第三種電気主任技術者の過去問
令和4年度（2022年）下期
電力 問2
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問題
第三種 電気主任技術者試験 令和4年度（2022年）下期 電力 問2 （訂正依頼・報告はこちら）
次の文章は、水車に関する記述である。
水圧管の先端がノズルになっていると、有効落差は全て（ ア ）エネルギーとなり、水は噴流となって噴出し、ランナのバケットにあたってランナを回転させる。このような水の力で回転する水車を（ イ ）水車という。
代表的なものとして（ ウ ）水車があり、（ エ ）で、流量の比較的少ない場所に用いられ、比速度は（ オ ）。
上記の記述中の空白箇所（ア）～（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。
水圧管の先端がノズルになっていると、有効落差は全て（ ア ）エネルギーとなり、水は噴流となって噴出し、ランナのバケットにあたってランナを回転させる。このような水の力で回転する水車を（ イ ）水車という。
代表的なものとして（ ウ ）水車があり、（ エ ）で、流量の比較的少ない場所に用いられ、比速度は（ オ ）。
上記の記述中の空白箇所（ア）～（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。
- ア：運動 イ：衝動 ウ：ペルトン エ：高落差 オ：大きい
- ア：圧力 イ：反動 ウ：フランシス エ：低落差 オ：大きい
- ア：位置 イ：反動 ウ：カプラン エ：高落差 オ：大きい
- ア：圧力 イ：衝動 ウ：フランシス エ：低落差 オ：小さい
- ア：運動 イ：衝動 ウ：ペルトン エ：高落差 オ：小さい
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この過去問の解説 （2件）
01
水力発電に用いられる水車に関する記述問題となります。
水車は主に速度水頭(運動エネルギー)を利用する衝動水車と圧力水頭を利用する反動水車の2種類があります。
衝動水車は水圧管の先端をノズルにし、水の出口を細かくして空気中に水を放出することで、有効落差をすべて運動エネルギーに変換します。
衝動水車はノズルから水鉄砲のように水を噴出させ、それをランナ(羽根車)のバケット(羽根)にあたって回転させます。代表的なものとしてぺルトン水車があります。高落差で流量の比較的少ない場所に用いられ比速度は小さいです。
※比速度とは任意の水車の形状と運転状態とを相似に保って大きさを変え、単位落差(1ｍ)で単位出力(1ｋＷ)を発生させる仮想水車の回転速度であり、公式は以下のようになります。
・比速度ns＝n√Ｐ/Ｈ(5/4)
n：水車の回転速度[min-1]、Ｐ：出力[ｋＷ]、Ｈ：有効落差[ｍ]
以上より、この問題の記述は衝動水車＝ぺルトン水車の記述となっております。よって各空白箇所は以下となります。
（ ア ）‥運動、（ イ ）‥衝動、（ ウ ）‥ペルトン、（ エ ）‥高落差、（ オ ）‥小さい
こちらが適切な解答となります。
反動水車は水の衝撃力と反動力を利用しランナ(羽根車)を回転させる水車で主にフランシス、斜流、プロペラなどがあります。
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02
水力発電所で使用される水車の特徴に関する問題です。
・衝動水車
水圧管の先端がノズルになっている水車で、
有効落差の全てが運動エネルギーとなります。
・ペルトン水車
衝動水車の一種で、水力発電において代表される水車です。
比速度が小さく、高落差でも回転速度が低いという特徴があり、
落差200m程度から1883mまでと幅広く使用されています。
※ペルトン水車・フランシス水車は、水力発電を学習する上で必ず出てきます。
それぞれ、構造や特徴を覚えておくと良いでしょう。
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