オ) (1) 電 力 用 コンデンサ 分 路 リアクトル 重 負 荷 時 軽 負 荷 時 界 磁 電 流 (2) 電 力 用 コンデンサ 分 路 リアクトル 軽 負 荷 時 重 負 荷 時 電 機 子 電 流 (3) 分 路 リアクトル 電 力 用 コンデンサ 重 負 荷 時 軽 負 荷 時 界 磁 電 流 (4) 分 路 リアクトル 電 力 用 コンデンサ 軽 負 荷 時 重 負 荷 時 界 磁 電 流 (5) 電 力 用 コンデンサ 分 路 リアクトル 重 負 荷 時 軽 負 荷 時 電 機 子 電 流 - 8 -
問 9 配 電 用 変 電 所 における6.6 kv 非 接 地 方 式 配 電 線 の 一 般 的 な 保 護 に 関 する 記 述 とし て, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) 短 絡 事 故 の 保 護 のため, 各 配 電 線 に 過 電 流 継 電 器 が 設 置 される. (2) 地 絡 事 故 の 保 護 のため, 各 配 電 線 に 地 絡 方 向 継 電 器 が 設 置 される. (3) 地 絡 事 故 の 検 出 のため,6.6 kv 母 線 には 地 絡 過 電 圧 継 電 器 が 設 置 される. (4) 配 電 線 の 事 故 時 には, 配 電 線 引 出 口 遮 断 器 は, 事 故 遮 断 して 一 定 時 間 ( 通 常 1 分 ) の 後 に 再 閉 路 継 電 器 により 自 動 再 閉 路 される. (5) 主 要 変 圧 器 の 二 次 側 を 遮 断 させる 過 電 流 継 電 器 の 動 作 時 限 は, 各 配 電 線 を 遮 断 さ せる 過 電 流 継 電 器 の 動 作 時 限 より 短 く 設 定 される. - 9 -
問 10 図 のような 三 相 3 線 式 配 電 線 路 で, 各 負 荷 に 電 力 を 供 給 する 場 合, 全 線 路 の 電 圧 降 下 [Ⅴ]の 値 として, 最 も 近 いのは 次 のうちどれか. ただし, 電 線 の 太 さは 全 区 間 同 一 で 抵 抗 は1[km] 当 たり0.3[Ω],リアクタンスは 0.4[Ω]とし, 負 荷 の 力 率 はいずれも100[%]する. (1)19.3 (2)22.4 (3)28.6 900m 500m (4)38.5 (5)57.8 電 源 30A 20A - 10 -
問 11 架 空 送 電 線 路 の 付 属 品 に 関 する 記 述 として, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) スリーブ: 電 線 相 互 の 接 続 に 用 いられる. (2) ジャンパ: 電 線 を 保 持 し,がいし 装 置 に 取 り 付 けるために 用 いられる. (3) スペーサ: 多 導 体 方 式 において, 強 風 などによる 電 線 相 互 の 接 近 衝 突 を 防 止 す るために 用 いられる. (4) アーマロツド: 懸 垂 クランプ 内 の 電 線 に 巻 き 付 けて, 電 線 振 動 による 応 力 の 軽 減 やアークによる 電 線 損 傷 の 防 止 のために 用 いられる. (5) ダンパ: 電 線 の 振 動 を 抑 制 して, 断 線 を 防 止 するために 用 いられる. - 11 -
問 12 配 電 系 統 の 構 成 方 式 の 一 つであるスポットネットワーク 方 式 に 関 する 記 述 として, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) 都 市 部 の 大 規 模 ビルなど 高 密 度 大 容 量 負 荷 に 供 給 するための,2 回 線 以 上 の 配 電 線 に よる 信 頼 度 の 高 い 方 式 である. (2) 万 一,ネットワーク 母 線 に 事 故 が 発 生 したときには, 受 電 が 不 可 能 となる. (3) 配 電 線 の1 回 線 が 停 止 するとネットワークプロテクタが 自 動 開 放 するが, 配 電 線 の 復 旧 時 にはこのプロテクタを 手 動 投 入 する 必 要 がある. (4) 配 電 線 事 故 で 変 電 所 遮 断 器 が 開 放 すると,ネットワーク 変 圧 器 に 逆 電 流 が 流 れ, 逆 電 力 継 電 器 により 事 故 回 線 のネットワークプロテクタを 開 放 する. (5)ネットワーク 変 圧 器 の 一 次 側 は, 一 般 には 遮 断 器 が 省 略 され, 受 電 用 断 路 器 を 介 して 配 電 線 と 接 続 される. - 12 -
問 13 現 在, 主 に 使 用 されている 電 力 ケーブルは, 紙 と 油 を 絶 縁 体 に 使 用 するOFケーブル と, (ア) を 絶 縁 体 に 使 用 するCVケーブルである. OFケーブルにおいては, 充 てんされた 絶 縁 油 を 加 圧 することにより, (イ) の 発 生 を 防 ぎ 絶 縁 耐 力 の 向 上 を 図 っている.このために, 給 油 設 備 の 設 置 が 必 要 である. 一 方,CVケーブルは 絶 縁 体 の 誘 電 正 接, 比 誘 電 率 がOFケーブルよりも 小 さいために. 誘 電 損 や (ウ) が 小 さい.また, 絶 縁 体 の 最 高 許 容 温 度 はOFケーブルよりも 高 いた め, 導 体 断 面 積 が 同 じ 場 合, (エ) はOFケーブルよりも 大 きくすることができる. 上 記 の 記 述 中 の 空 白 箇 所 (ア),(イ),(ウ) 及 び(エ)に 記 入 する 語 句 として, 正 しいものを 組 み 合 わせたのは 次 のうちどれか. (ア) (イ) (ウ) (エ) (1) 架 橋 ポリエチレン 熱 充 電 電 流 電 流 容 量 (2) プチルゴム ボイド 抵 抗 損 電 流 容 量 (3) プチルゴム 熱 抵 抗 損 使 用 電 圧 (4) 架 橋 ポリエチレン ボイド 充 電 電 流 電 流 容 量 (5) 架 橋 ポリエチレン ボイド 抵 抗 損 使 用 電 圧 - 13 -
問 14 絶 縁 材 料 の 基 本 的 性 質 に 関 する 記 述 として, 誤 っているのは 次 のうちどれか. (1) 絶 縁 材 料 は 熱 的, 電 気 的, 機 械 的 原 因 などにより 劣 化 する. (2) 気 体 絶 縁 材 料 は 圧 力 により 絶 縁 耐 力 が 変 化 する. (3) 液 体 絶 縁 材 料 には 比 熱 容 量, 熱 伝 導 度 の 小 さいものが 適 している. (4) 六 ふっ 化 硫 黄 (SF 6 )ガスは, 絶 縁 耐 力 が 空 気 や 窒 素 と 比 較 して 高 く,アークを 消 弧 する 能 力 に 優 れている. (5) 真 空 は 絶 縁 性 能 に 優 れており, 遮 断 器 などに 利 用 される. - 14 -
B 問 題 ( 配 点 は1 問 題 当 たり(a)5 点,(b)5 点, 計 10 点 ) 問 15 上 地 水 位 が 標 高 750[m], 下 池 水 位 が 標 高 500[m]の 揚 水 発 電 所 がある. 水 圧 管 の 損 失 落 差 は 揚 水 及 び 発 電 とも5[m],ポンプ 及 び 水 車 の 効 率 は85[%], 電 動 機 及 び 発 電 機 の 効 率 は98[%]とするとき, 次 の(a) 及 び(b)について 答 えよ. (a) 電 動 機 入 力 が150[MW]であるときの 揚 水 量 [m 3 /s]の 値 として, 最 も 近 いのは 次 の うちどれか. (1) 40.0 (2) 42.5 (3) 45.5 (4) 50.0 (5) 55.5 (b) 揚 水 に 費 やした 電 力 の 何 パーセントの 発 電 ができるか. 最 も 近 い 値 を 次 のうちから 選 べ.ただし, 揚 水 量 [m 3 /s]と 使 用 水 量 [m 3 /s]は 等 しいものとする. (1) 64.8 (2) 66.7 (3) 69.4 (4) 71.8 (5) 77.7-15 -
問 16 最 大 出 力 6,000 kw 自 家 用 汽 力 発 電 所 がある. 発 熱 量 44,000 kj/kg の 重 油 (その 化 学 成 分 は 重 量 比 で 炭 素 85%, 水 素 15%)を 使 用 して,50 日 間 連 続 運 転 した.この 間 の 重 油 使 用 量 は1,200[t], 設 備 利 用 率 は60[%]であった. 次 の(a) 及 び(b)に 答 えよ. (a) 発 電 端 における 熱 効 率 % の 値 として, 最 も 近 いのは 次 のうちどれか. (1) 23.5 (2) 25.5 (3) 27.5 (4) 29.5 (5) 31.5 (b) 二 酸 化 炭 素 の 発 生 量 [kg/kwh]の 値 として, 最 も 近 いのは 次 のうちどれか. ただし, 炭 素 の 原 子 量 を12, 酸 素 の 原 子 量 を16とする (1) 0.71 (2) 0.82 (3) 0.94 (4) 1.02 (5) 1.14-16 -
問 17 容 量 75[kV A], 一 次 側 及 び 二 次 側 の 定 格 電 圧 がそれぞれ 63. / 3[kV] 及 び210[V] の 単 相 変 圧 器 3 台 を, 図 のように 一 次 側 Y, 二 次 側 に 結 線 している.この 変 圧 器 群 の 一 次 側 に6.3[kV]の 三 相 交 流 電 源 を 接 続 して, 二 次 側 に 接 続 された 遅 れ 力 率 0.8, 180[kW]の 平 衡 した 三 相 負 荷 に 電 力 を 供 給 している. 変 圧 器 出 力 端 子 が210[V]のと き, 負 荷 側 端 子 が200[V]となったとき, 次 の(a) 及 び(b)について 答 えよ. ただし, 変 圧 器 の 損 失 は 無 視 するものとする また, 低 圧 配 電 線 は 線 路 抵 抗 以 外 のインピーダンスは 無 視 するものとする. 三 相 交 流 電 源 6.3/KV 210V 三 相 負 荷 (a) この 単 相 変 圧 器 の 一 次 側 巻 線 に 流 れている 電 流 [A]の 値 として, 最 も 近 いのは 次 のうちどれか. (1) 11.8 (2) 16.5 (3) 20.6 (4) 35.6 (5) 61.8 (b) 低 圧 配 電 線 路 の 線 路 損 失 [kw]の 値 として, 最 も 近 いのは 次 のうちどれか. (1) 6 (2) 8 (3) 10 (4) 12 (5) 14-17 -
電 力 解 答 第 2 回 問 1 答 (2) 発 電 所 の 平 均 出 力 P 9. 8 20 0. 65 110 10 0. 9 11466 kw 年 間 発 電 電 力 量 W 100.4 6 11466 365 24 10 GW h - 1 -
問 2 答 (1) 流 水 中 に 飽 和 蒸 気 圧 力 以 下 の 低 圧 部 または 真 空 部 ができると, 水 中 の 溶 存 酸 素 が 気 泡 や 水 蒸 気 となり, 圧 力 の 高 い 所 へくると 泡 が 崩 壊 し, 大 きな 衝 撃 を 発 生 する.これをキ ヤビテーションといい,ランナ 表 面 等 を 壊 食 させる.このキャビテーションの 発 生 を 防 止 するためには, 水 車 の 比 速 度 をあまり 高 くとらない. 吸 出 管 の 吸 い 出 し 高 さを 小 さく し, 上 部 に 適 量 の 空 気 を 入 れる.ランナ 羽 根 やバケットの 表 面 を 平 滑 に 仕 上 げる. 水 車 の 軽 負 荷 運 転 や 過 負 荷 運 転 を 避 ける. 発 生 しやすい 水 車 部 分 に 腐 食 しにくい 金 属 を 使 用 する 等 の 対 策 がある. - 2 -
問 3 答 (4) 燃 料 の 燃 焼 に 伴 って 発 生 する 窒 素 酸 化 物 は 空 気 中 の 窒 素 が 酸 化 して 生 ずるNOx(サー マルNOx)と 燃 料 中 の 窒 素 分 が 酸 化 して 生 ずるNOx(フユーエルNOx)に 分 けられる. このうち,サーマルNOxは 温 度 が 高 いほど 発 生 しやすいとされており,ボイラにおけ るNOx 低 減 対 策 は,サーマルにNOx 対 し 燃 焼 温 度 の 低 減, 高 温 域 での 燃 焼 ガス 滞 留 時 間 の 短 縮, 酸 素 濃 度 の 低 下 を 図 り,フユーエルNOxに 対 しては 低 窒 素 燃 料 の 採 用 を 図 って いくことが 有 効 となり, 抑 制 策 として 次 のようなものがある. (1) 排 ガス 再 循 環 燃 焼 ( 排 ガス 混 合 法 ) (2) 二 段 燃 焼 方 式 (3) 低 空 気 過 剰 率 燃 焼 (4)ボイラ 熱 負 荷 低 減 (5) 低 NOxバーナの 採 用 また, 一 度 発 生 したNOxをさらに 低 減 させるために 排 煙 脱 硝 装 置 が 設 置 される. 排 煙 脱 硝 方 式 としては, 現 在, 接 触 還 元 法 が 最 も 多 く 用 いられている.この 方 式 は 窒 素 酸 化 物 を 含 む 排 ガス 中 に 還 元 剤 であるアンモニアを 注 入 し, 触 媒 上 でNOxを 窒 素 と 水 に 分 解 するものである. 装 置 は 触 媒 を 充 てんした 反 応 器 とアンモニアを 注 入 するための アンモニア 供 給 設 備 で 構 成 されている. - 3 -
問 4 答 (4) 再 生 タービンは, 膨 張 途 中 の 蒸 気 を 一 部 抽 出 して 給 水 を 過 熱 し, 復 水 器 で 失 われる 熱 量 を 減 少 させるようにしたタービン - 4 -
問 5 答 (2) 一 般 に 沸 騰 水 型 軽 水 炉 (BWR)の 単 位 体 積 当 たりの 出 力 密 度 は 加 圧 水 型 軽 水 炉 (PWR) よりも 小 さく, 同 じ 出 力 の 炉 を 考 えたとき 炉 心 はBWRの 方 が 大 きくなる. (1) 加 圧 水 型 軽 水 炉 (PWR) 軽 水 を 減 速 材 と 冷 却 水 に 兼 用 し, 水 を 沸 騰 させないよう 原 子 炉 容 器 を 加 圧 し, 熱 交 換 器 ( 蒸 気 発 生 器 )によって 二 次 系 統 の 水 を 蒸 気 にしてこれをタービンに 送 り 込 む 方 式 の 原 子 炉 である.PWRは 炉 が 小 型 となる, 放 射 能 がタービン 側 へ 移 行 しないので, 遮 へいが 不 必 要 となり, 保 守 点 検 が 容 易 であるなどの 特 徴 をもつ. 炉 の 出 力 制 御 は 制 御 棒 の 上 部 か らの 抜 き 差 し 及 び 冷 却 材 中 の 中 性 子 吸 収 材 (ほう 素 )の 濃 度 調 整 によって 行 われる. (2) 沸 騰 水 型 軽 水 炉 (BWR) 軽 水 を 減 速 材 と 冷 却 水 に 兼 用 するのはPWRと 同 じであるが, 容 器 は 加 圧 されず, 水 は 炉 心 で 発 注 する 熱 によって 沸 騰 蒸 発 し,この 蒸 気 をタービンに 送 り 込 む 方 式 の 原 子 炉 で ある.BWRは, 熱 交 換 器 が 不 要 であるが,タービンへ 放 射 能 を 含 む 蒸 気 が 送 られるので, タービン 等 に 遮 へいを 必 要 とする.また, 燃 料 棒 の 間 に 水 蒸 気 の 泡 が 存 在 するので,PWR よりも 燃 料 棒 の 間 隔 が 広 くなり, 炉 全 体 がPWRよりも 大 きくなる. 炉 の 出 力 制 御 は, 制 御 棒 の 下 部 からの 抜 き 差 しと 再 循 環 ポンプによる 炉 心 の 冷 却 材 の 流 量 の 調 整 によって 行 われる. - 5 -
問 6 答 (3) リン 酸 型 燃 料 電 池 は, 燃 料 極, 空 気 極 の2 種 の 電 極 とイオン 伝 導 体 の 電 解 質 (リン 酸 水 溶 液 )から 構 成 される. 燃 料 極 には 天 然 ガスやメタノールを 改 質 して 得 られる 水 素 を 主 成 分 とする 燃 料 ガスを, 空 気 極 には 空 気 を 供 給 すると 酸 化 反 応 が 燃 料 極 で, 還 元 反 応 が 空 気 極 で 起 こり, 電 極 を 外 部 で 接 続 することにより 外 部 回 路 に 直 流 電 流 が 流 れ, 電 気 エネ ルギーとして 取 り 出 すことができる. 反 応 を 化 学 式 にすると 次 のとおりとなる. 燃 料 ( 水 素 ) 極 H 2 2H + +2e - 空 気 ( 酸 素 ) 極 2H + + O 2 +2e - H 2 O 反 応 温 度 :160~210 発 電 効 率 :40~45% - 6 -
問 7 答 (3) 誘 導 発 電 機 は, 誘 導 電 動 機 の 回 転 子 を 水 車 や 風 車 等 の 原 動 機 で 同 期 速 度 以 上 の 速 度 で 回 転 させ, 誘 導 電 動 機 の 固 定 子 を 電 源 に 接 続 して 励 磁 電 流 を 与 えてやると 発 電 機 として 動 作 する.このように 誘 導 発 電 機 は 励 磁 電 流 を 必 要 とするから 誘 導 発 電 機 単 独 では 発 電 できず,また, 励 磁 電 流 は 遅 れ 電 流 であり, 電 源 から 遅 れ 電 流 をとるため 負 荷 や 系 統 に 対 して 遅 れ 無 効 電 力 を 供 給 することはできない.また, 系 統 並 列 時 に 過 渡 的 に 大 きな 突 入 電 流 が 流 れる. - 7 -
問 8 答 (1) 交 流 送 配 電 系 統 で 用 いられている 調 相 設 備 には, 電 力 用 コンデンサ, 分 路 リアクトル, 静 止 形 無 効 電 力 補 償 装 置, 同 期 調 相 機 があり,それぞれの 特 徴 は 次 のようである. (1) 電 力 用 コンデンサ( 進 相 コンデンサ) 電 力 系 統 から 進 相 無 効 電 力 をとるので, 重 負 荷 時 ( 遅 れ 無 効 電 力 大 )に 電 力 系 統 に 接 続 して, 電 源 の 遅 相 無 効 電 力 を 軽 減 させることにより 電 圧 を 改 善 する. (2) 分 路 リアクトル 深 夜 などの 軽 負 荷 時 に 線 路 の 静 電 容 量 や 需 要 家 に 設 置 された 電 力 用 コンデンサなどに よる 進 相 無 効 電 力 を 軽 減 させることにより 電 圧 を 改 善 する. (3) 同 期 調 相 機 無 負 荷 で 運 転 する 同 期 電 動 機 で, 界 磁 を 弱 める( 励 磁 電 流 を 低 減 する)とその 電 機 子 電 流 が 遅 れ 位 相 となり, 界 磁 を 強 める( 励 磁 電 流 を 増 加 する)と 電 機 子 電 流 が 進 み 位 相 となることを 利 用 した 調 相 設 備 である. 界 磁 調 整 によって,1 台 で 系 統 から 遅 相 および 進 相 無 効 電 力 をとることができるうえ, 連 続 的 な 調 整 ができるが, 高 価 なうえ, 回 転 機 で あるので 保 守 が 面 倒 といった 欠 点 がある. - 8 -
問 9 答 (5) 配 電 用 変 電 所 の 主 要 変 圧 器 の 二 次 側 は 一 般 に 6.6 kv 高 圧 母 線 に 接 続 されており, 各 配 電 線 は 遮 断 器 を 通 してこの 高 圧 母 線 に 接 続 されている. このため, 主 要 変 圧 器 の 二 次 側 を 遮 断 させる 過 電 流 継 電 器 (OCR)の 動 作 時 限 は, 各 配 電 線 を 遮 断 させる 過 電 流 継 電 器 の 動 作 時 限 より 長 く 設 定 されねばならないので(5)の 記 述 が 誤 りである. 一 般 に 継 電 器 を 用 いて 保 護 を 行 う 場 合, 継 電 器 の 動 作 時 限 は 末 端 部 をもっとも 短 くし, 末 端 部 から 電 源 側 ( 上 位 側 )へ 向 かうにつれその 動 作 時 限 を 長 くし, 事 故 遮 断 による 停 電 範 囲 をできるだけ 小 さくすることが 行 われている.これを 保 護 強 調 という. - 9 -
問 10 答 (3) RI cos XI sin V 電 圧 降 下 3 RX, : 線 路 の 電 線 1 条 当 たりの 抵 抗 及 びリアクタンス I : 線 路 電 流 A 各 区 間 の 電 線 の 抵 抗 は, したがって, = 3RI Vで 表 される. AB 区 間 は, AB 3 0. 27 50 13. 5 3 BC 区 間 は, 30. 1520 3 3V R AB 区 間 : R 03. 09. 027. BC 区 間 : 03. 05. 015. AB 力 率 cos =1であるから,sin =0であり,リアクタンスの 降 下 はない. BC 全 線 路 の 電 圧 降 下 は, 13. 5 3 3 3 16. 5 3 28. 6 V V 900m 500m 電 源 A B C 30A 20A BC - 10 -
問 11 答 (2) ジャンパは 図 のように, 耐 張 鉄 塔 で 電 線 を 引 留 める 引 留 クランプ 間 を 接 続 させる 電 線 - 11 -
問 12 答 (3) ネットワークプロテクタは,プロテクタヒューズ, プロテクタ 遮 断 器,ネットワークリレーなど で 構 成 され, 配 電 線 の 1 回 線 が 事 故 などにより 停 止 すると,ネットワーク 母 線 側 から 停 止 回 線 側 に 電 流 が 流 れるので,これを 検 出 してプロテクタ 遮 断 器 が 開 路 して, 停 止 回 線 例 の 回 路 を 開 放 する.また, 停 止 回 線 が 復 旧 して,ネットワーク 変 圧 器 が 充 電 されるとこれを 検 出 して 自 動 的 にプロテクタ 遮 断 器 を 閉 路 する. - 12 -
問 13 答 (4) OFケーブルは, 大 気 圧 以 上 の 圧 力 をもった 粘 度 の 低 い 鉱 油 を 用 いてボイド( 気 泡 )の 発 生 を 防 ぎ, 絶 縁 耐 力 の 強 化 を 図 ったもので, 導 体 の 許 容 温 度 が80[ ]で 許 容 電 流 も 大 きく, 漏 油 した 場 合 でも 警 装 装 置 により 絶 縁 破 壊 する 前 に 発 見, 処 置 できるなど 信 頼 性 も 高 いが, 給 油 設 備 などが 必 要 である. CVケーブル ( 架 橋 ポリエチレンケーブル)の 特 徴 は, 1 軽 く 作 業 性 が 良 く, 絶 縁 性 能 性 も 良 い. 2 絶 縁 物 比 誘 電 率 が 小 さく, 誘 電 体 損 失 や 充 電 電 流 が 小 さい. 3 導 体 の 許 容 温 度 が 最 も 高 く(90[ ]), 許 容 電 流 が 大 きい. 4 対 薬 品 性, 耐 水 性 が 良 好 5 給 油 装 置 などの 付 属 設 備 が 不 要 である. 6 高 低 差 の 大 きいところでも 使 用 できる. 7 水 トリー 現 象 が 見 られる. - 13 -
問 14 答 (3) 液 体 絶 縁 材 料 ( 絶 縁 油 等 )には 比 熱, 熱 伝 導 度 の 大 きいものが 適 している.これらが 小 さいと 熱 が 伝 わりにくく 過 熱 による 絶 縁 劣 化 が 生 じやすい.この 他 に 引 火 点 が 高 く, 凝 固 点 が 低 いことが 要 求 される. - 14 -
問 15 答 (a)=(4) (b)=(2) (a) 9.8Q 揚 水 電 力 Pm = H+H kw m 0 p m から, 3 Pm p m 150 10 0. 85 0. 98 3 揚 水 量 Q 50 / m= = 9.8. m s H+H 987505005 0 (b) 揚 水 量 = 使 用 水 量 をQとすると 0 kw 9.8 kw 9.8QH+H 揚 水 電 力 P = 発 電 電 力 P = Q H -H 発 電 電 力 P 揚 水 電 力 P m G 0 t G p m H -H 200 5 = p m t G= 085. 098. 085. 098. 06666. 667. 200 5 % H +H G 0 m 0-15 -
問 16 答 (a)=(4) (b)=(4) (a) 発 電 電 力 量 W=6000 0.6 50 24=4320000[kWh] (b) 3600W 4320000 3600 発 電 端 熱 効 率 = = 02945. 29.5 % 燃 料 消 費 量 B 発 熱 量 H 3 1200 10 44000 3 B 1200 10 1kWh の 発 電 に 必 要 な 重 油 消 費 量 = = 02778. kg/kwh W 4320000 二 酸 化 炭 素 の 発 生 量 Xは,C+O 2 =CO 2 より C=12,O=16から, CO 2 =12+32=44 発 生 するので,12:44=0.2778:X X=0.2778 44/12 1.02[kg/kWh] - 16 -
問 17 答 (a)=(3) (b)=(5) (a) 変 圧 器 1 台 の 分 担 電 力 P 1 =180/3=60[kW] 60 / 0. 8 変 圧 器 高 圧 側 電 流 I1 20. 6A 63. / 3 (b) 電 圧 降 下 3 RI cos XI sin 線 路 のXは 無 視 するから, P RP V 3RI cos 3R cos から, R 3V cos V P 線 路 損 失 P 2 P V P 3I R 3 2 3V cos P V cos = W 200 0. 8 3 180 10 10 2 14062 14 2 kw - 17 -