両端の高さが同じで径間距離250 m の架空電線路があり,電線1 m 当たりの重量は20.0 N で,風圧荷重はないもの…

電力 第12問

両端の高さが同じで径間距離250 m の架空電線路があり,電線1 m 当たりの重量は20.0 N で,風圧荷重はないものとする。今,水平引張荷重が40.0 kN の状態で架線されているとき,たるみD の値[m]として,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

正答 (2)
正答は (2)。 【使う公式】 両端の高さが同じ架空電線のたるみ(弛度)D は、電線に沿った形が放物線に近いとみなして  D = W × S の2乗 ÷ (8 × T) で求められます。ここでW は電線1メートル当たりの荷重[N/m]、S は径間距離[m]、T は水平引張荷重[N]です。この式は、たるみが径間の2乗に比例し、張力に反比例するという関係を表しています。つまり、強く張るほどたるみは小さくなり、径間が長くなるとたるみは急に大きくなります。 【値を代入する】 まず単位をそろえます。
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 W = 20.0 [N/m]  S = 250 [m]  T = 40.0 [kN] = 40000 [N] 風圧荷重はないので、電線の重量だけが荷重になります。  D = 20.0 × 250 の2乗 ÷ (8 × 40000)    = 20.0 × 62500 ÷ 320000    = 1250000 ÷ 320000    = 3.906 [m] 最も近いのは 3.9 ですから、(2) が正答です。 【検算】 逆にD = 3.906m からT を求め直すと  T = W × S の2乗 ÷ (8 × D)    = 20.0 × 62500 ÷ (8 × 3.906)    = 1250000 ÷ 31.25    = 40000 [N] 題意の40.0kN に戻ります。 【間違えやすい点】 一つ目は、キロニュートンをニュートンに直し忘れることです。40.0 のまま計算すると1000倍のずれが出ます。二つ目は、分母の8 を4 や2 と取り違えることです。この係数は、電線の形を放物線と近似して導いたときに現れるもので、8 で固定です。三つ目は、径間の2乗を忘れることです。 【関連して覚えたい式】 電線の実長L は、たるみを使って  L ≒ S + 8 × D の2乗 ÷ (3 × S) と表せます。本問の値を入れると  L ≒ 250 + 8 × 3.906 の2乗 ÷ 750    = 250 + 8 × 15.26 ÷ 750    = 250 + 0.163    = 250.16 [m] たるみが4m 近くあっても、電線の長さは径間よりわずか16cm ほど長いだけ、という感覚も押さえておくとよいでしょう。

出典:令和5年度下期第三種電気主任技術者 電力科目 問12(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ

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