平成22年度 第2種 電力

蒸気タービンを用いた汽力発電所（コンバインドサイクル発電所を除く）の蒸気サイクルは (1) （イ）湿り度 （ロ）入口圧力 （ハ）抽気 （ニ）カルノーサイクル （ホ）ブレイトンサイクル （ヘ）再熱蒸気 （ト）出口圧力 （チ）過熱度 （リ）乾き度 （ヌ）冷却水 （ル）出口温度 （ヲ）給水 （ワ）ランキンサイクル （カ）排気 （ヨ）脱気 が基本であるが，その熱効率を向上させるために再熱サイクルや再生サイクルが採用される。

a. 再熱サイクル

(1) の熱効率は，入口温度が一定の場合，蒸気タービンの (2) （イ）湿り度 （ロ）入口圧力 （ハ）抽気 （ニ）カルノーサイクル （ホ）ブレイトンサイクル （ヘ）再熱蒸気 （ト）出口圧力 （チ）過熱度 （リ）乾き度 （ヌ）冷却水 （ル）出口温度 （ヲ）給水 （ワ）ランキンサイクル （カ）排気 （ヨ）脱気 を高めることによって改善されるが，これに伴って排気蒸気の (3) （イ）湿り度 （ロ）入口圧力 （ハ）抽気 （ニ）カルノーサイクル （ホ）ブレイトンサイクル （ヘ）再熱蒸気 （ト）出口圧力 （チ）過熱度 （リ）乾き度 （ヌ）冷却水 （ル）出口温度 （ヲ）給水 （ワ）ランキンサイクル （カ）排気 （ヨ）脱気 が増加する。(3) の増加はタービンに悪影響を与えるため，タービン内で膨張した蒸気を再びボイラへ送って再加熱して再度タービンに送り，最終圧力まで膨張させるサイクルを再熱サイクルという。

b. 再生サイクル

(1) では，復水器で捨てる熱量がボイラでの供給熱量に対して大きい割合を占める。この熱量を軽減して熱効率を高めるため，蒸気タービン内で膨張している途中の蒸気の一部を (4) （イ）湿り度 （ロ）入口圧力 （ハ）抽気 （ニ）カルノーサイクル （ホ）ブレイトンサイクル （ヘ）再熱蒸気 （ト）出口圧力 （チ）過熱度 （リ）乾き度 （ヌ）冷却水 （ル）出口温度 （ヲ）給水 （ワ）ランキンサイクル （カ）排気 （ヨ）脱気 し，その蒸気が持つ顕熱や蒸発潜熱の放出によって (5) （イ）湿り度 （ロ）入口圧力 （ハ）抽気 （ニ）カルノーサイクル （ホ）ブレイトンサイクル （ヘ）再熱蒸気 （ト）出口圧力 （チ）過熱度 （リ）乾き度 （ヌ）冷却水 （ル）出口温度 （ヲ）給水 （ワ）ランキンサイクル （カ）排気 （ヨ）脱気 を加熱する過程を取り入れたサイクルを再生サイクルという。これによりタービンが直接行う仕事は減少するが，復水器で捨てる熱量も減少し，全体として熱効率が向上する。

変圧器騒音の発生原因の主なものとして次のようなものがある。

1. 鉄心の (1) （イ）50 [%] （ロ）電磁力 （ハ）慣性力 （ニ）30 [%] （ホ）熱ひずみ （ヘ）ローレンツ力 （ト）直接冷却 （チ）静電力 （リ）磁気ひずみ （ヌ）自然冷却 （ル）強制冷却 （ヲ）応力ひずみ （ワ）クーロン力 （カ）10 [%] （ヨ）磁気吸引力 による振動
2. 鉄心のつなぎ目及び成層間に働く (2) （イ）50 [%] （ロ）電磁力 （ハ）慣性力 （ニ）30 [%] （ホ）熱ひずみ （ヘ）ローレンツ力 （ト）直接冷却 （チ）静電力 （リ）磁気ひずみ （ヌ）自然冷却 （ル）強制冷却 （ヲ）応力ひずみ （ワ）クーロン力 （カ）10 [%] （ヨ）磁気吸引力 による振動
3. 巻線導体間又は巻線間に働く (3) （イ）50 [%] （ロ）電磁力 （ハ）慣性力 （ニ）30 [%] （ホ）熱ひずみ （ヘ）ローレンツ力 （ト）直接冷却 （チ）静電力 （リ）磁気ひずみ （ヌ）自然冷却 （ル）強制冷却 （ヲ）応力ひずみ （ワ）クーロン力 （カ）10 [%] （ヨ）磁気吸引力 による振動
4. (4) （イ）50 [%] （ロ）電磁力 （ハ）慣性力 （ニ）30 [%] （ホ）熱ひずみ （ヘ）ローレンツ力 （ト）直接冷却 （チ）静電力 （リ）磁気ひずみ （ヌ）自然冷却 （ル）強制冷却 （ヲ）応力ひずみ （ワ）クーロン力 （カ）10 [%] （ヨ）磁気吸引力 の場合，ポンプ，ファンなどの補機が発生する振動

これらの原因のうち，鉄心の (1) による振動が変圧器の振動発生の主な原因と考えられている。鉄心から発生する騒音を低減するためには，(1) を小さくし，経時変化の少ない材料を使用したり，鉄心の磁束密度の値を下げたりする方法が考えられる。磁束密度の低減は，変圧器の大きさ，重量などに影響を与えるため，通常の設計値に比べ，大容量器では磁束密度の低減は (5) （イ）50 [%] （ロ）電磁力 （ハ）慣性力 （ニ）30 [%] （ホ）熱ひずみ （ヘ）ローレンツ力 （ト）直接冷却 （チ）静電力 （リ）磁気ひずみ （ヌ）自然冷却 （ル）強制冷却 （ヲ）応力ひずみ （ワ）クーロン力 （カ）10 [%] （ヨ）磁気吸引力 程度，中容量器では 20 [%] 程度が限度であり，それ以上は鉄板やコンクリート製の防音壁で変圧器本体の周囲を覆い，騒音を低減する方法を併用する。

保護リレーシステムにおける最も重要な機能は，系統や設備に発生した故障を高速に除去することである。このために保護リレーには (1) （イ）電流差動リレー （ロ）距離リレー （ハ） （ニ）過渡現象判別 （ホ） （ヘ） （ト） （チ）電流変化判別 （リ） （ヌ） （ル） （ヲ）回線選択リレー （ワ）区間判別 （カ） （ヨ） や方向距離判別の基本検出機能を有することが重要となる。

上記の機能を実現するために保護リレーシステムでは，変流器と計器用変圧器とにより電流及び電圧要素を取り込み，故障の発生を検出している。リレー方式により使用する電流要素，電圧要素が異なっており，図の●にリレーが設置されているとき，距離リレー方式では (2) （イ）電流差動リレー （ロ）距離リレー （ハ） （ニ）過渡現象判別 （ホ） （ヘ） （ト） （チ）電流変化判別 （リ） （ヌ） （ル） （ヲ）回線選択リレー （ワ）区間判別 （カ） （ヨ） の演算式により，回線選択リレー方式では (3) （イ）電流差動リレー （ロ）距離リレー （ハ） （ニ）過渡現象判別 （ホ） （ヘ） （ト） （チ）電流変化判別 （リ） （ヌ） （ル） （ヲ）回線選択リレー （ワ）区間判別 （カ） （ヨ） の演算式により，電流差動リレー方式では (4) （イ）電流差動リレー （ロ）距離リレー （ハ） （ニ）過渡現象判別 （ホ） （ヘ） （ト） （チ）電流変化判別 （リ） （ヌ） （ル） （ヲ）回線選択リレー （ワ）区間判別 （カ） （ヨ） の演算式により短絡故障の発生を検出している。この3方式のリレーにおいて最も確実に (1) が行えるのは (5) （イ）電流差動リレー （ロ）距離リレー （ハ） （ニ）過渡現象判別 （ホ） （ヘ） （ト） （チ）電流変化判別 （リ） （ヌ） （ル） （ヲ）回線選択リレー （ワ）区間判別 （カ） （ヨ） 方式である。

準備中

プロペラ水車は (1) （イ）高落差・大容量 （ロ）カプラン水車 （ハ）半径方向 （ニ）軸方向 （ホ）騒音 （ヘ）フランシス水車 （ト）効率低下 （チ）反動水車 （リ）斜流水車 （ヌ）振動 （ル）ペルトン水車 （ヲ）低落差・大容量 （ワ）高落差・小容量 （カ）軸斜め方向 （ヨ）衝動水車 に属し，流水がランナの (2) （イ）高落差・大容量 （ロ）カプラン水車 （ハ）半径方向 （ニ）軸方向 （ホ）騒音 （ヘ）フランシス水車 （ト）効率低下 （チ）反動水車 （リ）斜流水車 （ヌ）振動 （ル）ペルトン水車 （ヲ）低落差・大容量 （ワ）高落差・小容量 （カ）軸斜め方向 （ヨ）衝動水車 に通過する水車である。そのランナ羽根には固定構造のものと可動構造のものがある。可動構造で縦軸形のものを (3) （イ）高落差・大容量 （ロ）カプラン水車 （ハ）半径方向 （ニ）軸方向 （ホ）騒音 （ヘ）フランシス水車 （ト）効率低下 （チ）反動水車 （リ）斜流水車 （ヌ）振動 （ル）ペルトン水車 （ヲ）低落差・大容量 （ワ）高落差・小容量 （カ）軸斜め方向 （ヨ）衝動水車 といい現在一般に広く採用されている。

(3) は比較的 (4) （イ）高落差・大容量 （ロ）カプラン水車 （ハ）半径方向 （ニ）軸方向 （ホ）騒音 （ヘ）フランシス水車 （ト）効率低下 （チ）反動水車 （リ）斜流水車 （ヌ）振動 （ル）ペルトン水車 （ヲ）低落差・大容量 （ワ）高落差・小容量 （カ）軸斜め方向 （ヨ）衝動水車 の水車に適し，主な特徴としては，次のとおりである。

1. 比速度を大きくとれるので，水車，発電機が小形になる。
2. 羽根の角度を自動的に変えるので，部分負荷での (5) （イ）高落差・大容量 （ロ）カプラン水車 （ハ）半径方向 （ニ）軸方向 （ホ）騒音 （ヘ）フランシス水車 （ト）効率低下 （チ）反動水車 （リ）斜流水車 （ヌ）振動 （ル）ペルトン水車 （ヲ）低落差・大容量 （ワ）高落差・小容量 （カ）軸斜め方向 （ヨ）衝動水車 が少ない。
3. 羽根を単独に取り外せるため，保守・点検が容易となる。
4. 羽根の間隔が広いので，流水に混入した異物による障害が少ない。

太陽光発電は，自然エネルギー源である太陽光のエネルギーを太陽電池によって電力に変換するものであり，化石燃料に代わるエネルギー源として期待されている。太陽光のエネルギー密度は，わが国の標準日射量で (1) （イ）パワーコンディショナ （ロ）35 [%] （ハ）開閉器 （ニ）1 [kW/m²] （ホ）周波数変動 （ヘ）3 [kW/m²] （ト）整流器 （チ）BTB (Back to Back) （リ）20 [%] （ヌ）避雷器 （ル）インバータ （ヲ）6 [kW/m²] （ワ）電圧変動 （カ）5 [%] （ヨ）系統安定度 とされ，これをシリコン等を原材料とする太陽電池で直流電力に変換する。なお，シリコンを原材料とする太陽電池セルの変換効率は，現状では最高 (2) （イ）パワーコンディショナ （ロ）35 [%] （ハ）開閉器 （ニ）1 [kW/m²] （ホ）周波数変動 （ヘ）3 [kW/m²] （ト）整流器 （チ）BTB (Back to Back) （リ）20 [%] （ヌ）避雷器 （ル）インバータ （ヲ）6 [kW/m²] （ワ）電圧変動 （カ）5 [%] （ヨ）系統安定度 程度である。小規模な太陽光発電システムは，太陽電池や配線，それらを支える架台などから攻勢される太陽電池アレイに加え，次のような装置が必要となる。

• 太陽電池アレイからの直流電力を利用に適した交流電力に変換する (3) （イ）パワーコンディショナ （ロ）35 [%] （ハ）開閉器 （ニ）1 [kW/m²] （ホ）周波数変動 （ヘ）3 [kW/m²] （ト）整流器 （チ）BTB (Back to Back) （リ）20 [%] （ヌ）避雷器 （ル）インバータ （ヲ）6 [kW/m²] （ワ）電圧変動 （カ）5 [%] （ヨ）系統安定度
• スイッチ機能，電力系統からの侵入サージのブロック，事故時の保護機能をもつ系統連系装置

上記の (3) と系統連系装置は通常一つにまとめられ，(4) （イ）パワーコンディショナ （ロ）35 [%] （ハ）開閉器 （ニ）1 [kW/m²] （ホ）周波数変動 （ヘ）3 [kW/m²] （ト）整流器 （チ）BTB (Back to Back) （リ）20 [%] （ヌ）避雷器 （ル）インバータ （ヲ）6 [kW/m²] （ワ）電圧変動 （カ）5 [%] （ヨ）系統安定度 と呼ばれている。太陽光発電は天候によりその出力が大きく変動するため，系統に接続する場合には注意が必要となる。特に容量の小さい配電系統への接続では，配電系統の (5) （イ）パワーコンディショナ （ロ）35 [%] （ハ）開閉器 （ニ）1 [kW/m²] （ホ）周波数変動 （ヘ）3 [kW/m²] （ト）整流器 （チ）BTB (Back to Back) （リ）20 [%] （ヌ）避雷器 （ル）インバータ （ヲ）6 [kW/m²] （ワ）電圧変動 （カ）5 [%] （ヨ）系統安定度 に注意を払う必要がある。

低圧屋内配線における保護の種類としては，主として過電流保護，地絡保護，過電圧保護の3種類がある。

過負荷電流，あるいは，(1) （イ）過負荷 （ロ）過渡電流 （ハ）過電流遮断 （ニ）離隔距離 （ホ）続流 （ヘ）コンデンサ （ト）雷サージ （チ）過電圧保護 （リ）絶縁復帰 （ヌ）橋絡 （ル）漏電遮断 （ヲ）電圧 （ワ）開閉サージ （カ）短絡電流 （ヨ）絶縁 を総称して過電流というが，この過電流による電線，電気機器の過熱燃焼及び火災事故を防止するためには，過電流遮断装置を施設することが必要である。

低圧屋内配線において，地絡とは，電路と大地間の (2) （イ）過負荷 （ロ）過渡電流 （ハ）過電流遮断 （ニ）離隔距離 （ホ）続流 （ヘ）コンデンサ （ト）雷サージ （チ）過電圧保護 （リ）絶縁復帰 （ヌ）橋絡 （ル）漏電遮断 （ヲ）電圧 （ワ）開閉サージ （カ）短絡電流 （ヨ）絶縁 が低下して，アークや導電性物質により (3) （イ）過負荷 （ロ）過渡電流 （ハ）過電流遮断 （ニ）離隔距離 （ホ）続流 （ヘ）コンデンサ （ト）雷サージ （チ）過電圧保護 （リ）絶縁復帰 （ヌ）橋絡 （ル）漏電遮断 （ヲ）電圧 （ワ）開閉サージ （カ）短絡電流 （ヨ）絶縁 することをいう。地絡による感電を防止する方法としては，二重絶縁，保護接地，(4) （イ）過負荷 （ロ）過渡電流 （ハ）過電流遮断 （ニ）離隔距離 （ホ）続流 （ヘ）コンデンサ （ト）雷サージ （チ）過電圧保護 （リ）絶縁復帰 （ヌ）橋絡 （ル）漏電遮断 （ヲ）電圧 （ワ）開閉サージ （カ）短絡電流 （ヨ）絶縁 等がある。これらにはそれぞれ特徴があるが，現行において最も有効な方法は (4) である。

過電圧には (5) （イ）過負荷 （ロ）過渡電流 （ハ）過電流遮断 （ニ）離隔距離 （ホ）続流 （ヘ）コンデンサ （ト）雷サージ （チ）過電圧保護 （リ）絶縁復帰 （ヌ）橋絡 （ル）漏電遮断 （ヲ）電圧 （ワ）開閉サージ （カ）短絡電流 （ヨ）絶縁 や共振現象などによって生じる過渡的異常電圧があるが，低圧屋内配線を対象にする場合，主に (5) による過電圧の保護を特に重要視する必要がある。