水力20【電験3種 電力】揚水発電所の方式（別置式・タンデム式・ポンプ水車式）とガイドベーンの誤りを判定する！令和元年度 A問題1 完全解説

今回は令和元年度 電力科目 A問題1を解説します。我が国の水力発電所（又は揚水発電所）に用いられる水車（又はポンプ水車）及び発電機（又は発電電動機）に関する5つの記述のうち、誤っているものを選ぶ問題です。

揚水発電所の3方式——別置式（別軸）・タンデム式（同一軸に水車とポンプを別々に直結）・ポンプ水車式（1台の可逆機）——の区別がポイント。国内の大半はポンプ水車式ですが、水車とポンプを別々に最適設計できるのはタンデム式です。

出題のポイント

令和元年度 電力科目 A問題1：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 電力科目 【水力】 令和元年度 A問題1

　我が国の水力発電所（又は揚水発電所）に用いられる水車（又はポンプ水車）及び発電機（又は発電電動機）に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）ガイドベーン（案内羽根）は、その開度によってランナに流入する水の流量を変え、水車の出力を調整することができる水車部品である。
（2）同一出力のフランシス水車を比較すると、一般に落差が高い地点に適用する水車の方が低い地点に適用するものより比速度が小さく、ランナの形状が扁平になる。
（3）揚水発電所には、別置式、タンデム式、ポンプ水車式がある。発電機と電動機を共用し、同一軸に水車とポンプをそれぞれ直結した方式がポンプ水車式であり、水車の性能、ポンプの性能をそれぞれ最適に設計できるため、国内で建設される揚水発電所はほとんどこの方式である。
（4）水車発電機には突極形で回転界磁形の三相同期発電機が主に用いられている。落差を有効に利用するために、水車を発電機の下方に直結した立軸形にすることも多い。
（5）調速機は水車の回転速度を一定に保持する機能を有する装置である。また、自動電圧調整器は出力電圧の大きさを一定に保持する機能を有する装置である。

ポイント解説：誤りは(3)—水車とポンプを同一軸に別々に直結するのはタンデム式

揚水発電所の方式は、別置式（発電電動機・水車・ポンプを別々の軸に配置）、タンデム式（発電電動機と同一軸に水車とポンプをそれぞれ直結）、ポンプ水車式（1台の可逆式ポンプ水車が水車とポンプを兼ねる）の3種類。「同一軸に水車とポンプをそれぞれ直結し、水車の性能・ポンプの性能をそれぞれ最適に設計できる」のはタンデム式であって、ポンプ水車式ではない。(3)はタンデム式の説明をポンプ水車式のものとしており誤り。

なお「国内で建設される揚水発電所はほとんどこの方式」というのはポンプ水車式について事実だが、ポンプ水車式は1台の可逆機なので水車とポンプを別々に最適設計することはできない。よって答えは(3)。他は正しい：(1)ガイドベーン（案内羽根）は開度でランナへの流入水量を変え出力を調整する。(2)同一出力のフランシス水車では、落差が高い地点用ほど比速度が小さく（n_s=N·P^1/2/H^5/4）、ランナの形状は扁平になる。(4)水車発電機は突極形・回転界磁形の三相同期発電機が主で、落差を有効に利用するため立軸形も多い。(5)調速機は回転速度を、自動電圧調整器（AVR）は出力電圧を一定に保持する。

問題の解説

STEP1　(3)が誤りの理由

同一軸に水車とポンプをそれぞれ直結＝タンデム式。ポンプ水車式は1台の可逆機で、水車・ポンプを別々に最適設計はできない。

STEP2　他の選択肢の確認

(1)ガイドベーンで流量調整、(2)高落差ほど比速度小・ランナ扁平、(4)突極形・回転界磁形・立軸形、(5)調速機とAVR。いずれも正しい。

STEP3　結論

誤っているのは(3)。

答え：(3)

まとめ

(3)誤り	水車＋ポンプを同一軸に別々に直結＝タンデム式
別置式	発電電動機・水車・ポンプが別軸
ポンプ水車式	1台の可逆機（国内の大半）
(1)(2)	ガイドベーンで流量調整・高落差ほど比速度小（正）
(4)(5)	突極形/立軸形・調速機とAVR（正）→(3)

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