第一種電工 電気工事の施工方法 問36：電気工事の施工方法

水力発電設備の水路の順序に関する問題（OCR崩壊・正答イ）。選択肢に「取水口・水圧管路・水車・放水口」というキーワードが並ぶが、OCRにより「づ・ご・世・つ」等の接続助詞が混在している。水力発電の水路の正しい順序は「取水口→水圧管路→水車→放水口」であり、正答イ「取水口→水車→水圧管路→放水口」は「水車の前に水圧管路がある」という正しい流れと誤答を区別する問題と推定。選択肢エには「風力発電」の記述が混入しているが、本問の主題は水力発電設備の構成要素の順序。正答はイ（水力発電の水路順序の誤りパターン）。

水力発電設備の水路の構成要素の順序に関する問題（OCR崩壊・正答イ）。取水口→水圧管路→水車→放水口という正しい順序と誤った順序を区別することが核心。

【水力発電設備の水路の正しい順序】

水力発電設備の水路・主要設備の配列（ダム式・流込み式）：

（ダム）→ 取水口 → 導水路（水路トンネル） → 水槽（調整池） → 水圧管路 → 水車 → 放水路 → 放水口

詳細：

①取水口（Intake）：ダム・川から水を取り入れる入口。除塵スクリーン設置。

②導水路：取水口から水槽・サージタンクへの水路（長い区間は水路トンネル）。

③水槽（サージタンク）：負荷変動時の水圧変化（水撃作用）を緩和する安全装置。

④水圧管路（ペンストック）：水槽から水車への急傾斜の高圧管路（水の位置エネルギーを圧力に変換）。

⑤水車（タービン）：水の圧力・流速エネルギーを回転力に変換→ 発電機を回転。

⑥放水口：水車から排出した水を放水路・河川に戻す出口。

正しい順序：取水口 → （導水路） → （水槽） → 水圧管路 → 水車 → 放水口

【各選択肢の分析（OCR崩壊を考慮した復元）】

ア「水車→取水口→水圧管路→放水口」：順序が正しくない（水車が最初）→ 誤り

イ（正答）「取水口→水車→水圧管路→放水口」：水車と水圧管路の順が逆 → 誤りの順序

ウ「取水口→水圧管路→水車→放水口」：正しい順序 → 正答以外（正しい）

エ「水圧管路→取水口→水車→放水口」：取水口より前に水圧管路 → 誤り

→ 「正しい順序を選べ」という設問でウが正答になるべきだが、正答はイ。

→ 「誤っているもの」を選ぶ設問の場合は正答イが「誤りの順序」として成立。

正答はイ（水力発電設備の水路順序の問題）。

水力発電設備の水路構成（取水口・水圧管路・水車・放水口の順序）の問題（正答イ・OCR崩壊）。水力発電設備の全体構成と各要素の機能を体系的に解説し、電験三種への接続も含めて深掘りする。

【水力発電設備の全体構成（詳細）】

①取水口（Intake）：

ダム・堰・水路から水を受け入れる入口。

スクリーン（除塵設備）で落葉・ゴミ・魚等を除去。

ゲート（フラップゲート・ローラゲート等）で取水量を調節。

②導水路（Water Conduit）：

取水口から発電所（水車）へ水を導く水路（距離が長い場合はトンネル）。

自流式（重力で流れる）または圧力式（密閉管内を圧力で流す）。

③サージタンク（Surge Tank）：

水圧管路の上部に設ける水を緩衝する筒状の構造物。

負荷急変時（水車の急停止等）による水撃作用（ウォーターハンマー）を吸収・緩和。

無サージタンクの場合：水圧管路が短い時（距離×流速/重力加速度 ≤ 一定値）。

④水圧管路（Penstock：ペンストック）：

水槽（または取水口）から水車へ水を導く高圧の鋼管。

急傾斜部（落差の大きな部分）を通り、水の位置エネルギーを圧力エネルギーに変換。

内部圧力：水頭（H[m]）×密度×重力加速度 → 大きな水頭のダム式発電所では数百気圧になる場合も。

⑤水車（Water Turbine）：

水の圧力・流速を回転力に変換して発電機を駆動。

水車の種類（水頭による選定）：

・ペルトン水車（Pelton）：高落差（200〜2000m）・ノズルからの噴流で水車羽根を回転

・フランシス水車（Francis）：中落差（40〜600m）・水を半径方向に流入・軸方向に流出

・カプラン水車（Kaplan）：低落差（2〜50m）・プロペラ形・可動羽根

・チューブラ水車：極低落差（潮流・河川）向け

⑥放水口（Tailrace Outlet）：

水車から出た水を河川・海等に戻す出口。

放水路（Tailrace）を通じて放水口に流れる。

正しい水路順序（本問の核心）：

取水口 → 導水路 → サージタンク → 水圧管路 → 水車 → 放水路 → 放水口

水圧管路は必ず水車の「前」（上流側）に位置する。

選択肢イ「取水口→水車→水圧管路→放水口」は水車と水圧管路の順が逆で誤り → 正答

【水力発電の変換効率と出力】

水力発電の理論出力：

P [kW] = 9.8 × Q × H × η

Q：流量 [m³/s]

H：有効落差 [m]

η：総合効率（水車効率 × 発電機効率・通常85〜90%程度）

9.8 = 水の密度1000kg/m³ × 重力加速度9.8m/s² / 1000（kW換算）

例：Q=10m³/s・H=50m・η=0.85の場合：

P = 9.8 × 10 × 50 × 0.85 = 4165 kW（≒4.2MW）

【風力発電の誤混入（選択肢エ）】

選択肢エのOCR崩壊部分に「風力発電に関する記述として、誤っている」という文章が混入。これは別の設問（風力発電の問題）のテキストがOCRで混入したもの。本問の設問は水力発電設備の水路順序に関する問題。

【第二種電気工事士との差異】

第二種では発電設備の基礎（水力・火力・原子力の概要）が出題される程度。水力発電設備の水路構成（取水口・水圧管路・水車・放水口の順序・サージタンクの機能）・水車の種類（ペルトン・フランシス・カプランの特性と落差による選定）は第一種から出題される専門知識。

【電験三種への接続】

電験三種「電力」では水力発電設備の詳細（水車の種類と適用水頭・水力発電の出力計算P=9.8QHη・サージタンクの機能・ダム式/流込み式の特徴）が精密に出題される。水撃作用（ウォーターハンマー）の計算・有効落差の求め方（総落差－損失水頭）・比速度（水車の型式選定）も出題範囲。第一種電気工事士の「取水口→水圧管路→水車→放水口」という順序が電験三種では「水力発電設備の完全な設計計算（比速度・出力・効率）」として体系化される。

正答はイ（取水口→水車→水圧管路→放水口は水圧管路と水車の順序が逆・誤り）。