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2017年度 電力

電力 問17(a)

特別高圧三相3線式専用1回線で 6000 kW (遅れ力率 90%) の負荷Aと 3000 kW (遅れ力率 95%) の負荷Bに受電している需要家がある。
次の(a)及び(b)の問に答えよ。

需要家全体の合成力率を 100% にするために必要な力率改善用コンデンサの総容量の値 [kvar] として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

分野: 系統・保護 論点: 力率

2017年度 電力

電力 問17(b)

特別高圧三相3線式専用1回線で 6000 kW (遅れ力率 90%) の負荷Aと 3000 kW (遅れ力率 95%) の負荷Bに受電している需要家がある。
次の(a)及び(b)の問に答えよ。

力率改善用コンデンサの投入・開放による電圧変動を一定値に抑えるために力率改善用コンデンサを分割して設置・運用する。下図のように分割設置する力率改善用コンデンサのうちの1台 (C1) は容量が 1000 kvar である。C1 を投入したとき、投入前後の需要家端 D の電圧変動率が 0.8% であった。需要家端 D から電源側を見たパーセントインピーダンスの値 [%] (10 MV・A ベース) として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし、線路インピーダンス X はリアクタンスのみとする。また、需要家構内の線路インピーダンスは無視する。

分野: 系統・保護 論点: 力率

2017年度 機械

機械 問1

界磁に永久磁石を用いた小形直流電動機があり、電源電圧は定格の12V,回転を始める前の静止状態における始動電流は4A, 定格回転数における定格電流は1Aである。定格運転時の効率の値[%]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、ブラシの接触による電圧降下及び電機子反作用は無視できるものとし、損失は電機子巻線による銅損しか存在しないものとする。

分野: 直流機 論点: 直流機

2017年度 機械

機械 問2

界磁に永久磁石を用いた磁束一定の直流機で走行する車があり、上り坂で電動機運転を、下り坂では常に回生制動(直流機が発電機としてブレーキをかける運転)を行い、一定の速度(直流機が一定の回転速度)を保って走行している。
この車の駆動システムでは、直流機の電機子銅損以外の損失は小さく無視できる。電源の正極側電流,直流機内の誘導起電力など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。

分野: 直流機 論点: 直流機

2017年度 機械

機械 問3

次の文章は、誘導機に関する記述である。
誘導機の二次入力は (ア) とも呼ばれ、トルクに比例する。二次入力における機械出力と二次銅損の比は、誘導機の滑りをsとして (イ) の関係にある。この関係を用いると、二次銅損は常に正であることから、sが-1から0の間の値をとるとき機械出力は (ウ) となり、誘導機は (エ) として運転される。
上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 誘導機 論点: 誘導機

2017年度 機械

機械 問4

次の文章は、三相同期発電機の並行運転に関する記述である。
既に同期発電機Aが母線に接続されて運転しているとき、同じ母線に同期発電機Bを並列に接続するために必要な条件又は操作として、誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 同期機 論点: 同期機

2017年度 機械

機械 問5

定格出力10 MV・A,定格電圧6.6kV,百分率同期インピーダンス80%の三相同期発電機がある。三相短絡電流 700Aを流すのに必要な界磁電流が50Aである場合、この発電機の定格電圧に等しい無負荷端子電圧を発生させるのに必要な界磁電流の値[A]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、百分率同期インピーダンスの抵抗分は無視できるものとする。

分野: 同期機 論点: 同期機論点: 短絡

2017年度 機械

機械 問6

次の文章は、一般的な電気機器(変圧器,直流機,誘導機,同期機)の共通点に関する記述である。
a (ア) と (イ) は、磁束の大きさ一定,電源電圧(交流機では周波数も)一定のとき回転速度の変化でトルクが変化する。
b 一次巻線に負荷電流と励磁電流を重畳して流す (ウ) と (エ) は、特性計算に用いる等価回路がよく似ている。
c 負荷電流が電機子巻線を流れる (ア) と (オ) は、界磁磁束と電機子反作用磁束のベクトル和の磁束に比例する誘導起電力が発生する。
上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 直流機 論点: 直流機

2017年度 機械

機械 問7

図1~3は、同じ定格の単相変圧器3台を用いた三相の変圧器であり、図4は、同じ定格の単相変圧器2台を用いたV結線三相変圧器である。各図の一次側電圧に対する二次側電圧の位相変位(角変位)の値 [rad]の組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、各図において一次電圧の相順はU, V, Wとする。

分野: 変圧器 論点: 変圧器

2017年度 機械

機械 問8

定格容量50kV・Aの単相変圧器において、力率1の負荷で全負荷運転したときに、銅損が1000W, 鉄損が250Wとなった。力率1を維持したまま負荷を調整し、最大効率となる条件で運転した。銅損と鉄損以外の損失は無視できるものとし、この最大効率となる条件での効率の値[%]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 変圧器 論点: 変圧器論点: 力率

2017年度 機械

機械 問9

次の文章は、電力用コンデンサに関する記述である。
電力用コンデンサには、進相コンデンサ、調相コンデンサ及び直列コンデンサがあり、さらにフィルタ用コンデンサやサージ吸収用コンデンサなどを含めることがある。電力用コンデンサは、一般的に複数枚の薄葉誘電体を金属はく電極とともに巻き込み、リード線を引き出した単位コンデンサの集合で構成し、容器などに収納したものである。また、電極として蒸着金属が用いられることがある。
誘電体には、広い面積にわたり厚さが均一であること、適当な機械的強度を有すること、誘電率が (ア) その温度変化が少ないこと、誘電正接が (イ) 、絶縁抵抗及び絶縁耐力が (ウ) こと、耐熱性に優れ長期安定性に優れていることなどが求められる。
電力用コンデンサの (エ) 点検としては、油漏れ、発錆、がいしの汚損, 容器の変形、端子部の過熱及び機器の異常過熱などの有無について確認を行う。
また、数年ごとあるいは異常発生時に行う (オ) 点検として、 (エ) 点検項目のほかにコンデンサの静電容量・損失の測定、端子一外箱間の絶縁抵抗測定,耐電圧試験などを実施する。
上記の記述中の空白箇所 (ア), (イ), (ウ), (エ)及び(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 電熱・照明・電気化学 論点: 電熱・照明論点: 単位判定

2017年度 機械

機械 問10

電力変換装置では、各種のパワー半導体デバイスが使用されている。パワー半導体デバイスの定常的な動作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。

分野: パワーエレクトロニクス 論点: パワーエレクトロニクス

2017年度 機械

機械 問11

図1は、平滑コンデンサをもつ単相ダイオードブリッジ整流器の基本回路である。なお、この回路のままでは電流波形に高調波が多く含まれるので、実用化に当たっては注意が必要である。
図1の基本回路において、一定の角周波数の交流電源電圧を \(v_s\)、電源電流を \(i_1\)、図中のダイオードの電流を \(i_2, i_3, i_4, i_5\) とする。平滑コンデンサの静電容量は、負荷抵抗の値とで決まる時定数が電源の1周期に対して十分に大きくなるように選ばれている。図2は交流電源電圧 \(v_s\) に対する各部の電流波形の候補を示している。図1の電流 \(i_1, i_2, i_3, i_4, i_5\) の波形として正しい組合せを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 機械総合 論点: 電気機器

2017年度 機械

機械 問12

次の文章は、送風機など電動機の負荷の定常特性に関する記述である。
電動機の負荷となる機器では、損失などを無視し、電動機の回転数と機器において制御対象となる速度が比例するとすると、速度に対するトルクの代表的な特性が以下に示すように二つある。
一つは、エレベータなどの鉛直方向の移動体で速度に対して (ア) トルク、もう一つは、空気や水などの流体の搬送で速度に対して (イ) トルクとなる特性である。
後者の流量制御の代表的な例は送風機であり、通常はダンパなどを設けて圧損を変化させて流量を制御するのに対し、ダンパなどを設けずに電動機で速度制御することでも流量制御が可能である。このとき、風量は速度に対して (ウ) して変化し、電動機に必要な電力は速度に対して (エ) して変化する特性が得られる。したがって、必要流量に絞って運転する機会の多いシステムでは、電動機で速度制御することで大きな省エネルギー効果が得られる。
上記の記述中の空白箇所(ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 電動機制御 論点: 電動機制御

2017年度 機械

機械 問13

誘導加熱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。

分野: 電熱・照明・電気化学 論点: 電熱・照明

2017年度 機械

機械 問14

二つのビットパターン 1011と0101のビットごとの論理演算を行う。排他的論理和(ExOR)は (ア) であり、否定論理和(NOR)は (イ) である。0101 と (ア) との論理和 (OR)は (ウ) であり、 (ウ) と (イ) との排他的論理和 (ExOR)の結果を2進数と考え、その数値を16進数で表すと (エ) である。
上記の記述中の空白箇所 (ア), (イ), (ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 論理回路・情報 論点: 論理回路

2017年度 機械

機械 問15(a)

定格出力15kW,定格電圧400V,定格周波数60Hz, 極数4の三相誘導電動機がある。この誘導電動機が定格電圧、定格周波数で運転されているとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

軸出力が15kW, 効率と力率がそれぞれ90%で運転されているときの一次電流の値[A]として、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 誘導機 論点: 誘導機論点: 力率

2017年度 機械

機械 問15(b)

定格出力15kW,定格電圧400V,定格周波数60Hz, 極数4の三相誘導電動機がある。この誘導電動機が定格電圧、定格周波数で運転されているとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

この誘導電動機が巻線形であり、全負荷時の回転速度が1746 min⁻¹であるものとする。二次回路の各相に抵抗を追加して挿入したところ、全負荷時の回転速度が1455 min⁻¹となった。ただし、負荷トルクは回転速度によらず一定とする。挿入した抵抗の値は元の二次回路の抵抗の値の何倍であるか。最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: 誘導機 論点: 誘導機論点: 力率

2017年度 機械

機械 問16(a)

図1に示す単相交流電力調整回路が制御遅れ角 [rad] で運転しているときの動作を考える。
正弦波の交流電源電圧は \(v_{S}\), 負荷は純抵抗負荷又は誘導性負荷であり、負荷電圧を\(v_{L},\) 負荷電流を \(i_{L}\) とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

図2の波形1~3のうち、純抵抗負荷の場合と誘導性負荷の場合とで発生する波形の組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: パワーエレクトロニクス 論点: パワーエレクトロニクス

2017年度 機械

機械 問16(b)

図1に示す単相交流電力調整回路が制御遅れ角 [rad] で運転しているときの動作を考える。
正弦波の交流電源電圧は \(v_{S}\), 負荷は純抵抗負荷又は誘導性負荷であり、負荷電圧を\(v_{L},\) 負荷電流を \(i_{L}\) とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

交流電源電圧 \(v_{s}\) の実効値を \(V_{S}\) として、純抵抗負荷の場合の負荷電圧の実効値 \(V_{L}\) は、制御遅れ角を\(\alpha\) [rad]として、
\[ V_{L}=V_{S}\sqrt{1-\dfrac{\alpha}{\pi}+\dfrac{\sin 2\alpha}{2\pi}} \]
で表される。制御遅れ角を \(\alpha_{1}=\frac{\pi}{2}\) [rad]から \(\alpha_{2}=\frac{\pi}{4}\) [rad]に変えたときに、負荷の抵抗で消費される交流電力は何倍となるか、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

分野: パワーエレクトロニクス 論点: パワーエレクトロニクス