今回は平成30年度 機械科目 B問題18を解説します。水力発電所の概略構成（図1）と、発電機始動から遮断器投入までの始動シーケンス（図2、ラダー図）から、シンボルの器具名称(a)と、始動スイッチONから遮断器投入指令までの所要時間(b)を求める問題です。図1は制御装置と機械系統（水車・発電機・励磁装置・遮断器）の全体構成図、図2が本問の中心となるラダー図です。
(a)はJIS C 0617-7のシンボルから押しボタンスイッチ・瞬時動作限時復帰接点・限時動作瞬時復帰接点を読み取ります。(b)はリレーR→TLR1→GOV→TLR2→AVR→TLR3→CBCという動作順序を追い、限時継電器TLR2（20秒）とTLR3（10秒）の遅れ時間だけを合計します。
平成30年度 機械科目 B問題18：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「平成30年度 第三種電気主任技術者試験」機械科目 B問題18
電験3種 機械科目 【自動制御】 平成30年度 B問題18
一般的な水力発電所の概略構成を図1に，発電機始動から遮断器投入までの順序だけを考慮したシーケンスを図2に示す。図2において，SWは始動スイッチ，GOVはガバナ動作，AVRは自動電圧調整器動作，CBCは遮断器投入指令である。
GOVがオンの状態では，ガイドベーンの操作によって水車の回転速度が所定の時間内に所定の値に自動的に調整される。AVRがオンの状態では，励磁装置の動作によって発電機の出力電圧が所定の時間内に所定の値に自動的に調整される。水車の回転速度及び発電機の出力電圧が所定の値になると，自動的に外部との同期がとれるものとする。
この始動シーケンスについて，次の(a)及び(b)の問に答えよ。なお，シーケンス記号はJIS C 0617-7（電気用図記号－第7部：開閉装置，制御装置及び保護装置）に従っている。
（a）図2の(ア)〜(ウ)に示したシンボルの器具名称の組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（ア） （イ） （ウ） (1) 押しボタンスイッチ 自動復帰接点 手動復帰接点 (2) ひねり操作スイッチ 瞬時動作限時復帰接点 限時動作瞬時復帰接点 (3) 押しボタンスイッチ 瞬時動作限時復帰接点 限時動作瞬時復帰接点 (4) ひねり操作スイッチ 自動復帰接点 手動復帰接点 (5) 押しボタンスイッチ 限時動作瞬時復帰接点 瞬時動作限時復帰接点 （b）始動スイッチをオンさせてから遮断器の投入指令までの時間の値[秒]として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。なお，リレーの動作遅れはないものとする。
（1）5 （2）10 （3）20 （4）30 （5）35〔s〕
出題のポイント：2種類の限時接点を区別する
(a)の（イ）（ウ）は、タイマ（限時継電器）の接点記号です。「いつ遅れるか」が違う2種類——ここを取り違えると(b)の時間計算も狂います。
| 名称 | 動作するとき | 復帰するとき | 別名 |
| 限時動作瞬時復帰接点 | ★遅れる | すぐ戻る | オンディレー |
| 瞬時動作限時復帰接点 | すぐ動く | ★遅れて戻る | オフディレー |
「限時」という語がどちらに付いているかを見る——「限時動作」なら動作が遅れ、「限時復帰」なら復帰が遅れる。言葉のとおりに読めばよいのです。
（ア）は押しボタンスイッチ——選択肢の「ひねり操作スイッチ」とは記号が違います。押しボタンは手を離すと戻る（自動復帰）——だからシーケンス回路では自己保持と組み合わせて使われます。
(b) 時間を足すのはどこか
始動スイッチから遮断器投入指令までの動作順序を追います。遅れが生じるのは限時動作の接点だけ——そこだけを合計します。
| 段階 | 動作 | 遅れ |
| ① | SW オン → リレーR 動作 | 0（遅れなし） |
| ② | TLR1 → GOV オン | ★0（瞬時動作） |
| ③ | TLR2 → AVR オン | ★20 s（限時動作） |
| ④ | TLR3 → CBC 指令 | ★10 s（限時動作） |
★瞬時動作のTLR1 は加算しない
⚠️ よくある間違い
(5) 35 秒はTLR1 の5 秒も足してしまった場合——最も多い誤りです。TLR1 は瞬時動作限時復帰——動作は瞬時なので、始動時には遅れません。
(3) 20 秒はTLR3 を忘れた場合。
「どの接点が動作を遅らせるか」を一つずつ確認——記号を正しく読めていれば防げます。
なぜ順番に時間をかけるのか
水力発電所の始動は、決められた順序で進める必要があります。同時にすべてを動かせないのには理由があります。
| 段階 | 何をしているか | 時間が必要な理由 |
| GOV（ガバナ） | ガイドベーンを開いて水車を回す | ★回転速度が定格に達するまで待つ |
| AVR（自動電圧調整器） | 励磁して発電機電圧を立ち上げる | 電圧が定格に達するまで待つ |
| CBC（遮断器投入） | 系統へ並列する | 速度と電圧が揃ってから |
回転速度が上がる前に励磁しても意味がありません——周波数が合わないからです。電圧が立ち上がる前に遮断器を入れれば、大きな突入電流が流れます。
だから「速度→電圧→並列」という順序が必須——各段階に必要な時間をタイマで確保しているのが本問のシーケンスです。
実際の発電所では、時間だけでなく速度計や電圧計の信号も使います——「所定の値になったら次へ」という条件制御。本問は時限制御に単純化した設定だと理解しておくとよいでしょう。
同期投入には位相の一致も必要です。問題文の「自動的に外部との同期がとれるものとする」——実際は同期検定器が位相を監視して投入のタイミングを決めています。
⏱️ 本番での進め方
①「限時動作」は動作が遅れ、「限時復帰」は復帰が遅れる。
② 始動時に効くのは限時動作の接点だけ。
③ TLR2（20 s）＋TLR3（10 s）＝30 s。
④ TLR1 は瞬時動作なので足さない。足すと35 s の誤答。
💡 覚え方
「限時動作＝オンディレー、限時復帰＝オフディレー」——語のとおりに読む。そして「始動時は限時動作だけが時間を食う」——これで(b)の計算が決まります。
タイマ（限時継電器）の実際
本問で使われている限時継電器（タイマ）——その仕組みと種類を見ておきましょう。
| 方式 | 原理 | 精度 | 設定範囲 |
| 電子式 | CR の充電時間やカウンタ | ★高い | 広い（ms〜時間） |
| モータ式 | 同期電動機でカムを回す | 高い | 長時間向き |
| 空気式 | ダッシュポットの空気漏れ | 低い | 数秒〜数分 |
現在は電子式が主流です。PLC ならソフトウェアのタイマ命令——本問のようなラダー図でも、実体はプログラムであることが多いのが実際になります。
なぜラダー図で描くのか
PLC のプログラムなのに、あえてリレー回路の形で描く——それには理由があります。
| 理由 | 内容 |
| 電気技術者が読める | ★リレー回路の知識がそのまま使える |
| 並列動作が表せる | 複数の回路が同時に動く様子が分かる |
| 現場で追跡できる | どの接点が閉じているかを画面で確認できる |
リレー回路からPLC へ移行するとき、既存の図面をそのまま使えた——これがラダー図が普及した最大の理由です。
本問のような発電所の始動シーケンスは、いまもラダー図で管理されています。試験でこの読み方が問われるのは、実務で必要だから——記号の意味を正確に押さえておく価値があると言えます。
まとめ
| (a) | 押しボタンスイッチ／瞬時動作限時復帰接点／限時動作瞬時復帰接点 |
| TLR2の設定時間 | 20秒 |
| TLR3の設定時間 | 10秒 |
| (b) 所要時間 | 30秒 |
| 答え | (a)-(3)，(b)-(4) |
▼あわせて解きたい関連問題
・演算増幅器回路の入出力電圧比を計算：【機械】平成24年度A問題13
・K・T付きフィードバック制御系のボード線図：【機械】令和5年度下期A問題13
コメント