上記のクイズ問題は、損害調査鑑定人試験で過去出題された問題を抜粋し作成しております。
電気工学の基本原則、特に電動機、変圧器、配電線路、電気安全に関連する基礎知識の確実な理解が重要です。
専門用語の正確な理解、特定の電気機器の構造と機能に関する詳細な学習、電気安全対策と規制の理解、現代の電気システムに関する知識の深化、実際の問題解決に向けた能力の強化、そして最新技術や規制の情報を追跡し知識を更新することが効果的と思われます。
※以下のクイズ問題は、損害調査鑑定人試験3級の過去問題から抜粋しております。
配電
配電線路の構成
配電用変電所から、家庭や工場にいたる電線路を配電線路という。
配電線路は、柱上変圧器を境にして、高圧配電線路と低圧配電線路に分けられる。
高圧配電線路
高圧配電線路の大部分は、電圧が6.6kvの三相3線式が用いられている。
なお、都市周辺の過密地域の一部では電力需要が多いため、22kvや33kv配電も実施されている。
樹枝状方式
配電用変電所のフィーダから費いだした幹線から、需要増加に対して木の枝のように分岐線を出す方式で、最も多く用いられている方式。
ループ方式
幹線をループ状にしてループ店開閉器を置き、2方向から電力を供給する方式。ループ点開閉器を常時開路しておき、事故発生時にこれを自動投入して電力供給を行う常時開路ループ方式で運転する。
さらに、開閉器類をコンピュータで自動遠隔制御し、事故時の負荷融通を行う配電自動化システムも導入されている。
※事故区間のみの切り離しが可能であり、信頼度が厚く電圧降下や電力損失も小さい。
高圧スポットネットワーク方式
複数開路の22kvのスポットネットワーク配電線から地中幹線を経て、ネットワーク変圧器及びネットワークプロテクタを通じて受信し、各回線の二次側をネットワーク母線で並列に接続し、各負荷に6.6kv三相3線式で配電する方式である。
低圧配電線路
一般住宅などには、単相2線式100Vが用いられ、電力需要の大きい住宅や事務所などには、単相3線式100/200Vが用いられている。
また、一般の動力には三相3線式200Vが用いられている。
さらに、高層ビルや大規模な工場などでは、三相4線式230/400Vが採用され、230Vは照明用、400Vは動力用として用いられる。
放射状方式
変圧器ごとに低圧幹線を放射状にして引き出す方式で、構成が簡単で保守が容易である。この方式が最も多く用いられている。
バンキング方式
同じ高圧幹線に接続された、それぞれの変圧器の二次側を低圧幹線で並列に接続して供給する方式である。
この方式は、低圧幹線の電圧降下や電力損失が減少で、変圧器容量の減少、需要の増加に対し融通性がある。
レギュラーネットワーク方式
複数回線の特別高圧幹線から、ネットワーク変圧器およびネットワークプロテクタを通じて格子状の低圧幹線に供給する方式。
この方式は、低圧側を交互に連系しているため、1回線が停電しても、低圧の需要家に無停電で供給を継続できる信頼度の高い方式。
供給設備容量
発電所で発生した電気を売る側を供給者といい、電気を買って使用する側を需要家という。
電気を供給するための電線路や変圧器などを供給設備といい、電気を使用するための設備、屋内配線などを需要設備という。
需要率
需要家の1日の電力の需要状態を時刻ごとに表したものを日負荷曲線といい、この期間中の最大電力を最大需要電力という。また、需要家に設けれれた機器の定格容量の合計を設備容量という。
負荷率
平均需要電力は、1日の電力を全時間で除したものである。この平均需要電力と需要家の最大需要電力の関係を表す計数が負荷率である。
負荷率には、日負荷率、月負荷率、年負荷率がある。
架空配電線路
架空配電線路に使用する電線は、電気設備技術基準により絶縁配線の使用が定められており、裸線は使用不可となっている。
柱上機器と保護装置
高圧配電線路の電圧を低圧に変えて、需要家に供給する変圧器は、電柱上に置かれるので柱上変圧器と呼ばれる。
屋内配線
高圧受電設備
高圧受電設備の機器類としては、ケーブルヘッド・計器用変成器。断路器・負荷開閉器・避雷器・遮断機・計数用変圧器・計器用交流器・進相コンデンサ・直列リアクタル・保護継電器・電流計切換スイッチ・電圧計切換スイッチ・配電盤がある。
遮断器
過流電や短絡・地絡電流を自動的に遮断して、各種の機器を保護するを遮断器という。
遮断器は、真空遮断器が主流である。
キューピクル式高圧受電設備
高圧で受電する契約電力500kv-A以下の建物や工場では、電気主任技術者は、いくつかの工場の電気主任者を兼任していることがあり、専任の保安員がいないため、常時保守が望めない。
したがって、このようなところの設備には動作が確実で事故が少なく、操作が安全・容易であることが必要である。
この目的のために作られたものが、キューピクル式高圧受電設備であり、受電用機器や配電用機器をできるだけ簡略化してキューピクルと呼ばれる金属の箱に格納している。
・総合建設費が安価
・所要床面積が少なく済む
・専用の部屋が不要である
・保守・点検が容易である
・安全である
・負荷増設が容易である
回路方式
単相2線式100V
一般住宅・事務所・工場などの電灯や小型電気機器類に広く用いられている。
この方式は、負荷が大きくなると電圧降下が大きくなる。
これを是正するためには、電線を太くする必要があり、不経済となるため一般に電流が30A以下の場合に用いられる。
単相2線式200V
エアコンや電気温水器などのように、単層で容量が大きい機器の場合、100V電圧では電流が大きくなるため、この方式が用いられる。
単相3線式100/200V
変圧器の低圧側の二つの巻き線を直列に接続し、その中間からもう1本の線を引き出したものである。引き出した線を中性線という。
三相3線式200V
主として、三相誘導電動機に用いられる回路であり、工場などの動力負荷用にこの方式が用いられている。
三相4線式230/400V
大きな建物や工場の配線に多く用いられており、230Vを照明に、400Vを動力に用いる。なお、100V専用のコンセントや照明には変圧器を介して使用される。
引込線
電線には、絶縁電線またはケーブルを使用する。また、ケーブルの場合を除き、引張強さ2.30kN以上のもの、または直径2.6mm以上の硬銅線とする。
幹線と分岐回路
屋内配線は、保安上使いやすさの観点から、開閉器を取り付け、負荷の種類や容量などによって、いくつかの回路に分ける。
引き込み口から開閉器または配線用遮断器までの配線を幹線という。
電流制限器、漏電遮断器と開閉器または配線用遮断器を集めたものを分電盤という。
1需要家の全部の負荷を一つの回路として電力を供給すると、1台の負荷の故障が他に影響したり、全面的に停電になったりする。
また、回路の電流容量が大きくなり、保安のためのヒューズも大きくなるため、コードなどが短絡した場合でも、ヒューズが切れず、コードが焼け、出荷などの危険がある。
そのため、実際には回路をいくつかに分けている。これを分岐回路という。
配線器具
ヒューズ
回路に過電流が流れるとジュール熱により溶けて切れる安全装置。
配線用遮断器
開閉器と過電流遮断器を兼ねるもの。
ヒューズのように取り換える必要がないので、広くで使用されておりノーヒューズブレーカーとも呼ばれる。
電流制限器
電流制限器は、電流を抑えるために分岐回路で用いる。契約電気以上の電流を流すと自動的に遮断する器具。
漏電遮断器
一般家庭では、主に30Aが用いられており過流電が流れると自動的に遮断する器具。
三相誘導電動機の特性と用途
特性
動作原理：三相誘導電動機は、三相交流電源によって生成される回転磁場を利用して動作します。ステーター（固定子）に供給される交流電流が回転磁場を作り出し、ローター（回転子）に誘導起電力を生じさせます。
自己起動性：三相誘導電動機は自己起動型の電動機であり、外部からの助けを借りずに自身を起動させることができます。
構造の単純さ：比較的単純な構造を持ち、メンテナンスが容易で、耐久性が高いです。
効率と信頼性：高い効率と信頼性を持ち、連続運転に適しています。
用途
産業用途：工場の機械、コンベヤーシステム、ポンプ、ファン、コンプレッサーなど、多くの産業機器で使用されています。
一般用途：エアコン、冷蔵庫、洗濯機など、家庭用電気製品にも広く使用されています。
特殊な用途：特殊な環境や要件を持つ用途（例えば、防爆型電動機など）にカスタマイズされたモデルも存在します。
電線とケーブルの種類と特性
電線の種類と特性
裸電線：絶縁被覆を持たない電線で、主に架空配電線や送電線に使用されます。
大気が絶縁体として機能し、低コストで設置が容易です。
絶縁電線：電気伝導体を絶縁材料で覆った電線で、家庭やビルの内部配線に用いられます。
PVCやポリエチレンなど様々な絶縁材料が使用され、安全性が高まります。
ケーブルの種類と特性
同軸ケーブル：高周波信号の伝送に使用され、中心の導体と外側の絶縁層、シールド、外被から構成されます。
テレビやインターネット接続などに用いられ、外部ノイズからの保護が優れています。
光ファイバーケーブル：光信号の伝送に用いられ、非常に高速なデータ通信が可能です。
軽量で電磁干渉の影響を受けにくいです。
電力ケーブル：高圧電力の伝送に用いられる重要なケーブルで、絶縁体が電導体を覆っています。
地中や水中での使用に適しており、安全性と信頼性が求められます。
電流制限器とその機能
電流制限器の基本機能
過電流保護：電流制限器の主な機能は、過電流（過負荷や短絡による）から電気システムを保護することです。
特定の電流値を超えると、自動的に回路を遮断し、機器や配線の損傷を防ぎます。
安全性の確保：電流制限器は、電気火災や機器の故障などのリスクを減少させるために重要です。
電流制限器の種類
バイメタル式：過電流によって発生する熱でバイメタルが曲がり、それにより回路を遮断します。
過負荷状態で主に使用されます。
磁気式：特定の電流値を超えると磁場が急激に増大し、機械的な遮断機構を作動させます。
短絡状態に対応します。
電気安全装置の種類と機能
電気安全装置の種類と基本機能
遮断器（ブレーカー）：過電流や短絡を検知し、自動的に回路を遮断して機器や配線を保護します。
家庭や産業施設の電気安全のために広く使用されています。
漏電遮断器（GFCI）：漏電を検知し、わずかな電流の不均衡がある場合に即座に回路を遮断します。
水周りや湿気の多い環境での使用が推奨されます。
過負荷リレー：長時間にわたる過負荷状態を検知し、回路を安全に遮断します。
電動機などの産業用機器に多く用いられます。
アースリークリレー：接地不良による漏電を検知し、回路を遮断します。
電気設備の接地システムの不備を防ぐために使用されます。
配電システムの構成と管理
配電システムの構成
変電所：変電所は、送電線からの高電圧電力を低電圧に変換し、配電線へ供給する役割を果たします。
ここで電圧を調整し、安全かつ効率的な配電を実現します。
配電線路：電力は変電所から配電線路を通じて、商業施設、工場、家庭などの最終消費者に届けられます。
地上（架空線）や地下（地中線）に設置されます。
保護装置：過電流ブレーカーや漏電遮断器などの保護装置が、システムの安全を確保します。
これらは電気火災や感電事故を防ぎ、システムの信頼性を高めます。
配電システムの構成と管理
変圧器の基本原理
電磁誘導の利用：変圧器は電磁誘導の原理を利用して、電圧レベルを変換します。
交流電源が一次巻線に適用されると、変圧器のコアを通じて磁場が生成され、これが二次巻線に誘導起電力を生じさせます。
電圧の変換：一次巻線と二次巻線の巻数比によって、出力電圧が決定されます。
例えば、一次巻線の巻数が二次巻線の巻数より多い場合、電圧は降圧されます。
主要な構成部品
コア（鉄心）：高透磁率の材料（通常は鉄）で作られ、磁場の効率的な伝達を可能にします。
コアの設計は、エネルギー損失を最小限に抑えるために重要です。
巻線：一次巻線と二次巻線があり、これらは絶縁された銅やアルミニウム線で作られます。
電圧レベルの変換に直接関わります。
用途と機能
電圧調整：発電所からの高電圧を安全なレベルに降圧したり、消費者に適した電圧に変換したりします。
エネルギー効率の向上：高電圧での長距離送電により、エネルギー損失を減少させます。
変圧器の構造と原理
変圧器の基本原理
電磁誘導の利用：変圧器は電磁誘導の原理を利用して電圧を変換します。交流電流が一次コイルを流れると、磁気コアを通じて磁場が生成され、二次コイルに誘導起電力を生じさせます。
電圧変換：一次コイルと二次コイルの巻数比により変圧器の出力電圧が決定されます。巻数比が大きければ昇圧、小さければ降圧の効果があります。
主要な構成部品
コア（鉄心）：変圧器のコアは、磁場の効率的な伝達を可能にする鉄やその他の磁性材料でできています。一般に、層状のシリコン鋼板が使用され、エディ電流損失を減少させます。
巻線：一次巻線と二次巻線があり、これらは通常、銅またはアルミニウム製の導線で作られています。
一次巻線に流れる電流が磁場を作り出し、二次巻線に電圧を誘導します。
変圧器の用途と機能
電力システムにおける役割：変圧器は、発電所からの高電圧を、家庭や産業で使用可能な低電圧に変換します。
逆に、電力の長距離送電のために電圧を高める場合にも使用されます。
効率の向上と損失の低減：変圧器を通じて高電圧で送電することで、伝送損失を減らし、電力システムの全体的な効率を向上させます。
高圧受電設備の種類と特性
高圧受電設備の種類
キュービクル式受電設備：コンパクトな設計で、屋内外に設置可能な受電設備。
主に商業ビルや工場などの施設に使用され、電力の受け入れと配分を行います。
パッドマウント式変圧器：主に屋外設置用の変圧器で、地上に設置される。
住宅地や商業施設に適しており、一次高圧電力を二次低圧電力に変換します。
ポールマウント式変圧器：電柱に取り付けられる小型の変圧器。
一般家庭や小規模な商業施設に電力を供給するのに用いられます。
特性と機能
高圧電力の処理：高圧受電設備は、発電所から送られる高圧電力を受け、使用可能な電圧レベルに変換する重要な役割を果たします。
安全性と信頼性：高圧受電設備は、電力供給の安定性と安全性を確保するために重要です。この設備は、過電流や過電圧からシステムを保護し、安全な運用を支えます。
用途に応じた設計：高圧受電設備の設計は、その設置される環境や用途によって異なります。例えば、商業施設や工場ではキュービクル式、住宅地ではパッドマウント式やポールマウント式が選ばれます。
電動機のスロット設計
電動機のスロット設計の重要性
磁気特性の最適化：スロット設計は、電動機の磁気回路の効率を最適化するのに重要です。適切な設計により、磁気損失を低減し、全体的な効率を向上させることができます。
トルクの平滑化：スロットの数や配置は、電動機のトルク特性に影響を与えます。適切な設計によってトルクのリップルを減少させ、スムーズな運転を実現します。
騒音と振動の低減：スロットの形状や寸法は、電動機が運転中に発生する騒音や振動にも影響を与えます。これらの要素を最適化することで、騒音と振動を減少させることができます。
〇普及率：放射状方式
〇融通性：バンキング方式
〇信頼度：レギュラーネットワーク方式