第一種電気工事士の過去問
令和4年度(2022年) 午前
一般問題 問5
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問題
第一種 電気工事士試験 令和4年度(2022年) 午前 一般問題 問5 (訂正依頼・報告はこちら)
図のような三相交流回路において、電源電圧は200V、抵抗は8Ω、リアクタンスは6Ωである。この回路に関して誤っているものは。
- 1相当たりのインピーダンスは、10Ωである。
- 線電流Iは、10Aである。
- 回路の消費電力は、3200Wである。
- 回路の無効電力は、2400varである。
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この過去問の解説 (2件)
01
三相交流回路にかんする計算問題です。三相交流は特に計算問題の中でも難しい方ですが、いくつかのルールが分かっていれば解ける問題もあります。
まず、図の左側のように、線の間の電圧がすべて200[V]と書いてありますが、これを線間電圧と呼びます。一方で右側の抵抗とコイルが3セットありますが、1セットの両端(電線から中心の点まで)にかかる電圧を相電圧と呼び、線間電圧の1/√3 倍になります。
上記を踏まえてから各選択肢を見ていきましょう。
インピーダンスは
Z=√(R2+X2)
なので 82+62=100=102
となるので正しいです。
電気工事士の問題では
・抵抗が3の倍数、リアクタンスが4の倍数、インピーダンスが5の倍数
・抵抗が4の倍数、リアクタンスが3の倍数、インピーダンスが5の倍数
のどちらかしか出ません。なので、(6,8,10)(9,12,15)ぐらいの組み合わせを覚えておくとよいと思います。
上記の通り相電圧は200/√3、インピーダンスは別の選択肢より10[Ω]となります。
ルートが入っていますので、計算しなくてもこの選択肢が間違いと分かります。
ちなみに、200/10√3=20/√3≒11.5[A]ぐらいになります。
三相交流の電力はひとつの相の電力を求め、3倍します。
W(ワット)は抵抗側の電力(有効電力)のことです。従って、
P1=I2R
で、R=8、ほかの選択肢よりI=20/√3、I2=400/3となるので
P1=3200/3 です。3倍すれば分母がなくなるのでP=3200[W]で正しいです。
無効電力は、コイルorコンデンサにかかる電力を求めます。求め方は抵抗と同じです。
従って1相あたりの無効電力は
Q1=I2X
でX=6,I2=400/3
X1=2400/3 なのでXは3倍して2400[var]となりますので正しいです。
この問題が分かればスター結線の三相交流に関する問題は大体解けると思います。
・線間電圧と相電圧の関係(1/√3)
・電力の求め方(1相をもとめて3倍する)
・インピーダンス(抵抗&リアクタンス)の比率(3:4:5)
を理解しておきましょう。
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02
スター結線と言われるものです。
この結線方式の解き方は中性線を1本追加してあげることがポイントになります。
その結果単相として解くことができます。
電流I=VP/Z
Z=√82+62=10Ω
VPは相電圧のことでVLは線間電圧で今回だと200Vです。
この関係性はVL=√3VPです。
Iを求めるとI=VP/Z=20/√3
以上から問題を解いていきます。
Z=√82+62=10Ωで問題ありません。
Z=√82+62=10Ω
VP=VL/√3=200/√3
I=VP/Z=20/√3
よって誤りです。
一相分の有効電力がP=I2Rです。
3相なのでP=3I2Rになります。
P=3I2R=3×(20/√3)2×8=3200W
問題ありません。
一相分の無効電力がQ=I2Xです。
3相なのでP=3I2Xになります。
P=3I2X=3×(20/√3)2×6=2400var
問題ありません。
中性線を引くことで簡単に問題を解くことができます。
電力を求めるときは最後に単相から3相にすることを忘れないようにしましょう。
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