第一種電工 配電理論・配線設計 問26：配電理論・配線設計

水車の種類を適用落差の高い順（または低い順）に並べる問題。正答イ「ペルトン水車→プロペラ水車→フランシス水車」（またはOCRの順序から判断）。水車と適用落差の目安：ペルトン水車（衝動水車）は高落差（300m以上）向け。フランシス水車（反動水車）は中落差（30〜700m）向け。プロペラ水車（反動水車）は低落差（30m以下）向け。正答イの順序を尊重し解説する。

水車の種類と適用落差の順序問題（正答イ）。OCR文字化けで選択肢が読み取りにくいが、ペルトン/フランシス/プロペラ水車を落差の高低順で並べる問題。正答イ「ペルトン水車→プロペラ水車→フランシス水車」という順序は通常の高→低落差順と異なるため、別の基準（低→高落差順や比速度順）の可能性もある。標準的な落差順（高→低）：ペルトン（高落差）→フランシス（中落差）→プロペラ（低落差）。比速度順（小→大）：ペルトン（比速度10〜50）→フランシス（比速度50〜400）→プロペラ（比速度300〜900）。比速度の順で並べると「ペルトン→フランシス→プロペラ」が正解となる。公式正解イの選択肢内容（正確にはOCR欠落）から「ペルトン水車、プロペラ水車、フランシス水車」という順番が正答イとして採用されているため、出題の問い方（低落差順・比速度逆順等）を考慮する必要がある。公式正解イを尊重。

【水力発電用水車の技術詳細と適用条件】水車は水の位置エネルギーと速度エネルギーを回転エネルギーに変換する水力発電の核心機器。第一種電気工事士では発電システムの基礎として水車の種類と適用落差の体系的理解が問われる。

【主な水車の種類と動作原理】ペルトン水車（Pelton Turbine・衝動水車）：適用落差：200m〜1800m（超高落差）。動作原理：ノズルで水を高速噴流（ジェット）にしてバケット（カップ形羽根）に衝突→衝動力で回転。水はバケットに当たる前から大気圧で管内を流れる→ケーシング（密閉容器）不要。比速度（Ns）：4〜30（単位：m-kW）。用途：急峻な山岳地帯の発電所（くろよん・新丸山等）。フランシス水車（Francis Turbine・反動水車）：適用落差：30m〜700m（中落差）。動作原理：ケーシング内の水圧差（ランナー入口と出口の圧力差）と水の速度変化による反動力で回転。ランナーは「かたつむり形」ケーシング→ガイドベーン→ランナー→ドラフトチューブの流路。比速度（Ns）：50〜400。用途：揚水発電所でポンプ水車として逆転利用可能（電力貯蔵）。プロペラ水車（Propeller Turbine・反動水車）：適用落差：2m〜30m（低落差）。動作原理：プロペラ形ランナーに流水を当てて回転。カプラン水車（可動翼型プロペラ）は翼角を変えて部分負荷効率を改善。比速度（Ns）：300〜900（最大）。用途：河川の低水頭発電・潮流発電（潮力発電）。

【比速度の概念と水車選定】比速度Ns（Specific Speed）：水車の相似性を表す無次元量。Ns=N×√P/H^(5/4)（N：回転数rpm、P：出力kW、H：有効落差m）。比速度が大きい＝大流量・低落差向け（プロペラ）。比速度が小さい＝小流量・高落差向け（ペルトン）。水力発電所の設計では落差と流量から最適水車を選定→電験三種「電力」では水車の種類・比速度・適用落差の対応が頻出。電験二種では水力発電所の出力計算P=9.8×Q×H×η（Q：流量m³/s、H：有効落差m、η：総合効率）と水車選定が詳細に問われる。