人生詰んでるけど生きてます

東大卒で統合失調症という残念な著者が、種々雑多な物事を取り上げ、独自の観点から話題にするブログです。

電工二種筆記アナログ式解説その2

今日は問3,問4,問5を取り上げます

皆様こんにちは。
需要があるのかどうか分かりませんが、今はあまり書くネタがないので、ひとまずこの話題でお茶を濁します。前回に引き続きスマホでは文字が小さいので、タブレットかPCによる閲覧を推奨致します。

それにしても復習してみてはじめて分かる電気の奥深さと面白さ。もちろん当面の間は社労士の勉強を続けますが、それでもいずれ電験も二種(かひょっとしたらそれ以上)を取りたいなと思わさせられました。

なお、この平成30年度下期・問3からは単位に大カッコ [ ]を付ける形で表記しています。

問3 問題雑感


難易度:やや難

この問題では、かなり細かなところまで電工二種の範囲を覚えてきた方以外の全ての方にとっては、導線の抵抗率と断面積と長さ(こう長)から、抵抗を求めだすあの公式が必須になります。

それを覚えていてもさらに壁があります。導線の断面が一般的に円形をしている事から、直径で示されている導線については、円の面積の公式から断面積を求めだすと言うメンドクセー作業が必要になってくるのです。

難易度:やや難、と書きましたが、難しいと言うより面倒な問題です。

問3 指針

この図では指針として例の公式と、円の面積の公式(当たり前すぎる内容でスミマセン)が示してあります。

これまた当たり前ですが、紛らわしい事に問題文や選択肢イ、選択肢ハでは導線の直径が与えられているので、それを半径にした上で円の面積の公式に当てはめなければいけません。

また、抵抗率ρが与えられていないので、これら5本の導線は全て同じ材質の銅導線とみなしちゃいましょう。つまりρは一定の定数であるという事にしておくのです。

問3 解答

ちょっと紙面がダブついててごめんなさい。
さて当然のごとく使っている①とか②とか③の赤丸は、上の指針で書いている公式等の事です。

ご覧のようにかなり大儀な事をやっています。と言うか問題の指示でやらされてます(汗)。とは言え、将来的に電験を目指すのであれば、これらの問題は2〜3分、遅くとも5分ぐらいでチャチャっと出来なければいけないと思います。

なんか厳しい事言ってんなと思われるかも知れませんが、要は慣れです。バリバリの文系の方には確かにはじめは大変かも知れないとは思いますが、それは理系であった僕のFP技能士や社労士に近い大変さでしょう。

要するに楽しんだもの勝ちです。バリバリの文系の方でも、計算段階を楽しく思えてきたらしめたものなのです。

問4 問題雑感と解説


難易度:普通

個人的には簡単なのですが、[kJ]と[kWh]の関係がしっかり頭に入っていなければ、最後の最後で詰む事になります。

簡単に言えば、1[kWh] = 3,600[kJ]
なのです。これは単位[kJ/s] = [kW]である事に由来します。なお s は秒を意味します。
そして[kWh]は[kW]に1[h(一時間)]を掛けたものです。

よって、一時間が3,600秒である事から、
1[kWh] = 1[kJ/s] × 3,600[s] となり、
右辺のsは消え、結局
1[kWh] = 3,600[kJ] という事になるのでした。
てか何で、すぐ下に貼ったノートの解説に書かなかったのって話ですね(汗)。

問4 解答解説

取り立てて言うべき事は無い気がしますが、こういうややこしい単位がたくさん出てくる時は、単位の分母と分子に着目して、適宜約分によって簡単な単位に置き換えていくとわかりやすいです。

問5 問題雑感と指針


難易度:難しい

今日のこれら3つの問題のうち、メインディッシュに当たるものがこの問5です。第一種電気工事士(電工一種)試験辺りから降臨してきたような問題ですね。

流石にこれと同じ問題が電験三種で出たら、それはサービス問題という事になるのですが、少なくともこれまでは、このタイプのものは標準的な電工二種レベルで出る問題ではありませんでした。

電験三種そのものは今年若干易化したのですが、その一方で電工二種の筆記試験の方は難化してきている、という事を如実に表す問題となっています。

まずこれはかつての僕もそうだったのですが、この図の理論を理解するのが、最初の難関です。以下に解答・解説ノートを貼っていますが、この内容ではゼロから理解できる方は少ないかも知れません。上手に説明できない自分がもどかしいですね。

この回路は三相交流回路と言い、電源電圧が相電圧または線間電圧で表される事が特徴です。

さてこの問題では各導線の間において電圧が与えられています。これは文字通り「線間電圧」と呼ばれるものです。

そして負荷部分(抵抗とリアクタンスの部分。ここではこれらを総称してインピーダンスと呼ぶ事にします)が、この図のようなY結線(スター結線と呼びます)となっている時は、この線間電圧を使っての計算は出来ません。

よってそれを「相電圧」と言う電圧値に置き換えてやる必要が出てきます。

問5 解説と指針

三相交流には、まず電源または負荷が三角形状に繋がれている「Δ結線(デルタ結線)」があります。

そして上記の問題図やこの指針ノートの解説図のような、中央に点があり(中性点と呼びます)、そこから3つの方向に分かれた「Y結線」と言うものもあります。

三相交流では、全てのΔ結線をY結線に変換して考える事がポイントになってきます。この場合、電源電圧として線間電圧が与えられていますが、これは電源がΔ結線されていると考えていいです。

で、Δ結線電圧(線間電圧)の絶対値をノートのようなY結線電圧(相電圧)の絶対値に変えるときは、線間電圧V[V]を√3で割ってやればいいです。

なお、この計算をすれば、3つの電源(相電圧)の絶対値が全て同じとなります。また、3線の負荷部分を見てみると、これまた全て同じものが付いています。こう言うものを「三相平衡回路」と言います。

(なお、いずれ問われるかも知れないので書いておくと、Δ結線負荷のインピーダンス値をY結線負荷のインピーダンス値に変える場合は、前者を√3ではなく、3で割ってやって下さい。ただしこんなに単純にいくのは負荷が平衡している時に限ります)

で、三相平衡回路の一相ごとの電源で生み出された相電圧は、全てそれぞれの負荷のインピーダンスにかかります。よって中性点の電圧は0[V]になります。これは電源側も負荷側も同じです。

よって、二つの中性点を抵抗値ゼロの導線で結んでやる事ができるようになります。これがいわゆる中性線です。

二つの中性点はともに電圧ゼロなので、中性線を流れる電流は三相分を合計すればゼロです。

しかし、実は三相のうちそれぞれ一相ずつでは、ちゃんと電源に戻る電流が流れているとみなせるのです。そしてこれらの3つの電流の絶対値は全て同じです。

が、この電流3つは実はベクトル値であり、それぞれが120度ずつズレています。よってこれらを全て足せばゼロベクトルとなると言うカラクリがあるのです。

(さっきから絶対値、絶対値と言ってますが、それは交流の電流や電圧のほとんどがベクトル量だからです。絶対値は同じでも、方向が違う…と言うヤツですね)

その為、中性線を流れる電流は三相分ではゼロになるが、ちゃんとそれぞれ一相ずつは流れているよ、と言うややこし過ぎる話が出てくるわけです。

難しくてすみません。正直自分でも頭が痛くなってきました(汗)。

そんな訳で、三相のうちどれか一つについて、
電源→負荷→中性線→電源
と、循環する電流を求め出せばいいのです。

この様にして切り取った一相分の回路が、ノートの図3という事になります。
ここまでくれば、あとは問2の時の要領で解けます。

問5 解答

この一相分の回路では、線間電圧を使ってはいけません。必ず相電圧で計算してください。すると、ノートのように計算でき、解答が浮かび上がってきます。あとは問2と同じなので、解説は省きます。

総評

電験三種取得者から見た電工二種過去問その2、如何だったでしょうか。ここに挙げた問3や問5の様な難しい理論問題は、合格する事が目的ならば、無理して解く必要はありません。

ただ、何度か言っているように電工二種を経て、電験三種を取りたいという方ならば、どの理論問題も絶対に取っておきたい重要な基礎問題ばかりです。拙い解説ですが、少しでも皆様の理解に繋がれば幸いです(まだ問6と問7がありますけどね)。

ひとまず書き過ぎで疲れたので、今からお昼寝でもしようかと思っています。
ではまた次回に!

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