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電気のお勉強 水力発電
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「水力発電」の関連記事のまとめページです。
水力発電は電験三種の「電力」でもよく出題されていて発電の中でも重要な分野になりますが、解説に図を使った参考書があまり多くないため、
「用語はおぼえたけれどイメージがしにくい！」
という方も多く、せっかく勉強してもイメージができていないのですぐに忘れてしまいます。
そんな方におすすめなのが、電験三種のおすすめ参考書のページでも紹介している電気書院の
「電験第3種スイスイわかる電力」 です。
この参考書は解説に図を多く使っているので、水力に限らず他の電力関係についてもイメージをしながら勉強を進めていくことができます。
電験三種を受験の方で電力関係のイメージができないという方におすすめですので、参考書選びの参考にしてみてください。
電気のお勉強 水力発電 関連記事一覧
水力発電に用いられる水車は、水が持つ３つのエネルギー（位置水頭、速度水頭、圧力水頭）を機械エネルギー（回転力）に変換するものです。水力発電所ではこの水車を使用して発電しています。そのため、水力発電所は豊富な水量と水の落差が得られる山間地に設置されるのが一般的です。水力発電所は、落差を生じさせる方法と...
水力発電所の概略的な構成（例としてダム式発電所）は、下図のようになります。ダムに河川の流水や雨水等を蓄えておきます。発電時には、ダムに蓄えている水を取水口から取り出し、水圧管により水車に導きます。水車に導かれた水により水車が回転し、この回転エネルギー（機械エネルギー）が発電機に伝わり発電機も回転しま...
開きょを有する水力発電所の損失落差には、水路こう配による水路損失落差水圧管の損失落差放水口の損失落差があります。有効落差は、総落差からこれらの損失落差を引いたものになり、有効落差＝総落差－水路こう配による水路損失落差－水圧管の損失落差－放水口の損失落差となります。$\therefore$ 有効落差 ...
次のような水力発電所を考え、この水力発電所の出力（発電機の出力）と有効落差にはどのような関係が成り立つのか考えてみます。水力発電所の出力 $P_G$ は、水の流量を $Q$［$ \mathrm{m^3 / s} $］、有効落差を $H$［$ \mathrm{m} $］、水車効率を $\eta_T$、...
比速度とは、ある水車と相似な大きさの水車を考え、有効落差 $1 \, \mathrm{m}$ のもとで相似な状態で運転して $1 \, \mathrm{kW}$ の出力を発生するときの回転速度［$ \mathrm{min^{-1}} $］のことをいいます。比速度を表わす式は、次のようになります。$\...
速度調定率とは、ある出力で運転中の水車発電機の負荷を変化させたとき、「発電機負荷の変化分」に対する「回転速度の変化分」の比のことをいい、速度調定率 $R$ は次式で与えられます。$\therefore R = \dfrac{\dfrac{N_2 - N_1}{N_n}}{\dfrac{P_1 - P...
ガバナ特性を直線とすれば、周波数と発電機出力の関係は次の図のようになります。この図から分かるように、周波数が小さくなると発電機出力は大きくなり、周波数が大きくなると発電機出力は小さくなります。
水車（水力発電）に利用される水は、位置エネルギー、運動エネルギー、圧力エネルギーの3つの形態のエネルギーを持っていますが、これら3つのエネルギーを高さに換算したものを水頭といい、それぞれ、位置水頭速度水頭圧力水頭といいます。
次のような水圧管を流れる水と、ある基準レベルを考えます。ここで、$h_\mathrm{A}$ ：点 $\mathrm{A}$ での水の高さ ［$ \mathrm{m} $］$p_\mathrm{A}$ ：点 $\mathrm{A}$ での圧力 ［$ \mathrm{Pa} $］$v_\mathrm{...
河川の流域面積が $A$［$ \mathrm{m^2} $］、年間降水量が $P$［$ \mathrm{m} $］、流出係数が $R$ である次のような河川を考えます。このとき、河川の年間平均流量 $Q_a$［$ \mathrm{m^3 / s} $］は、次のように求められます。まず、河川に1年間に...
揚水発電所の揚水時の所要電力 $P$［$ \mathrm{kW} $］は、$Q^\prime$ ：揚水流量 ［$ \mathrm{m^3 /s} $］$H_0$ ：上下貯水池水位の高低差 ［$ \mathrm{m} $］$H_l$ ：損失水頭 ［$ \mathrm{m} $］$\eta_P$ ：ポン...
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