【解答】（４）

渦電流損は、材料の導電率に比例(抵抗率に反比例)しますから、導電率の高い金属シース材の採用は渦電流損を増加させることになります。

【解答】（１）

鉄塔と電線(送電線)を絶縁するためには懸垂がいしが用いられます。がいしには耐電圧がありますから、電圧に応じて複数個直列に連結されて用いられます。

送電線への直撃雷を防ぐため、鉄塔間の最上部には接地された裸電線が敷設されますが、これを架空地線といいます。架空地線や鉄塔本体に直撃雷があった場合、鉄塔本体の電圧が上昇し、がいしを通じて送電線へと火花放電が発生する可能性があります。これを防止するためには、鉄塔本体の接地抵抗を十分小さくすることが求められます。

避雷器は、通常の使用電圧では高抵抗を示し、雷サージなどの高電圧に対しては急激に低抵抗となる性質を利用して異常電圧の発生を防ぐ素子です。この特性は、電圧と電流の関係が非線形であるため、非線形特性と呼びます。

【解答】（３）

Y-Y結線は、一次側・二次側共に電圧中性点が物理的に存在するため、その点を接地することで1線地絡時の異常電圧を抑制でき、またその接地線に流れる電流を監視することで確実に保護リレーを動作させられるなどの利点があります。

しかし、現実的に発生する第三調波が還流する経路が無いため、通信線路に対する電磁誘導を起こしやすいという欠点があります。これを解消するため、三次巻線としてΔ結線の巻線を設けることで第三調波を還流させて消滅させる手法が採られています。

【解答】（２）

自励式交直変換装置とは、外部からの発振信号などを利用せず回路内部で発振を起こして半導体を制御し、電力変換を行うものです。他励式とは、外部からの周波数信号(クロック)を利用して半導体を制御して電力変換を行うものです。これらの差は、外部クロックを必要とするか否かというものですから、他励式だからといってフィルタや調相設備が不要ということにはなりません。

【解答】（３）

地熱発電は、地下から取り出した蒸気を利用して発電を行うものです。したがって、当然ながら火山地域に適した発電方式です。

バイオマス発電は、植物や動物由来の有機物（＝炭素が含まれている＝燃焼できる）を燃焼させた熱を利用して発電する方式です。バイオマス発電の燃料として、木くずや廃材などから得られる固形化燃料や、家畜の糞を発酵させた際に得られるメタンガスを利用する方法が実用化されています。

【解答】（５）

核分裂によって取り出せるエネルギは、欠損した質量をm[kg]としてE=mc²で求められます。また、m[kg]の物体をh[m]の高さまで持ち上げるときの位置エネルギはmghですから、

• 原子力発電所の発電エネルギ：(M/1000)×09×0.01×9×10¹⁶×0.3
• 揚水発電所の揚水に必要なエネルギ：(90000×1000×8×240)/0.84

となり、これをイコールで結んでMについて解くと答えが求まります。

• M=(90000×1000×8×240×1000)÷(0.84×0.09×0.01×9×10¹⁶×0.3)≒10.37

以上より、約10.4gとなります。

【解答】（５）

窒素酸化物は、燃焼温度が高くなるほど発生しやすくなります。そこで、排ガスの一部を循環・混合することで燃焼用空気中の酸素濃度を下げることで燃焼温度を下げ、窒素酸化物の生成を抑制することが行われています。

【解答】（５）

キャビテーションは、流水管内部の流速不均衡などのために管内の一部で圧力が低下し、水の飽和水蒸気圧以下になるとその部分で水が沸騰し気泡を生じる現象です。この気泡は圧力の高い部分で押し潰され、その際に発生する衝撃波で各部が機械的ダメージを受ける可能性があります。

キャビテーションの発生を防ぐためには、管内流速が速くなり過ぎないようにすることが求められますから、吸い込み圧力を作り出す吸出管の高さは高くなり過ぎないようにする必要があります。

【解答】（４）

アースダムは、もっとも古くから作られてきたダムで、土壌を台形に盛り上げて水をせき止める形式のものです。比較的小型のダムに適していて、一例としては灌漑用の池を造るために広く採用されています。この形式は地盤に土を盛り上げて作るため、基礎深くに杭を打ち込むわけではなく、基礎の地質が強固である必要はありません。

【解答】（４）（２）

(a)

これは演算増幅器を利用した基本的な非反転増幅回路ですから、基本中の基本と言えるでしょう。

例えば入力電圧v_iに1Vの電圧を加えたとすると、回路が正常に動作している限り演算増幅器の－入力端子の電圧も1Vになります。抵抗Rの両端に1Vの電圧を発生させるための電流は、オペアンプの出力端子→αR→Ｒ→接地と流れますから、出力端子の電圧v_oを3Ｖにするαの値は2となります。

(b)

出力端子から非反転入力端子に対してＲＣ回路が入っているので、出力端子の波形位相と入力端子の波形位相が同じになる条件を求めれば発振条件になります。

ここで5kΩの抵抗をＲ、0.1μＦのコンデンサのリアクタンスをXとすると、

ですから、この式を展開すると、

となります。この最後の式は、分母は有理化してあるので実数ですから、分子の虚数分

• jRX(R²－X²)

がゼロとなれば、出力端子の波形位相と入力端子の波形位相が同じになります。つまり、

• R²=X²

が発振条件です。ここにX=1/ωＣを代入すると、

• ω²C²R²=1
• ∴ω=1/CR

ですから、C=0.1μＦとR=5000Ωを代入すると、ω＝2000が求まります。

発振周波数fに対してω＝2πfですから、

• f＝2000/2π≒318

となり、約0.3kHzと求まります。