お酒好きのおしりトラブル対策とは

水力発電所にて、水車と発電機の軸が縦軸タイプと横軸タイプの2つがありますが、それぞれどのような理由で採用されるのでしょうか。

縦軸タイプは発電機があるフロアと、水車があるフロアの二重構造となり、またメンテナンスなどでシャフトを引き抜く際に高さが必要となり、発電所建屋の高さも必要で建設コストもかかるのではないかと思います。

水車と発電機が横に並ぶ「横軸」の発電所より狭い面積に建設ができるのがメリットという考え方もできますが、幾つかの発電所を見てみるとそれも疑問に思ってしまいます。

水力発電所の縦軸、横軸、それぞれの特徴とその選定ポイントなどを教えて頂けないでしょうか。また水力発電所の仕組みや歴史などを勉強できるオススメの書籍などを教えて頂けると幸いです。

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A 回答 (4件)

>上記規模の15ほどの発電所を見ている


少ない.....現に、クロスフロー、チューブラ、カプラン、両掛フランシスも引っかかってるのに見てない....

>中小水力(おおむね1000~10000kwを小水力と定義する)
補足。これは誤字じゃないです。1000~10000kwが小水力、10000~100000kwが中規模の意味です。
※たとえば、利根川水系の10万kw超えは、揚水発電所のみ。揚水でない最大は、佐久発電所の76500kw。
 大水力(10万kw超え)は、超レアです。
>水車選定の解説もお願いいたします。
小水力以上(約1000kw)の場合、水車の設計は、その地点に合わせて、その都度最適設計する
ということが常識なので、このことを踏まえたうえで。
 (それ以下:既製品の中から、最適なものを選ぶ。服で言えば、ミニ水力が「吊るし」で、
  中小水力はオーダーorイージーオーダー。)

たとえば、落差50m、最大使用水量3m3/sとすると、水車選定図から、横フランシスかクロスフローになります。
なお、水車選定図は目安なので、範囲から多少外れても比較対象になります。その結果が上記。
水車価格は、横フランシスとクロスフローではほぼ同じ。(これは、たまたまそうなるだけ。)
一方、発電量は、水車特性の影響を受けるため、同じになりません、
具体的には
・クスフロローは、水車の軸より下の落差はエネルギー回収できない(いや、やれないわけじゃないけど。)
 が、フランシスは放水位まできっちり回収できるので、クスフロローは、落差で約2m損をする。
・フランシスは、最大流量の20%割れの流量では水車に一定速度回転が維持できなくなるので発電ストップ。
 クロスフローは、水車の一部だけに水をかける、ということが可能なので、最大流量の10%で発電ストップ。
・フランシスは、設計流量での効率は高いがそれを外れると効率が落ちる。
 クロスローは、設計流量での効率はちょい低いが、それ以外でも効率はあまり落ちない。
 (※念のため。設計流量のときで80%対75% 設計流量の半分のときで 60%対70% それくらいの感覚です。
   ある意味、ガソリンとディーゼルの違いみたいなもの。)
で、10年程度の流量(1日の間は流量変動が無いとみなしてよい。)を使って、年間発電電力量を比べ、
どちらが多く発電できるかで水車を決めます。
たとえば、横ペルトンと横フランシスの比較の場合ペルトンのほうがが水車が高額なので、費用対効果
(工事費(水路などを含む全工事費)と年間電力量の比率)が大きいほうを選びます。

で、フランシス水車の話。
まず、両掛けというのがあり、水車2台と発電機1台を直結したもの。
気筒休止エンジンと同じ思想で、流量が少ないとき時は水車は1台のみ使用とすることで
効率がアップします。その分、水車は高額です。
次に、軽負荷型があります。設計流量での効率を多少犠牲にして、かわりに、設計流量以外の
流量での効率を高くしたもの。こちらは、羽根のねじり具合が変わるだけなので、
水車の金額は同じ。(どのみち、地点にあわせ最適設計するので費用は増えない。)
かつ、クロスフローまでの改善とはなりません。

フランシス水車の縦軸と横軸の話。
ここまでの水車特性では、横軸と縦軸の差は関係ありません。ゆえに、この段階で
水車の形式は決まります。
では、縦横で水車特性が全く同じか、というと、そうでもありません。(ものすごく微差。)
縦軸の場合、水車が下で発電機が上。横軸の場合、水車と発電機は同じ高さ。
ということは、放水位と羽根の位置関係は、
横軸:放水位より上。 縦軸:放水位の下。  ※こういう場合が多いということで、絶対ではない。
縦軸の場合は常に水面以下なので、キャビテーションが起こりにくいだけ設計が楽になり効率で有利。
(あまりにも微差だけど。まあ、直列4気筒エンジンとV型4気筒エンジンの差、みたいなもの。)
そのかわり、メンテナンスのときはゲートを閉めてポンプで水をくみ出す必要がある
という、微差ながら不利なことがあります。

>オススメの書籍
新エネルギー財団の、「中小水力発電ガイドブック」 (注:実務で設計計画を行うかた用の本です。)
http://www.nef.or.jp/info/syoseki.html
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この回答へのお礼

>>上記規模の15ほどの発電所を見ている
>少ない.....現に、クロスフロー、チューブラ、カプラン、両掛フランシスも引っかかってるのに見てない....

申し訳ございません。説明不足でした。実は私が対象としている水力発電所は、明治、大正、昭和初期に設計・建設されたものに限定していたもので、非常に偏ったものしか見ておりませんでした。
幅広く知識を持っていなければ、見えるものも見えないものだと改めて感じた次第です。

また、リンク先の書籍・資料は非常に役立ちそうです。幾つかPDFも目を通しましたが興味深く読むことができました。

ありがとうございました。

お礼日時:2012/12/15 14:21

水車形式の違い(ペルトン、フランシス、カプラン....)でなく、縦軸か横軸か? だけの解説で


いいわけですか?

流量、落差で、水車形式が決まり(複数選択可能な場合が多い)、水車形式が(たとえば)フランシスのときは
出力が大きい(=水車発電機自体が大きい)ときが縦軸で小さいときが横軸です。
http://www.pref.niigata.lg.jp/HTML_Article/282/9 …

上記の図では、ペルトンの縦横が省略されていますが、ペルトンにもあてはまります。


理由。
分解点検するとき、水車発電機の重量が重いと、自身の重量で変形するため、横軸では正確な芯出し
が面倒。かつ、ベアリングに余計な荷重がかかるが縦軸の場合はそうではない。
小型の場合、上記の面倒が無いので建物の高さが低くなる横軸が有利。

なお、昔からの定義の中小水力(おおむね1000~10000kwを小水力と定義する)の場合にあてはまり、
マイクロ水力には当てはまりません。
ゆえに、日本全体で、大水力(=縦軸領域)のものは少数なので、日本の水車の大部分は横軸です。
(マイクロ水力、ミニ水力を数にカウントしない場合。)

>水車と発電機が横に並ぶ「横軸」の発電所より狭い面積に建設ができる
まあそうなのですが、分解点検のときは、水車と発電機をバラして、かつ、縦軸の場合でも横置きするから
床面積の空きスペースはどちらも同じくらい必要です。ゆえに、全体床面積は、縦軸のほうがちょっと狭い
程度です。

この回答への補足

詳しい分かりやすい説明をありがとうございます。
流量と落差で水車を選定し、それから縦軸なのか横軸なのかと、なるのでしょうか。

私が知りたい発電所の規模は正に中小水力(おおむね1000~10000kwを小水力と定義する)で、使用水量が1~20立方メートル/s、有効落差が20~250mの範囲の規模です。
上記規模の15ほどの発電所を見ているのですが、縦軸フランシス、横軸フランシス、横軸ペルトンが混在していました。

よろしければ水車選定の解説もお願いいたします。

補足日時:2012/12/01 11:34
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低速の水車につながる発電機は縦軸に、高速の水車につながる発電機が横軸になっているかと思います。



低速の水車としては反動型のフランシス水車、高速の水車としては衝動型のペルトン水車が有名かなと思います。
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この回答へのお礼

水車と発電機の回転数を確認して、縦軸か横軸かを確認してみます。
ありがとうございました。

お礼日時:2012/12/01 11:37

>水力発電所の縦軸、横軸、それぞれの特徴とその選定ポイントなどを教えて頂けないでしょうか。



縦軸:ダムの落差が無い場合でも発電可能、日本の水力発電の7割くらいはこちら
横軸:ダムの落差が十分な場合じゃないと発電ができないためあまり採用されていない

両者の違いは上記の通り。
そのため、選定のポイントはダムの落差や水量になります。
あとは、なるべく多く採用されている方式を使うことでメンテナンスコストを削減するって目的もあるかも。
同じ型の部品が使えるのなら調達コストが変わってくると思いますしね。


>発電所建屋の高さも必要で建設コストもかかるのではないかと思います。

水力発電所には原発のような建屋というのはありません。
発電機はダムの中に入っていますので、ダム本体=建屋なので、多少内部の部屋の天井が高くなったところで建設コストはあまり変わりません。


>水力発電所の仕組みや歴史などを勉強できるオススメの書籍などを教えて頂けると幸いです。

簡単な仕組みについては各電力会社のHP上で公開されています。
書籍に関しては、私が読んだことがあるのは10年くらい前の古い本ですし、最近の情報に関しては先輩に教えて貰ったので分かりません。
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この回答へのお礼

落差と水量が決め手のようですね。
私が見ている水力発電所はダム直下型ではなく、導水路と水圧鉄管で導水されるタイプの発電所なので全て建屋が存在します。
建屋の規模も構造も立地も様々で、その建築様式も非常に興味深いものでした。
ダム本体に組み込まれている発電所も今後は見ていきたいと思います。
ありがとうございました。

お礼日時:2012/12/01 11:41

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Q突極型と円筒型

現在、電検3種取得に向けて勉強中です。そのなかで
「タービン発電機の回転子は高速回転の為、突極型、
水車発電機の回転子は低速回転の為、円筒型」とありました。突極型と円筒型のイメージ自体がわかない為、なぜだかわかりません。シンプルでいいので、すいませんが教えて頂けますか。お願いします

Aベストアンサー

お使いの電験3種のテキストに形状や構造の記載はないでしょうか?そのテキストにないなら電気機器の参考書を探してみてください。
単純に文章だけを覚えても身につきません。構造を知り、その背景を知り、実際に極数や回転数、周波数の関係を計算してみて初めて身につきます。
3種を目指すなら過去問を整理して4分冊(基礎・電力・応用・法規)のタイプを選んでください。
さらに、電気工学ハンドブックかポケットブックを学習机の横に置いていつでも参照できるようにしておいてください。(1冊5万円は高いと思うか、参考書代全部あわせても10万円以下じゃないかと考えるかどっちが確実に資格が取れると思いますか?)

タービン発電機(火力)は50Hzを作るために3000rpmで回転します。
3000rpmで50Hzを作るのに必要な極数は2極で、巻き線コイルの数は3個(120度ずつずれた位置に配置)になります。
高速回転に耐えるように回転子の直径を小さくし、回転子の表面に溝を切り、コイルの銅線を埋め込んでいます。

水車発電機は水車の構造から速度に制約をうけて100-1000rpmと低速です。この回転数で50Hzを作るために極数を増やして出力を合成しています。
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こういった背景がわかると速度リレーの設定値(105%)とか技術基準の規定がわかってきますし、実務上も保守管理のポイントとか事故時の原因解明に役立ちます。

ぜひ栄冠を目指してがんばってください。

なお、質問内容に対する回答は入っていませんが、入門編としては東京電力の電力講座をご覧になることをお勧めします。

参考URL:http://www.tepco.co.jp/kouza/

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Qフラッシオーバ=絶縁破壊?

フラッシオーバ=絶縁破壊と考えても良いのでしょうか?
本などを見ていると2つとも言い回しを使い分けているようにも
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大抵の場合は、フラッシュオーバ(火花放電)=絶縁破壊、と捉えてよいかと思います。

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Q同期発電機の並列運転について

同期発電機の並列運転時に,各々の周波数が異なる場合,周波数の高い発電機が有効電力を取り込む理屈をわかりやすく教えていただけないでしょうか?

Aベストアンサー

まず参考書2冊の紹介と関連ページですが。

[1]水力発電 (電気学会大学講座) 
    発行所 財団法人 電気学会
    発売元 株式会社オーム社書店
   255ページ~256ページ の 
    「6.11 並行運転」
   (特に255ページの第6.25図と、
    この図に対する256ページの解説)

[2]水力発電所 (最新高級電験講座 第11巻)
    著 者 千葉 幸
    発行所 株式会社 電気書院
   252ページ~254ページ の
    「8.3 並行運転」の
    「8.3.3 位相の相違する場合の作用」と
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   (特に252ページの第8.29図とその解説)

実は上記参考書の[1]第6.25図と、[2]第8.19図
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ご質問の内容を回答するためには、このベクトル図を参照しながら
でないと困難なので、できれば図書館か書店で立ち読みしていただ
ければと思うのですが。

 2台の同期発電機が並行運転しているとき、一方の周波数(回転数)が微少増加すると、2台の同期発電機の起電力に位相差を生じそれの合成起電力によって両機間に電流が流れます。
 これを有効横流又は同期化電流と言います。
この電流は、周波数の高い(回転数の高い)同期発電機が発電し、周波数の低い(回転数の低い)同期発電機は受電するという、有効電力を授受する作用をもたらします。

 Jを慣性モーメント、ωを角速度(=2×π×N/60 でNは回転数)とするとき、回転体の持つ運動エネルギーは =(1/2)×J×ω^2 で表されますから、回転数が高いほど多くのエネルギーを持つことがわかります。

 ところが、起電力の位相差が生じることによって、有効横流が流れ、回転数(周波数)の高い同期発電機は、エネルギーを放出(発電)し回転数(周波数)が下がり、低い方はエネルギーを吸収(受電)して回転数(周波数)が上がります。すると、それに伴い2台の発電機の間の起電力の位相差はなくなり、有効横流もゼロになりますから、有効電力の授受の作用もなくなり、2つの同期発電機は位相差のない同じ回転数で、並行運転を続けます。

 これが電力系統に接続され、並列運転されている同期発電機が、同じ周波数で回転している原理です。

 しかし、やはりベクトル図と一緒に説明しないと、なかなか難しいですね。

 2つの同期発電機の間で、位相差が少ない場合には、上記のように最終的に同じ周波数、位相に落ち着きますが、差が大きいような場合は、過電流継電器が働いて、同期発電機が解列したり、乱調によって並列運転が継続できない状態になります。

 なお、発電機が爆発するようなことは起きません。(発電機は火薬のような爆発する要素は持っていません。)

 長い回答になりましたが、少しでもお役に立てれば幸いです。

まず参考書2冊の紹介と関連ページですが。

[1]水力発電 (電気学会大学講座) 
    発行所 財団法人 電気学会
    発売元 株式会社オーム社書店
   255ページ~256ページ の 
    「6.11 並行運転」
   (特に255ページの第6.25図と、
    この図に対する256ページの解説)

[2]水力発電所 (最新高級電験講座 第11巻)
    著 者 千葉 幸
    発行所 株式会社 電気書院
   252ページ~254ページ の
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QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

QΔ-Y結線にて位相が30°進むのはなぜ?

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Y結線は、線間電圧が相電圧に対して、30°進むのですよね?
それだと、Δ-Y結線では、Y結線の相電圧は、Δの線間電圧に対し、30°遅れると
思うのですが、違うのでしょうか?

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Δ接続の相電圧(=線間電圧)とY接続の相電圧が対応しているので、一次の線間電圧と二次の相電圧が同位相になります。
二次の線間電圧(Vuw)が二次の相電圧(Vu)より30度進みになるので、二次の線間電圧は一次の線間電圧より30度進みになるかと思います。

Q三相交流のV結線がわかりません

V結線について勉強しているのですが、なぜ三相交流を供給できるのか理解できません。位相が2π/3ずれた2つの交流電源から流れる電流をベクトルを用いて計算してもアンバランスな結果になりました。何か大事な前提を見落としているような気がします。

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Aベストアンサー

#1です。
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●もっと分かりやすいモデルで考えてみましょう。
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同様に三相V結線の場合は、A-B,B-Cの線間に変圧器があるとすれば、A-C間はA-B,B-Cのベクトル和となりますが、C-A間はその逆なのでA-C間のマイナスとなります。

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Q漏電遮断機とZCTの違いについて教えて下さい。

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ZCTはCT(変流器)の一種です、零相変流器(Zero-phase Current Transformer)この頭文字でZCTです。
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その電流で二次側に接続された地絡継電器が動作し遮断器をトリップします。

低圧の場合は機器を小さくできるため、配線用遮断器にZCTと継電器を組み込んで一体としたのが漏電遮断器です。
良い説明が無かったのですが、上から5番の「構造と動作」を開いてくださいPDFファイルです。
http://www.toshiba-tips.co.jp/common/html/tsel/shadan/shadandocu.htm
わかりづらいですが配線用遮断器に漏電検出装置を付けた物が漏電遮断器です。

高圧の場合は機器が大きくなるのでZCT・地絡継電器・遮断器の組み合わせで構成します。
低圧の場合でもZCT・地絡継電器(漏電リレー)の組み合わせで使うこともあります。

ここは三菱さんですが、クリックしていけば製品説明が出てきますので、とりあえず「どんな物?」というのを掴むには便利かも。
http://www.mitsubishielectric.co.jp/haisei/01sei/01sei_syou/index_sei_syou_kessen.htm

CT・ZCT・VT・EVTは総称して「計器用変成器」と呼びます。

ZCTはCT(変流器)の一種です、零相変流器(Zero-phase Current Transformer)この頭文字でZCTです。
三相に対して一括して取り付け、どこか一線で地絡(漏電)が起きると三相のバランスが崩れ、その差が二次側電流として出てきます。
その電流で二次側に接続された地絡継電器が動作し遮断器をトリップします。

低圧の場合は機器を小さくできるため、配線用遮断器にZCTと継電器を組み込んで一体としたのが漏電遮断器です。
良い説明が無かったのですが、上から5番の「構造と動作」を開いてくださいPDFファ...続きを読む

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損傷とは断線のことですか?
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・DGR(地絡方向継電器)
・OCR(過電流継電器)
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高圧負荷設備に、DGRとOCRがついている場合。

質問(1)
負荷設備で絶縁不良などがあり、過電流が生じた場合、DGRが先に動作して、それでも止まらない場合はOCRが動作するものと考えてよろしいでしょうか?」

質問(2)
この場合、DGRとOCRの保護協調はOCRがDGRの次にあるということですか?

質問(3)
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Aベストアンサー

質問(1)
絶縁不良が起きると通常1線地絡事故が起きます。完全地絡事故になっても最大で2A程度なので、OCR動作しません。1線地絡から波及して2線地絡(2相短絡)すればOCR動作になります。
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