変圧器の等価回路と%Z・始動方式の選定・照明計算・COP
変圧器の等価回路定数を求める試験に関する記述として、適当なものはどれか。
解答正解 3
無負荷試験は「二次開放・定格電圧」で励磁回路（鉄損と励磁アドミタンス）を、短絡試験は「二次短絡・低電圧」で直列回路（巻線抵抗と漏れリアクタンス、負荷損）を求める試験である。接続条件と印加電圧の組合せが入れ替わった選択肢が典型的な誤りで、無負荷試験の入力電力＝無負荷損（鉄損）、短絡試験の入力電力＝負荷損（銅損）という対応も併せて押さえる。百分率インピーダンスはインピーダンス電圧を定格電圧で除した値であり、電圧変動率や短絡電流の計算の出発点となる。
公称電圧6.6kVの高圧系統において、受電点から電源側をみた合成百分率インピーダンスが、基準容量10MV·Aに換算して8％であった。この受電点における三相短絡電流として、適当なものはどれか。ただし、負荷電流は考慮しないものとする。
解答正解 3
まず短絡容量を求めると、基準容量を％インピーダンスで除して10÷0.08＝125MV·Aとなる。次に三相回路の電流式I＝P／(√3·V)を用い、125×10⁶÷(√3×6600)≒1.09×10⁴A＝約10.9kAを得る。基準容量の定格電流（約875A）を％インピーダンスで除しても同じ値になる。√3を落としたり3で除したりする桁・係数の誤りが最も起こりやすい。
変圧器の百分率抵抗降下が1.5％、百分率リアクタンス降下が4.0％である。この変圧器を力率0.8（遅れ）で全負荷運転したときの電圧変動率として、適当なものはどれか。ただし、二次近似項は無視するものとする。
解答正解 1
電圧変動率はε≒p·cosθ＋q·sinθで表される。p＝1.5％、q＝4.0％、cosθ＝0.8、sinθ＝0.6を代入すると、1.5×0.8＋4.0×0.6＝1.2＋2.4＝3.6％となる。pにsinθ、qにcosθを掛ける取り違えをすると4.1％となるので、抵抗分には力率（cosθ）、リアクタンス分には無効率（sinθ）が対応することを確実に覚える。なお進み力率ではsinθが負となり、電圧変動率は小さく、場合により負になる。
定格容量100kV·Aで自己容量基準の百分率インピーダンスが4％の変圧器Aと、定格容量200kV·Aで自己容量基準の百分率インピーダンスが5％の変圧器Bを並行運転する。極性、変圧比及び角変位はいずれも等しいものとする。合計負荷が260kV·Aのとき、変圧器Aの分担負荷として適当なものはどれか。
解答正解 2
並行運転する変圧器の負荷分担は、共通の基準容量に換算した％インピーダンスの逆比、すなわち「定格容量／自己容量基準％インピーダンス」の比になる。Aは100／4＝25、Bは200／5＝40で分担比は25：40＝5：8、合計13に対し260kV·Aだから1あたり20kV·Aとなり、Aは100kV·A、Bは160kV·Aを分担する。Aは定格容量ちょうどで、Bにはまだ余裕があるため、この組合せでは合計300kV·Aまで使えず260kV·Aが上限となる点が実務上の要点である。容量比だけで按分する誤りに注意する。
変圧器の励磁突入電流に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
励磁突入電流は鉄心の飽和によって生じるひずみ波で、第2調波成分を多く含むことが特徴である。このため変圧器の比率差動継電器には第2調波抑制（第2調波成分が一定割合を超えると動作をロックする）機能を設け、内部故障との識別を行う。第3調波はΔ結線内を循環する励磁電流成分の説明で問われる量であり、ここで取り違えやすい。投入位相と残留磁束に依存すること、直流分を含んで徐々に減衰すること、大容量ほど減衰時定数が長いことは正しい記述である。
定格周波数60Hz、4極の三相誘導電動機が、回転速度1710min⁻¹で運転されている。このときの二次入力が20kWであるとき、二次銅損として適当なものはどれか。
解答正解 2
同期速度はNs＝120f／p＝120×60／4＝1800min⁻¹であり、すべりはs＝(1800－1710)／1800＝0.05となる。二次入力P₂、二次銅損Pc₂、機械的出力Pmの間にはP₂：Pc₂：Pm＝1：s：(1－s)の関係があるから、Pc₂＝0.05×20＝1.00kW、Pm＝19.0kWである。極数と周波数から同期速度を出す第1段、すべりを出す第2段、比例配分の第3段という手順を崩さないこと。機械的出力19.0kWと取り違えないよう注意する。
巻線形三相誘導電動機があり、二次巻線1相当たりの抵抗は0.1Ωで、最大トルクを生じるすべりは0.2である。始動時（すべり1.0）に最大トルクを発生させるために、二次回路の1相当たりに挿入すべき外部抵抗として適当なものはどれか。
解答正解 3
巻線形誘導電動機のトルクは、二次抵抗とすべりの比r₂／sが一定であれば同じ値となる（比例推移）。最大トルクを生じる条件はr₂／s＝0.1／0.2＝0.5であり、始動時にs＝1.0で最大トルクを得るには二次回路の全抵抗を0.5Ωにすればよい。外部抵抗はここから二次巻線自身の抵抗を差し引いた0.5－0.1＝0.4Ωとなる。全抵抗0.5Ωをそのまま答えとする（巻線抵抗を引き忘れる）誤りが最も多い。なお最大トルクの大きさ自体は二次抵抗を変えても変わらない。
三相かご形誘導電動機の始動方式に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
始動補償器は単巻変圧器で降圧するため、電動機に流れる電流はタップ電圧比に比例して1/2になるが、変圧器の変流作用によって電源側の電流はさらに1/2となり、合わせて全電圧始動時の1/4に低減される。これに対しリアクトル始動は電源側と電動機側の電流が同じなので低減比は1/2にとどまる。始動トルクはいずれも端子電圧の2乗に比例するため1/4で等しく、「同じ始動トルクなら始動補償器の方が電源側電流が小さい」ことが選定上の判断根拠になる。
汎用インバータによる三相かご形誘導電動機の可変速運転に関する次の記述において、（ア）〜（エ）に当てはまる語句の組合せとして、適当なものはどれか。 「基底周波数以下の領域では、出力電圧と周波数の比を一定に保つ制御を行う。これにより磁束がほぼ一定に保たれ、この領域は（ア）特性となる。基底周波数を超えて周波数を高くする領域では、出力電圧は（イ）に保たれるため磁束は減少し、発生できるトルクは周波数にほぼ（ウ）して低下する。この領域は（エ）特性となる。」
解答正解 2
V/fを一定に保つと磁束が一定に保たれ、発生トルクが速度によらずほぼ一定となるため、基底周波数以下は定トルク領域となる。基底周波数を超えると出力電圧を電源電圧以上に上げられず一定となるので、磁束は周波数に反比例して弱まり、発生できるトルクも周波数にほぼ反比例して低下する。トルク×回転速度が出力だから、この領域は定出力領域となる。定トルク領域と定出力領域を逆に覚える誤りが多く、「電圧が頭打ちになった先が定出力」と押さえるとよい。
同期発電機の自己励磁現象に関する記述として、適当なものはどれか。
解答正解 4
自己励磁現象は、無負荷の長距離送電線やケーブル系統など容量性の回路を充電する際、進み電流が電機子反作用の増磁作用として働き、鉄心の残留磁気を起点に電圧が自己増殖的に上昇する現象である。防止には短絡比の大きい（同期インピーダンスの小さい）発電機を用いる、複数台を並列運転して合計容量を線路の充電容量より大きくする、分路リアクトルを接続するなどの対策をとる。遅れ電流は減磁作用であり、力率の向き（進み＝増磁、遅れ＝減磁）を取り違えないことが要点である。
同期電動機の特性及び運転に関する記述として、適当なものはどれか。
解答正解 1
V曲線は界磁電流に対する電機子電流の変化を示す曲線で、無効分が零となる点で電機子電流が最小となり、そのときの力率は1である。界磁電流を定格より増やす過励磁では進み電流、減らす不足励磁では遅れ電流となり、この性質を利用したのが同期調相機である。乱調を抑える磁極面の巻線は制動巻線であり、直流機の電機子反作用対策である補償巻線と混同しやすい。また同期電動機は負荷が変化しても回転速度は同期速度のままで、変化するのは負荷角（位相差）である。
直流電動機の特性及び速度制御に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
直巻電動機は界磁電流が電機子電流と等しいため、負荷が軽くなると磁束が減って回転速度が急上昇し、無負荷では危険速度に達する。したがってベルト掛けなど負荷が外れるおそれのある用途には使えず、必ず負荷と直結して用いる。分巻電動機では界磁回路の断線が同じく速度上昇（暴走）を招くため、界磁喪失保護が必要となる。速度制御では、界磁制御が高速側で定出力的、電機子電圧制御が基底速度以下で定トルク的という対応も併せて整理する。
三相ブリッジ形全波整流回路（ダイオード整流）に、線間電圧200Vの三相交流電源を接続した。直流側の平均出力電圧として適当なものはどれか。ただし、素子の電圧降下及び重なり角は無視し、直流側は平滑されていないものとする。
解答正解 3
三相ブリッジ全波整流回路の直流平均電圧はEd＝(3√2／π)·V≒1.35Vで表され、Vは線間電圧の実効値である。1.35×200＝270Vとなる。単相全波整流の係数0.9、三相半波整流の係数1.17と混同しやすいので、回路方式と係数の対応を整理しておくこと。線間電圧の波高値282Vは平滑コンデンサで平滑した場合の到達値に近い値であり、平滑なしの平均値とは異なる。
インバータのPWM制御及び高調波に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
高調波電流の抑制には、交流側リアクトル（ACL）や直流側リアクトル（DCL）の設置、整流回路の多パルス化、アクティブフィルタの適用が用いられる。進相コンデンサは高調波に対しては低インピーダンスとなり、系統のインダクタンスと直列共振して高調波電流を拡大させるおそれがあるため、抑制手段にはならず、むしろ直列リアクトルを組み合わせて保護する対象である。PWM制御が電圧と周波数の両方を制御できること、キャリア周波数の高低には波形改善と損失・ノイズのトレードオフがあること、6パルス整流の特性次数が6n±1（第5次・第7次）であることは正しい。
据置蓄電池の容量を、放電電流I〔A〕、容量換算時間K、保守率Lを用いてC＝K·I／L〔A·h〕により求める。放電電流が100A、容量換算時間が1.5、保守率が0.8であるとき、必要な蓄電池容量として適当なものはどれか。
解答正解 4
C＝K·I／L＝1.5×100／0.8＝187.5A·hとなる。保守率は経年劣化や使用条件による容量低下を見込む係数で、必要容量を「割る」方向に働くため、掛けてしまうと容量が不足する。容量換算時間Kは放電時間・最低蓄電池温度・許容最低電圧によって変わる値であり、放電電流が段階的に変化する負荷では各段について求めた値のうち最大のものを採用する。単一の代表値で済ませず、条件で変わる係数として扱うことが要点である。
床面からの高さ3mの位置に、光度が全方向に2000cdの点光源がある。この光源の直下から水平に4m離れた床面上の点における水平面照度として、適当なものはどれか。ただし、他の光源及び反射光の影響はないものとする。
解答正解 2
光源から測定点までの距離はr＝√(3²＋4²)＝5mであり、入射角θについてcosθ＝h／r＝3／5＝0.6となる。水平面照度は法線照度に入射角の余弦を掛けたE＝I·cosθ／r²であるから、2000×0.6／5²＝48lxとなる。高さhを用いた形E＝I·cos³θ／h²＝2000×0.6³／3²＝48lxでも同じ結果になる。距離の2乗で割る操作とcosθを掛ける操作のどちらかを落とす誤りが典型で、hとrのどちらを分母に使ったかでcosの次数が変わる点を必ず確認すること。
間口12m、奥行15mの事務室の作業面平均照度を500lxとしたい。使用する照明器具1台当たりの定格光束が7500lm、照明率が0.60、保守率が0.80であるとき、必要な照明器具の台数として適当なものはどれか。
解答正解 4
光束法の基本式E＝F·N·U·M／Aを台数について解くと、N＝E·A／(F·U·M)となる。室面積A＝12×15＝180m²を代入して、N＝500×180／(7500×0.60×0.80)＝90000／3600＝25台である。照明率Uは室指数と反射率から求まる「光源の光束のうち作業面に到達する割合」、保守率Mは汚れや光束低下を見込む係数で、どちらも分母に入る。保守率を分子に掛けてしまうと台数が不足するので、式の形を記憶ではなく意味から確認すること。
照明におけるグレアに関する次の（イ）〜（ニ）の記述のうち、適当なものの数はどれか。 （イ）屋内統一グレア評価方法（UGR）は不快グレアを評価するもので、値が大きいほどグレアが強いことを表す。 （ロ）減能グレアは、視対象の見えにくさを伴わず、不快感だけを生じるグレアである。 （ハ）光沢のある机上面や表示画面に光源が映り込み、対比が低下して見えにくくなる現象を反射グレア（光幕反射）という。 （ニ）照明器具の遮光角を大きくすると、光源が直接視野に入りにくくなり、直接グレアが軽減される。
解答正解 3
適当なものは（イ）（ハ）（ニ）の3つである。減能グレアは視対象の見えにくさ、すなわち視機能の低下を伴うグレアであり、見えにくさを伴わず不快感だけを生じるのは不快グレアであるから（ロ）が適当でない。UGRは不快グレアの評価方法で、照明基準総則では用途ごとにグレア制限値（UGRL）が示され、値が大きいほどグレアが強い。減能グレアと不快グレアの区別、および遮光角を大きくするほど直接グレアが減ることの2点が問われやすい。
電気加熱に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
誘導加熱では表皮効果により電流が表面付近に集中し、電流浸透深さは周波数の平方根に反比例して小さくなる。したがって周波数が高いほど表面層に限った加熱（表面焼入れなど）となり、内部まで加熱したい溶解などでは低い周波数を選ぶ。周波数の選定が加熱深さの選定に直結する点が要点である。誘導加熱が導電性材料、誘電加熱が絶縁性（誘電体）材料を対象とし、誘電加熱は内部から加熱できるという原理の違いも併せて整理する。
定格冷房能力が5.6kW、定格冷房消費電力が1.6kWの空気熱源ヒートポンプエアコンがある。この機器の定格冷房時の成績係数（COP）として適当なものはどれか。
解答正解 2
成績係数は「得られる熱量（冷房能力または暖房能力）」を「投入した電力」で除した値であり、5.6／1.6＝3.5となる。COPが1を大きく超えるのは、電気ヒータのように電力を熱に変換しているのではなく、低温側から熱をくみ上げて高温側へ移動させているためである。暖房時のCOPは、圧縮機の仕事分も室内に放出されるため、同一機器では一般に冷房時より大きくなる。分子と分母を逆にする誤り、能力と消費電力の差をとる誤りに注意する。