電験三種 電力 問題集

電験三種 電力の例題5問

無料50問の中から、大項目をまたいで5問を載せています。正解と解説まで見られます。

1. 例題 1原子力発電選択式配点 5

   原子力発電所における自然現象への備えに関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

   1. 1安全上重要な建物や機器は，地盤がやわらかいほど地震の揺れが伝わりにくくなることから，やわらかく堆積した地盤の上に設けることを基本とする。（正解）
   2. 2安全上重要な機器や配管は，地震のときに大きく揺れて壊れることのないよう，支持する構造物によって固定される。
   3. 3津波に対しては，防潮堤を設けるほか，重要な建物の扉を水が入らない構造のものにし，浸水の経路をふさぐ対策がとられる。
   4. 4すべての交流電源が失われる事態に備えて，可搬型の発電機やポンプを高い場所に分散して配備しておく対策がとられる。
   5. 5竜巻・火山灰・森林火災など，地震や津波以外の自然現象についても，想定した規模に対して安全の機能が保たれるように設計される。

   解説：自然現象への備えは，まず設計の前提となる地盤の選び方から始まる。安全上重要な建物や機器は，揺れが増幅しにくく沈下のおそれの小さい強固な岩盤に直接支持させる。機器や配管は支持構造物で固定して地震時の変位を抑える。津波に対しては，防潮堤で水位を抑えることと，扉や貫通部から水を入れないことの二段構えをとる。さらに，すべての交流電源が失われる事態に備えて可搬型の発電機やポンプを高所に分散して置き，地震・津波以外の自然現象についても想定規模を定めて備える。

2. 例題 2蓄電所・電力貯蔵選択式配点 5

   電池以外の方法による電力の貯蔵に関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

   1. 1はずみ車を用いる方式は，回転する円板の運動エネルギーとして電気を蓄えるもので，短い時間に大きな電力を出し入れするのに向いている。
   2. 2電気二重層キャパシタは，電極と電解液の境目に電荷を物理的にためるもので，化学反応を伴わないため充電と放電の繰り返しに強い。
   3. 3圧縮空気を用いる方式は，余った電気で空気を圧縮して岩盤の空洞などにため，取り出すときはその空気で水車を回して発電する。（正解）
   4. 4超電導コイルに電流を流し続け，磁界のエネルギーとして蓄える方式は，コイルでの損失がきわめて小さい代わりに，冷却のための設備を必要とする。
   5. 5どの方式を選ぶかは，出し入れできる電力の大きさ，蓄えておける時間の長さ，出し入れの効率，そして費用の兼ね合いで決まる。

   解説：電力の貯蔵には電池以外の方法もあり，それぞれ得意な領域が違う。はずみ車と電気二重層キャパシタは応答が速く，短い時間に大きな電力を出し入れするのに向くが，長い時間ためておくことはできない。圧縮空気を用いる方式は，余った電気で空気を圧縮して岩盤の空洞などにため，取り出すときは加熱して膨張させ，タービンを回して発電する。大きな容量を長い時間ためられるが，適した地形が要る。超電導コイルに電流を流し続けて磁界のエネルギーとして蓄える方式は損失がきわめて小さい一方，冷却の設備が欠かせない。実際の選定は，出力の大きさ，蓄えておける時間，効率，費用の兼ね合いで決まる。

3. 例題 3電気材料選択式配点 5

   変圧器の絶縁油の酸化による劣化とその管理に関する記述として，誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

   1. 1絶縁油は，運転中に混入する酸素と熱の作用によって酸化が進み，酸性の生成物やスラッジを生じるようになる。
   2. 2酸化の進み具合は，油に含まれる酸性の生成物の量を表す全酸価を測ることによって数値として把握できる。
   3. 3生じたスラッジが巻線や冷却の通路に付着すると，熱の伝わりが妨げられ，同じ負荷でも巻線の温度が高くなる。
   4. 4絶縁油の酸化は，銅など金属との接触や水分の存在によって遅くなるので，油中の水分は多いほど望ましい。（正解）
   5. 5変圧器のコンサベータに窒素を封入したり隔膜を設けたりして，油が空気に触れないようにすることは酸化を抑える対策となる。

   解説：絶縁油の劣化は，酸素と熱による酸化が主な機構である。酸化が進むと酸性の生成物とスラッジが生じ，スラッジは冷却の通路をふさいで温度を上げ，温度が上がるとさらに酸化が速まるという悪循環になる。銅などの金属や水分は酸化を促す方向に働くので，油を空気から隔て，水分を持ち込まないことが管理の基本になる。劣化の進み具合は全酸価などの測定で把握し，規定の値を超えたら油の交換や再生を行う。

4. 例題 4水力発電選択式配点 5

   ただし，ゲートの下端は河床にあり，ゲートは上流側でも下流側でも水面から河床まで水に接しているものとする。また，水の密度は 1 000 kg/m3，重力加速度は 9.8 m/s2 とする。

   取水ダムに，幅 5.0 m の鉛直な平面ゲートが設けられている。ゲートの上流側の水深が 6.0 m，下流側の水深が 2.0 m であるとき，ゲートが受ける水平方向の力の大きさ [kN] の値として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

   1. 1392
   2. 2784（正解）
   3. 3882
   4. 4980
   5. 51 176

   解説：静止した水が鉛直な面を押す力は，深さに比例して増える圧力を面全体で足し合わせたものになる。水面から河床まで水に接している幅 B の鉛直面では，圧力の分布が三角形になるので，力の大きさは水の密度と重力加速度と幅の積に，水深の 2 乗を掛けて 2 で割ったものとなる。ゲートは上流側と下流側の両方から押されるので，実際にゲートが受ける力はその差である。上流側は水深 6.0 m で 882 kN，下流側は水深 2.0 m で 98 kN，差し引き 784 kN となる。下流側にも水があるときにその分を忘れると力を大きく見積もることになり，逆に和にしてしまうと向きを取り違えたことになる。

5. 例題 5送電選択式配点 5

   ただし，雷撃を受けた鉄塔の脚の接地抵抗は 10 Ω であり，鉄塔そのもののインダクタンスによる電圧は無視できるものとする。

   架空送電線路の鉄塔に，波高値 40 kA の雷撃電流が流入した。この電流のうち 25 % は架空地線を通って隣の鉄塔の側へ分かれて流れ，残りが雷撃を受けた鉄塔の脚から大地へ流れるものとする。 このとき，雷撃を受けた鉄塔の電位の上昇[kV]の値として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

   1. 1100
   2. 2133
   3. 3300（正解）
   4. 4400
   5. 5533

   解説：鉄塔に雷が落ちると，流入した電流は鉄塔の脚から大地へ抜ける分と，架空地線を伝わって隣の鉄塔へ分かれる分とに分かれる。鉄塔の電位の上昇を考えるときに使うのは，そのうち自分の脚から大地へ流れる分だけである。分かれる割合が与えられているとき，掛けるのはその割合そのものではなく，残りの割合であることに注意する。電位の上昇は，この電流と脚の接地抵抗との積で求まる。実際には鉄塔のインダクタンスによる電圧も加わるが，本問では無視するものとした。

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