エネルギー管理士(電気分野)「電気分野 課目Ⅲ 電気設備及び機器」一問一答(全22問)

正解：c. 50%

正解は「50%」。鉄損は負荷によらず一定で、銅損は負荷率の2乗に比例する。効率が最大になるのは鉄損と銅損が等しいときなので、負荷率を x とすると 0.5=2.0×x² より x=0.5、すなわち 50% である。「200%」は誤り。鉄損と銅損の比を逆にして √(2.0/0.5)=2 とした値で、定格を超える過負荷になる。「100%」は誤り。全負荷時に効率が最大になると考えた値で、全負荷時の銅損は鉄損より大きいため誤りである。「25%」は誤り。平方根をとらずに鉄損/銅損=0.5/2.0=0.25 としたもので、銅損が負荷率の2乗に比例する点を落としている。

正解：b. 96.5%

正解は「96.5%」。全日効率は 1日の出力電力量/(出力電力量+損失電力量) である。出力は 50×8=400 kWh。鉄損は 24 時間通じて 0.3×24=7.2 kWh、銅損は全負荷の 8 時間だけで 0.9×8=7.2 kWh なので、損失は 14.4 kWh となる。全日効率は 400/414.4≒96.5% である。「93.3%」は誤り。銅損を 24 時間分 0.9×24=21.6 kWh として計算した値で、無負荷時間には銅損が生じない。「97.7%」は誤り。鉄損を全負荷の 8 時間分 2.4 kWh しか数えなかった値で、鉄損は無負荷の時間にも生じる。「98.2%」は誤り。鉄損を無視して銅損 7.2 kWh のみで 400/407.2 を計算した値である。

正解：c. 14.5 kA

正解は「14.5 kA」。二次側の定格電流は 500×10³/(1.73×400)≒722.5 A である。短絡電流は定格電流に 100/%Z を掛けて求めるので、722.5×100/5≒14,450 A、すなわち約 14.5 kA となる。「3.6 kA」は誤り。定格電流に %Z の数値 5 をそのまま掛けた約 3.6 kA で、100/%Z の関係を誤っている。「8.4 kA」は誤り。定格電流の計算で √3 を二重に割った値（722.5÷1.73×20）で、√3 の扱いが誤っている。「25.0 kA」は誤り。定格電流の計算で √3 を使わず 500×10³/400=1,250 A として 100/5 倍した値である。

正解：b. 175 kvar

正解は「175 kvar」。力率 0.6 のときの無効電力は 300×(0.8/0.6)=400 kvar、力率 0.8 のときは 300×(0.6/0.8)=225 kvar である。必要な容量はその差の 400−225=175 kvar で、Qc=P(tanφ₁−tanφ₂)=300×(4/3−3/4) とも一致する。「125 kvar」は誤り。皮相電力の差（500−375=125 kVA）を用いた値で、コンデンサ容量は無効電力の差で決まる。「225 kvar」は誤り。改善後に残る無効電力 225 kvar そのものを答えとした値である。「400 kvar」は誤り。改善前の無効電力 400 kvar をすべて打ち消す容量で、力率 1.0 まで改善する場合の値である。

正解：c. 152 V

正解は「152 V」。cosφ=0.8 のとき sinφ=0.6 である。e=1.73×100×(0.5×0.8+0.8×0.6)=173×0.88≒152 V となる。「176 V」は誤り。単相2線式の式 2I(R·cosφ+X·sinφ)=200×0.88 を使った値で、三相には √3 を用いる。「163 V」は誤り。cosφ と sinφ を取り違えて R·sinφ+X·cosφ=0.94 を用いた値である。「88 V」は誤り。√3 を掛け忘れて 100×0.88 を計算した値である。

正解：a. 需要率 70%、負荷率 50%

正解は「需要率 70%、負荷率 50%」。需要率は最大需要電力/設備容量=560/800=70% である。負荷率は平均電力/最大需要電力で、平均電力は 6,720/24=280 kW なので 280/560=50% となる。「需要率 70%、負荷率 35%」は誤り。負荷率の分母を設備容量 800 kW にした値（280/800=35%）で、負荷率は最大需要電力を基準にする。「需要率 50%、負荷率 70%」は誤り。需要率と負荷率の値を入れ替えた組合せである。「需要率 35%、負荷率 50%」は誤り。需要率を平均電力/設備容量（280/800=35%）としており、需要率は最大需要電力を用いる。

正解：c. 1.25

正解は「1.25」。不等率は、個々の最大需要電力の和を合成最大需要電力で割った値である。(300+200+100)/480=600/480=1.25 となる。不等率は通常 1 以上の値をとる。「0.80」は誤り。合成最大需要電力/個々の最大需要電力の和という逆数（480/600）で、不等率は 1 以上になる。「1.20」は誤り。設備容量の合計/個々の最大需要電力の和（720/600）で、需要率の逆数にあたる値である。「1.50」は誤り。分子に設備容量の合計 720 kW を用いた 720/480 で、個々の最大需要電力の和を使っていない。

正解：d. 極性が一致し、変圧比が等しく、%インピーダンスが各定格容量基準で等しいことが望ましい

正解は「極性が一致し、変圧比が等しく、%インピーダンスが各定格容量基準で等しいことが望ましい」。極性が逆だと大きな短絡電流が流れ、変圧比が異なると循環電流が生じる。負荷を容量比で分担させるには、各定格容量基準の%インピーダンスを等しくする。三相では位相変位や相順も一致させる。「定格容量が完全に等しい変圧器どうしでなければ、並列運転を行うことはできない」は誤り。容量が異なっても条件を満たせば並列運転できる。「変圧比が多少異なっていても、二次側に循環電流は流れず、負荷分担にも影響しない」は誤り。変圧比の差は循環電流を生む。「インピーダンスがオーム値で等しければ、容量が異なっても容量に比例して負荷を分担する」は誤り。オーム値が等しいと電流が等分され、容量比どおりの分担にならない。

正解：a. 断路器は、負荷電流や故障電流を遮断する能力がないため、電路が無負荷であることを確認してから開閉する

正解は「断路器は、負荷電流や故障電流を遮断する能力がないため、電路が無負荷であることを確…」。断路器は点検時などに電路を切り離す機器で、アークを消す能力がないため、無負荷で操作する。「遮断器は、短絡電流などの故障電流を遮断することができないので、短絡保護には専らヒ…」は誤り。遮断器は短絡電流など故障電流を遮断できる機器である。「高圧交流負荷開閉器は、短絡電流を遮断する能力をもつため、遮断器の代わりとして単独…」は誤り。高圧交流負荷開閉器は負荷電流の開閉用で、短絡電流の遮断能力はなく、短絡保護は遮断器または限流ヒューズが担う。「断路器は、点検時の安全を確保するため、負荷電流が流れている状態で電路を開閉する目…」は誤り。負荷電流が流れている状態での開閉は断路器では行えない。

正解：d. 高調波による共振や電流の拡大を防ぎ、コンデンサ投入時の突入電流を抑えること

正解は「高調波による共振や電流の拡大を防ぎ、コンデンサ投入時の突入電流を抑えること」。回路の誘導性リアクタンスを加えることで、高調波に対してコンデンサ設備が誘導性になり、共振による高調波電流の拡大を防ぐ。投入時の突入電流の抑制にも効果がある。「コンデンサに流れる進み電流を大きくして、設備の力率改善効果を高めること」は誤り。直列リアクトルは力率改善の効果を高めるものではない。「コンデンサの端子電圧を下げて、定格電圧の低いコンデンサを使用できるようにすること」は誤り。コンデンサの端子電圧はむしろ上がる。「進み無効電力を吸収して、軽負荷時の受電点の電圧上昇を抑えること」は誤り。進み無効電力を吸収する機器は分路リアクトルで、目的が異なる。

正解：b. 90 V

正解は「90 V」。全波整流波形の平均値は、最大値 Vm の 2/π 倍である。Vm=√2×100=141 V なので、平均値は 2×141/3.14≒90 V となる。これは実効値の約 0.9 倍にあたる。「45 V」は誤り。半波整流の平均値（Vm/π≒0.45×実効値）で、全波整流では倍になる。「100 V」は誤り。電源電圧の実効値そのもので、整流後の平均値とは異なる。「141 V」は誤り。電源電圧の最大値（波高値）で、平均値ではない。

正解：c. 67.5 V

正解は「67.5 V」。抵抗負荷の単相全波位相制御では、直流平均電圧は Vd=0.9V×(1+cosα)/2 で表される（0.9V は α=0° の値）。Vd=0.9×100×(1+0.5)/2=67.5 V である。「22.5 V」は誤り。(1−cosα)/2 を用いた値で、1+cosα と符号を取り違えている。「45 V」は誤り。誘導性負荷で電流が連続する場合の式 0.9V·cosα=45 V で、抵抗負荷では電流が途切れるため当てはまらない。「135 V」は誤り。(1+cosα) を 2 で割らずに 0.9×100×1.5 とした値で、α=0° の値 90 V を超えてしまう。

正解：a. 80 V

正解は「80 V」。降圧チョッパの出力電圧は、入力電圧にオン期間の比（通流率）を掛けた値である。通流率は 40/100=0.4 なので、出力電圧は 200×0.4=80 V となる。「120 V」は誤り。オフ期間の比 0.6 を掛けた値で、出力はオン期間の比に比例する。「333 V」は誤り。昇圧チョッパの式 入力/(1−通流率)=200/0.6 を用いた値で、降圧では出力が入力を超えない。「500 V」は誤り。入力を通流率で割った 200/0.4 の値で、降圧チョッパの出力が入力を超えることはない。

正解：d. 電圧 100 V、同期速度 900 min⁻¹

正解は「電圧 100 V、同期速度 900 min⁻¹」。V/f 一定制御では電圧を周波数に比例させて磁束を一定に保つので、周波数が半分の 30 Hz では電圧も半分の 100 V になる。同期速度は Ns=120f/p=120×30/4=900 min⁻¹ である。「電圧 200 V、同期速度 900 min⁻¹」は誤り。電圧を下げずに周波数だけを下げた組合せで、磁束が過大になり鉄心が飽和して励磁電流が増える。「電圧 100 V、同期速度 1,800 min⁻¹」は誤り。同期速度が周波数に比例することを落とし、60 Hz のときの 1,800 min⁻¹ としている。「電圧 50 V、同期速度 450 min⁻¹」は誤り。電圧と同期速度をいずれも 1/4 にした組合せで、周波数を半分にしたときの比例関係に合っていない。

正解：b. 7.68 kW

正解は「7.68 kW」。送風機では、風量は回転数に比例し、圧力は回転数の2乗、軸動力は回転数の3乗に比例する。したがって軸動力は 15×0.8³=15×0.512=7.68 kW となり、定格より約 49% 少なくなる。「6.14 kW」は誤り。回転数の4乗（0.8⁴=0.4096）を用いた 6.14 kW で、軸動力が比例するのは3乗である。「9.60 kW」は誤り。回転数の2乗（0.64）を用いた 9.60 kW で、これは圧力の変化の割合である。「12.0 kW」は誤り。回転数に比例（0.8）するとした 12.0 kW で、これは風量の変化の割合である。

正解：a. IGBT は、入力側が MOSFET 構造で電圧駆動できる一方、出力側はバイポーラ形で飽和電圧が低く、中大容量のインバータに多用される

正解は「IGBT は、入力側が MOSFET 構造で電圧駆動できる一方、出力側はバイポー…」。IGBT は、MOSFET の電圧駆動の容易さとバイポーラトランジスタの低いオン電圧を兼ね備え、中大容量のインバータに広く使われる。「IGBT は電流駆動形の素子であり、オン状態を保つには大きなベース電流を連続して…」は誤り。IGBT は電圧駆動素子で、ゲート電圧で制御する。「GTO サイリスタは、ゲート信号でターンオンだけができ、ターンオフには主回路電流…」は誤り。GTO サイリスタはゲートの逆電流でターンオフもできる。「パワーMOSFET は一般に IGBT よりスイッチング速度が遅いため、高周波の…」は誤り。パワーMOSFET は高速スイッチングに適し、高周波用途に向いている。

正解：d. 半導体スイッチを高周波でオン・オフして変換するため、変圧器や平滑用部品を小形軽量にでき、変換効率も高い

正解は「半導体スイッチを高周波でオン・オフして変換するため、変圧器や平滑用部品を小形軽量…」。スイッチング電源は、半導体スイッチを数十 kHz 以上で高速にオン・オフするので、変圧器や平滑部品を小形軽量にできる。損失が小さく効率も高い。「商用周波数の変圧器で降圧した後、制御素子の連続的な損失で出力を安定化するため、一…」は誤り。これは商用周波変圧器とシリーズ制御素子を用いるドロッパ方式の説明で、大形になり効率が低い。「スイッチング周波数を低くするほど、変圧器や平滑用コンデンサを小形にでき、ノイズも…」は誤り。周波数を低くすると部品は大きくなる。「スイッチング動作が高速で滑らかなため、ノイズが発生せず、ノイズ対策は一般に不要である」は誤り。高速のオン・オフがノイズの発生源となるので対策が必要である。

正解：b. 420 kW

正解は「420 kW」。デマンド値は、30分間の使用電力量をその時間（0.5時間）で割った平均電力である。210 kWh÷0.5 h＝420 kWとなる。契約電力は、この値の月間最大（最大需要電力）などをもとに決まる。「105 kW」は誤り。使用電力量に0.5時間を掛けた値（210×0.5）で、割り算と掛け算を取り違えている。「210 kW」は誤り。使用電力量の数値をそのままkWとした値で、単位の時間換算が抜けている。「840 kW」は誤り。使用電力量に2を掛けた値で、30分を2倍にして1時間換算の電力量としてしまっている。

正解：d. 0.64倍

正解は「0.64倍」。有効電力と電圧が一定なら、線路電流は力率に反比例する。力率0.8から1.0にすると電流は0.8倍になる。線路損失は電流の2乗に比例するので、0.8²＝0.64倍となる。「0.80倍」は誤り。電流の比（0.8倍）をそのまま損失の比にした値で、2乗が抜けている。「0.36倍」は誤り。損失の減少分（1−0.64）に近い値で、倍率と減少率を取り違えている。「1.25倍」は誤り。電流の逆数（1/0.8）で、力率改善で電流が増えるとした誤りである。

正解：a. 地絡継電器は、零相電流を検出して地絡事故と判断し、遮断器を動作させる

正解は「地絡継電器は、零相電流を検出して地絡事故と判断し、遮断器を動作させる」。地絡継電器は、零相変流器などで検出した零相電流が設定値を超えたときに地絡事故と判断し、遮断器を動作させる。「過電流継電器は、電圧が設定値を超えて上昇したときに動作する」は誤り。過電流継電器は、電流が設定値を超えたときに動作する継電器で、電圧の上昇を見るものではない。「不足電圧継電器は、電圧が設定値を超えて上昇したときに動作する」は誤り。不足電圧継電器は電圧が設定値より低下したときに動作する。電圧上昇に動作するのは過電圧継電器である。「比率差動継電器は、変圧器の外部事故時の大電流で動作して遮断器を開く」は誤り。比率差動継電器は、変圧器の内部故障時に一次側と二次側の電流差に動作し、外部事故の大電流では動作しないよう抑制される。

正解：c. 5次・7次

正解は「5次・7次」。6パルス整流回路の交流側電流に含まれる高調波は、次数が6k±1（kは自然数）の成分で、5次、7次、11次、13次などである。低次では5次と7次が大きい。「3次・9次」は誤り。3の倍数の次数は、三相平衡の3線式回路では線間に現れにくく、6パルス整流の主成分ではない。「2次・4次」は誤り。偶数次の高調波は、電流波形が正負対称であるため基本的に含まれない。「4次・8次」は誤り。同じく偶数次の組合せで、6パルス整流の特性高調波ではない。

正解：b. 高圧と低圧の混触時に、低圧側の電位の異常な上昇を抑えるため

正解は「高圧と低圧の混触時に、低圧側の電位の異常な上昇を抑えるため」。B種接地工事は、高圧または特別高圧の電路と低圧電路を結合する変圧器の低圧側に施し、高圧と低圧が混触したときに低圧側の対地電位が上昇して危険になるのを防ぐ。「低圧側の漏電を検出して、自動的に回路を遮断するため」は誤り。漏電を検出して回路を遮断するのは漏電遮断器の働きで、接地工事の目的ではない。「雷サージを大地へ逃がして、変圧器の絶縁を保つため」は誤り。雷サージを大地へ逃がすのは避雷器の働きで、B種接地とは別の設備である。「電動機の外箱の電位を保って、感電を防ぐため」は誤り。機器の外箱の感電防止は機器の接地（D種接地など）の目的である。