今回は令和7年度下期 電力科目 A問題3を解説します。汽力発電所の保護装置についてa)〜e)の5つの記述を読み、適切なものと不適切なものの組合せを選ぶ問題です。
ねらわれているのは「蒸気加減弁」と「安全弁」の取り違え。蒸気圧力が上がりすぎたときに蒸気を放出するのは安全弁で、蒸気加減弁はタービンへ送る蒸気量を調整する弁です。
令和7年度下期 電力科目 A問題3：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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和7年度下期 第三種電気主任技術者試験」電力科目 A問題3
電験3種 電力科目 【火力】 令和7年度下期 A問題3
次のa)〜e)の文章は、汽力発電所の保護装置に関する記述である。これらの文章の内容について、適切なものと不適切なものの組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
a) 蒸気タービンの回転速度が定格を超える一定値以上に上昇すると、自動的に蒸気止弁を閉じて、タービンを停止する非常調速機が設置されている。
b) ボイラ水の循環が円滑に行われないとき、水管の焼損事故を防止するため、燃料を遮断してバーナを消火させる燃料遮断弁が設置されている。
c) 負荷の緊急遮断等によって、ボイラ内の蒸気圧力が一定限度を超えたとき、蒸気を放出させて機器の破損を防ぐため、蒸気加減弁が設置されている。
d) 蒸気タービンの軸受油圧が異常低下したとき、タービンを停止させるトリップ装置が設置されている。
e) 発電機固定子巻線の内部短絡を検出・保護するために、比率差動継電器が設置されている。
a b c d e (1) 適切 適切 不適切 適切 不適切 (2) 不適切 不適切 適切 適切 不適切 (3) 不適切 不適切 不適切 不適切 適切 (4) 適切 適切 不適切 適切 適切 (5) 不適切 適切 適切 不適切 適切
出題のポイント：保護装置は動作で見分ける
汽力発電所の保護装置は、装置名だけでなく異常時の動作まで照合します。蒸気加減弁は蒸気量を調整し、安全弁は圧力超過時に蒸気を放出するため、記述c)が不適切です。
不適切は c) だけ：蒸気を放出するのは安全弁
蒸気加減弁は出力を調整する弁——蒸気を外へ放出する装置ではありません。
| 弁 | 役割 | 動くとき |
| ★蒸気加減弁 | ★タービンへ送る蒸気量を調整する | ★通常運転中（常に） |
| ★安全弁 | ★圧力が限度を超えたら蒸気を大気へ放出する | ★異常時のみ |
| 蒸気止弁 | タービンへの蒸気を完全に遮断する | 非常停止時 |
c) は「蒸気を放出させて機器の破損を防ぐ」と書いています——これは安全弁の働きです。
蒸気加減弁を閉じても、ボイラの中の圧力は下がりません——むしろ行き場を失って上がるのです。だから逃がす弁が別に要ることになります。
解法の原理：蒸気弁の役割を整理する
a)〜e)は、いずれも実際に設けられている保護——何を守るための装置かで整理しましょう。
| 守る対象 | 装置 | 動作 |
| ★タービンの過速度 | ★非常調速機（a） | ★蒸気止弁を閉じて停止 |
| ★ボイラ水管 | ★燃料遮断弁（b） | ★バーナを消火する |
| ★ボイラの圧力 | ★安全弁 | ★蒸気を放出する |
| ★タービン軸受 | ★トリップ装置（d） | ★油圧低下で停止 |
| ★発電機巻線 | ★比率差動継電器（e） | ★内部短絡を検出して遮断 |
a) 非常調速機とは
ふつうの調速機とは別に設けられる、最後の砦です。
| 装置 | 働く回転速度 | 動作 |
| 調速機（ガバナ） | 定格付近 | 蒸気加減弁で出力を調整 |
| ★非常調速機 | ★定格の111 ％ 程度 | ★蒸気止弁を閉じて緊急停止 |
負荷が急に切れると、タービンは急激に加速します——調速機が間に合わないことがあるのです。
そこで一定速度を超えたら、問答無用で蒸気を止める——飛散事故を防ぐための装置になります。
d) 軸受油圧の低下がなぜ危険か
タービンの軸は、油の膜の上に浮いています——金属どうしは触れていません。
油が切れると、3,000 min-1 で回る軸が直接こすれる——一瞬で焼き付きます。
だから油圧の低下は、即座に停止させるべき異常——d) は適切な記述です。
⚠️ よくある間違い
c) を適切と判断してしまう——「蒸気加減弁」という正しい部品名が使われているので見過ごしやすいのです。
役割が違う——加減弁は調整、安全弁は放出。部品名が実在しても、働きが違えば不適切になります。
e) を不適切と判断してしまう——比率差動継電器は発電機の内部短絡保護の定番です。機械科目や法規でも出てくるので確認しておきましょう。
a) b) を疑ってしまう——いずれも標準的な保護装置。5つのうち1つだけが不適切という構成です。
⏱️ 本番での進め方
①★c) 蒸気を放出するのは安全弁。加減弁は調整用。
②a) 非常調速機は定格の111 ％ 程度で動作。
③d) 軸受は油膜で浮いている。油圧低下は即停止。
④e) 比率差動継電器＝内部短絡の保護。
💡 覚え方
「加減弁は調整、安全弁は放出」——役割がまったく違います。部品名が正しくても、働きが違えば不適切——この型の問題では動詞まで読むことです。
問題の解説：a)〜e)を判定して選択肢(4)を確定
a)〜e)以外にも、多くの保護が組み込まれています。
| 区分 | 保護の例 | 守る対象 |
| ★ボイラ | ★ドラム水位低下、火炎検出器（失火）、燃料圧力異常 | ★水管の焼損・炉内爆発 |
| ★タービン | ★非常調速機、軸受油圧低下、振動、軸方向変位 | ★回転部の破損 |
| ★復水器 | ★真空度低下 | ★排気室の過熱 |
| ★発電機 | ★比率差動、過電流、地絡、界磁喪失、逆電力 | ★巻線の焼損 |
ボイラ・タービン・発電機の3つに分けて考える——それぞれ守るものが違います。
問題文のa)b)c)がボイラとタービン、d)がタービン、e)が発電機——全体を網羅した出題だと言えます。
b) ボイラ水の循環が止まるとどうなるか
水管の中の水は、熱を運び去る役目も持っています——止まれば管そのものが焼けるのです。
火炉の温度は1,500 ℃ 前後——水が流れているから管は300 ℃ 程度で済んでいるのです。
流れが止まれば、管は一気に赤熱して破裂します——だから循環の異常を検出したら、まず火を消すことになります。
b) の「燃料を遮断してバーナを消火」は、その手順そのものです。
弁の役割を整理する
汽力発電所には多くの弁があります——名前が似ていて紛らわしいので、表で押さえましょう。
| 弁 | 場所 | 役割 | 動くとき |
| ★蒸気加減弁 | ★タービン入口 | ★蒸気量を絞って出力を調整 | ★常時 |
| ★蒸気止弁（主蒸気止弁） | ★加減弁の手前 | ★完全に遮断する | ★非常停止時 |
| ★安全弁 | ★ドラム・過熱器出口 | ★圧力超過時に蒸気を放出 | ★異常時 |
| 逃がし弁 | ボイラ・配管 | 安全弁より先に開いて圧力上昇を抑える | 異常の初期 |
加減弁と止弁は、どちらもタービンへの蒸気を制御します——違いは「絞る」か「止める」かです。
安全弁と逃がし弁は、圧力を逃がす側——タービンではなくボイラを守ることになります。
本問の c) は、この2つのグループを混同させる設問——「蒸気を放出させて」という動作から、逃がす側だと分かります。
非常調速機が動いた後
蒸気止弁が閉じてタービンが止まっても、それで終わりではありません。
ボイラでは蒸気が作られ続けている——行き場を失った蒸気の圧力が上がります。
そこで安全弁や逃がし弁が働いて、蒸気を放出する——保護装置は連携して動くのです。
e) 比率差動継電器のしくみ
発電機の巻線に流れる電流を、両端で比べます。
| 状態 | 入る電流と出る電流 | 継電器 |
| 正常 | ★等しい | 動作しない |
| ★外部事故 | ★等しい（通り抜けるだけ） | ★動作しない |
| ★内部短絡 | ★差が生じる（途中で漏れる） | ★動作する |
入った電流と出た電流が違えば、途中で漏れている——それが内部事故の証拠です。
外部で事故が起きても、電流は通り抜けるだけ——差が出ないので動作しません。だから保護範囲を巻線の内側に限定できるのです。
「比率」と付くのは、変流器の誤差を考慮するため——大電流のときは多少の差を許す特性にしてあります。
発電機の保護は多重に組まれる
| 継電器 | 検出するもの |
| ★比率差動 | ★巻線の内部短絡 |
| ★地絡過電圧 | ★固定子巻線の地絡 |
| ★界磁喪失 | ★励磁が失われて同期外れになる状態 |
| 逆電力 | 電動機として回されている状態 |
逆電力継電器は、蒸気が止まったのに系統につながったままの状態を検出します——発電機が電動機になってタービンを回してしまうのです。
そうなると蒸気で冷やされない翼が摩擦熱で過熱します——だから素早く系統から切り離す必要があります。
まとめ
| a)非常調速機 | 速度上昇時に蒸気止弁を閉じ停止→適切 |
| b)燃料遮断弁 | 循環不良時にバーナ消火し水管焼損を防止→適切 |
| c)蒸気加減弁 | 蒸気を放出するのは安全弁。加減弁は流量調整→不適切 |
| d)トリップ装置 | 軸受油圧の異常低下で停止→適切 |
| e)比率差動継電器 | 固定子巻線の内部短絡を検出→適切。答えは(4) |
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