電験二種(一次)「電力」一問一答(全32問)

第二種電気主任技術者(電験二種) 一次試験の「電力」分野の練習問題です。「答えと解説を見る」を開くと正解と解説を確認できます。シカクモン運営者の熊太郎が作成。4択の演習モードで解きたい方は電験二種(一次)のドリルへ。

問題データ最終更新 2026-10-19

問1最大使用水量20m³/s、総落差130m、水圧管路などでの損失水頭が10mの水力発電所がある。水車効率を90%、発電機効率を96%とするとき、最大出力として最も近いものはどれか。ただし、重力加速度は9.8m/s²とする。

  1. a21.2MW
  2. b22.0MW
  3. c20.3MW
  4. d22.6MW
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正解:c. 20.3MW

正解は「20.3MW」。有効落差は 130−10=120m。出力は P=9.8×Q×H×ηt×ηg=9.8×20×120×0.90×0.96≒20,321kW≒20.3MW。「21.2MW」は誤り。発電機効率を掛け忘れた値(約21.2MW)。「22.0MW」は誤り。損失水頭を引かず総落差130mで計算した値(約22.0MW)。「22.6MW」は誤り。水車効率を掛け忘れた値(約22.6MW)。

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問2水車に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aカプラン水車は、ランナ羽根の角度を負荷に応じて変えられる反動水車で、低落差・大流量の地点に適する。
  2. bペルトン水車は、ケーシング内の水の圧力で動く反動水車で、低落差で流量の大きい地点に適する。
  3. cフランシス水車は、ノズルから噴出した噴流をバケットに当てて回す衝動水車で、中落差の地点に用いられる。
  4. dフランシス水車は、高落差で流量の小さい地点に適し、ニードル弁とデフレクタで水量を調整する水車である。
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正解:a. カプラン水車は、ランナ羽根の角度を負荷に応じて変えられる反動水車で、低落差・大流量の地点に適する。

正解は「カプラン水車は、ランナ羽根の角度を負荷に応じて変えられる反動水車で、低落差・大流…」。カプラン水車はプロペラ形の反動水車で、ガイドベーンの開度とランナ羽根の角度を連動して調整できるため、低落差・大流量で流量変動が大きい地点でも部分負荷効率がよい。「ペルトン水車は、ケーシング内の水の圧力で動く反動水車で、低落差で流量の大きい地点…」は誤り。ペルトン水車は衝動水車で、高落差・小流量の地点に適する。「フランシス水車は、ノズルから噴出した噴流をバケットに当てて回す衝動水車で、中落差…」は誤り。フランシス水車は反動水車で、ノズルとバケットを用いるのはペルトン水車。「フランシス水車は、高落差で流量の小さい地点に適し、ニードル弁とデフレクタで水量を…」は誤り。ニードル弁とデフレクタで水量を調整するのはペルトン水車で、フランシス水車はガイドベーンで調整する。

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問3水力発電所で負荷遮断が起きたときの水車と水圧管路に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aガイドベーンの閉鎖時間を短くすると、水圧管内の圧力上昇も水車の速度上昇も、ともに小さくなる。
  2. b発電機のはずみ車効果GD²を大きくすると、水車の回転が加速されやすくなり、負荷遮断時の速度上昇は大きくなる。
  3. c水圧管路が長いほど、同じ閉鎖時間では水撃作用による水圧管内の最大圧力上昇は小さくなる。
  4. dガイドベーンの閉鎖時間を長くすると、水圧上昇は小さくなるが、速度上昇は大きくなる。
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正解:d. ガイドベーンの閉鎖時間を長くすると、水圧上昇は小さくなるが、速度上昇は大きくなる。

正解は「ガイドベーンの閉鎖時間を長くすると、水圧上昇は小さくなるが、速度上昇は大きくなる。」。ガイドベーンをゆっくり閉じると水撃作用による管内の圧力上昇は小さくなるが、遮断後も水が水車に流入し続けるため速度上昇は大きくなる。水圧上昇と速度上昇は閉鎖時間に対して二律背反で、この兼ね合いで閉鎖時間を決める。「ガイドベーンの閉鎖時間を短くすると、水圧管内の圧力上昇も水車の速度上昇も、ともに…」は誤り。閉鎖時間を短くすると速度上昇は小さくなるが、水圧上昇は大きくなる。「発電機のはずみ車効果GD²を大きくすると、水車の回転が加速されやすくなり、負荷遮…」は誤り。GD²(慣性)が大きいほど速度は上がりにくく、速度上昇は小さくなる。「水圧管路が長いほど、同じ閉鎖時間では水撃作用による水圧管内の最大圧力上昇は小さくなる。」は誤り。水圧管路が長いほど水柱の慣性が大きく、圧力上昇は大きくなる。

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問4揚水発電所の総合効率(発電電力量÷揚水に要する電力量)を求める。総落差300m、揚水時・発電時とも管路の損失水頭は6mである。水車効率92%、発電機効率98%、ポンプ効率90%、電動機効率97%で、揚水量と発電に使う水量は等しいとする。総合効率として最も近いものはどれか。

  1. a78.7%
  2. b75.6%
  3. c77.1%
  4. d72.7%
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正解:b. 75.6%

正解は「75.6%」。発電時の有効落差は 300−6=294m、揚水時の全揚程は 300+6=306m。水量が等しいので、総合効率は (294/306)×0.92×0.98×0.90×0.97≒0.9608×0.7871≒0.756で、約75.6%。「78.7%」は誤り。損失水頭を無視し機器効率だけを掛けた値(約78.7%)。「77.1%」は誤り。損失水頭を発電時(294/300)の片側だけ考えた値(約77.1%)。「72.7%」は誤り。落差比を (294/306)² のように二重に掛けた値(約72.7%)。

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問5出力500MWで運転している石炭火力発電所の発電端熱効率が40%、使用する石炭の発熱量が25,000kJ/kgのとき、1時間あたりの石炭消費量として、正しいものはどれか。ただし、1kWh=3,600kJとする。

  1. a28.8t
  2. b72t
  3. c180t
  4. d450t
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正解:c. 180t

正解は「180t」。1時間の発電電力量は 500,000kWh で、熱量に換算すると 500,000×3,600=1.8×10⁹kJ。効率40%なので投入熱量は 1.8×10⁹/0.4=4.5×10⁹kJ。石炭消費量は 4.5×10⁹/25,000=180,000kg=180t。「28.8t」は誤り。効率を割らず掛けた値(72t×0.4)。「72t」は誤り。効率を考えず出力分の熱量をそのまま発熱量で割った値。「450t」は誤り。効率40%で二重に割った値(180t÷0.4)で、投入熱量にすでに効率を反映している点を見落としている。

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問6汽力発電所の熱サイクルに関する記述として、正しいものはどれか。

  1. a再熱サイクルは、高圧タービンの排気をボイラで再加熱して次の段へ送るため、低圧段の蒸気の湿りを減らせ、熱効率も向上する。
  2. b再生サイクルは、タービンの途中から抽気した蒸気で給水を加熱するもので、復水器で捨てる熱量が増えるため、熱効率は低下する。
  3. cタービン入口の蒸気の圧力と温度を高くするほど、ランキンサイクルの理論熱効率は低下するため、高温高圧化は行わない。
  4. d復水器の真空度を高くすると、タービン排気の湿りは小さくなり、翼の浸食が抑えられるので、熱効率も同時に向上する。
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正解:a. 再熱サイクルは、高圧タービンの排気をボイラで再加熱して次の段へ送るため、低圧段の蒸気の湿りを減らせ、熱効率も向上する。

正解は「再熱サイクルは、高圧タービンの排気をボイラで再加熱して次の段へ送るため、低圧段の…」。再熱サイクルは高圧タービン排気を再熱器で再加熱して中低圧タービンへ送り、末段の湿り度を下げて翼の浸食を抑えるとともに、熱効率も高める。「再生サイクルは、タービンの途中から抽気した蒸気で給水を加熱するもので、復水器で捨…」は誤り。再生サイクルは抽気で給水を加熱して復水器での放熱を減らし、熱効率を向上させる。「タービン入口の蒸気の圧力と温度を高くするほど、ランキンサイクルの理論熱効率は低下…」は誤り。蒸気条件(圧力・温度)を高めると理論熱効率は向上するため、超臨界圧などの高温高圧化が進められている。「復水器の真空度を高くすると、タービン排気の湿りは小さくなり、翼の浸食が抑えられる…」は誤り。真空度を高めると排気圧力が下がり熱効率は向上するが、排気の湿り度はむしろ大きくなる。

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問7同じ種類の化石燃料を使い、同じ発電電力量を得る火力発電所で、発電端熱効率を40%から45%に向上させた。燃料の使用量が熱効率に反比例し、CO₂排出量が燃料の使用量に比例するとき、CO₂排出量の削減率として最も近いものはどれか。

  1. a5.0%
  2. b12.5%
  3. c10.0%
  4. d11.1%
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正解:d. 11.1%

正解は「11.1%」。燃料使用量は熱効率に反比例するので、改善後は改善前の 40/45≒0.889 倍となる。CO₂排出量も同じ比率で減り、削減率は 1−40/45≒0.111、すなわち約11.1%。「5.0%」は誤り。効率の差5ポイントをそのまま削減率にした値。「12.5%」は誤り。45/40−1=12.5% は同じ燃料での発電量の増加率で、排出量の削減率ではない。「10.0%」は誤り。10%は概数としてもっともらしいが、1−40/45≒0.111 とは一致せず、導出の根拠がない。

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問8コンバインドサイクル発電で、ガスタービンの熱効率が35%、そのガスタービンの排熱を排熱回収ボイラで回収して蒸気タービンで発電する部分の、排熱に対する発電効率が30%である。投入した燃料の熱量に対する総合熱効率として、正しいものはどれか。

  1. a45.5%
  2. b54.5%
  3. c65.0%
  4. d59.5%
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正解:b. 54.5%

正解は「54.5%」。燃料の熱量を1とすると、ガスタービンで35%が電力になり、残る65%が排熱となる。蒸気タービン側はその30%を電力にするので 0.65×0.30=0.195。総合熱効率は 0.35+0.195=0.545、約54.5%。「45.5%」は誤り。0.35×(1+0.30) として排熱でなくガスタービンの発電量に掛けた値。「65.0%」は誤り。35%と30%を単純に足した値で、蒸気側の効率は燃料でなく排熱を基準にしている点を見落としている。「59.5%」は誤り。0.35+0.35×0.7 のように排熱の割合を取り違えた値。

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問9地熱発電に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aフラッシュ方式は、高温の熱水を減圧して得た蒸気でタービンを回し、ダブルフラッシュ方式は分離した熱水をさらに減圧して再び蒸気を得る。
  2. bバイナリー方式は、地熱流体を直接タービンに送る方式であるため、熱水中の腐食性成分の影響を避けるための熱交換器を必要としない。
  3. c地熱発電は、蒸気の温度と圧力が火力発電より高いため、同じ容量の火力発電所に比べて熱効率が高く、タービンや復水器も小形にできる。
  4. d地熱発電は、出力が季節や天候に応じて大きく変動するため、ベース供給力としては使いにくく、主にピーク供給力として運用されている。
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正解:a. フラッシュ方式は、高温の熱水を減圧して得た蒸気でタービンを回し、ダブルフラッシュ方式は分離した熱水をさらに減圧して再び蒸気を得る。

正解は「フラッシュ方式は、高温の熱水を減圧して得た蒸気でタービンを回し、ダブルフラッシュ…」。フラッシュ方式は、地下の高温熱水を減圧して蒸気に変え、気水分離器で分けた蒸気でタービンを回す。ダブルフラッシュ方式は分離した熱水をさらに低い圧力で減圧し、再び蒸気を得て出力を増やす。「バイナリー方式は、地熱流体を直接タービンに送る方式であるため、熱水中の腐食性成分…」は誤り。バイナリー方式は地熱流体で低沸点媒体を加熱・蒸発させて媒体でタービンを回すので、熱交換器を用いる。「地熱発電は、蒸気の温度と圧力が火力発電より高いため、同じ容量の火力発電所に比べて…」は誤り。地熱蒸気の温度・圧力は火力より低く、熱効率は低い。「地熱発電は、出力が季節や天候に応じて大きく変動するため、ベース供給力としては使い…」は誤り。地熱発電は出力が安定しており、ベース供給力として運用される。

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問10遅れ力率0.8で1,200kWの電力を消費する負荷に、電力用コンデンサを並列に接続して力率を0.96(遅れ)に改善したい。必要なコンデンサの容量として、正しいものはどれか。

  1. a250kvar
  2. b384kvar
  3. c550kvar
  4. d900kvar
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正解:c. 550kvar

正解は「550kvar」。力率0.8のとき tanθ₁=0.6/0.8=0.75、力率0.96のとき tanθ₂=0.28/0.96=0.2917。コンデンサ容量は Qc=P(tanθ₁−tanθ₂)=1,200×(0.75−0.2917)=550kvar。「250kvar」は誤り。皮相電力の差(1,500−1,250)。「384kvar」は誤り。sinθの差を使った 1,200×(0.6−0.28)。「900kvar」は誤り。力率改善前の無効電力(1,200×0.75=900kvar)全体を打ち消す容量で、力率が1になる。

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問11調相設備に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. a電力用コンデンサは、遅れ無効電力も進み無効電力も連続的に調整でき、変電所の電圧調整に広く用いられる。
  2. b分路リアクトルは、進み無効電力を供給する設備で、重負荷時の電圧低下を補償する目的で用いられる。
  3. c静止形無効電力補償装置(SVC)は、回転部分をもたないため、同期調相機に比べて無効電力の制御の応答が遅い。
  4. d同期調相機は、無負荷の同期電動機の界磁電流を調整して、遅れ・進みの無効電力を連続的に調整できる。
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正解:d. 同期調相機は、無負荷の同期電動機の界磁電流を調整して、遅れ・進みの無効電力を連続的に調整できる。

正解は「同期調相機は、無負荷の同期電動機の界磁電流を調整して、遅れ・進みの無効電力を連続…」。同期調相機は無負荷で運転する同期電動機で、界磁電流を増やす(過励磁)と進み無効電力を供給し、減らす(不足励磁)と遅れ無効電力を供給するので、連続的な調整ができる。「電力用コンデンサは、遅れ無効電力も進み無効電力も連続的に調整でき、変電所の電圧調…」は誤り。電力用コンデンサは進み無効電力の供給のみで、段階的な投入・開放による調整となる。「分路リアクトルは、進み無効電力を供給する設備で、重負荷時の電圧低下を補償する目的…」は誤り。分路リアクトルは遅れ無効電力を消費し、軽負荷時やケーブル系統の電圧上昇を抑える。「静止形無効電力補償装置(SVC)は、回転部分をもたないため、同期調相機に比べて無…」は誤り。SVCはサイリスタなどで高速に制御でき、応答は同期調相機より速い。

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問12電力用コンデンサに直列リアクトルを接続し、第5調波に対してコンデンサ回路が誘導性となるようにしたい。コンデンサのリアクタンスに対する直列リアクトルのリアクタンスの割合(リアクタンス率)は、理論上少なくとも何%以上必要か。

  1. a2%
  2. b4%
  3. c11%
  4. d20%
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正解:b. 4%

正解は「4%」。基本波でコンデンサのリアクタンスをXc、リアクトルのリアクタンスをXLとすると、第n調波では nXL と Xc/n になる。誘導性になる条件は nXL>Xc/n、すなわち XL>Xc/n²。n=5 のとき XL>Xc/25=0.04Xc で、4%以上が必要となる。実際には周波数変動などの余裕を見て6%が使われる。「2%」は誤り。2%は4%の半分で、第5調波で共振する範囲に入る。「11%」は誤り。11%は第3調波(1/9)の条件の値。「20%」は誤り。20%は 1/n で求めた値で、必要以上に大きい。

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問13ガス絶縁開閉装置やガス遮断器に使われるSF₆ガスに関する記述として、正しいものはどれか。

  1. a空気より軽く、同じ圧力の空気に比べて絶縁耐力は低いが、消弧能力が高いため遮断器の消弧媒体に用いられる。
  2. bアークにさらされても分解しないため、遮断後の生成物の処理や点検時の安全対策は必要ないとされている。
  3. c無色無臭で化学的に安定した不燃性のガスで、空気より絶縁耐力と消弧能力が高いが、温室効果が大きく回収・管理が求められる。
  4. d地球温暖化係数は二酸化炭素と同程度であり、点検時に大気へ放出しても、地球温暖化への影響は小さいと考えてよい。
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正解:c. 無色無臭で化学的に安定した不燃性のガスで、空気より絶縁耐力と消弧能力が高いが、温室効果が大きく回収・管理が求められる。

正解は「無色無臭で化学的に安定した不燃性のガスで、空気より絶縁耐力と消弧能力が高いが、温…」。SF₆は無色無臭、不燃性で化学的に安定し、同じ圧力の空気より絶縁耐力・消弧能力が高いが、地球温暖化係数が二酸化炭素の2万倍を超える(IPCC第5次報告書で約23,500倍)ため、回収・排出抑制が必要。「空気より軽く、同じ圧力の空気に比べて絶縁耐力は低いが、消弧能力が高いため遮断器の…」は誤り。SF₆は空気より重く(約5倍)、絶縁耐力は空気より高い。「アークにさらされても分解しないため、遮断後の生成物の処理や点検時の安全対策は必要…」は誤り。アークで一部が分解して有害な生成物が生じるため、点検時の対策が必要。「地球温暖化係数は二酸化炭素と同程度であり、点検時に大気へ放出しても、地球温暖化へ…」は誤り。温暖化係数は二酸化炭素よりはるかに大きく、大気放出は避ける。

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問14径間300mの架空送電線で、電線の単位長さ当たりの荷重が16N/m、水平張力が45kNのとき、電線の実長Lと径間Sの差(L−S)として、最も近いものはどれか。ただし、支持点の高低差はなく、電線のたるみDは D=wS²/(8T)、実長は L=S+8D²/(3S) で与えられるものとする。

  1. a0.142m
  2. b0.427m
  3. c0.071m
  4. d1.42m
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正解:a. 0.142m

正解は「0.142m」。たるみは D=wS²/(8T)=16×300²/(8×45,000)=4.0m。実長との差は L−S=8D²/(3S)=8×4.0²/(3×300)=128/900≒0.142m。「0.142m」は正しい。「0.427m」は誤り。8D²/S のように分母の3を落とした値(約0.427m)。「0.071m」は誤り。係数を4としてしまった 4D²/(3S)(約0.071m)。「1.42m」は誤り。桁を取り違えた値で、実長の増加は径間に対して小さい。

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問15架空送電線の振動に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aギャロッピングは、微風によるカルマン渦で生じる高周波の小振幅の振動であり、ダンパの取付けにより防止する。
  2. b微風振動は、弱い風でカルマン渦が生じて起こる垂直方向の高周波・小振幅の振動で、ダンパやアーマロッドで抑える。
  3. cサブスパン振動は、多導体のスペーサとスペーサの間で生じる振動で、スペーサの取付間隔を等間隔にすることで防止できる。
  4. dスリートジャンプは、風による電線の渦励振で、振動数が高く、ダンパを取り付けることで防止できる現象である。
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正解:b. 微風振動は、弱い風でカルマン渦が生じて起こる垂直方向の高周波・小振幅の振動で、ダンパやアーマロッドで抑える。

正解は「微風振動は、弱い風でカルマン渦が生じて起こる垂直方向の高周波・小振幅の振動で、ダ…」。微風振動は風速が数m/s以下の弱い風で電線の背後にカルマン渦が生じ、電線を上下に高周波・小振幅で振動させる。素線の疲労・断線の原因となるので、ストックブリッジダンパやアーマロッドで抑える。「ギャロッピングは、微風によるカルマン渦で生じる高周波の小振幅の振動であり、ダンパ…」は誤り。ギャロッピングは電線に付着した氷雪が翼形になり、風を受けて低周波・大振幅で振動する現象で、相間スペーサなどで対策する。「サブスパン振動は、多導体のスペーサとスペーサの間で生じる振動で、スペーサの取付間…」は誤り。サブスパン振動の防止にはスペーサ間隔を不等間隔にする。「スリートジャンプは、風による電線の渦励振で、振動数が高く、ダンパを取り付けること…」は誤り。スリートジャンプは氷雪の脱落で電線が跳ね上がる現象で、オフセット(水平ずらし)で相間短絡を防ぐ。

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問16送電線の懸垂がいし連に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aがいし連の電圧分担は、鉄塔側(接地側)に近いがいしほど大きくなり、電線側ほど小さくなる。
  2. b塩害対策として、懸垂がいしの連結個数を減らして、がいし表面を雨水で洗い流されやすくする。
  3. cアークホーンは、がいし連の電圧分担を均一にし、塩害による汚損を防止するために取り付ける。
  4. d電線側のがいしの分担電圧が最大となるので、これを均一化するためにシールドリングを取り付ける。
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正解:d. 電線側のがいしの分担電圧が最大となるので、これを均一化するためにシールドリングを取り付ける。

正解は「電線側のがいしの分担電圧が最大となるので、これを均一化するためにシールドリングを…」。がいし連では各がいしの対地静電容量の影響で、電線側に近いがいしほど分担電圧が大きくなる。シールドリング(グレーディングリング)は電線側の電界を緩和して分担電圧を均一化する。「がいし連の電圧分担は、鉄塔側(接地側)に近いがいしほど大きくなり、電線側ほど小さくなる。」は誤り。分担電圧が最大になるのは電線側のがいし。「塩害対策として、懸垂がいしの連結個数を減らして、がいし表面を雨水で洗い流されやすくする。」は誤り。塩害対策では連結個数を増やして表面漏れ距離を長くするか、耐塩がいしを用いる。「アークホーンは、がいし連の電圧分担を均一にし、塩害による汚損を防止するために取り付ける。」は誤り。アークホーンは雷サージによるフラッシオーバのアークをがいしから遠ざけ、がいしの破損と電線の溶断を防ぐもので、電圧分担の均一化や塩害防止が目的ではない。

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問17高圧CVケーブルの水トリー劣化に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. a架橋ポリエチレン絶縁体中に水分と電界が存在すると、ボイドや異物などを起点に樹枝状に進展する劣化である。
  2. b絶縁体中の水分が低温で凍結・膨張して生じる劣化であり、温暖な地域に布設したケーブルでは発生しない。
  3. c導体の過熱により絶縁体が溶けて生じる劣化であり、絶縁体にかかる電界の強さには関係しない。
  4. d課電を停止した状態でも水分が侵入しさえすれば進展し、電界の有無は進展の速さに影響しない。
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正解:a. 架橋ポリエチレン絶縁体中に水分と電界が存在すると、ボイドや異物などを起点に樹枝状に進展する劣化である。

正解は「架橋ポリエチレン絶縁体中に水分と電界が存在すると、ボイドや異物などを起点に樹枝状…」。水トリーは、架橋ポリエチレンなどの絶縁体中に水分が存在し、そこに電界が加わると、ボイド・異物・突起(電界が集中する部分)を起点に樹枝状に進展する。進展すると絶縁破壊に至ることがある。「絶縁体中の水分が低温で凍結・膨張して生じる劣化であり、温暖な地域に布設したケーブ…」は誤り。水分の凍結ではなく、水分と電界の存在が原因であり、温暖な地域でも起こる。「導体の過熱により絶縁体が溶けて生じる劣化であり、絶縁体にかかる電界の強さには関係しない。」は誤り。導体の過熱による溶融ではなく、電界の強さが進展に大きく関係する。「課電を停止した状態でも水分が侵入しさえすれば進展し、電界の有無は進展の速さに影響しない。」は誤り。水トリーは課電下で進展する劣化で、電界がなければ進展しない。

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問18こう長5kmの三相3線式6.6kV(50Hz)の地中配電線路があり、ケーブルの1線当たりの作用静電容量は0.30μF/kmである。受電端を開放したときの1線当たりの充電電流として、最も近いものはどれか。

  1. a0.60A
  2. b1.04A
  3. c1.80A
  4. d3.11A
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正解:c. 1.80A

正解は「1.80A」。1線当たりの静電容量は 0.30×5=1.5μF。充電電流は相電圧で求める。Ic=ωC×(V/√3)=2π×50×1.5×10⁻⁶×(6,600/√3)≒4.71×10⁻⁴×3,810≒1.80A。「0.60A」は誤り。1.80Aを3で割った値で、三相合計の考え方を誤っている。「1.04A」は誤り。1.80Aを√3で割った値で、相電圧の代わりに別の換算をした誤り。「3.11A」は誤り。線間電圧6,600Vをそのまま用いた値(1.80×√3≒3.11A)。

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問19単相3線式100/200V配電線で、片側は消費電力1kW、反対側は消費電力2kWの抵抗負荷(いずれも100V定格、抵抗値は一定)を接続している。中性線が負荷付近で断線したとき、1kW側の負荷にかかる電圧として、最も近いものはどれか。ただし、電線の抵抗は無視する。

  1. a67V
  2. b100V
  3. c200V
  4. d133V
答えと解説を見る

正解:d. 133V

正解は「133V」。1kW負荷の抵抗は 100²/1,000=10Ω、2kW負荷の抵抗は 100²/2,000=5Ω。中性線が断線すると、この2つが200Vの電源に直列に接続される。電圧は抵抗に比例して分かれ、1kW側(10Ω)は 200×10/(10+5)≒133V、2kW側は約67V。「67V」は誤り。2kW側の電圧で、抵抗の比を逆にした値。「100V」は誤り。断線前の電圧で、断線の影響を考えていない。「200V」は誤り。200Vは電源電圧の全体で、2つの負荷が直列になり電圧が分けられることを見落とした値。

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問20単相3線式100/200V配電線で、上側の電圧線に20A、下側の電圧線に10Aの負荷電流が流れている。電圧線および中性線の抵抗はいずれも1線当たり0.1Ωで、負荷電流は一定とみなす。この配電線の線路損失として、正しいものはどれか。

  1. a50W
  2. b60W
  3. c90W
  4. d140W
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正解:b. 60W

正解は「60W」。中性線には両側の電流の差が流れる(向きが逆のため)ので 20−10=10A。損失は各線の I²r の和で、0.1×(20²+10²+10²)=0.1×600=60W。「50W」は誤り。中性線の損失を考えない場合で、0.1×(20²+10²)=50W。「90W」は誤り。中性線電流を大きい方の20Aとした場合で、0.1×(400+100+400)=90W。「140W」は誤り。中性線電流を和の30Aとした場合で、0.1×(400+100+900)=140W。

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問21電力系統の同期安定度(安定性)を向上させる対策に関する記述として、適切でないものはどれか。

  1. a送電線に直列コンデンサを挿入して、送電線の実効的なリアクタンスを小さくする。
  2. b高速度遮断器と高速度再閉路方式を採用して、事故の除去時間を短縮する。
  3. c速応励磁方式を採用して、事故中や事故後の発電機の端子電圧の低下を抑える。
  4. d発電機の短絡比を小さくして、発電機の同期リアクタンスを大きくする。
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正解:d. 発電機の短絡比を小さくして、発電機の同期リアクタンスを大きくする。

正解は「発電機の短絡比を小さくして、発電機の同期リアクタンスを大きくする。」。この選択肢が誤りの記述(適切でないもの)である。発電機の短絡比は同期リアクタンス(単位法)の逆数にほぼ等しく、短絡比を大きくして同期リアクタンスを小さくするほど、送電可能な電力の最大値 P=(E×V/X)sinδ が大きくなり安定度は向上する。短絡比を小さくする方向は逆である(ただし短絡比を大きくすると機械が大型で高価になる)。「送電線に直列コンデンサを挿入して、送電線の実効的なリアクタンスを小さくする。」は適切。直列コンデンサで線路リアクタンスを補償すると、上式の X が小さくなり安定度が向上する。「高速度遮断器と高速度再閉路方式を採用して、事故の除去時間を短縮する。」は適切。事故除去時間を短縮すると、事故中に蓄えられる加速エネルギーが減り、過渡安定度が向上する。「速応励磁方式を採用して、事故中や事故後の発電機の端子電圧の低下を抑える。」は適切。速応励磁で内部電圧を速やかに回復させると、制動力が増して安定度が向上する。

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問22発電機の内部誘起電圧が1.2 pu、無限大母線の電圧が1.0 pu で、発電機から無限大母線までの全リアクタンスが、送電線2回線運転時に0.50 pu、1回線運転時に0.80 pu の系統がある。抵抗分は無視する。発電機が0.90 pu の有効電力を送電しているとき、1回線運転に切り替わった後の内部相差角δに最も近い値はどれか。ただし、内部誘起電圧と母線電圧の大きさは変わらないものとし、定常状態の値を求める。

  1. a22.0°
  2. b36.9°
  3. c48.6°
  4. d53.1°
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正解:b. 36.9°

正解は「36.9°」。送電電力は P=(E×V/X)sinδ で表される。1回線運転時は X=0.80 pu なので、sinδ=P×X/(E×V)=0.90×0.80/(1.2×1.0)=0.60 となり、δ≒36.9°である。このとき定態安定極限電力は E×V/X=1.2/0.8=1.5 pu で、0.90 pu はこれを下回るので安定に送電できる。「22.0°」は誤り。2回線運転時の X=0.50 pu を使った値(sinδ=0.375)である。「48.6°」は誤り。リアクタンスを掛け忘れて sinδ=0.90/1.2=0.75 とした値である。「53.1°」は誤り。sinδ=0.60 を cosδ と取り違えた値である。

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問23受電端電圧と負荷電力の関係を表すP-V曲線(ノーズ曲線)から読み取れる電圧安定性に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. a同じ負荷電力に対して高電圧側と低電圧側の2つの運転点があり、通常の運転は高電圧側の運転点で行われる。
  2. b受電端に電力用コンデンサを並列に接続すると、曲線の先端の電力が小さくなり、電圧崩壊が起こりやすくなる。
  3. c負荷が定電力特性に近づくほど、電圧が低下すると負荷電流が減少するので、電圧崩壊は起こりにくくなる。
  4. d先端を超えて負荷電力を増すと、低電圧側の運転点に移って、電圧を保ったまま、より大きな電力を供給できる。
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正解:a. 同じ負荷電力に対して高電圧側と低電圧側の2つの運転点があり、通常の運転は高電圧側の運転点で行われる。

正解は「同じ負荷電力に対して高電圧側と低電圧側の2つの運転点があり、通常の運転は高電圧側…」。P-V曲線は、ある負荷電力に対して高電圧側と低電圧側の2つの解を持つ。通常の運転は高電圧側で行われ、負荷を増して先端(ノーズ)に近づくと電圧が急に低下し、先端を超えると運転点がなくなって電圧崩壊に至る。「受電端に電力用コンデンサを並列に接続すると、曲線の先端の電力が小さくなり、電圧崩…」は誤り。電力用コンデンサは無効電力を供給して電圧を支えるので、先端の電力は大きくなり、電圧安定性は向上する。「負荷が定電力特性に近づくほど、電圧が低下すると負荷電流が減少するので、電圧崩壊は…」は誤り。定電力負荷は、電圧が低下すると負荷電流が増え、線路の電圧降下がさらに増して電圧が下がるので、電圧崩壊を起こしやすい。「先端を超えて負荷電力を増すと、低電圧側の運転点に移って、電圧を保ったまま、より大…」は誤り。低電圧側の運転点は不安定で、先端を超えて負荷電力を増すと運転点自体がなくなる。令和8年度の電力 問3で出題された電圧安定性と同じ題材である。

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問24電圧が定格値の90 %に低下したとき、定インピーダンス負荷、定電流負荷、定電力負荷の消費電力は、定格電圧時の値に対してそれぞれ何%になるか。組合せとして正しいものを選べ。

  1. a定インピーダンス負荷:90 %、定電流負荷:81 %、定電力負荷:100 %
  2. b定インピーダンス負荷:100 %、定電流負荷:90 %、定電力負荷:81 %
  3. c定インピーダンス負荷:81 %、定電流負荷:90 %、定電力負荷:100 %
  4. d定インピーダンス負荷:81 %、定電流負荷:100 %、定電力負荷:90 %
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正解:c. 定インピーダンス負荷:81 %、定電流負荷:90 %、定電力負荷:100 %

正解は「定インピーダンス負荷:81 %、定電流負荷:90 %、定電力負荷:100 %」。定インピーダンス負荷は P=V²/Z で電圧の2乗に比例するので 0.9²=0.81(81 %)、定電流負荷は P=V×I で電圧に比例するので 90 %、定電力負荷は電圧によらず 100 %である。「定インピーダンス負荷:90 %、定電流負荷:81 %、定電力負荷:100 %」は誤り。定インピーダンス負荷を電圧に比例、定電流負荷を電圧の2乗に比例と取り違えている。「定インピーダンス負荷:100 %、定電流負荷:90 %、定電力負荷:81 %」は誤り。定電力負荷の電力を81 %とし、定インピーダンス負荷を100 %としており、特性が逆になっている。「定インピーダンス負荷:81 %、定電流負荷:100 %、定電力負荷:90 %」は誤り。定電流負荷を電圧に依存しないとし、定電力負荷を電圧に比例とした誤りである。電圧が下がっても電力が減らない定電力負荷は、電流が増えるので電圧安定性の面で最も厳しい。

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問25送電線保護に用いられるPCM電流差動リレー方式の説明として、正しいものはどれか。

  1. a保護区間の外部事故では、区間を通り抜ける事故電流が大きくなるため、両端の電流の差が増えて動作する。
  2. b保護区間の両端の電流をPCM通信で伝送して比較し、電流のベクトル和が整定値以上になると動作する。
  3. c事故点までのインピーダンスを測定し、その値が整定値を超えたときに、内部事故と判定して動作する。
  4. d電流の大きさだけを検出して整定値と比較するので、電源側の系統構成が変わっても動作範囲が変わらない。
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正解:b. 保護区間の両端の電流をPCM通信で伝送して比較し、電流のベクトル和が整定値以上になると動作する。

正解は「保護区間の両端の電流をPCM通信で伝送して比較し、電流のベクトル和が整定値以上に…」。PCM電流差動リレー方式は、保護区間の両端の電流をPCM通信回線で伝送して比較し、各端子電流のベクトル和(差動電流)が整定値以上になると内部事故と判定して動作する。外部事故では区間への流入電流と流出電流が等しく、ベクトル和はほぼ零になる。「保護区間の外部事故では、区間を通り抜ける事故電流が大きくなるため、両端の電流の差…」は誤り。外部事故では通り抜ける電流の差は零に近く、このリレーは動作しない。「事故点までのインピーダンスを測定し、その値が整定値を超えたときに、内部事故と判定…」は誤り。インピーダンスを測定する方式は距離リレーで、整定値以下になったときに動作する。「電流の大きさだけを検出して整定値と比較するので、電源側の系統構成が変わっても動作…」は誤り。電流の大きさだけを見る過電流リレーは、電源側の系統構成によって事故電流が変わり、動作範囲も変わる。

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問26電力貯蔵技術に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aナトリウム硫黄(NAS)電池は、正極にナトリウム、負極に硫黄を用い、約300 ℃で動作する二次電池である。
  2. bレドックスフロー電池は、電極と活物質が一体の構造をもち、出力と容量を独立に設計することができない。
  3. cフライホイールは、回転体の位置エネルギーとして電力を貯蔵し、短時間の大きな出力の取出しに適している。
  4. d超電導磁気エネルギー貯蔵(SMES)は、超電導コイルに流した直流電流の磁界のエネルギーで貯蔵し、応答が速い。
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正解:d. 超電導磁気エネルギー貯蔵(SMES)は、超電導コイルに流した直流電流の磁界のエネルギーで貯蔵し、応答が速い。

正解は「超電導磁気エネルギー貯蔵(SMES)は、超電導コイルに流した直流電流の磁界のエネ…」。SMESは超電導コイルに直流電流を流し、その磁界のエネルギーとして電力を貯蔵する。コイルの抵抗損失がほぼなく、充放電の応答が速い。「ナトリウム硫黄(NAS)電池は、正極にナトリウム、負極に硫黄を用い、約300 ℃…」は誤り。NAS電池は負極にナトリウム、正極に硫黄を用い、固体電解質(ベータアルミナ)を介して約300 ℃で動作する。電極の極性が逆である。「レドックスフロー電池は、電極と活物質が一体の構造をもち、出力と容量を独立に設計す…」は誤り。レドックスフロー電池は、活物質を溶かした電解液をタンクに貯蔵してセルに循環させるので、出力(セルの規模)と容量(タンクの大きさ)を独立に設計できる。「フライホイールは、回転体の位置エネルギーとして電力を貯蔵し、短時間の大きな出力の…」は誤り。フライホイールは回転体の運動エネルギーとして貯蔵する。

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問2766 kV系統から変圧器を介して6.6 kV母線に受電している。基準容量を10 MVAとしたとき、電源側(66 kV系統)の百分率インピーダンスは2.0 %である。変圧器は定格容量5 MVA、自己容量基準の百分率インピーダンスが7.5 %である。抵抗分を無視して、6.6 kV母線で三相短絡が生じたときの短絡容量 [MVA] に最も近い値はどれか。

  1. a29.4 MVA
  2. b66.7 MVA
  3. c58.8 MVA
  4. d105 MVA
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正解:c. 58.8 MVA

正解は「58.8 MVA」。百分率インピーダンスは基準容量に比例して換算する。変圧器の%Zは 7.5×(10/5)=15 %(10 MVA基準)となり、電源側の2.0 %と直列なので合成は 2.0+15=17 %である。三相短絡容量は Ps=(100/%Z)×基準容量=(100/17)×10≒58.8 MVAとなる。「29.4 MVA」は誤り。基準容量を5 MVAのままにして 5×100/17 と計算した値である。「66.7 MVA」は誤り。電源側の%Zを無視し、変圧器の15 %だけで 10×100/15 とした値である。「105 MVA」は誤り。変圧器の%Zを換算せず 2.0+7.5=9.5 %として 10×100/9.5 とした値である。

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問28電源側の百分率インピーダンスが、基準容量10 MVAで1.0 %の系統に、定格容量10 MVA、自己容量基準の百分率インピーダンス8.0 %、変圧比66 kV/6.6 kVの変圧器が2台並列に接続されている。6.6 kV母線で三相短絡が生じたときの短絡電流 [kA] に最も近い値はどれか。ただし、抵抗分は無視し、√3=1.73 として計算せよ。

  1. a17.5 kA
  2. b9.73 kA
  3. c10.1 kA
  4. d30.3 kA
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正解:a. 17.5 kA

正解は「17.5 kA」。変圧器2台の並列合成は 8.0/2=4.0 %(10 MVA基準)で、電源側1.0 %と直列なので合成%Zは5.0 %である。6.6 kV側の定格電流は In=10×10⁶/(√3×6600)≒876 A、短絡電流は Is=In×100/%Z=876×100/5.0≒17.5 kA となる。「9.73 kA」は誤り。変圧器の並列を考えず1台分として 1.0+8.0=9.0 %で計算した値(In×100/9)である。「10.1 kA」は誤り。17.5 kA を√3で割ってしまった値である。「30.3 kA」は誤り。17.5 kA に√3を掛けてしまった値である。

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問29三相3線式の送電線路で、1線あたりの抵抗が0.5 Ω、リアクタンスが1.0 Ω、負荷電流が100 A、負荷の力率が0.8(遅れ)である。線間電圧降下の近似式を用いたときの線間電圧降下 [V] に最も近い値はどれか。ただし、√3=1.73 とする。

  1. a100 V
  2. b190 V
  3. c260 V
  4. d173 V
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正解:d. 173 V

正解は「173 V」。三相3線式の線間電圧降下の近似式は Δv≒√3×I×(R cosθ+X sinθ) である。cosθ=0.8、sinθ=0.6 より、Δv=1.73×100×(0.5×0.8+1.0×0.6)=1.73×100×1.0=173 V となる。「100 V」は誤り。√3を掛け忘れた値である。「190 V」は誤り。cosθ と sinθ を入れ替えて (0.5×0.6+1.0×0.8)=1.1 とした値(約190 V)である。「260 V」は誤り。力率を考えず R+X=1.5 として計算した値(約260 V)である。

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問30三相3線式送電線路で、同じ負荷の有効電力を同じ線路で送電する。送電電圧を77 kVから154 kVに昇圧し、同時に負荷の力率を0.8から1.0に改善したとき、線路の電力損失は昇圧・改善前の何倍になるか。ただし、負荷の有効電力と電線の抵抗は変わらないものとする。

  1. a0.20倍
  2. b0.16倍
  3. c0.40倍
  4. d0.64倍
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正解:b. 0.16倍

正解は「0.16倍」。有効電力 P、線間電圧 V、力率 cosθ のとき、線電流は I=P/(√3 V cosθ)、線路損失は p=3I²R=P²R/(V² cos²θ) となり、損失は電圧の2乗と力率の2乗に反比例する。電圧が2倍で 1/4、力率が 0.8→1.0 で (0.8/1.0)²=0.64 倍なので、0.25×0.64=0.16 倍である。「0.20倍」は誤り。力率の効果を2乗せず 0.25×0.8 とした値である。「0.40倍」は誤り。電圧の効果を2乗せず 0.5×0.8 とした値である。「0.64倍」は誤り。昇圧の効果を考えず、力率の改善(0.64倍)だけを反映した値である。

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問31フェランチ現象に関する記述として、正しいものはどれか。

  1. aフェランチ現象は、線路の静電容量による充電電流が線路のインダクタンスを流れ、軽負荷時や無負荷時に受電端電圧が送電端電圧より高くなる現象である。
  2. bフェランチ現象は、線路が重負荷で遅れ力率の大きな電流が流れているとき、受電端電圧が送電端電圧より高くなる現象である。
  3. cフェランチ現象は、同一こう長では静電容量の大きい架空送電線のほうが、地中ケーブルよりも顕著に現れる現象である。
  4. dフェランチ現象による受電端電圧の上昇は、受電端に電力用コンデンサを接続して進み無効電力を供給すると抑制できる。
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正解:a. フェランチ現象は、線路の静電容量による充電電流が線路のインダクタンスを流れ、軽負荷時や無負荷時に受電端電圧が送電端電圧より高くなる現象である。

正解は「フェランチ現象は、線路の静電容量による充電電流が線路のインダクタンスを流れ、軽負…」。軽負荷時や無負荷時には、線路の対地静電容量による進み電流(充電電流)が線路のインダクタンスを流れ、その電圧上昇分により受電端電圧が送電端電圧より高くなる。これがフェランチ現象である。「フェランチ現象は、線路が重負荷で遅れ力率の大きな電流が流れているとき、受電端電圧…」は誤り。重負荷で遅れ電流が大きいときは、線路の電圧降下により受電端電圧は送電端電圧より低くなる。「フェランチ現象は、同一こう長では静電容量の大きい架空送電線のほうが、地中ケーブル…」は誤り。静電容量が大きいのは地中ケーブルであり、同一こう長ではケーブル系統のほうが顕著である。「フェランチ現象による受電端電圧の上昇は、受電端に電力用コンデンサを接続して進み無…」は誤り。コンデンサは進み無効電力を供給するので電圧上昇を助長する。抑制には分路リアクトルや、同期調相機の遅れ運転(不足励磁)などで遅れ無効電力を吸収する。

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問32電気機器の絶縁材料の耐熱クラス(JIS C 4003)と許容最高温度の組合せとして、正しいものはどれか。

  1. aA種:105 ℃、B種:120 ℃、F種:155 ℃
  2. bE種:120 ℃、B種:130 ℃、H種:155 ℃
  3. cA種:105 ℃、B種:130 ℃、F種:155 ℃
  4. dE種:130 ℃、F種:155 ℃、H種:180 ℃
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正解:c. A種:105 ℃、B種:130 ℃、F種:155 ℃

正解は「A種:105 ℃、B種:130 ℃、F種:155 ℃」。耐熱クラスと許容最高温度は、A種105 ℃、E種120 ℃、B種130 ℃、F種155 ℃、H種180 ℃である。したがってA種105 ℃、B種130 ℃、F種155 ℃の組合せが正しい。「A種:105 ℃、B種:120 ℃、F種:155 ℃」は誤り。B種は130 ℃であり、120 ℃はE種の値である。「E種:120 ℃、B種:130 ℃、H種:155 ℃」は誤り。H種は180 ℃であり、155 ℃はF種の値である。「E種:130 ℃、F種:155 ℃、H種:180 ℃」は誤り。E種は120 ℃であり、130 ℃はB種の値である。なお、変圧器や回転機の温度上昇限度はこの耐熱クラスを基準に定められている。

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