電験三種(第三種電気主任技術者)「電力」のうち、力率改善と線路損失・変圧器容量の問題です(大分類:配電・重要度A)。一問一答5問 → 五肢択一5問の順に解き、解答・解説は各問題の下を開いて確認してください。
一問一答(○×)
重要度:A 難易度:★☆☆
問1:負荷の力率を改善すると、同じ有効電力を送るときの線路電流が小さくなり、線路損失が減る。
解答を見る
正解:○
電流は I=P/(√3Vcosθ) で力率に反比例し、損失は電流の2乗に比例するため、力率改善で損失が減ります。
重要度:A 難易度:★☆☆
問2:負荷の力率改善は線路損失を減らす効果があるが、線路の電圧降下には影響しない。
解答を見る
正解:×
電圧降下は (PR+QX)/V で表され、力率改善で遅れ無効電力Qが小さくなると電圧降下も小さくなります。
重要度:A 難易度:★☆☆
問3:負荷の力率を改善すると、同じ定格容量の変圧器で供給できる有効電力が増える。
解答を見る
正解:○
変圧器の容量は皮相電力で決まるため、無効電力を減らすと同じ皮相電力でより多くの有効電力を供給できます。
重要度:A 難易度:★☆☆
問4:力率の異なる2つの負荷を合成した皮相電力は、それぞれの負荷の皮相電力の和に等しい。
解答を見る
正解:×
力率が異なると皮相電力はそのまま足せません。有効電力と無効電力をそれぞれ足してから、合成皮相電力 √(P²+Q²) を求めます。
重要度:A 難易度:★☆☆
問5:軽負荷時に進相コンデンサを接続したままにすると、進み力率となって受電端の電圧が上昇することがある。
解答を見る
正解:○
軽負荷時は負荷の遅れ無効電力が小さいため、コンデンサの進み無効電力が上回って進み力率となり、電圧が上昇します。
五肢択一
重要度:A 難易度:★★☆
問6:有効電力400kW、力率0.6(遅れ)の負荷がある。進相コンデンサを設置して力率を0.9(遅れ)に改善するのに必要なコンデンサの容量〔kvar〕の値として、最も近いものはどれか。
- 145.6
- 193.7
- 242.7
- 339.6
- 533.3
【第6問:正解と解説】
正解:4
正解は4です。
tanθ1=0.8/0.6≒1.333、tanθ2=√(1−0.9²)/0.9≒0.484
Q=P(tanθ1−tanθ2)=400×(1.333−0.484)≒339.6kvar
1:誤り。tanθではなくsinθの差に有効電力を掛けています。
2:誤り。改善後に残る無効電力です。必要なコンデンサ容量は改善前後の無効電力の差です。
3:誤り。改善前の皮相電力にsinθの差を掛けています。改善後は皮相電力も変わります。
4:正しい。
5:誤り。力率を1.0まで改善する容量(改善前の無効電力すべて)です。
重要度:A 難易度:★★★
問7:定格容量500kV·Aの変圧器から、有効電力400kW、力率0.8(遅れ)の負荷に供給している。ここに150kvarの進相コンデンサを設置したうえで、力率1.0の負荷を増設したい。変圧器が過負荷にならない範囲で増設できる負荷の有効電力〔kW〕の値として、最も近いものはどれか。
- 0.0
- 72.8
- 77.0
- 100.0
- 150.0
【第7問:正解と解説】
正解:3
正解は3です。
コンデンサ設置後の無効電力=400×0.75−150=150kvar
増設後の有効電力をP′とすると √(P′²+150²)≦500 より P′≦√(500²−150²)≒477.0kW
増設できる負荷=477.0−400≒77.0kW
1:誤り。コンデンサの効果を考えていません。設置前は500kV·Aでちょうど定格ですが、設置後は余裕ができます。
2:誤り。コンデンサ設置後の皮相電力と定格容量の差(皮相電力の差)を答えています。
3:正しい。
4:誤り。無効電力を考えず、500−400としています。
5:誤り。コンデンサの容量をそのまま答えています。
重要度:A 難易度:★★☆
問8:受電端電圧が一定に保たれた配電線に、有効電力300kW・力率0.8(遅れ)の負荷Aと、有効電力200kW・力率0.6(遅れ)の負荷Bが接続されている。
(a) 負荷AとBを合成した皮相電力〔kV·A〕の値として、最も近いものはどれか。
- 491.7
- 500.0
- 701.2
- 708.3
- 991.7
【第8問:正解と解説】
正解:3
正解は3です。
負荷A:無効電力=300×0.6/0.8=225kvar、負荷B:200×0.8/0.6≒266.7kvar
P=500kW、Q≒491.7kvar、S=√(500²+491.7²)≒701.2kV·A
1:誤り。無効電力の合計だけです。
2:誤り。有効電力の合計だけです。
3:正しい。
4:誤り。それぞれの皮相電力(375+333.3)を単純に足しています。
5:誤り。有効電力と無効電力を単純に足しています。
重要度:A 難易度:★★★
問9:受電端電圧が一定に保たれた配電線に、有効電力300kW・力率0.8(遅れ)の負荷Aと、有効電力200kW・力率0.6(遅れ)の負荷Bが接続されている。
(b) 進相コンデンサで受電端の合成力率を0.95(遅れ)に改善し、線路の電力損失が改善前と同じになるまで負荷を増やすとき、供給できる有効電力の合計〔kW〕の値として、最も近いものはどれか。ただし、受電端電圧は一定で、線路損失は線路電流の2乗に比例するものとする。
- 887.6
- 701.2
- 666.2
- 500.0
- 166.2
【第9問:正解と解説】
正解:3
正解は3です。
受電端電圧が一定なので、損失が同じなら線路電流、すなわち皮相電力も同じです。
(a)より皮相電力≒701.2kV·A、改善後の有効電力=701.2×0.95≒666.2kW
1:誤り。力率の比を2乗しています。損失が同じなら電流(皮相電力)が同じなので、有効電力は力率に比例します。
2:誤り。力率1.0として計算しています。
3:正しい。
4:誤り。改善前の有効電力のままです。損失が同じなら、力率を上げた分だけ多くの有効電力を送れます。
5:誤り。増やせる分(増加分)だけを答えています。問われているのは合計です。
重要度:A 難易度:★★☆
問10:配電線の力率改善に関する記述として、誤っているものはどれか。
- 力率をcosθ1からcosθ2に改善するのに必要なコンデンサ容量は、P(tanθ1−tanθ2)で求められる(Pは有効電力)。
- 力率を改善すると、線路の電圧降下も小さくなる。
- 受電端電圧と線路損失が同じであれば、力率を高くするほど送ることのできる有効電力は大きくなる。
- 軽負荷時に進相コンデンサを接続したままにすると、受電端の電圧が上昇することがある。
- 力率改善に必要なコンデンサ容量は、改善前後の力率の差(cosθ2−cosθ1)に有効電力を掛けて求められる。
【第10問:正解と解説】
正解:5
正解は5です。
1:正しい。改善前後の無効電力の差です。
2:正しい。遅れ無効電力が減るため、(PR+QX)/V の電圧降下が小さくなります。
3:正しい。損失が同じなら皮相電力が同じなので、有効電力は力率に比例します。
4:正しい。進み無効電力が過剰になり、電圧が上昇します。
5:誤り。必要なコンデンサ容量は P(tanθ1−tanθ2) で、力率の差に有効電力を掛けるのではありません。
「配電」の他の論点