電験三種 令和6年度(2024) 上期 法規 問11(b) 過去問解説

問11(b) 《電圧降下(力率改善の効果)》
変電所から三相3線式1回線の専用配電線で受電している需要家がある。この配電線路の電線1条当たりの抵抗及びリアクタンスの値は,それぞれ $3\,\Omega$ 及び $5\,\Omega$ である。この需要家の使用電力が8 000 kW,負荷の力率が0.8(遅れ)であるとき,次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (b) 需要家にコンデンサを設置して,負荷の力率を0.95(遅れ)に改善するとき,この配電線の電圧降下の値[V]の,コンデンサ設置前の電圧降下の値[V]に対する比率[%]の値として,最も近いのは次のうちどれか。 ただし,この需要家の受電電圧[kV]は,コンデンサ設置前と同一の20 kVとする。
  1. (1) 66.6
  2. (2) 68.8
  3. (3) 75.5
  4. (4) 81.7
  5. (5) 97.0
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正解は(2)
使う公式
線電流 $I = \dfrac{P}{\sqrt{3} V \cos\theta}$($P$:電力[W]、$V$:線間電圧[V]、$\cos\theta$:力率) 三相の電圧降下 $v = \sqrt{3} I (R\cos\theta + X\sin\theta)$($R$:1線の抵抗[Ω]、$X$:1線のリアクタンス[Ω]) $\sin\theta = \sqrt{1 - \cos^2\theta}$
解説
【考え方】力率を0.95にしたときの電圧降下を出し、(a)の2 700 Vとくらべます。 ■1 数字を整理する 電力 $P = 8000 \times 10^3\,\mathrm{W}$(コンデンサをつけても変わりません) 受電電圧 $V = 20 \times 10^3\,\mathrm{V}$ 新しい力率 $\cos\theta = 0.95$ $R = 3\,\Omega$、$X = 5\,\Omega$ 改善前の電圧降下 $2700\,\mathrm{V}$((a)より) ■2 sinθ を求める $\sin\theta = \sqrt{1 - 0.95^2} = \sqrt{0.0975} \fallingdotseq 0.312$ ■3 電流を求める 分母を先に計算します。 $\sqrt{3} \times 20 \times 10^3 \times 0.95 \fallingdotseq 32\,909$ $I = \dfrac{8000 \times 10^3}{32\,909} \fallingdotseq 243.1\,\mathrm{A}$ 力率がよくなると、同じ電力でも電流が減ります。 ■4 電圧降下を求める $R\cos\theta + X\sin\theta = 3 \times 0.95 + 5 \times 0.312$ $= 2.85 + 1.56 = 4.41\,\Omega$ $\sqrt{3} \times 243.1 \fallingdotseq 421.1\,\mathrm{A}$ $v = 421.1 \times 4.41 \fallingdotseq 1858\,\mathrm{V}$ ■5 比率を求める $\dfrac{1858}{2700} \times 100 \fallingdotseq 68.8\,\%$ 答えは(2)ピヨ。
出典:令和6年度(2024) 上期 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)法規 問11(b)