第二種電気工事士 過去問
平成31年度上期
問5 (一般問題 問5)
問題文
図のような三相3線式回路の全消費電力[kW]は。
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この過去問の解説 (3件)
01
三相交流回路における結線の仕方には、2種類の方法があります。図のような結線の仕方をデルタ結線(三角結線)といいます。
このデルタ結線の回路における全消費電力は、「200Vの単相交流電源に8Ωの抵抗と6Ωの抵抗を直列に接続した回路」(←以下ではこの回路のことを単相交流回路と呼びます。)で消費される電力を3倍したものに等しくなります。
ではまず、単相交流回路の消費電力を求めます。消費電力は以下の公式で求められます。
(消費電力)=(電圧)×(電流)×(力率)
ここで、電圧は200Vです。また、この回路のインピーダンスは√8^2+6^2=√100=10Ωですから、オームの法則より電流は200/10=20Aとなります。力率は8/10=0.8となります。ゆえに
(消費電力)=200V×20A×0.8=3200W=3.2kW
となります。
そして、デルタ結線の回路における全消費電力は3.2kWの3倍の9.6kWです。
ゆえに正解は3番の9.6kWとなります。
【補足】
直列回路におけるインピーダンスと力率の公式は以下の通りです。
(インピーダンス)=√R^2+(XL-XC)^2
(力率)=R/(インピーダンス)
R:抵抗の抵抗値
XL:コイルのリアクタンス
XC:コンデンサーのリアクタンス
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02
2:×
3:○
4:×
まずは三相あるデルタ結線回路のうちの一相分のインピーダンスを以下の式で求めます。
インピーダンス=√抵抗の抵抗値)^2+(コイルのリアクタンス)^2
=√R^2+XL^2
=√8^2+6^2
=√64+36
=√100 =10 [Ω]
デルタ結線回路では線間電圧=相電圧ですので、相電流はオームの法則より以下の式で求まります。
総電流=総電圧÷インピーダンス
=200÷10
=20 [A]
次に以下の式から力率を求めます。
力率=抵抗÷インピーダンス
=8÷10
=0.8
一相分の消費電力は以下の式で求まります。
消費電力=電圧×電流×力率
=200×20×0.8
=3200 [W]
三相ありますので、全体の消費電力は三倍して求めます。
全消費電力=3200×3=9600 [W]=9.6 [kW]
よって、3が正解となります。
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03
正解は3です。
この問題は出題科目「電気の基礎理論」からの出題です。
この問題では下記の知識を求められています。
<必要知識>
◯三相交流のデルタ結線を理解している。
◯単相交流の直列回路のインピーダンスが計算できる。
◯三相交流の電力が計算できる。
三相交流は3つの単相交流を120度ずつ位相をずらして組み合わせたものです。
この必要知識に伴う計算式は下記です。
<必要計算式>
・三相交流のデルタ結線の線間電圧=相電圧
・単相交流の直列回路のインピーダンス=√((R2+(X LーX C)2)
・三相交流の消費電力=各相の消費電力の総和
それでは上記の必要知識と計算式を使って問題を解いていきます。
この回路は3つの負荷抵抗が同じため、平衡三相交流回路です。
この回路の線電圧=相電圧は200V
一つの相の単相交流のインピーダンスを計算すると、
インピーダンス=√((R2+(X LーX C)2)=√(82+62)Ω=10Ω
一つの相に流れる相電流は、
200V/10Ω=20A
一つの相で消費される消費電力は、
電力=電流 × 電流 × 抵抗=20A × 20A × 8Ω=3200W
三相交流の電力=各相の電力の総和
=3200W × 3=9600W=9.6k W
よって正解は3になります。
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