エネルギー管理士(電気分野)「電気分野 課目Ⅳ 電力応用」一問一答(全22問)

正解：d. 1,200 min⁻¹

正解は「1,200 min⁻¹」。同期速度は Ns＝120f/p［min⁻¹］で表される。f＝60 Hz、p＝6を代入すると、Ns＝120×60÷6＝1,200 min⁻¹である。「900 min⁻¹」は誤り。極数8のときの値（120×60÷8）である。「1,500 min⁻¹」は誤り。周波数50 Hz、極数4の組合せ（120×50÷4）の値で、条件と合わない。「1,800 min⁻¹」は誤り。極数4のときの値（120×60÷4）で、極数を取り違えている。

正解：a. 5 %

正解は「5 %」。すべりは s＝(Ns−N)÷Ns で定義される。(1,500−1,425)÷1,500＝0.05なので、5 %である。「95 %」は誤り。回転速度を同期速度で割った値（1,425÷1,500）で、すべりではなく1−sにあたる。「50 %」は誤り。0.05を5 %ではなく50 %と読み違えた桁の誤りである。「0.5 %」は誤り。同じく0.05を0.5 %とした桁の誤りである。百分率にするときは100を掛ける。

正解：c. 41.6 A

正解は「41.6 A」。入力電力は出力÷効率で求める。線電流は I＝出力÷(√3×V×cosφ×η)＝11,000÷(1.73×200×0.85×0.9)＝11,000÷264.7≒41.6 Aとなる。「35.3 A」は誤り。力率を使わず、11,000÷(1.73×200×0.9)とした値である。「37.4 A」は誤り。効率を考慮せず、出力をそのまま入力とみなした値（11,000÷(1.73×200×0.85)）である。「71.9 A」は誤り。√3を掛け忘れた値で、三相の電力式に必要な係数が抜けている。

正解：b. 4.9 kW

正解は「4.9 kW」。吐出し量を毎秒に直すと0.6÷60＝0.01 m³/sである。水動力は1,000×9.8×0.01×30＝2,940 Wで、これを効率0.6で割ると軸動力は4,900 W＝4.9 kWとなる。「2.9 kW」は誤り。効率で割る前の水動力（2.94 kW）である。「1.8 kW」は誤り。効率で割らずに掛けた値（2.94×0.6）で、軸動力は水動力より大きくなるはずである。「294 kW」は誤り。吐出し量を毎分のまま計算した値で、単位換算（分から秒）が抜けている。

正解：a. 励磁電流の割合が大きくなり、力率は低下する

正解は「励磁電流の割合が大きくなり、力率は低下する」。誘導電動機の電流は、負荷によらずほぼ一定の励磁電流（遅れ無効電流）と、負荷に比例する負荷電流から成る。軽負荷では負荷電流が小さいため、全電流に占める励磁電流の割合が大きくなり、遅れ力率が低下する。「励磁電流の割合が小さくなり、力率は上昇する」は誤り。励磁電流の割合は軽負荷ほど大きくなる。「負荷によらず、力率は定格運転時の値で一定である」は誤り。力率は負荷の大きさで変わり、定格付近で最も高くなる。「負荷が小さいほど力率は1に近づき、進み力率になる」は誤り。誘導電動機は励磁のため常に遅れ力率で、軽負荷で進み力率になることはない。

正解：d. 始動電流も始動トルクも、全電圧始動の約1/3になる

正解は「始動電流も始動トルクも、全電圧始動の約1/3になる」。スターデルタ始動は、始動時に固定子巻線をY結線にして巻線の相電圧を線間電圧の1/√3に下げる方法である。始動電流は電圧に比例して全電圧始動の1/3、始動トルクは電圧の2乗に比例して1/3になる。「始動電流は全電圧始動の約1/3で、始動トルクは約1/√3になる」は誤り。始動トルクは電圧の2乗に比例するので1/√3ではなく1/3である。「始動電流は全電圧始動の約1/√3で、始動トルクは約1/3になる」は誤り。電流と係数が入れ替わっている。「始動電流は全電圧始動と変わらず、始動トルクだけが約1/3になる」は誤り。電圧を下げれば電流も下がり、電流が変わらないことはない。

正解：c. 8.2 kW

正解は「8.2 kW」。正味の負荷500 kgを速度1.0 m/sで持ち上げる仕事率は500×9.8×1.0＝4,900 Wである。機械効率0.6で割ると、必要な電動機出力は4,900÷0.6≒8,167 W、すなわち約8.2 kWとなる。「2.9 kW」は誤り。4.9 kWに効率を掛けた値で、効率の扱いが逆になっている。「4.9 kW」は誤り。効率を考慮していない値である。「16.3 kW」は誤り。積載質量1,000 kgを釣合いなしで持ち上げるとした値で、釣合おもりによる軽減を無視している。

正解：a. 81 %

正解は「81 %」。誘導電動機の発生トルクは、同じすべりであれば端子電圧の2乗に比例する。電圧が0.9倍になると、トルクは0.9²＝0.81倍、すなわち約81 %になる。「90 %」は誤り。電圧に比例すると考えた値で、指数が1になっている。「73 %」は誤り。電圧の3乗（0.9³≒0.73）を用いた値で、指数を誤っている。「100 %」は誤り。電圧が変わってもトルクが変わらないとした値で、始動や運転時のトルクが電圧低下の影響を受けることを見落としている。

正解：b. 15.8 kJ

正解は「15.8 kJ」。角速度は ω＝2π×1,200÷60＝2×3.14×20＝125.6 rad/sである。運動エネルギーは E＝(1/2)Jω²＝0.5×2×125.6²≒15,775 J、すなわち約15.8 kJとなる。「31.6 kJ」は誤り。係数1/2を掛け忘れた値（Jω²）である。「126 J」は誤り。角速度を2乗せずに(1/2)Jωとした値で、単位もJ・s⁻¹相当の別の量になる。「1,440 kJ」は誤り。回転速度1,200 min⁻¹をそのまま角速度として2乗した値で、rad/sへの換算が抜けている。

正解：d. 界磁電流の調整で力率を変えられ、進み力率で運転して力率改善に利用できる

正解は「界磁電流の調整で力率を変えられ、進み力率で運転して力率改善に利用できる」。同期電動機は界磁電流を調整することで力率を変えられ、界磁を強めた過励磁の状態では進み電流が流れ、進相コンデンサのように力率改善に使える。「負荷が変動すると、回転速度が負荷の大きさに応じて大きく変化する」は誤り。回転速度は電源周波数と極数で決まる同期速度に保たれ、負荷が変わっても一定である。「界磁電流を変えても力率はほとんど変化せず、力率の調整には使えない」は誤り。界磁電流の調整が力率制御の要点であり、力率を変えられる。「自己始動の性能が高く、始動のための補助装置を必要としない」は誤り。同期電動機は自己始動できず、制動巻線による誘導電動機としての始動や始動用電動機などが必要である。

正解：c. 1/2倍

正解は「1/2倍」。表皮効果により、渦電流は表面付近に集中し、その浸透深さ δ は周波数 f の平方根に反比例する（δ∝1/√f）。周波数が4倍になると、浸透深さは1/√4＝1/2倍になる。表面焼入れのように浅い層だけを加熱したいときは高い周波数を用いる。「1/4倍」は誤り。周波数に反比例すると考えた値で、平方根を取っていない。「2倍」は誤り。浸透深さが増えるとした値で、周波数を上げると浅くなるという関係と逆である。「4倍」は誤り。周波数に比例して深くなるとした誤りである。

正解：b. 0.5倍

正解は「0.5倍」。誘電加熱の発熱量は P∝f·E²·ε·tanδ で表される。周波数が2倍、電界強度が1/2倍で、E²は1/4倍になる。したがって発熱量は2×(1/4)＝0.5倍となる。「0.25倍」は誤り。周波数の増加を考えず、電界強度の2乗だけを反映した値である。「1倍」は誤り。電界強度の影響を1/2倍としてしまい、2×(1/2)＝1とした値で、2乗の関係を見落としている。「2倍」は誤り。周波数の2倍だけを反映した値で、電界強度の低下を無視している。

正解：a. 44.4 kWh

正解は「44.4 kWh」。鋼材が必要とする熱量は200×0.5×(820−20)＝80,000 kJである。kWhに直すと80,000÷3,600≒22.2 kWhで、加熱効率50 %を考慮すると、必要な電力量は22.2÷0.5≒44.4 kWhとなる。「22.2 kWh」は誤り。効率を考えていない、鋼材が受け取る熱量そのものである。「11.1 kWh」は誤り。効率を割らずに掛けた値で、実際に必要な電力量は有効熱量より大きくなる。「88.9 kWh」は誤り。効率で2回割った（22.2÷0.5÷0.5）値で、効率を二重に考慮している。

正解：d. 9.5 g

正解は「9.5 g」。流れた電気量は10×3,600＝36,000 Cである。ファラデーの法則による理論析出量は、63.5×36,000÷(2×96,500)≒11.8 gである。電流効率80 %を掛けると、実際の析出量は11.8×0.8≒9.5 gとなる。「11.8 g」は誤り。電流効率を考えていない理論値である。「14.8 g」は誤り。理論値を電流効率で割った値で、効率は掛けるものである。「19.0 g」は誤り。価数を1として計算した値で、1価では1 molあたり必要な電気量が半分になる。Cu²⁺は2価である。

正解：b. 充電時は正極から負極へリチウムイオンが移動し、放電時は負極から正極へ戻る

正解は「充電時は正極から負極へリチウムイオンが移動し、放電時は負極から正極へ戻る」。リチウムイオン電池は、充電時にリチウムイオンが正極から負極へ移動して負極の炭素などに取り込まれ、放電時には負極から正極へ戻ることで電流を取り出す。「放電時は正極から負極へリチウムイオンが移動し、充電時は逆向きに移動する」は誤り。放電時と充電時の移動方向が逆になっている。「一次電池と同様に充電ができず、放電の後は使い切りとして取り扱われる」は誤り。リチウムイオン電池は充放電を繰り返せる二次電池である。「電解液には水溶液が用いられ、水の電気分解を避けるため低電圧で使われる」は誤り。電解液には有機溶媒系が用いられる。水溶液では水の電気分解が起きやすく、3 V台の高い電圧が得られない。

正解：c. 陽極で塩素が発生し、陰極で水素と水酸化ナトリウムが生成する

正解は「陽極で塩素が発生し、陰極で水素と水酸化ナトリウムが生成する」。イオン交換膜法では、陽極室に食塩水を入れ、陽極で塩化物イオンが酸化されて塩素が発生する。陰極では水が還元されて水素が発生し、膜を通ったナトリウムイオンと水酸化物イオンから水酸化ナトリウムが生成する。「陽極で水素が、陰極で塩素が発生する」は誤り。陽極と陰極の生成物が入れ替わっている。「陽極で酸素が発生し、陰極でナトリウムが析出する」は誤り。水溶液中ではナトリウムは析出せず、陰極では水が還元される。陽極で酸素ではなく塩素が出る。「陽極で塩素が発生し、陰極で酸素と水酸化ナトリウムが生成する」は誤り。陰極で出るのは酸素ではなく水素である。酸素が出るのは陽極側の水の酸化である。

正解：a. 250 lx

正解は「250 lx」。真下の水平面照度は、光度を距離の2乗で割った E＝I÷r²で求める（逆二乗の法則）。1,000÷2²＝250 lxとなる。「500 lx」は誤り。距離を2乗せず、1,000÷2とした値である。「2,000 lx」は誤り。距離を掛けた値（1,000×2）で、距離が遠いほど照度が下がる関係に反している。「4,000 lx」は誤り。距離の2乗を掛けた値（1,000×4）で、除算と乗算を取り違えている。

正解：d. 500 lx

正解は「500 lx」。光束法では平均照度を E＝F·N·U·M÷A で求める。5,000×10×0.6×0.8÷48＝24,000÷48＝500 lxとなる。「625 lx」は誤り。保守率を掛けずに照明率だけを用いた値（5,000×10×0.6÷48）である。「833 lx」は誤り。照明率を掛けず保守率だけを用いた値で、器具からの光束が作業面に届く割合を無視している。「1,040 lx」は誤り。照明率も保守率も考慮せず、総光束を面積で割っただけの値で、光が作業面に届く割合と経年低下の両方を見落としている。

正解：c. 輝度は発光面などを見たときの単位面積当たりの光度で、単位はcd/m²である

正解は「輝度は発光面などを見たときの単位面積当たりの光度で、単位はcd/m²である」。輝度は、ある方向から見た発光面または反射面の単位面積当たりの光度で、単位はcd/m²である。「照度は光源から出る光の総量で、単位はlmである」は誤り。光源から出る光の総量は光束で、単位はlmである。照度は受照面に入る光束の面密度で、単位はlxである。「光度は受照面の明るさで、単位はlxである」は誤り。光度は光源からある方向へ出る光の強さで、単位はcdである。受照面の明るさは照度（lx）で表す。「光束は光源の特定方向への光の強さで、単位はcdである」は誤り。特定方向への光の強さは光度（cd）であり、光束（lm）は光源が出す光の総量を表す。

正解：b. 28.7 ℃

正解は「28.7 ℃」。温度交換効率は、外気温度の変化量を外気と排気の温度差で割ったもので、(外気温度−給気出口温度)÷(外気温度−排気温度)で定義される。給気出口温度は35−0.7×(35−26)＝35−6.3＝28.7 ℃となる。「24.5 ℃」は誤り。外気温度に効率を掛けた値（35×0.7）で、温度差に基づく定義になっていない。「32.3 ℃」は誤り。室内温度に温度差の70 %を加えた値（26＋6.3）で、外気側から室内側へ近づく向きを取り違えている。「26.0 ℃」は誤り。効率100 %のときの値で、実際の70 %は反映されていない。

正解：a. 13.5 kW

正解は「13.5 kW」。暖房COPは暖房能力を入力で割ったものなので、暖房能力は4.0×4.5＝18.0 kWである。この能力は、空気から汲み上げた熱量と圧縮機の入力の和に等しいので、汲み上げ熱量は18.0−4.5＝13.5 kWとなる。「18.0 kW」は誤り。放出される暖房能力そのもので、圧縮機の仕事分を引いていない。「22.5 kW」は誤り。暖房能力に入力を足した値（18.0＋4.5）で、足し引きの向きが逆になっている。「1.1 kW」は誤り。入力をCOPで割った値（4.5÷4.0）で、COPの定義の掛け割りを取り違えている。

正解：c. 負荷に応じて送風量を変え、ファンを回転数制御すると搬送動力を減らせる

正解は「負荷に応じて送風量を変え、ファンを回転数制御すると搬送動力を減らせる」。VAV方式は、各室の負荷に応じて吹出し風量を変える方式である。部分負荷時に送風量を絞り、ファンをインバータなどで回転数制御すれば、送風機の動力は風量の3乗に近い割合で減らせる。「負荷によらず送風量を一定に保ち、吹出し温度を変えて室温を制御する」は誤り。送風量を一定にして吹出し温度で制御するのは、定風量（CAV）方式の特徴である。「部分負荷時に送風量を増やして、室温の変動を抑える」は誤り。部分負荷時には送風量を減らす。「冷温水の流量を変える方式で、送風量は一定のまま運転する」は誤り。冷温水の流量を負荷に応じて変える方式は変流量（VWV）方式で、送風量の制御を指すVAVとは異なる。