電力　H23-11　の解答ですが、（エ）十分低いが、解答になりますが、どうして、十分低いが解になるのかいまいち理解できません。以上、宜しくお願い致します。

まず直感的に答えますと、もし故障点の地絡抵抗が100Ω、1000Ω、10000Ω…と高ければ高いほど異常度合いは小さく、正常稼働状態と変わらなくなっていきます。ケーブルの短絡故障を検出したいのですから、正常状態と大きくかけ離ればかけ離れるほど強く検出されることになり、そのためには地絡抵抗が低い方が大きな故障、つまり強力に検出されることになります。

理論的に考えます。マーレーループ装置に内蔵されている電源のアース側を見てください。

このアースは、被測定ケーブルに対してどこに接続されるかというと、図中「故障点」と書いてある部分のアースから外皮をたどり、×で示される故障点を経由してケーブルの心線に接続されます。ケーブルの心線は、

1. ×点ー(左)－(マーレーループ装置のa点)ー電源の上側端子
2. ×点ー(右)－(ケーブルA－接続線ーケーブルB)－(マーレーループ装置のa点)ー電源の上側端子

という2つの経路を通って電源に戻ります。このとき、

• ×点ー(左)－(マーレーループ装置の下側端子)抵抗をR1
• 0点－a点の抵抗をR2
• ×点ー(右)－(ケーブルA－接続線ーケーブルB)－(マーレーループ装置の上側端子)の抵抗をR3
• 1000点－a点の抵抗をR4

とすると、ブリッジの平衡条件から、

• R1×R4＝R2×R3

で平衡することになり、これから故障点が見つかります。

しかし、もし故障点の地絡抵抗が大きいと、この地絡抵抗がマーレーループ装置の電源と直列に入ってしまい、マーレーループ装置の平衡点がシャープに出なくなってしまいます。地絡抵抗が限りなく0Ωに近い完全短絡状態であれば、ブリッジ回路に流れる電流も大きくなるため、平衡点がシャープに出て故障点を探りやすくなります。

電験3種理論P94について。固定コイルが電流計で、可動コイルが電圧計の理由はなにでしょうか。

これは電流力計形計器の件だと思いますが、これは固定コイルと可動コイルの間で生じる力を利用して電力を求める仕組みとなっています。

このとき、電流コイルは大電流が流れるので太い巻線で少ない巻き数、電圧コイルは小電流なので細い巻線で比較的多い巻き数で巻きます。

電流コイルを可動にしてしまうと、可動部分を接続する点に大電流が流れてしまい、接触抵抗による発熱が増え具合が悪くなります。

一方、電圧コイルに流れる電流は小さいため、可動部分を作ってもそこに掛かる電流的ストレスは小さくて済みます。

直流電動機のブラシのように、可動部分に大電流を流すというのは大変な仕事ということです。

 電気設備技術基準の解釈第143条第1項によりますと、2kw以上の電気機械器具は住宅の屋内配線と直接接続しなければいけないとあります。

一般住宅において200V使用のエアコンなどは確かに専用の配線、開閉器や過電流遮断機に接続されてはいます。ですが、器具直結ではなく200Vコンセントを使用するようになっていることがほとんどではないかと思いました。これは本来直結でなくてはいけないが、許容電流が十分な専用配線であれば実務的にはコンセントでつないでいるということなのでしょうか？家庭用200Vエアコンはエルバー、タンデムなどコンセント接続を前提として販売されているように思います。

おっしゃる通り、電技解釈143条には、住宅の屋内電路についての規定があります。

しかし、条文を頭から良く見ると、

• 「住宅の屋内電路（電気機械器具内の電路を除く。以下この項において同じ。）の対地電圧は、150V以下であること。ただし、次の各号のいずれかに該当する場合は、この限りでない。」

とあり、その「次の各号のいずれか」のうちのひとつとして、

• 「定格消費電力が2kW以上の電気機械器具及びこれに電気を供給する屋内配線を次により施設する場合」

の例として

• 「電気機械器具は、屋内配線と直接接続して施設すること。」

と記されています。

つまり、屋内電路の対地電圧が150V以下であれば、定格消費電力が2kWに関係なくコンセントを使用して構わないということになります。

200Vの器具を直結で使用しなければいけないのは、対地電圧が150Vを超える場合、つまり三相200Vを家庭内に引き込み、その電気を使って強力な電磁調理器や強力なエアコンを使用するという例になります。そんな例があるのか？と思われそうですが、私の知るかぎり、在日米軍関係者が、アメリカから強力な電磁調理器を取り寄せて設置して使いたいという強い希望があり設置するという例を聞いたことがあります。

平成27年度理論の問12についての質問です。速度成分uを求めた後の、距離Xの求めかたが、動画からは分かりませんでした。式を省略せずに教えて頂けると助かります。宜しくお願い致します。

では、最初から順番に見ていきます。

まず、速度vで飛び出した電子が、偏向板の距離lの間を通過するのにかかる時間は

• l/v

です。偏向板で電子が受ける力の大きさF（±を考えない絶対値）は

• F=eE

で、運動方程式

• a=F/m

より、質量mの電子がこのときに受ける加速度は

• a=eE/m

です。

加速度aを受けて等価速度直線運動をする物体の速度vは、初速度をv0として

• v=v0+at

ですから、ここに加速度a=eE/mを代入すると、電子のx方向の初速度はゼロであることを踏まえて

• V=(eE/m)・(l/v)=elE/mv

となり、uの選択肢から正解は(1)か(5)に絞られます。

さて、この偏光板を出た直後の電子は、

1. z方向にvの等速度
2. x方向にelE/mvの等速度

を持っていることになりますから、

「z方向にvだけ進んだとき、x方向にはelE/mvだけ進む」

ことになります。したがって、

「z方向にdだけ進んだとき、x方向には(elE/mv)・(d/v)だけ進む」

ことになり、答えは(5)と求まります。

H24-7 理論　の解説についてです。

掲題の解答ですが、インピーダンスが小さくなれば、抵抗Rのみ残り、電流は小さくなるとおもうのですがどうして大きくなるのでしょうか？

この直列共振回路は、暗黙の前提として、

電圧源からーR－L－C－電圧源に戻る

という回路になっているわけです。したがって、LとCの直列リアクタンスがちょうど打ち消しあってゼロになってしまえば、RLC直列部分に残るのは抵抗成分Rだけとなり、電流が最大になります。

もしこれより周波数が低ければ（極端な場合、電源がゼロHz、つまり直流電源であれば）、Lのリアクタンスは小さくなるものCのリアクタンスが大きくなり、回路全体としてのΩ値は大きくなるため、直列共振状態よりも回路電流は小さくなります。周波数が高ければ、今度はLのリアクタンスが大きくなり、やはり電流は小さくなっていきます。

理論のテキストp116の図について質問です。

インダクタンスL1に流した電流I1によって、環状鉄心に時計周りの磁界が発生するかと思います。しかしインダクタンスL2では、最初の段階では、過度現象によって磁界の変化を妨げる向き(反時計回り)に磁界を発生させると思います。つまり最初の段階では電流I2の赤い矢印の向きは右向きになると思います。その後、発生し続ける時計回りの磁界にだんだんと根負けして、インダクタンスL2では赤い矢印どうりの電流I2が流れるかと思います。以上が図を見たときに私が考えたことなのですが、どこか誤りはございますでしょうか。あれば、何が間違っているのか教えて下さい。

まず、電流の向きの定義ですが、電気の世界においては、実際にその向きに流れる電流を正として定義するとは限らない場合があります。

例えば4端子回路網の場合、入力・出力ともに、回路の中に流れ込む電流の向きを正と定義したうえで、出力端子にはマイナスの向きの電流が流れる、として計算していくことがあります。

したがって、（感覚的には妙な感じがしますが）実際に流れる電流や発生する電圧の正負とは関係なく定義してある場合もある、とご承知おきください。

さて、それを踏まえてこの図を見ます。

電線に流れる電流が作る磁界は右ねじの法則がありますから、この図でI1の正の向きに電流が流れるとすると、おっしゃる通り鉄心には時計向きの磁界が流れます。

コイルL2に流れる電流は、鉄心に流れる磁界が増加していくときはそれを減少させるように流れ、磁界が減少していくときはそれを増加させるように流れます。

したがって、

「L1の電流が増加していく間は、I2は図の矢印と逆側に流れ、L1の電流が減少していく間は、I2は図の矢印の向きに流れる」

が正解ということになります。

そして、これに関連した疑問なのですが、理論テキストp112下図についてです。磁界の向きはN極からS極へ矢印が向くと思うのですが、電磁誘導を考えるときは、磁界の向きよりも磁界の動きの向きを考えることが正しいということでしょうか？

その通りです。上にも書きましたように、コイルに流れる電流は、そのコイルを通過して流れる磁界の増加や現象を打ち消すように流れます。

そして、これが正しいとすればp116の図において、電流によってコイルから発生する磁界は動いている磁界、逆に永久磁石に発生している磁界は動きが無い磁界ということになるのでしょうか？(実際には動いている磁界、動きが無い磁界、という言葉はないかもしれませんが…

はい、とても鋭い着眼点です。その通りです。もちろん、コイルに流れる電流を一定に保てば「動きがない磁界」になります。

要するに、磁界の強さの変化がない、ということですね。

（なので、永久磁石の場合は、永久磁石自体を物理的に動かしたり回転させることで「動きのある磁界」を作るわけです）

もし、永久磁石から発生している磁界とコイルから発生している磁界が同じものであれば、コイルの両端に永久磁石のN極、S極を置けば永久にコイルには電流が流れてしまいかねないのでは、と思いまして…

永久磁石もコイルも磁界そのものは同じですが、ここまで書いたように、その磁界の変化が電流を生み出すわけです。

なお、何故交流の波形が正弦波かというと、これは磁石を回転させることで磁界の変化を作り、それを元にしてコイルで電流を作っているからです。