《電力》〈水力〉[H30:問1]水力発電所の水車に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

次の文章は,水車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。

ある有効落差,水口開度,吸出し高さにおいて\(\fbox {  (1)  }\)運転させたとき,回転速度は無制限に上昇せずに一定の速度に落ち着く。この速度を\(\fbox {  (2)  }\)速度という。水車の\(\fbox {  (2)  }\)速度は,\(\fbox {  (3)  }\)水車やフランシス水車では一般に最高落差時に最大となり,\(\fbox {  (3)  }\)水車の場合,定格回転速度の概ね\(\fbox {  (4)  }\)倍,フランシス水車の場合,定格回転速度の概ね\( \ 1.6~2.2 \ \)倍になる。

また,揚水発電所で用いるフランシス形ポンプ水車は,ランナ径が水車専用機よりも\(\fbox {  (5)  }\)ため,ポンプ水車の\(\fbox {  (2)  }\)速度は水車専用機よりも低くなる。

〔問1の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 無拘束   &(ロ)& 2.0~2.5   &(ハ)& 収 束 \\[ 5pt ] &(ニ)& 大きい   &(ホ)& 同 期   &(ヘ)& 小さい \\[ 5pt ] &(ト)& 無負荷   &(チ)& 調 相   &(リ)& デリア \\[ 5pt ] &(ヌ)& 1.5~2.0    &(ル)& 制 限    &(ヲ)& 定 格 \\[ 5pt ] &(ワ)& 2.5~3.0   &(カ)& カプラン   &(ヨ)& ペルトン \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

水車の無拘束速度に関する問題です。無拘束速度は揚水発電時に発電機が遮断された時等を想定した速度で,水車では最も高速回転する速度のことを指します。一種でも何度か出題されていますので理解しておくようにして下さい。

【用語の解説】

(イ)無拘束
 発電機を無負荷運転させた時に到達する最高回転速度のことを無拘束速度です。
(ホ)同期
 発電機を系統と連系して運転している状態を同期運転と言い,その時の回転速度を同期速度と言います。
(ト)無負荷
 発電機に負荷を接続していない状態を無負荷運転と言います。
(チ)調相
 無効電力を発生したり吸収したりする装置を調相装置と言い,分路リアクトル,電力用コンデンサ,同期調相機等があります。
(リ)デリア
 デリア水車は斜流水車のうち,ランナベーンの角度を調整できるものを言います。
(カ)カプラン
 一般に低落差で使用されるプロペラ水車の一種で,ランナベーンの角度を調整できる水車です。
(ヨ)ペルトン
 一般に高落差の時に用いられる水車で,衝動水車に分類される他とは少し構成が異なる水車です。

【解答】

(1)解答:ト
題意より,解答候補は(ホ)同期,(ト)無負荷,(チ)調相,(ヲ)定格になると思います。無拘束速度は最も早くなる速度,すなわち発電機が無負荷の時に到達する速度です。

(2)解答:イ
題意より,解答候補は(イ)無拘束,(ハ)収束,(ホ)同期,(ル)制限,(ヲ)定格となると思います。本問は無拘束速度に関する説明をしています。

(3)解答:ヨ
題意より,解答候補は(リ)デリア,(カ)カプラン,(ヨ)ペルトンとなると思います。無拘束速度はランナベーンの角度が調整できないペルトン水車やフランシス水車では最高落差時に最大となり,デリア水車やカプラン水車ではランナ角度が10度くらいで最大となります。

(4)解答:ヌ
題意より,解答候補は(ロ)\(2.0~2.5\),(ヌ)\(1.5~2.0\),(ワ)\(2.5~3.0\)となると思います。ペルトン水車では定格速度の\(1.5~2.0\)倍程度となります。

(5)解答:ニ
題意より,解答候補は(ニ)大きい,(ヘ)小さいになると思います。揚水発電所で用いるフランシス形ポンプ水車はランナ径が水車専用機よりも大きく,一般にランナ径が大きい方が,慣性モーメントが大きくなり,無拘束速度は低くなります。



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