今回は平成20年度 電力科目 A問題1を解説します。衝動水車と反動水車それぞれの代表的な方式と適用場所、そして水車発電機の極数の設計方針を問う空欄補充問題です。
反動水車の代表はフランシス水車（プロペラ水車とともに揚水式のポンプ水車にも使われる）、衝動水車の代表はペルトン水車（高落差・小流量向き）。そしてN＝120f/pより、回転速度が低い水車発電機は極数を多くします。
出題のポイント
平成20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】 平成20年度 A問題1
水力発電は、水の持つ位置エネルギーを水車により機械エネルギーに変換し、発電機を回す。水車には衝動水車と反動水車がある。(ア)には(イ)、プロペラ水車などがあり、揚水式のポンプ水車としても用いられる。これに対し、(ウ)の主要な方式である(エ)は高落差で流量が比較的少ない場所で用いられる。
水車の回転速度は構造上比較的低いため、水車発電機は一般的に極数を(オ)するよう設計されている。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(ア) (イ) (ウ) (エ) (オ) (1) 反動水車 ペルトン水車 衝動水車 カプラン水車 多く (2) 衝動水車 フランシス水車 反動水車 ペルトン水車 少なく (3) 反動水車 ペルトン水車 衝動水車 フランシス水車 多く (4) 衝動水車 フランシス水車 反動水車 斜流水車 少なく (5) 反動水車 フランシス水車 衝動水車 ペルトン水車 多く
ポイント解説：反動＝フランシス／衝動＝ペルトン、低速だから極数は多く
(ア)(イ)(ウ)(エ)：プロペラ水車と並べて挙げられ、揚水式のポンプ水車としても用いられるのは反動水車のグループで、その代表がフランシス水車（ポンプ水車はフランシス形が主流）。一方、衝動水車の主要な方式はペルトン水車で、ノズルからの噴流をバケットに当てるため、高落差で流量が比較的少ない場所に適する。（ペルトンは衝動水車なので(1)(3)の「(イ)ペルトン水車」は誤り。）
(オ)：同期発電機の回転速度は N＝120f/p[min-1]（f：周波数、p：極数）。水車の回転速度は構造上比較的低いので、同じ商用周波数を発生させるには極数pを多くする必要がある。よって答えは(5)。
問題の解説
STEP1 (ア)(イ)
プロペラ水車と同じ仲間＋ポンプ水車にも使う＝反動水車、代表はフランシス水車。
STEP2 (ウ)(エ)
高落差・小流量に使う衝動水車の主要方式＝ペルトン水車。
STEP3 (オ)
N=120f/p。回転速度が低い→同じfを得るには極数pを多くする→(5)。
答え：(5)
💡 覚え方
反動水車＝フランシス・プロペラ・カプラン（フランシス形はポンプ水車にも使われる／中〜低落差・大流量）。衝動水車＝ペルトン（高落差・小流量）。同期速度N=120f/p→水車発電機は低速なので多極（突極機・立軸）、タービン発電機は高速なので2〜4極（円筒機）。
⚠️ よくある間違い
ペルトンは衝動水車——反動水車の例に入れない。極数は「多く」（N=120f/pで低速＝多極。少なくすると高速になってしまう）。斜流水車（デリア）やカプラン水車も反動水車だが、本問の(エ)は高落差・小流量なのでペルトン。
まとめ
| (ア) | プロペラと同じ仲間・ポンプ水車にも→反動水車 |
| (イ) | 反動水車の代表＝フランシス水車 |
| (ウ) | 高落差・小流量に使う→衝動水車 |
| (エ) | 衝動水車の主要方式＝ペルトン水車 |
| (オ) | N=120f/pより低速→極数は多く→(5) |
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