変圧器を理解する
電験に合格するためには、電力三大分野「汽力発電」「変電設備」「送電」を避けることはできない。
本記事では、その中の変電設備について、解説する。
「変電設備 変圧器」の分野は技術の進化がかなり繰り返されており、奥が深い。設備改良が何度も行われているおかげで、設備は小型化・低価格化が進んだ。
しかし、その背景全てを学んでいては時間がかかる。
何が言いたいかというと「電験に合格する」という目標があるならば「試験に出題されるポイント」に着目していこうということだ。
まずは「電験で問われるところ」に焦点を
電験受験者は時間が少ない。まずは焦点を「電験」に当てよう。この記事の内容は電験に高確率で出題されるので、確実に覚えておいてほしい。
詳細に入る前に、何度も試験に失敗してきた自分からアドバイスがある。「変圧器」の分野には覚え方にコツがあるので、紹介しておく。
変圧器問題も「論述問題」と「計算問題」を分けて整理すると上手くいく
勉強会等で紹介したところ、共感する人が多すぎるほど存在した。たくさんの共感をしてもらえた。頭の良い人はそもそも工夫しなくても良いが、そうではない人は分けて勉強した方がやりやすいだろう。合格、不合格の差がここで生まれるといっても過言ではないと思う。
なぜ、分けて整理すると良いのか
優先順位をつけて、勉強しやすくするためだ。
「変電設備」について、苦手意識を持つ人が多くて、正解を導くことができる人が少ない。その理由は明確である。
変電設備は「覚えることが多岐」かつ「複雑」の上、「計算問題」もあるためである。
今まで勉強してきた汽力発電と比較すると、はっきりと違いがわかる。「変電設備」に関する問題は設備の目的だけではなく、結線方式や電圧電流の計算、中性点の設置方式、損失計算、利用率、ベクトル等も含まれている。一つ一つが難しいのである。
特にベクトルを使用する問題は、短時間の勉強で理解できる内容ではない。
よほど勉強しなくては理解できないにも関わらず、出題頻度は多くない。そもそも時間をかけたのに、問題が解けるレベルに達していないという状況もあり得る。
一方、利用率を求める問題は公式さえ覚えてしまえば、簡単に問題が解ける。それならば「公式を覚えて使用できること」に集中したい。
⇒「論述問題」と「計算問題」を分けて整理して優先順位をつけること。無駄を省くことで時間の余裕ができ、知識を吸収しやすくなる。
勉強の優先順位
一例を載せておくので、参考にして欲しい。自分は頭の良い人間ではないので、やることを絞って、期間毎にやり遂げていくようなやり方にしたところ、上手くいった。
なお、自分は論述問題の勉強が好きなので、勉強するのに億劫な計算問題を後回しにしないような工夫をした。
【例】
①最初の1週間は、論述問題を勉強する。
簡単な論述問題、自分が得意な論述問題に絞って完全に覚えきる。
②次の一週間は、計算問題を勉強する。
自分にできそうな簡単な計算問題に絞って完全にマスターするまで勉強した。
③さらに次の一週間は、論述問題を勉強する。
複雑な論述問題、よくわかっていない論述問題について、インターネットを利用し、調べながらの学習をした。
④次の一週間は、計算問題を勉強する。
難しい問題を解く。ここが正直ツライ。わからない問題がどうしても発生する。考えても、調べてもわからない問題はマークして、保留しておこう。
今後、誰かに聞き、理解できるようだったら学習していこう。捨てるという選択肢もあるので、後に検討しよう。
ここに時間をあまりかけてはいけない。悩むことで得ることもあるが、それより全範囲をとりあえず勉強しきることの方が結果的にメリットが大きい。
電験のために「変圧器」で覚えておくべきこと
それでは、必要部分を精査した結果を紹介する。
シンプルにまとめ上げているので、内容把握しやすいと思う。
５～１０分で読み終えられるので、さっと目を通し、変電設備を脳内で整理しよう。
欲を言えば、構造のイメージを持って、式を使いこなせる準備をしてもらいたい。
変圧器まとめ
〇基本公式
変圧器とは、電圧、電流を変化させることが可能な設備である。
まず、覚える必要がある公式は
N１／N２ ＝ V１／V２
１次側と２次側のコイルの巻数を把握しておくことで、入力電圧V1を加えることで、出力電圧V2を作りだすことができる。
一方、電流についても覚えておく必要がある。
I２／I１ ＝ N１／N２ ＝ V１／V２
となり、電圧とは逆数になる。
〇変圧器の種類
変圧器の種類は大きく分けて３つだ。きっちり覚えよう。
①油入変圧器
②乾式変圧器
③ガス封入変圧器
用途、環境条件、経済性を考慮し、選定される。 ガス封入には、絶縁性能に優れるSF6ガスを使用。 一方で、油は、危険物にも関わらず、絶縁性能・冷却性能に優れるので、大型の変圧器で未だに使用され続ける。
〇絶縁油の性能
性能についても、大きく分ける３つに分類できる。
①絶縁耐力
②冷却能力
③帯電度
①と②のおかげで、変圧器は小型化することができた。 また、油の移動は流体摩擦による帯電を伴う。帯電度が高い状態では、危険を伴うので、管理に注意を払う必要がある。 管理とは、適切な温度・圧力管理を示す。
〇絶縁油と空気との比較
空気との比較が、電験では特に問われる。
①絶縁性能 ⇒空気に比べ、５～１０倍優れる。
②冷却性能 ⇒空気に比べ、１０倍優れる。
これらの性能から変圧器は小型化できることがわかる。 しかし、絶縁油は、油内の不純物に弱い。 コロナ放電を起因とする発熱の原因となる。
〇変圧器の形状の違い
「外鉄型」と「内鉄型」の違い」がある。電験３種から１種まで、幅広く出題されるので、 写真等で、一度見たほうがいい。 一目瞭然。 コイルを鉄で挟み込んでいるか。 それとも、コイルが鉄を巻いているか。 ただそれだけのこと。 試験では小難しく問いてくるので、混乱する。
まとめ
以上、「【電験完全攻略】電力科目「変電設備 変圧器」」の記事となります。
分量が多くなってきたので次の記事に書くことにします。
各項目、きちんと理解しているか、他人に説明できるかという観点で、復習をしてみるといいでしょう。来年に向け、共に頑張っていこう。
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