負荷の端子電圧(線間電圧)を V、線電流を I、力率を cosθ とする。
令和7年度 上期 第三種電気主任技術者 電力 問13
三相3線式配電線により遅れ力率70 %,W₁ [kW]の負荷に電力を供給している。負荷が遅れ力率91 %,W₂ [kW]に変化したが線路損失は変わらなかった。W₂はW₁の何倍か。最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,負荷の端子電圧は変わらないものとする。
選択肢
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三相負荷の電力は W = √3·V·I·cosθ なので、I = W / (√3·V·cosθ) となる。
線路の1線あたりの抵抗を R とすると、三相3線式の線路損失は Pₗ = 3·I²·R である。
線路損失が変わらず、R も変わらないので、線電流 I は変化前後で等しい。さらに端子電圧 V も変わらないので、次の式が成り立つ。
W₁ / (√3·V·0.70) = W₂ / (√3·V·0.91)
よって W₂ / W₁ = 0.91 / 0.70 = 1.3
したがって W₂ は W₁ の 1.3 倍であり、正答は (2) である。
(考え方:電流と電圧が同じなら、皮相電力 √3·V·I も同じである。力率が改善された分だけ、同じ皮相電力で送れる有効電力が増える。)
各選択肢の解説
- (1)
0.77
誤り。0.77 は 0.70 / 0.91 ≈ 0.769 に相当する値で、比が逆になっている。力率が 70 % から 91 % へ改善されると、同じ電流で送れる有効電力は増える。したがって W₂ / W₁ は 1 より大きくなる。
- (2)
1.3
正しい。線路損失 3·I²·R が不変なので、線電流 I も不変である。端子電圧も不変なので W は力率に比例し、W₂ / W₁ = 0.91 / 0.70 = 1.3 となる。
- (3)
2.3
誤り。線電流と端子電圧が一定なら皮相電力 √3·V·I は一定で、有効電力は皮相電力と力率の積になる。仮に力率を 1(100 %)まで改善しても W₂ / W₁ は 1 / 0.70 ≈ 1.43 が上限であり、2.3 倍になることはない。
- (4)
1.1
誤り。1.1 は √(0.91 / 0.70) ≈ 1.14 に近い値である。電流が一定なら W は力率に比例するので、比の平方根にはならない。
- (5)
1.7
誤り。1.7 は (0.91 / 0.70)² ≈ 1.69 に相当する値である。この条件では W₂ / W₁ は力率の比そのもの(1.3)になり、2乗にはならない。
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