電験一種「電力」出題ポイント解説【発電・送配電・系統解析・FACTS】

第一種電気主任技術者（電験一種）一次試験「電力」の出題ポイントを総まとめ。発電（火力・水力・原子力・再エネ）、送電・変電・配電、電力系統解析、電気材料の各論点を、電験二種から一段深くなる難所（系統安定度・FACTS・系統連系・対称座標法応用）まで体系的に解説します。

※受験料・試験日程・合格基準等は改定される場合があります。最新情報は必ず電気技術者試験センターの公式情報でご確認ください。

電力で問われる5大テーマ

火力発電: ランキンサイクル（給水→ボイラ→タービン→復水器→給水）、再熱再生サイクルで熱効率改善。コンバインドサイクル（GTCC）は熱効率60%超
火力プラントの熱効率: η=860/(B·H)·P（P:発電電力kW、B:燃料消費kg/h、H:発熱量kJ/kg）。LNG火力でCO₂排出原単位低減
水力発電: 理論出力 P=9.8QH（kW、Q:流量m³/s、H:有効落差m）。実出力 P=9.8QH·η_t·η_g。水車種別はペルトン（高落差）・フランシス（中落差）・カプラン（低落差・可変翼）
揚水発電: 夜間余剰電力で揚水、昼間ピーク放流。総合効率約70%。系統の負荷追従性向上
原子力発電: PWR（加圧水型・一次／二次冷却系分離）／BWR（沸騰水型・直接タービン駆動）。核分裂連鎖反応制御は制御棒（中性子吸収）と減速材（水・黒鉛）
風力発電: 理論出力 P=½·ρ·A·V³·Cp（ρ:空気密度、A:回転面積、V:風速、Cp:出力係数）。ベッツ限界 Cp_max=16/27≒0.593
太陽光発電: シリコン系（単結晶・多結晶）／化合物系（CIS・CdTe）／化合物系（GaAs）。パワーコンディショナ（PCS）でMPPT制御＋系統連系インバータ

架空送電線のコロナ: 電線表面電位傾度が臨界傾度（晴天で約30kV/cm）を超えると空気電離→コロナ放電→電力損失・電波障害・可聴雑音発生。多導体化（4導体・6導体）で表面電界緩和
電線振動: 微風振動（数〜数十Hz、断線疲労）→アーマロッド／ダンパで抑制。サブスパン振動（多導体特有）→スペーサで抑制。ギャロッピング（着氷雪・低周波・大振幅）→相間スペーサ
対地静電容量: 三相一括 C=2πε/ln(D/r)（D:等価線間距離、r:電線半径）。充電電流 I_c=ωC·V/√3（V:線間）。長距離・高電圧で顕著
送電線インダクタンス: 三相3線 L=0.05+0.4605·log(D/r') mH/km（r':等価半径=re^(-1/4)）
フェランチ効果: 軽負荷・長距離線路で受電端電圧が送電端電圧を上回る現象。線路容量電流が誘導性負荷を逆補償
中性点接地方式: 直接接地（地絡電流大・1線地絡で健全相電圧上昇小）／消弧リアクトル接地（共振接地・地絡電流抑制）／非接地（地絡検出困難・健全相電圧√3倍上昇）／抵抗接地（中庸）
地中送電（ケーブル）: 損失=導体損＋誘電体損＋シース損。誘電体損 W_d=ωCV²tanδ。シース誘起電圧対策はクロスボンド接地

遮断器: ガス遮断器（GCB・SF6絶縁）／真空遮断器（VCB・小型・配電用）／油遮断器（OCB・旧式）／空気遮断器（ABB）。定格遮断電流・遮断時間で選定
保護継電器: 過電流（OCR）／距離（DR・送電線主保護）／差動（CDR・変圧器／母線）／地絡方向（DGR・配電線）／周波数（UFR・系統脱落時自動負荷遮断）
避雷器（LA）: 雷サージから機器を保護。酸化亜鉛形（ZnO・ギャップレス）が主流。制限電圧≦機器絶縁レベル・公称放電電流10/20kA
変圧器の冷却: ANAN（自然空冷）／ONAN（油浸自然循環）／ONAF（油浸送風冷却）／OFAF（強制油循環・送風）。大容量化で強制冷却へ
調相設備: 進相コンデンサ（SC・遅れ無効電力供給）／分路リアクトル（ShR・進み無効電力吸収）／同期調相機（SCm・可変無効電力源・旧式）
配電線の電圧降下: 三相3線 e=√3·I·(Rcosθ+Xsinθ)。力率改善コンデンサ Qc=P(tanθ₁-tanθ₂) で力率改善＋電圧降下緩和＋線路損失低減

潮流計算: 各ノードの電圧・位相を未知数とし、PQ指定（負荷ノード）・PV指定（発電ノード）・スラックノードに分類。非線形連立方程式をニュートン・ラプソン法で反復解
短絡電流計算: %インピーダンス法 I_s=I_n×100/%Z。三相短絡は正相のみ、二相短絡は正相＋逆相、一線地絡は3成分すべて（対称座標法）
系統安定度: 定態安定度（緩やかな負荷変動への追従）／過渡安定度（事故時の同期保持・等面積法で判別）／動態安定度（AVR含む長時間振動）
等面積法: 同期発電機の負荷角δに対する電気的出力Peと機械的入力Pmの差を時間積分。加速面積＝減速面積で過渡安定限界を判定
周波数調整: ガバナフリー（一次調整・数秒）→LFC（負荷周波数制御・分〜数十分）→経済負荷配分（EDC・経済性最適化）
FACTS機器: SVC（静止形無効電力補償装置）（サイリスタ制御リアクトル＋固定コンデンサ）／STATCOM（自励式インバータ）（電圧低下時の応答が速くSVCより優れる）／TCSC（直列補償）／UPFC（潮流制御）
系統連系: 単独運転検出・FRT（Fault Ride Through）・有効／無効電力制御。再エネ大量導入時の周波数／電圧維持が課題

導体材料: 銅（電気抵抗率1.72×10⁻⁸Ωm、機械強度高）／アルミ（密度小・送電線軽量化・鋼心アルミより線ACSR）／超電導（臨界温度Tc以下で電気抵抗ゼロ・送電損失大幅削減）
絶縁材料: 鉱油（変圧器絶縁油）／SF₆ガス（GIS・遮断器絶縁・地球温暖化係数大で代替検討）／架橋ポリエチレン（XLPE・CVケーブル絶縁）／エポキシ（モールド変圧器）
磁性材料: けい素鋼板（変圧器鉄心・ヒステリシス損低減）／アモルファス合金（鉄損1/3以下・トップランナー変圧器）／フェライト（高周波チョーク）
絶縁劣化: 部分放電（PD）測定で劣化診断。tanδ・絶縁抵抗・誘電正接の経時変化を監視