【電験過去問題 解説資料集vol.1】変圧器の無効電力調整の意味を知る
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【電験過去問題 解説資料集vol.1】変圧器の無効電力調整の意味を知る

桜庭裕介/桜庭電機株式会社

「電験の過去問の解説をして欲しい」

過去問解説の依頼をTwitter経由で頂いた。今までは実際に起こった事象に関する内容を基に、電験に紐づけて電気知識集に書いてきた。この度は電験の問題を解くという依頼であったから嬉しい。「電験を教えている立場を認めてもらえた」という感情が大きいからだ。
また、「実際に起こった事象の説明が分かり易い」という感想を先日頂くことができたこともあって、嬉しさはより大きかった。
一方で、自分は「電験の問題をどのように解説するのか」「分かり易い説明の工夫をしてくれるのか」といった目でも見られているはずだ。
このように冒頭に敢えて記載することで、自分にプレッシャーをかけ、この記事を頑張って、いいものにしようと思っている。

気を引き締めて、本題の電験解説に入る。今回依頼を受けたのは「電験3種 変圧器問題 追加負荷に関する問題」だ。

この問題で問われている本質は「変圧器の負荷を決める際に、無効電力を考慮しなくては定格容量を超えてしまい、過負荷になるということ」にある。問題を解く中で気付いて欲しい。そこに至るまで解説したいと思う。

変圧器問題 追加負荷に関する問題

電験3種の2012年の電力問題だ。

【問題文】
定格容量750(kV・A)の三相変圧器に遅れ力率0.9の三相負荷500(kW)が接続されている。この三相変圧器に新たに遅れ力率0.8の三相負荷200(kW)を接続する場合、次の(a)(b)の問に答えよ。


(a)負荷を追加した後の無効電力(kvar)の値として、最も近いものを選べ

(b)この変圧器の過負荷運転を回避するために、変圧器の二次側に必要な最小の電力用コンデンサ容量(kvar)の値として、最も近いものを選べ


この問題から学ぶこと

この問題から学べることは多い。
・変圧器に負荷を持たせるという意味
・遅れ力率0.9の三相負荷500kWの意味
・追加する遅れ力率0.8の三相負荷200kWを元の負荷と足し合わせる理屈
・電力用コンデンサを投入したときの効果

逆に多くのことを知らなくては解けない問題である。電験3種の挑戦者で躓く方が圧倒的に多い問題だ。電験2種の挑戦者ですら、理解していない方も多い。

問題解説の前に

「まず問題の意味がわからない」という方もいる。自分も分からなかった。実際に物も見たこともないし、分かる訳がない。本資料では順を追って、基本から説明していくので安心して欲しい。

まず、いきなり問題を解き始める前に、必須知識を理解しておこう。下記の二項目だ。

①皮相電力、有効電力、無効電力
②遅れ力率、進み力率の意味


①皮相電力、有効電力、無効電力

以前、書いた記事が役に立つ。無料部分に記載している基本知識を理解しよう。

皮相電力が、有効電力と無効電力のそれぞれの二乗の和をし、√ としてものであることを理解して欲しい。


②遅れ力率、進み力率の意味
位相の話になる。
電圧を基準とした時、電流の方が遅れている状態を「遅れ力率」としている。
電圧を基準とした時、電流の方が進んでいる状態を「進み力率」としている。

問題解説

それでは、問題文の一文一文の意味を解説していく。この変圧器問題の鍵は、「問題文の理解」にある。

【問題文】
定格容量750(kV・A)の三相変圧器に遅れ力率0.9の三相負荷500(kW)が接続されている。この三相変圧器に新たに遅れ力率0.8の三相負荷200(kW)を接続する場合、次の(a)(b)の問に答えよ。


①「定格容量750(kV・A)の三相変圧器」の意味
定格容量750(kV・A)とは、皮相電力のことを示している。この変圧器は、有効電力と無効電力を合わせて(※)750(kV・A)までの負荷しか持つことができないことを示している。
(※)単純な足し算ではなく、ベクトル和であることに注意

②「遅れ力率0.9の三相負荷500(kW)」の意味
正直、わかりにくい。しかし、ここをきちんと見分けるコツがあることをお伝えする。

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桜庭裕介/桜庭電機株式会社
株式会社設立中。専門分野は電気/エネルギー/設計/工程管理。雑誌「新電気」連載、企業講義を経験。参考書出版(2022年10月2冊同時刊行)。学習システムの検証と世の中で実際に仕掛ける仕事情報をマガジンで共有。価値創造できる人材を輩出することで、世の中に貢献する。