《電力》〈火力〉[H26:問1] 火力発電所における水素冷却発電機に関する空欄穴埋問題

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【用語の解説】
4 【解答】

【問題】

【難易度】★☆☆☆☆（易しい）

次の文章は，火力発電所における，水素冷却発電機に関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

水素冷却発電機において，横軸に有効電力，縦軸に無効電力をとり定常運転を行う範囲を表したものを$ \ \fbox {　（１）　} \ $という。

$ \ \fbox {　（１）　} \ $の一例を図に示す。図中，曲線①において，$ \ \mathrm {A-B} \ $部は$ \ \fbox {　（２）　} \ $，$ \ \mathrm {B-C} \ $部は$ \ \fbox {　（３）　} \ $，$ \ \mathrm {C-D} \ $部は$ \ \fbox {　（４）　} \ $によりそれぞれ制限される。

また，曲線②は曲線①に比べて，発電機の$ \ \fbox {　（５）　} \ $状態における定常運転の範囲を表している。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　負荷飽和曲線　　　　　&（ロ）&　励磁系頂上電圧 \\[ 5pt ] &（ハ）&　回転子短絡環温度　　　　　&（ニ）&　所内回路の電圧 \\[ 5pt ] &（ホ）&　水素ガスの温度が低い　　　　　&（ヘ）&　界磁電流 \\[ 5pt ] &（ト）&　可能出力曲線（発電機容量特性曲線）　　　　　　　　　　&（チ）&　位相特性曲線（ \ \mathrm {V} \ 曲線） \\[ 5pt ] &（リ）&　横　流　　　　　&（ヌ）&　軸電圧 \\[ 5pt ] &（ル）&　調速機速度調定率　　　　　&（ヲ）&　固定子鉄心端部温度 \\[ 5pt ] &（ワ）&　水素ガス圧力が低い　　　　　&（カ）&　水素ガスの純度が高い \\[ 5pt ] &（ヨ）&　電機子電流
\end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

可能出力曲線は二種の頃からかなりの頻度で出題されている内容であると思います。よく遅れと進みの制約を間違えることがあるので，試験前にもう一度確認するようにしてください。

【用語の解説】

（イ）負荷飽和曲線
似たような用語に下図に示すような電動機の無負荷飽和曲線があります。文章の内容からも負荷の飽和は本問とは一切関係がないので，その時点本選択肢は除外することができると思います。

（ロ）励磁系頂上電圧
励磁機が出す最大電圧を言います。

（ハ）回転子短絡環温度
回転子短絡環はかご形誘導電動機の導体棒を端で短絡させるリングで，閉回路を作る役割があります。

（ト）可能出力曲線（発電機容量特性曲線）
問題図のような曲線で，発電機の運転可能範囲を示した曲線となります。

（チ）位相特性曲線（V曲線）
下図のような同期機の電機子電流と界磁電流の関係を示した曲線です。

（リ）横流
並列運転している同期発電機の間に流れる潮流を横流と言います。無効横流等はよく使用する用語と思います。

（ヌ）軸電圧
発電機を運転することにより，発電機軸に発生する電圧です。

（ル）調速機速度調定率
運転中の発電機において，負荷が変化したときの回転速度の変化分と出力の変化分の比を示すものです。
\[
\begin{eqnarray}
R &=& \frac {\displaystyle \frac {\Delta N}{N_{\mathrm {n}}}}{\displaystyle \frac {\Delta P}{P_{\mathrm {n}}}} \\[ 5pt ] &=& \frac {\displaystyle \frac {\Delta f}{f_{\mathrm {n}}}}{\displaystyle \frac {\Delta P}{P_{\mathrm {n}}}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

（ヲ）固定子鉄心端部温度
進相運転になると電機子巻線と界磁巻線による合成磁束が大きくなり，それに伴い鉄心端部の渦電流損が大きくなることにより温度が上昇します。

【解答】

(1)解答：ト
題意より，解答候補は（イ）負荷飽和曲線，（ト）可能出力曲線（発電機容量特性曲線），（チ）位相特性曲線（V曲線），になると思います。用語の解説で示した通り，問題図は出力可能曲線を示したものとなります。

(2)解答：ヘ
(3)解答：ヨ
(4)解答：ヲ
出力可能曲線は，それぞれ$ \ \mathrm {A-B} \ $部は界磁巻線の温度上昇により制限される範囲，$ \ \mathrm {B-C} \ $部は電機子巻線温度上昇により制限される範囲，$ \ \mathrm {C-D} \ $部は固定子鉄心端部温度上昇により制限される範囲となります。セットで覚えておくようにしましょう。

(5)解答：ワ
題意より，解答候補は（ホ）水素ガスの温度が低い，（ワ）水素ガス圧力が低い，（カ）水素ガスの純度が高い，となると思います。水素冷却発電機においては，そのガス圧力によって可能出力が変わる特性があります。