第一種電気工事士 過去問
令和5年度(2023年) 午前
問5 (一般問題 問5)
問題文
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。

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問題
第一種電気工事士試験 令和5年度(2023年) 午前 問5(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
三相交流に関する問題です。
【1相当たりのインピーダンスZ】
Z = √(R2 + XL2)より、
Z = √(82 + 62)
= √100
= 10[Ω]
【相電圧V】
線間電圧は200[V]で、相電圧は線間電圧の1/√3倍になるので、相電圧Vは
V = 200/√3[V]
となります。
【1相分に流れる電流I】
I = V/Zより、
I = (200/√3)/10
= 20/√3[A]
です。
合っているので、回答としては不正解です。
1相分に流れる線電流Iは20/√3[A] です。
細かく計算しなくても、答えが整数にならないので、線電流Iは10Aではありません。
よってこの選択肢が正解です。
1相分の消費電力を求めます。
【1相分に流れる電流I】と【インピーダンスZ】の計算結果から
1相分の消費電力P1は
P1 = I2R
= (20/√3)2×8
= 3200/3[W]
となります。
全体の消費電力は1相分の消費電力P1を3倍にすればいいので、
P = (3200/3)×3
= 3200[W]
が求まり、合っているので、回答としては不正解です。
まずは1相分の無効電力Q1を求めます。
Q1 = I2Xより、
Q1 = (20/√3)2×6
= 800[var]
1相分の無効電力Q1を3倍すれば全体の無効電力が求まるので、
Q = Q1×3
= 2400[var]
合っているので、回答としては不正解です。
三相交流の性質を理解しておきましょう。
線間電圧と相電圧の関係や、単相で求めた値を3倍するなどを覚えておけば回答に役立ちます。
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02
三相交流に関する問題ですが、1相だけ取り出した下の回路で考えます。
問題の条件から、この回路のインピーダンスは
Z = 8 + 6j [Ω] (1)
です。また、問題には線間電圧が与えられ、これが200Vなので、相電圧Eについて、
E = 200/√3 [V] (3)
とします。回路の電流をIとすると、オームの法則から、
E = ZI = (8 + 6j) I (4)
が成り立ちます。ここから、
I = E / Z = 200/{√3 × (8 + 6j)} = {2 × (8 - 6j)} / √3 [A] (5)
となります。電流は電圧より位相が遅れていることになります。以上の式を用いて、それぞれの選択肢について考えていきます。
式(1)から
|Z| = √(82 + 62) = 10 [Ω]
です。この命題は正しいです。
式(5)から
|I| = 2 × √(82 + 62) / √3 = 20 / √3 [A]
です。これは10[A]と一致しないので、この命題は誤りです。
式(3)と式(5)から1相あたりの複素電力を求めると
P = EI = {200/√3} × {2 × (8 - 6j)} / √3 = (3200 -2400j) / 3 [W]
になります。Eを位相の基準にしているので、Pの実部はそのまま消費電力(有効電力)になります。
PW1 = 3200 / 3 [W]
同じ電力が各相で生じるので、回路全体の消費電力は、
PW = PW1 × 3 = 3200 [W]
です。 よって、この命題は正しいです。
複素電力の虚部はそのまま無効電力ですから、1相あたりの無効電力は
PQ1 = 2400 / 3 [var]
であり、回路全体では
PQ = 3 PQ1 = 2400 [var]
になります。この命題は正しいです。
与えられた回路は各相の負荷がすべて等しい「平衡三相負荷」でした。このような回路では各相の電圧、電流はそれぞれ位相を除いてすべての相で等しくなるので、1相だけをとりだして解析します。電力は1相の電力を3倍して求めます。
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