水力発電の正誤問題のポイント｜ダム・水車・サージタンクの誤りを総まとめ

前回 までは、流況曲線・調整池・揚水の計算問題を型ごとに解きました。電力科目の水力には、計算のほかに、数字を使わずに「正しい記述」や「誤っている記述」を選ぶ正誤・穴埋め問題も出ます。この記事は、水力発電の正誤問題で誤りの選択肢になりやすい言い回しを、「誤りの言い回し → 正しい事実」の表に総まとめしたものです。

• 水力発電の正誤問題とは
  • 誤りは、語の入れ替え・大小の逆・対象のすり替えの 3 つの型
  • 令和2〜令和8の出題を一覧にする
• ダムと発電所の分類
  • ダム 5 種の特徴と、落差・流量の 2 軸の分類
• 水車とキャビテーション
  • 衝動と反動、吸出し管、デフレクタ、比速度、キャビテーションの条件
• 水撃作用とサージタンク
  • 管が長いほど・閉鎖が速いほど大きい。サージタンクは大気開放
• 発電機・主変圧器・揚水・水力全般
  • 低速・多極・突極、Δ-Y、AVR と調速機、揚水の方式、周辺の事実

水力発電の正誤問題とは

電験三種の電力科目では、水力発電の問題が出題されます。計算問題のほかに、5 つの文から「誤っているもの」や「正しいもの」を選ぶ正誤問題と、文中の空欄に語句を入れる穴埋め問題があります。計算と違って式を立てる必要はありませんが、知らない事実は考えても分かりません。反対に、問われる事実の種類は限られていて、同じ論点が繰り返し問われています。この記事は、その事実を表にしたものです。

表の「出ている年度」は、令和2〜令和8年度の公式問題で、その論点が問われた回です。令和4上は令和4年度上期、令和7下は令和7年度下期の略記です。同じ論点が、正しい記述として出る回も、誤りの記述として出る回もあります。

回	水力で問われたこと
令和8 問1	ダム 5 種（重力・アーチ・ロックフィル・アース・取水ダム）の特徴
令和7下 問1	発電所の分類（落差の得かたと流量の使い方）の穴埋め
令和6下 問1	水力発電全般（AVR と調速機、カプラン水車、主変圧器の結線）
令和6上 問1	水車（ペルトン水車のデフレクタとニードル弁、クロスフロー水車）
令和5上 問1	比速度とキャビテーションの穴埋め
令和4下 問1・問2	水力全般（発電電力量の比率など）、ペルトン水車の穴埋め
令和4上 問1	水力全般（吸出し管、極数、AVR と調速機、遠隔制御）
令和3 問1	発電所の分類の穴埋め
令和2 問1	水撃作用とサージタンク

誤りの選択肢は、たいてい次の 3 つの型のどれかで作られています。図1のように、語を入れ替える、大小を逆にする、対象をすり替えるです。選択肢を読むときは、大小・開放か密閉か・どの水車の話か、の 3 か所に印を付けると、誤りを見つけやすくなります。

以降の表は、どれも左が誤りになりやすい言い回し、右が正しい事実です。右の事実を覚えれば、左はそのまま見抜けます。理由を知りたいときは、各表の根拠の記事に戻ってください。

ダムと発電所の分類で問われること

最初は、設備の形や分類を問う問題です。水の流れの全体像は 水力発電のしくみ にあります。ダムの種類と発電所の分類は、令和8 問1、令和7下 問1、令和3 問1 で出ています。

ダム 5 種の特徴

令和8 問1 では、重力・アーチ・ロックフィル・アース・取水ダムの 5 つの説明から、誤りを 1 つ選ぶ形で出ました。図2は、5 種類の断面（アーチ式だけは上から見た形）を並べたものです。

1貯水池2洪水吐3下流面

1. 貯水池　水位が高いほど、堤体にかかる水圧は大きい
2. 洪水吐　洪水のとき、余った水を下流へ流す部分
3. 下流面　厚い断面が自重を生み、水圧を支える

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
アーチダムは、両岸の幅が広く地盤の弱い谷に適する	両岸が狭く岩盤が堅い谷に向く。水圧をアーチで両岸の岩盤へ伝える	令和8 問1・水力発電のしくみ
重力ダムは、日本では数が少ない	日本で最も多い。堤体の自重で水圧を支える	令和8 問1
ロックフィルダムは、コンクリートを打って造る	岩石を盛り上げ、中央の遮水部（コア）で水を止める	令和8 問1
アースフィルダムは、堅い岩盤の上にしか造れない	土が主材料で、基礎は岩盤に限らない	令和8 問1
取水ダムは、大きな貯水池をつくって発電の水をためる	背が低く、水路式で川の水を水路へ取り入れる堰	令和8 問1

解答と解説を見る

正解は (1) です。日本で最も多いのは重力ダム、水圧を両岸へ伝えるのはアーチダムで、アーチダムは両岸が狭く岩盤が堅い谷に向きます。岩石を盛って中央の遮水部で止めるのはロックフィルダムです。(2) は重力とアーチが逆、(3) は「広く」が誤り、(4) は「軟らかい」と、岩石を盛る(オ) がアースフィルになっている点が誤り、(5) はロックフィルとアーチが入れ替わっています。

発電所の分類は 2 つの軸

分類の穴埋めは、令和3 問1 と令和7下 問1 で出ました。決め手は、落差の得かたと流量の使い方が別々の軸だということです。図4のように、2 つを掛け合わせて考えます。

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
水路式は、ダム式より高落差を得やすく、建設費も高い	水路式は高落差を得にくいが、ダムが要らず建設費は安い	令和3 問1・令和7下 問1
流量の使い方による分類は、水路式・ダム式・ダム水路式である	それは落差の得かたの分類。流量の使い方は流込み式・調整池式・貯水池式・揚水式	令和7下 問1
流込み式は、日〜数日の流量調整ができる	流込み式は貯水できず、河川の自然流量のまま発電する	令和7下 問1
調整池式は、季節をまたいで水量を調整する	調整池式は日〜数日の調整。季節の調整は貯水池式	令和7下 問1
水路式の発電所は、調整池式にならない	2 軸は独立で、水路式でも調整池式になりうる	水力発電のしくみ

「流込み式」は「流れ込み式」とも書きます。試験では前者の表記が多く、意味は同じです。

解答と解説を見る

誤りは (5) です。落差の得かた（水路式・ダム式・ダム水路式）と流量の使い方（流込み式・調整池式・貯水池式・揚水式）は別々の軸なので、水路式で調整池式の発電所もあります。(1)〜(4) は正しい記述です。

水車とキャビテーションで問われること

水車は、繰り返し問われている論点です。令和4上 問1、令和4下 問2、令和5上 問1、令和6上 問1、令和6下 問1 で、どれも水車の特徴の正誤か穴埋めでした。各水車の構造は 水車の種類と選び方 で扱っています。

1ノズル2バケット3ランナ円盤

1. ノズル　噴流をつくる。中のニードル弁で流量を加減する
2. バケット　椀形の羽根。噴流を受けてランナが回る
3. ランナ円盤　バケットを円周に付けた円盤。大気中で回る

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
衝動水車はペルトン水車だけである	クロスフロー水車（小水力向き）も衝動水車	令和6上 問1・水車の種類
ペルトン水車にも吸出し管を付ける	吸出し管は反動水車（フランシスなど）に付ける。ランナが大気中で回るペルトン水車には付けない	令和4上 問1
ペルトン水車の急停止は、ニードル弁を急に閉じる	まずデフレクタで噴流をそらし、ニードル弁はゆっくり閉じる（水撃作用を防ぐ）	令和6上 問1・調速機と水撃作用
ペルトン水車の比速度は、フランシス水車より大きい	ペルトン水車の比速度は小さい。大きい順にプロペラ・カプラン、斜流、フランシス、ペルトン	令和5上 問1・令和4下 問2
ペルトン水車は、低落差・大流量に適する	高落差・少流量に適する衝動水車	令和4下 問2
カプラン水車の羽根の角度は固定である	カプラン水車は、負荷に合わせて羽根の角度を変えられる（ガイドベーンと連動）。固定はプロペラ水車	令和6下 問1

比速度は水車の型式を分ける目印で、数字の目安は図6のとおりです。数値そのものより、並び順（ペルトンが最小）と、大きいほど低落差・大流量向きという向きを覚えます。

キャビテーションが起こりやすい条件

キャビテーションは、水の圧力が飽和蒸気圧以下に下がって泡ができ、つぶれて羽根を侵食する現象です。令和5上 問1 の穴埋めでは、比速度の大きな水車を高落差で使ったときの結果として問われました。条件の正誤は、次の表の向きで判定できます。詳しい理由は キャビテーションとは にあります。

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
吸出し高さが大きいほど、キャビテーションは起こりにくい	吸出し高さが大きいほど起こりやすい。水車を低く据えて小さくするのが防止策	キャビテーションとは
比速度の大きい水車を高落差で使うと、キャビテーションが生じにくい	生じやすくなる（吸出し管内の流速が大きくなる）	令和5上 問1
部分負荷や過負荷では、キャビテーションは起こりにくい	設計点から外れた運転では起こりやすい	キャビテーションとは
キャビテーションは、主にペルトン水車で問題になる	主に反動水車のランナや吸出し管で問題になる	キャビテーションとは

解答と解説を見る

誤りは (5) です。比速度の大きな水車を高落差で使うと、吸出し管内の流速が大きくなり、キャビテーションが生じやすくなります。(1)〜(4) は、表で見た正しい事実そのものです。

水撃作用とサージタンクで問われること

令和2 問1 では、ダム水路式発電所の水撃作用とサージタンクが正誤で出ました。水を急に止めると圧力が急上昇する現象が水撃作用で、サージタンクは、その圧力の急変を水位の上下で吸収する設備です。ガイドベーンの閉鎖時間の違いは 調速機と水撃作用とは に詳しくあります。

1頂部2塔の本体3接続部

1. 頂部　上端は開いていて、大気に通じる
2. 塔の本体　水位が上下して圧力の急変を吸収する
3. 接続部　下で導水路と水圧管路がつながる

サージタンクには種類があり、図8のように、どれも上端は大気に開放されています。「いずれも密閉構造」とした誤りが、令和2 問1 の決め手でした。

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
サージタンクは、いずれも密閉構造である	水面は大気に開放。水槽（ヘッドタンク）も大気開放	令和2 問1・調速機と水撃作用
水撃作用は、水圧管が短いほど大きい	水圧管が長いほど大きい	令和2 問1
水撃作用は、弁の閉鎖時間が長いほど大きい	閉鎖時間が短いほど大きい	令和2 問1
ガイドベーンを速く閉じれば、速度上昇も水撃圧も小さくなる	速く閉じると速度上昇は小さいが、水撃圧は大きくなる。両方の中間で決める	調速機と水撃作用
サージタンクは、水車の入口弁の直前に置く	圧力トンネル（導水路）と水圧管路のつなぎ目の近くに置く	水力発電のしくみ
サージタンクの種類は、差動式・小孔式・水室式のいずれか 1 つだけである	差動式・小孔式（制水口式）・水室式のほか、単純な形の単動式もある	調速機と水撃作用

発電機・主変圧器・揚水・水力全般で問われること

最後は、設備の周辺と全般の事実です。水力発電全般の正誤問題は、令和4上、令和4下、令和6下の問1 のように、水車・発電機・変圧器・運用の記述が 1 問に混ざって出ます。ここでは、発電機から送電までの流れで事実を整理します。

発電機と主変圧器

図9のように、水車を回す水量は調速機が、発電機の電圧は AVR が受け持ちます。主変圧器の結線は、発電機側を Δ、送電線側を Y とするものが多く使われます。詳しくは 水車発電機とは にあります。

1天井クレーン2突極3軸の接続部

1. 天井クレーン　重い回転子を吊って据え付ける
2. 突極　外周に磁極が突き出した形。多極にしやすい
3. 軸の接続部　水車と結ぶ中心の軸

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
水車発電機は高速で、極数が少ない	低速で回るので極数が多い突極形。縦軸が主流	令和4上 問1・令和6下 問1
水車発電機の回転子は、直径が小さく軸方向に長い	直径が大きく軸方向に短い（細長いのはタービン発電機）	機械 令和6下 問5・令和8 問5
主変圧器は、発電機側を Y、送電線側を Δ とするものが多い	発電機側 Δ、送電線側 Y が多い（逆は誤り）	令和6下 問1
周波数は AVR が、電圧は調速機が保つ	電圧は AVR（励磁電流）、周波数は調速機（水量）	令和4上 問1・令和6下 問1・水車発電機とは
誘導発電機は、励磁装置が要り、単独運転ができ、並列時の突入電流は小さい	励磁装置は不要、単独運転はできない、並列時の突入電流は大きい	令和7下 問5・水車発電機とは

揚水発電

揚水発電は、令和4下 問11 の需給の問題で、余った電力をためる手段として出ています。方式や運転の言い回しは次の表のとおりです。根拠は 揚水発電とは にあります。

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
ポンプ水車式は、水車とポンプを別々に持つ	別々に持つのは別置式・タンデム式。ポンプ水車式は 1 台で水車とポンプを兼ねる（国内の主流）	揚水発電とは
純揚水式は、上池に川の水が流れ込む	流入があるのは混合揚水式。純揚水式は流入がない	揚水発電とは
揚水発電の総合効率は 1 を超える	損失があるので1 より小さい（純揚水の発電電力量は揚水電力量より少ない）	揚水発電とは
定速機も、揚水運転中に入力を調整できる	調整できるのは可変速機。定速機はできない	揚水発電とは

水力発電全般の周辺事実

最後に、1 問の中に混ざって出る周辺の事実です。令和4下 問1 では、発電電力量に占める水力の割合が誤りの記述でした。

誤りの選択肢	正しい事実	年度・根拠
水力は、日本の発電電力量の約 2 割を占める	約 8 %（近年 7〜8 % 程度）で、2 割には届かない	令和4下 問1・水力発電のしくみ
水力は、起動・停止が遅く、設備の寿命が短い	起動・停止が速く、寿命が長い	令和4下 問1
有効落差は、総落差に損失水頭を足したものである	有効落差 = 総落差 − 損失水頭	令和4下 問1・令和5下 問1・落差と流量とは
水力発電所は、人が常駐しないと運転できない	無人で運転でき、遠隔で制御するものが多い	令和4上 問1
流況曲線は、発電電力量の計画には関係しない	重要。年間の流量の分布から発電電力量を見積もる	令和4下 問1・流況曲線とは

解答と解説を見る

誤りは (4) です。主変圧器は、発電機側を Δ、送電線側を Y とする結線が多く使われます。(1) は水撃作用の大きさの条件、(2) はサージタンクの種類と大気開放、(3) は水車発電機の形、(5) は AVR と調速機の役割分担で、すべて正しい記述です。

よくある質問

正誤問題で、誤りを見つけやすくするコツはありますか。

5 つの文のうち誤りは 1 つなので、まず「大きい・小さい」「長い・短い」「開放・密閉」「どの水車か」の語に印を付けます。図1の 3 つの型のどれかに当てはまる文が、誤りの候補です。残りの 4 つが、表の右側の事実と一致するかを確かめます。

水路式と流込み式は同じものですか。

同じではありません。水路式は落差の得かたの分類、流込み式は流量の使い方の分類で、別々の軸です。水路式で流込み式の発電所も、水路式で調整池式の発電所もあります。穴埋めでは、空欄がどちらの軸かを先に読み取ります。

表の事実は、暗記だけで足りますか。

仕組みから導けるものが多くあります。たとえば、水撃作用が管の長さに比例して大きくなる理由、ペルトン水車に吸出し管が付かない理由、サージタンクが大気開放である理由は、どれも設備の働きから説明できます。迷ったら、根拠の記事で理由を確かめてください。

思い出してみよう

答えを見る前に、まず自分で思い出してからタップしてください。

アーチダムが向く谷は、どんな谷ですか？

両岸が狭く、岩盤が堅い谷です。日本で最も多いのは重力ダムです。

水路式と流込み式は、それぞれ何の分類ですか？

水路式は落差の得かた、流込み式は流量の使い方の分類で、別々の軸です。

ペルトン水車で、吸出し管が付かない理由と、急停止のときの順序は？

ランナが大気中で回る衝動水車だからです。急停止はデフレクタで噴流をそらし、ニードル弁はゆっくり閉じます。

キャビテーションが起こりやすい条件を 3 つ挙げてください。

吸出し高さが大きいとき、比速度が大きいとき、部分負荷や過負荷のときです。

水撃作用が大きくなる条件と、サージタンクの構造上の特徴は？

水圧管が長いほど、閉鎖時間が短いほど大きくなります。サージタンクは大気に開放されています。

主変圧器の結線と、AVR・調速機の役割分担は？

発電機側 Δ・送電線側 Y が多く、電圧は AVR、周波数は調速機が保ちます。

まとめ

• 水力の正誤問題の誤りは、語の入れ替え・大小の逆・対象のすり替えの 3 つの型。大小・開放か密閉か・どの水車かに印を付ける
• ダムは、重力が日本で最多、アーチは両岸が狭く岩盤が堅い谷、ロックフィルは岩石、アースフィルは土、取水ダムは背の低い堰
• 発電所は、落差の得かた（水路式・ダム式・ダム水路式）と流量の使い方（流込み式・調整池式・貯水池式・揚水式）の別々の 2 軸。水路式は高落差を得にくいが建設費が安い
• 水車は、クロスフローも衝動水車。吸出し管は反動水車だけ。ペルトンはデフレクタが先で、比速度は小さい。キャビテーションは吸出し高さ・比速度が大きいときと部分負荷で起こりやすい
• 水撃作用は管が長いほど、閉鎖時間が短いほど大きい。サージタンクは大気に開放されている
• 水車発電機は低速・多極・突極・縦軸。主変圧器は発電機側 Δ・送電線側 Y。電圧は AVR、周波数は調速機。水力の発電電力量の割合は約 8 %

水力発電のシリーズはここまでです。表で覚えた事実の理由を確かめたいときは、シリーズの最初の 水力発電のしくみ に戻って、水がダムから川へ戻るまでの全体像を読み返してください。全体の流れの中に位置づけると、個々の事実が結びつきやすくなります。