Question 1

非常用予備発電装置を構成する主要な設備の組合せとして、正しいものは。

Accepted Answer

原動機、同期発電機、始動装置および燃料系統。【詳細解説】非常用予備発電装置は、商用電源が停電したときに構内の重要な負荷へ電力を送るための設備で、動力を生み出す原動機と、その回転を電気に変える発電機を組み合わせたものが本体です。原動機にはディーゼル機関やガスタービンが用いられ、発電機には単独で電圧を確立できる同期発電機が使われます。これに、機関を回し始めるための始動装置（始動用蓄電池とセルモータ、または圧縮空気）、軽油などを蓄えて送る燃料系統、機関を冷やす冷却系統、排気系統、そして制御盤・配電盤が加わって一式となります。整流器と蓄電池と逆変換装置の組合せは無停電電源装置（UPS）の構成です。変圧器や断路器などは高圧受電設備、太陽電池やパワーコンディショナは太陽光発電設備の構成であり、いずれも非常用予備発電装置そのものではありません。【他の選択肢が不適切な理由】整流器と蓄電池と逆変換装置を並べた組合せは、あらかじめためておいた電気を送り出す設備の構成で、電気そのものを新たに生み出す働きは持ちません。変圧器や遮断器を並べた組合せは、受け取った電気の電圧を変えたり切り離したりする設備です。太陽電池と変換装置の組合せも、日射がなければ働きません。停電中に自ら電力を作り出すには、燃料を燃やして軸を回す機関が欠かせません。

Question 2

非常用予備発電装置の原動機について、ディーゼル機関と比べたガスタービンの特徴として、正しいものは。

Accepted Answer

冷却水を必要とせず、始動から定格回転に達するまでが速い。【詳細解説】ガスタービンは、圧縮した空気に燃料を吹き込んで燃やし、その高温高圧のガスで羽根車を回す原動機です。燃焼ガスがそのまま外へ抜けていくので、機関を水で冷やす必要がなく、冷却水の設備や冷却塔が不要になります。屋上に設置しやすいのはこのためです。また回転運動だけで動くため始動が速く、非常時に短時間で定格回転に達します。振動が少なく、同じ出力なら小形軽量になる点も長所です。一方で短所もあります。熱効率がディーゼル機関より低いため燃料消費量はむしろ多くなり、燃焼に必要な空気の量が多いので給排気設備が大きくなります。したがって燃料消費が少なくて済むという説明は誤りです。往復運動によって振動と騒音が大きくなりやすいのは、ピストンが上下するディーゼル機関の特徴です。【他の選択肢が不適切な理由】燃焼したガスがそのまま外へ抜けていく構造からは、水で冷やす必要がないことと、熱の一部を排気とともに捨てるため効率が高くないことの両方が同時に導かれます。したがって燃料の消費が少なくて済むという説明は、その裏返しである短所と食い違います。往復する部分が多く振動と騒音が大きくなりやすいのは、ピストンが上下する形式の機関の特徴で、回転だけで動くこの形式には当てはまりません。

Question 3

非常用予備発電装置に用いる発電機として、一般に同期発電機が採用される理由として、正しいものは。

Accepted Answer

他から電力の供給を受けなくても、単独で電圧を確立できるから。【詳細解説】同期発電機は、回転子の界磁巻線に直流の励磁電流を流して磁石をつくり、その磁界を回転させて固定子側に電圧を発生させます。励磁電流は自分の発電機から取り出した電気を整流して供給できるため、外部の電源がなくても単独で電圧を立ち上げられます。停電中に起動しなければならない非常用予備発電装置には、この性質が欠かせません。これに対し誘導発電機は、固定子に磁界をつくるための無効電力を外部の電源から受け取らなければ発電できません。商用電源に接続しなければ電圧を発生できないという説明は、この誘導発電機の性質であり、同期発電機を選ぶ理由にはなりません。回転子に電流を流さなくてよいという説明も誤りで、同期発電機はむしろ励磁装置が必要です。また同期発電機の周波数は極数と回転速度で決まるため、回転速度が変われば周波数も変わります。調速機で回転速度を一定に保つことで、はじめて周波数が安定します。【他の選択肢が不適切な理由】商用電源につながなければ電圧を発生できないという性質は、外部から無効電力を受け取る必要がある別の形式の発電機のもので、停電中に起動しなければならない用途には根本的に向きません。回転子に電流を流さなくてよいという説明も、界磁に直流を流して磁極をつくるこの形式の仕組みと合いません。周波数は回転速度と極数で決まるため、速度が変われば周波数も変わります。

Question 4

常用の自家発電設備と非常用予備発電装置の違いに関する記述として、正しいものは。

Accepted Answer

非常用は商用電源が停電したときだけ運転し、平常時は待機している。【詳細解説】非常用予備発電装置は、商用電源が停電したときにだけ運転する待機用の設備です。平常時は停止したまま待機し、停電を検出すると自動的に始動して、防災用の負荷や重要な負荷へ電力を送ります。ふだん動かさないため、定期的な試運転で確実に始動することを確かめておく必要があります。一方、常用の自家発電設備は平常時から運転して構内の電力の一部をまかなうもので、コージェネレーションのように排熱も利用する設備が代表例です。したがって、常用が停電時だけ運転するという説明は逆です。非常用が平常時から連続運転するという説明も、待機用という性格に反します。また非常用予備発電装置は、商用電源と切り離して単独で運転するのが原則であり、常に並列運転しなければならないというきまりはありません。並列運転を行う場合は、系統への逆流を防ぐ保護装置が別に必要になります。【他の選択肢が不適切な理由】平常時から連続して運転するという説明は、ふだんは止めて待機し停電のときだけ動くという性格と正反対です。停電したときだけ運転するのは常用の設備ではなく非常用の側であり、二つの説明は入れ替わっています。また商用電源と切り離して単独で運転するのが原則なので、必ず並列に運転しなければならないという説明も成り立ちません。並列にする場合は逆流を防ぐ保護が別に必要になります。

Question 5

無停電電源装置（UPS）の一般的な構成と働きの説明として、正しいものは。

Accepted Answer

交流を直流に変えて蓄電池に蓄え、逆変換装置で交流に戻して供給する。【詳細解説】無停電電源装置（UPS）は、整流器（順変換装置）・蓄電池・逆変換装置（インバータ）を組み合わせた設備です。平常時は商用電源の交流を整流器で直流に変え、その直流で蓄電池を充電しながら、同時に逆変換装置へ送って交流に戻し、負荷へ供給します。この経路を常に使っているため、商用電源が失われた瞬間には蓄電池の直流がそのまま逆変換装置へ流れ込み、切替の時間なしに供給が続きます。コンピュータや通信機器のように、ごく短い停電でも支障が出る負荷に用いられます。停電してから原動機を始動するのは非常用予備発電装置の動作で、電圧が立ち上がるまでに時間がかかります。タップ切換で電圧を調整するのは電圧調整器の働きです。蓄電池の直流をそのまま負荷へ送る方式は直流電源装置であり、交流の負荷には使えません。【他の選択肢が不適切な理由】停電を検出してから機関を始動する方式では、電圧が立ち上がるまでの数十秒の間、負荷が止まってしまうため、切れ目なく供給するという目的を果たせません。タップを切り換えて電圧を調整する装置は、電源そのものが失われれば何も供給できません。蓄えた直流をそのまま送り出す方式は、直流で動く機器に向けたもので、交流を必要とする負荷には使えません。

Question 6

重要な負荷に対して、無停電電源装置（UPS）と非常用予備発電装置を組み合わせて設置する理由として、正しいものは。

Accepted Answer

発電装置が始動して電圧を確立するまでの間を、UPSが受け持つため。【詳細解説】非常用予備発電装置は、停電を検出してから原動機を始動し、回転速度が上がって電圧が確立するまでに数十秒ほどかかります。その間、負荷は完全に停電してしまいます。そこで、切替の時間なしに供給を続けられるUPSを前段に置き、停電した瞬間から発電装置が立ち上がるまでのわずかな時間をUPSの蓄電池でつなぎます。発電装置が電圧を確立したあとは、その電力でUPSを動かし続けるので、長時間の停電にも対応できます。短時間の停電に強いUPSと、長時間の供給に強い発電装置を組み合わせ、互いの弱点を補う構成です。UPSの蓄電池を発電装置が代わりに充電するという説明は、役割の理解が逆です。発電装置はUPSへ交流を供給し、充電はUPS内部の整流器が行います。UPSの出力電圧は負荷に合わせて設計されるので高すぎることはなく、周波数も逆変換装置が自ら作り出しています。【他の選択肢が不適切な理由】蓄電池に頼る設備は、長い停電に備えようとすると容量が膨大になり現実的ではありません。一方で機関を回す設備は、立ち上がるまでの数十秒を埋めることができません。互いの弱点がちょうど裏返しになっているところに、組み合わせる意味があります。充電の向きを取り違えた説明や、電圧が高すぎる、周波数を作れないといった説明は、それぞれの装置が本来持つ働きと合いません。

Question 7

非常用予備発電装置と商用電源との切替に関する記述として、正しいものは。

Accepted Answer

商用電源と発電機が同時に投入されないよう、インターロックを設ける。【詳細解説】非常用予備発電装置は、商用電源と切り離して単独で運転するのが原則です。もし両者が同時に投入されると、発電機の電力が構内から系統側へ流れ出し、停電作業をしている作業者が感電するおそれがあります。位相が合わないまま接続すれば、発電機に大きな衝撃電流が流れて損傷することもあります。そのため切替には自動切替開閉器（ATS）などを用い、商用電源側と発電機側が同時に閉じられないよう、電気的および機械的なインターロック（鎖錠）を設けます。これが最も重要な決まりごとです。切替を必ず手動で行わなければならないという決まりはなく、防災用の設備ではむしろ自動での始動と切替が求められます。切替の瞬間は必ず短い停電が生じるので、無停電が必要な負荷にはUPSを併用します。復電したあとは通常、商用電源へ戻して発電機は停止させます。【他の選択肢が不適切な理由】切替をすべて手で行わなければならないという決まりはなく、防災のための設備ではむしろ自動での始動と切替が求められます。切り替える瞬間には必ず短い停電が生じるため、負荷側で何も対策が要らないという説明も成り立たず、切れ目のない供給が必要な負荷には別の設備を併用します。商用電源が戻ったあとも並列のまま運転を続ける必要はなく、通常は商用電源へ戻して停止させます。

Question 8

自家用発電設備を商用電源の系統に連系し、逆潮流を生じさせない運転を行う場合に、逆潮流を検出して遮断するために設置する保護継電器は。

Accepted Answer

逆電力継電器（RPR）。【詳細解説】自家用発電設備を商用電源と並列に運転する場合、発電量が構内の消費量を上回ると、余った電力が系統側へ流れ出します。これを逆潮流といいます。逆潮流を生じさせない条件で連系するときは、電力の流れる向きを監視し、構内から系統側へ向かう電力を検出したら発電設備を系統から切り離す必要があります。この役割を担うのが逆電力継電器（RPR）です。系統側が停電したときに発電設備だけで供給を続けてしまう単独運転を防ぐ働きも兼ねます。過電流継電器は短絡や過負荷による大きな電流を検出する継電器、地絡方向継電器は地絡電流の向きから構内側の地絡事故かどうかを判別する継電器、過電圧継電器は電圧が上がりすぎたことを検出する継電器で、いずれも電力の流れる向きを見るものではありません。電力の向きを見るのは逆電力継電器、と押さえます。【他の選択肢が不適切な理由】過電流を検出する継電器は電流の大きさだけを見るもので、その電流がどちらへ向かって流れているかは判別できません。地絡の向きを判別する継電器は、大地へ漏れる電流と零相の電圧の関係を見るもので、系統へ流れ出す電力を対象としていません。電圧が上がりすぎたことを検出する継電器も、見ているのは電圧の大きさです。電力の向きを見る働きを備えているかどうかが分かれ目です。

Question 9

あるコージェネレーションシステムに、燃料として100kWに相当する熱量を投入したところ、電力として35kW、蒸気や温水などの熱として45kWを取り出すことができた。このシステムの総合効率〔％〕は。

Accepted Answer

80％。【詳細解説】コージェネレーション（熱電併給）は、燃料を燃やして発電すると同時に、そのとき出る排熱を蒸気や温水として回収し、給湯や冷暖房に使う仕組みです。総合効率は、投入した燃料の熱量に対して、電気と熱の両方でどれだけ有効に取り出せたかを表します。総合効率＝(取り出した電力＋取り出した熱)÷投入した熱量×100 で計算します。この問題では (35＋45)÷100×100＝80 となり、80％です。発電だけを見た効率は 35÷100×100＝35％にすぎませんが、ふつうは捨てられてしまう排熱を利用することで、全体では80％まで高められます。ここがコージェネレーションの利点です。35％は発電効率だけを答えた値、45％は熱として回収した分だけを答えた値、20％は利用されずに捨てられた損失の割合（100－80）です。需要地の近くに設置して発電するため、送電による損失が小さいことも特長です。【他の選択肢が不適切な理由】35という値は電気として取り出した分だけ、45という値は熱として回収した分だけを答えたもので、どちらも計算の一部分にすぎません。20という値は、投入した熱量のうち利用できずに失われた割合にあたります。この仕組みの利点は、ふつうなら捨てられる熱まで使い切る点にあるのですから、電気か熱かの一方だけを見た値では、その利点を表したことになりません。

Question 10

電気工事士法施行規則が定める特殊電気工事のうち、非常用予備発電装置工事に含まれる作業として、正しいものは。

Accepted Answer

非常用予備発電装置として設置される発電機および配電盤の工事。【詳細解説】電気工事士法施行規則第2条の2は、自家用電気工作物に係る特殊電気工事として、ネオン工事と非常用予備発電装置工事の2つを定めています。このうち非常用予備発電装置工事は、条文で「非常用予備発電装置として設置される原動機、発電機、配電盤（他の需要設備との間の電線との接続部分を除く。）及びこれらの附属設備に係る電気工事」と規定されています。したがって発電機や配電盤そのものの工事が該当します。括弧書きにあるとおり、他の需要設備との間の電線との接続部分は、はっきりと除かれています。ここは通常の自家用電気工作物の工事として扱われます。燃料配管の取付けや溶接は電気工事ではありません。低圧の屋内配線は特殊電気工事ではなく、第一種電気工事士や認定電気工事従事者の範囲です。これらの特殊電気工事に従事するには、当該工事に係る特種電気工事資格者認定証が必要で、第一種電気工事士免状だけでは従事できません。【他の選択肢が不適切な理由】他の需要設備との間の電線との接続部分は、条文の括弧書きではっきりと除かれており、通常の自家用電気工作物の工事として扱われます。燃料を送る配管の取付けや溶接は、そもそも電気工事に当たりません。負荷に至る低圧の屋内配線も特殊な工事の範囲には入らず、一般の資格で行える工事です。除かれている部分がどこかを条文の形のまま押さえておくことが要点です。

自家発電設備と非常用予備発電装置の一問一答