H29年 電気・電気設備 U−1−1 問題 模範解答と解説

問題文   2-1-1 

三相かご形誘導電動機の代表的な始動方式を3つ挙げ,それぞれの概要と特性・特徴を述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 1回  完成日2018/4/28 専門事項 ビル電気設計


1)直入始動法

1)概要

定格電圧をそのまま投入する方法。

用途は小型の電動機に使用され、電動機外付けの始動装置が不要

2)特性・特徴

安価、始動電流が大きい、始動トルクが大きい。

(2)スターデルタ始動法

1)概要

始動時に電動機の一次巻線をスター結線として投入し、一定時間経過後にデルタ結線とする。段階的に始動する回路があるため、やや費用が高い。

2)特性・特徴

外付けの始動装置が不要であり、始動電流が全電圧始動法の3分の1となる。始動トルクが定格の3分の1と小さい。

(3)可変周波数起動法

1)概要

半導体素子などを用いたインバータにより周波数に比例した交流の電圧を発生させて、速度を調整する。

2)特性・特徴

高起動トルクで滑らかな速度制御が可能。運転中に連続的な速度制御が必要な場合に有用。高調波対策が必要。

もっとも高価。発熱があり空調設備の検討が必要

 


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 1回  完成日2018/4/28 専門事項 ビル電気設計


(1)直入始動法

1)概要

定格電圧をそのまま投入する方法となる。用途は小型の電動機に使用され、電動機外付けの始動装置が不要な指導方法である。

2)特性・特徴

他の始動方式と比べて最も安価となる。始動時の電流とトルクは大きい。

(2)スターデルタ始動法

1)概要

始動時に電動機の一次巻線をスター結線として投入し、一定時間経過後にデルタ結線とする。

2)特性・特徴

外付けの始動装置が不要であり、始動電流が直入始動法の3分の1となる。始動トルクが定格の3分の1と小さい。

(3)可変周波数起動法

1)概要

半導体素子などを用いたインバータにより周波数に比例した交流の電圧を発生させて、速度を調整する。

2)特性・特徴

高起動トルクで滑らかな速度制御が可能である。ソフトスタートであるため電動機の負担が軽減され、始動電流が抑えられるため、電源側の電圧降下や発電機容量を低減できる。運転中に連続的な速度制御が必要な場合に有用である。一般的には高調波対策が必要であるが、高圧ダイレクトインバータは、入力変圧器の多重化で高調波を低減できる。


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 1回  完成日2018/5/12 専門事項 ビル電気設計

 


(1)直入始動法

1)概要:定格電圧をそのまま投入する方法となる。用途は小型の電動機に使用され、電動機外付けの始動装置が不要な指導方法である。

2)特性・特徴:他の始動方式と比べて最も安価となる。始動時の電流とトルクは大きい。

(2)スターデルタ始動法

1)概要:始動時に電動機の一次巻線をスター結線として投入し、一定時間経過後にデルタ結線とする。

2)特性・特徴:外付けの始動装置が不要であり、始動電流が直入始動法の3分の1となる。始動トルクが定格の3分の1と小さい。

(3)可変周波数起動法

1)概要:半導体素子などを用いたインバータにより周波数に比例した交流の電圧を発生させて、速度を調整する。

2)特性・特徴:高起動トルクで滑らかな速度制御が可能である。ソフトスタートであるため電動機の負担が軽減され、始動電流が抑えられるため、電源側の電圧降下や発電機容量を低減できる。運転中に連続的な速度制御が必要な場合に有用である。一般的には高調波対策が必要であるが、高圧ダイレクトインバータは、入力変圧器の多重化で高調波を低減できる。



H29年 電気・電気設備 U−1−2 問題 模範解答と解説

問題文   2-1-2 系統連携されている太陽光発電装置がある建築物に設置される電力平準化用蓄電装置の概要(目的、構成要素等)とその機能を2つ以上上げ、それぞれの機能の特徴を述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 4回  完成日2018/3/15 専門事項 ビル電気設備


1.電力平準化用蓄電装置の概要

1-1:目的

電力平準化用蓄電池は日中等に集中する電力負荷を平均化する為、電力会社の配電線系統に本装置を接続する事で電力供給を行う。太陽光発電と共に蓄電池からも電力供給を行う事で、電力供給の平準化・安定化を目指す。

1-2:構成要素

双方向インバータ、蓄電池から構成される。双方向インバータによって、電力会社の配電線系統に蓄電装置を接続して運転する事で、負荷に電力供給する。

1-3:機能の特徴

(1)  ピークシフト:夜間電力活用による電力平準化及び契約電力を下げる事が可能となり、コスト削減に繋がる。更に余剰電力はFIT制度を活用し、売電可能となる。

(2)  出力安定化: 太陽光発電は出力が不安定である為、蓄電池を活用する事により出力の安定が図られる。

(3)  停電時のバックアップ:停電時には蓄電池から電力供給する事で、一定の電力確保が可能である。


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 2回  完成日2018/3/28 専門事項 ビル電気設備


電力平準化用蓄電装置の概要

1-1:目的

電力平準化用蓄電池は、商用電力系統と蓄電装置を接続する事で蓄電池から一部電力供給する。太陽光発電による電力供給と蓄電池からの電力供給で、負荷ピーク電力を低減させ、需要家の電力負荷を平均化し安定した電力供給を行う。

1-2:構成要素

蓄電装置、交直変換装置、連系変圧器から構成され、単独運転防止の為遮断器が設置される。蓄電池にはナトリウムイオン電池(NAS電池)やレドックスフロー電池が採用される。

1-3:機能の特徴

(1)ピークシフト:夜間電力活用による電力平準化と共に,契約電力を下げる事が可能となりコスト削減に繋がる。更に余剰電力はFIT制度を活用し売電可能となる他、発電所設備の利用率向上に繋がり電気料金引き下げが期待できる。

(2)出力安定化: 太陽光発電は出力が不安定である為、蓄電池からの電力供給を活用する事により出力の安定が図られる。

(3)停電時のバックアップ:停電時に蓄電池から電力供給する事で一定の電力確保が可能である。


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 1回  完成日2018/4/2 専門事項 ビル電気設備


1:目的

電力平準化用蓄電池は、商用電力系統と蓄電装置を接続する事で蓄電池から一部電力供給をおこなう。太陽光発電による電力供給と蓄電池からの電力供給で、負荷ピーク電力を低減させ、需要家の電力負荷を平均化し、安定した電力供給を行う。

2:構成要素

蓄電装置、交直変換装置、連系変圧器から構成され、単独運転防止の為、遮断器が設置される。蓄電池にはナトリウムイオン電池(NAS電池)やレドックスフロー電池が採用される。

3:機能の特徴

(1)ピークシフト:夜間電力活用による電力平準化と共に,契約電力を下げる事が可能となりコスト削減に繋がる。更に余剰電力はFIT制度を活用し売電可能となる他、発電所設備の利用率向上に繋がり電気料金引き下げが期待できる。

(2)出力安定化:太陽光発電は出力が不安定である為、蓄電池からの電力供給を活用する事により、出力の安定が図られる。結果、エネルギー効率向上に繋がり、節電効果を高める事が可能である。

(3)停電時のバックアップ:停電時に蓄電池から電力供給する事で、一定の電力確保が可能である。通常のUPS(無停電電源装置)と比較し、電力貯蔵用の蓄電池は大容量の為、長時間の停電補償が可能となる。

 



模範解答2  (簡易答案形式1)  添削履歴 2回  完成日2018/4/28 専門事項 ビル電気設備設計


1.概要

(1)目的:契約電力低減、需要率向上。

(2)構成要素等:交流電力と直流電力の相互変換を行う電力変換部と、バッテリーを組み合わせ、太陽光発電出力を蓄電するか系統へ配電するか判断するコントローラを持つ。

2.機能1:ピークカット

昼間に太陽光発電の出力が最大値になり、その間はバッテリーに蓄電して、夜間の最大消費電力時に放電する。消費電力がピークとなる時間帯に放電を行うことで、系統からみて一日の消費電力変動を少なくする。デマンド契約の場合は契約電力を低減できる。

3.機能2:デマンドレスポンスの対応

 太陽光発電は多くの需要家で昼間に発電するため、系統電圧が上がり系統保護のために電力会社からの太陽光発電制限を要求する場合がある。電力平準化用蓄電装置により需給調整を行い、安定した電源を受けることができる。

4.機能3:無停電電源機能

コントローラなどの瞬時停電によりデータの損失を防ぐために、停電時に対して電源を供給し続ける機能を持つ。また、落雷等で発生する瞬時電圧変動からサーバ等の重要負荷を保護する。


模範解答2  (答案形式)  添削履歴 2回  完成日2018/4/28 専門事項 ビル電気設備


1.概要

(1)目的:契約電力低減、需要率向上。

(2)構成要素等:交流電力と直流電力の相互変換を行う電力変換部と、バッテリーを組み合わせ、太陽光発電出力を蓄電するか系統へ配電するか判断するコントローラを持つ。

2.機能1:ピークカット

昼間に太陽光発電の出力が最大値になり、その間はバッテリーに蓄電して、夜間の最大消費電力時に放電する。消費電力がピークとなる時間帯に放電を行うことで、系統からみて一日の消費電力変動を少なくする。デマンド契約の場合は契約電力を低減できる。

3.機能2:デマンドレスポンスの対応

 太陽光発電は多くの需要家で昼間に発電するため、系統電圧が上がり系統保護のために電力会社からの太陽光発電制限を要求する場合がある。電力平準化用蓄電装置により需給調整を行い、安定した電源を受けることができる。

4.機能3:無停電電源機能

コントローラなどの瞬時停電によりデータの損失を防ぐために、停電時に対して電源を供給し続ける機能を持つ。また、落雷等で発生する瞬時電圧変動からサーバ等の重要負荷を保護する。



 

H29年 電気・電気設備 U−1−3 問題 模範解答と解説

問題文   2-1-3 住宅向けに設置が進んでいる電力用スマートメーターシステムについて、その概要、電力会社や家庭内の通信ルートに使用されるAルートとBルートの役割、及びサイバーセキュリティに対する留意点を述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 7回  完成日2018/4/15 専門事項 ビル電気設備


1. 電力用スマートメーターシステムの概要

 毎月の検針業務の自動化を可能にする電力量計を使用した運用管理システムである。通信は無線マルチホップ・携帯・PLC方式を組み合わせて構築し、光・携帯回線を通じて電力量を運用管理システム(MDMS)で管理する。

2.  AルートとBルートの役割

(1)Aルート

 電力会社が需要家の利用電力を遠隔確認する為に利用されるルートである。通信線はB/NET伝送信号線等が用いられる。

(2)Bルート

 スマートメーターから需要家のHEMS機器へ30分値の電力量を送信するルートである。

3.サイバーセキュリティに対する留意点

 通信妨害、不正侵入等のサイバー攻撃を受けた際に大規模停電や電力需要家の情報を漏洩させるリスクがある。Aルートはファイヤーウォールの多段構成やリモートメンテナンス回線極少化、BルートはスマートメーターとHEMSコントローラの1対1接続を確保し、セキュリティを担保する。

 


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 2回  完成日2018/4/16 専門事項 ビル電気設備


1.  電力用スマートメーターシステムの概要

毎月の検針業務の自動化を可能にする電力量計を使用した運用管理システムである。通信は無線マルチホップ・携帯・PLC方式を組み合わせて構築し、光・携帯回線を通じて電力量を運用管理システム(MDMS)で管理する。

2.  AルートとBルートの役割

 (1)Aルート

電力会社が需要家の利用電力を遠隔確認する為に利用されるルートである。通信線はB/NET伝送信号線等が用いられる。

(2)Bルート

スマートメーターから需要家のHEMS機器へ30分値の電力量を送信するルートである。需要家は電気使用量をリアルタイムで確認できる。

3.サイバーセキュリティに対する留意点

通信妨害、不正侵入等のサイバー攻撃を受けた際に大規模停電や電力需要家の情報を漏洩させるリスクがある。Aルートはファイヤーウォールの多段構成やリモートメンテナンス回線極少化、BルートはスマートメーターとHEMSコントローラの1対1接続を確保し、セキュリティを担保する。

 


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 4回  完成日2018/4/23 専門事項 ビル電気設備


1.概要

通信機能を備えた電力メーターを使用した運用管理システムである。電力会社と需要家間をネットワーク接続し、需要家のHEMS機器を無線通信する事で電力会社は遠隔検針や開閉操作を随時可能とし、需要家は電力使用量や時刻情報等を随時取得出来る。

2.AルートとBルートの役割

(1)Aルート

電力会社が需要家の30分検針値や逆潮流値を遠隔確認する為に利用されるルートである。データを遠隔地に送る為、検針員が不要で電気使用量を細かい時間単位で確認できる。

(2)Bルート

スマートメーターから需要家のHEMS機器へ30分値の電力使用量等を送信するルートである。需要家は電気使用量をリアルタイム確認出来、省エネや省エネによる機器制御で系統安定化が期待できる。

3.サイバーセキュリティに対する留意点

通信妨害、不正侵入等のサイバー攻撃を受けた際に大規模停電や電力需要家の情報を漏洩させるリスクがある。Aルートはファイヤーウォールの多段構成やリモートメンテナンス回線極少化、BルートはスマートメーターとHEMSコントローラの1対1接続を確保し、セキュリティを担保する。



 

H29年 電気・電気設備 U−2−2 問題 模範解答と解説

問題文 U-2-2  高い電気の品質が要求されるビルにおいて、電気設備の技術者として交流無停電電源装置(UPS)を計画するに当たり、以下の問いに答えよ。

(1)   常時インバータ給電方式の概要と、他の給電方式と比較して常時インバータ給電方式を採用する場合の理由を述べよ。

(2)   計画する時、下記手順について留意する事項を述べよ。

  1. 負荷の計算とUPSの容量
  2. 機器構成と供給信頼性
  3. 電源システム(商用・発電機)との協調、UPS負荷との協調

模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 3回  完成日2018/5/2 専門事項 ビル電気設備


1.常時インバータ給電方式の概要

 商用電源と同期しながら、インバータを通して負荷に定電圧、定周波数の安定した正弦波の電力を供給する。電圧変動や停電が発生した際は、無瞬断で蓄電池から電力供給し、負荷をバックアップする。

 採用理由:高品質な電力、高信頼性、ノイズ除去、高周波電流抑制等の特徴があるから、サーバー等の瞬時停電や電源トラブルを発生させると影響が大きい重要負荷設備へ導入する際、採用を検討する。

2.計画時の留意点

2-1:負荷計算とUPS容量:過負荷によるUPS停止を防止する為、総容量(VA)及び総容量(W)に1.1〜1.3倍の余裕率を掛け、算出値より大きい容量のUPSを選定する。

2-2:機器構成と供給信頼性:整流器、インバータ、蓄電池から構成される。インバータ停止が発生すると給電停止の恐れがある為、商用電源へのバイパス切替回路を設け、別回路で電力供給する。

2-3:電源システム・UPS負荷との協調

(1)電源システム:バイパス切替による商用電源切替時、瞬断切換や出力停止の恐れがある。信頼性構築の為UPSを複数並列に接続した並列冗長運転構成とする。

(2)UPSとの協調:大電流機器をUPSに接続すると過負荷により給電停止の恐れがある。瞬間的に大電流が流れる機器はUPS接続せず、商用・発電機回路を用いる。


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 1回  完成日2018/5/27 専門事項 ビル電気設備


1.検討項目の概要

(1)電気工作物に関する接地工事の種類

A種:高圧などの電気機器に対して行う接地工事となる。高い電圧の電気設備による感電は、大きな損傷を受けるため、接地抵抗値は10Ω以下とする。

B種:低圧の電路と高圧の電路の接触を防ぐための接地である。B種接地線がないと、変圧器の故障で低圧と高圧が接触した場合、低圧の200Vや100Vの電路に高圧の6,600Vが流れる事故が発生する。100Vや200Vで使用する機器に高圧を印加すれば、焼損・故障する。接地抵抗値は、電力会社の送電線や電柱から来る配電用の電線距離・サイズによって変動するため、電力会社に問い合わせて数値を決定する。

C種:300Vを超える低圧の電路に接続される機器は、100Vや200Vの機器による感電事故よりも危険性が高いため、A種と同様に10Ωの接地抵抗値を確保する。

D種:住宅や業務用施設の照明、コンセント、換気扇や冷蔵庫に使用されている接地工事である。接地抵抗値は100Ω以下を確保する。

(2)低圧電路の接地方式

等電位接地:接地を共通して電位差を無くし、雷サージ電流を抑える。

中性点接地:変圧器の二次側の中性点を接地する。

(3)等電位ボンディング

導体間の電位差を軽減する接地、誘導雷の被害を軽減する。

(4)EMC接地

機器の正常動作のために電磁波や等を遮蔽する。

2.技術提案と留意点

(1)等電位ボンディング

1)具体的な技術提案

直撃雷や誘導雷に応じたてSPDを設置する。

2)留意点

LPS保護レベルにより設置されたSPDは、クラス別に落雷捕捉性能が違うため、SPDの劣化診断やボンディングの状態が確認できるように保守用のデバイス回路を設ける。中長期的に施設の用途規模に応じて保護レベルの設定を行う。

(2)EMC接地

1)具体的な技術提案

フィルタリング:コンデンサやリアクトルを組合せてノイズ対策を行う。

シールディング:ケーブルのシールディングや電磁シールド、磁気シールドなどの材料を用いる。

グラウンディング:アースすることでノイズ対策を行う。

2)留意点

高調波発生機器を単独にC種接地し、PWMコンバータや進相コンデンサ(リアクトル付)による高調波吸収設備を設置して系統側へ高調波を抑えた回路とする。

 


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 3回  完成日2018/5/11 専門事項 ビル電気設備


1.常時インバータ給電方式の概要

商用電源と同期しながら、インバータを通して負荷に定電圧、定周波数の安定した正弦波の電力を供給する。停電発生時は運転切り換え時の断時間を発生することなく、バッテリーから電力供給可能である

採用理由:本方式は通常時、電源異常時ともに、常に整流器とインバータを通して電力供給することで、電源ノイズ等、商用入力の乱れに左右されずに、常に整えられた高品質な電力を供給することができる。更にバッテリーへの切り替えは無瞬断で行なわれる為、出力がとぎれる事は無い。無瞬断且つ高品質な電力供給が可能である事から、資産・データの保護を担う重要な電源対策として,サーバーやネットワーク機器をはじめとした各種装置・設備に活用される。

2.計画時の留意点

2-1:負荷計算とUPS容量

UPSは停電発生時のバッテリー動力切り替えの際、電力供給が途切れてはならない為、サーバーなどの接続機器を停止する為に必要なバックアップ時間を決め、バックアップ時間をカバー出来る容量のUPSを選定する。UPSによるバックアップ時間はバッテリー劣化を考慮し、2倍以上とする。

更に過負荷によるUPS停止を防止する為、総容量(VA)及び総容量(W)に1.1〜1.3倍の余裕率を掛け、算出値より大きい容量のUPSを選定する。

2-2:機器構成と供給信頼性

整流器、インバータ、蓄電池から構成される。インバータ停止が発生すると給電停止の恐れがある為、商用電源へのバイパス切り替え回路を設け、別回路で電力供給する事で信頼性を確保する。

更に落雷によって生じるコモンモードノイズにより、電力線にノイズが重畳する恐れがある為、UPS入力側に避雷器を設置しノイズを阻止する。避雷器のクランプ電圧(約600V)以下のノイズは阻止できない為、UPSの入力側へ変圧器を設置する事でノイズ阻止を図る。

2-3.電源システム・UPS負荷との協調

(1)電源システム

バイパス切り替えによる商用電源切り替え時に、瞬断切換や出力停止の恐れがある為、信頼性構築を目的に、UPSを複数並列に接続した並列冗長運転構成とする。本構成により、保守・点検時の停止操作や故障発生時に1台のUPSが停止・解列する場合でも、無瞬断切換にて残りのUPSで負荷への給電を継続させる。

(2) UPSとの協調

大電流機器をUPS接続すると、過負荷により給電停止する恐れがある。この対策として瞬間的に大電流が流れるレーザープリンタ等の機器はUPS接続せず、商用・発電機回路を用いる。更にモーター、コイル等誘導性の装置に使用する場合は突入電流の影響で正常動作しない可能性がある為、事前に動作確認を実施する。



模範解答2  (簡易答案形式1)  添削履歴 3回  完成日2018/4/28 専門事項 ビル電気設備


1.検討項目の概要

(1)電気工作物に関する接地工事の種類

A種:高圧などの電圧が高い機器の金属製外箱などの接地、B種:高圧と低圧を結合する変圧器の中性点の接地、C種:300Vを超える低圧の機器の金属製外箱などの接地、D種:300V以下の機器の金属製外箱などの接地

(2)低圧電路の接地方式

等電位接地:接地を共通して電位差を無くし、雷サージ電流を抑える。

中性点接地:変圧器の二次側の中性点を接地する。

(3)等電位ボンディング:導体間の電位差を軽減する接地、誘導雷の被害軽減

(4)EMC接地:機器の正常動作のために電磁波等を遮蔽する。

2.技術提案と留意点

(1)等電位ボンディング

1)具体的な技術提案:直撃雷、誘導雷に応じたSPD設置

2)留意点:LPS保護レベルにより設置されたSPDは、クラス別に落雷捕捉性能が違うため、SPDの劣化診断やボンディングの状態が確認できるように保守用のデバイス回路を設ける。中長期的に施設の用途規模に応じて保護レベルの設定を行う。

(2)EMC接地

1)具体的な技術提案:フィルタリング、シールディング、グラウンディング

2)留意点:高調波発生機器を単独にC種接地し、PWMコンバータや進相コンデンサ(リアクトル付)による高調波吸収設備を設置して系統側へ高調波を抑えた回路とする。


模範解答2  (簡易答案形式2)  添削履歴 1回  完成日2018/5/3 専門事項 ビル電気設備


1.常時インバータ給電方式の概要

商用電源と同期しながら、インバータを通して負荷に定電圧、定周波数の安定した正弦波の電力を供給する。電圧変動や停電が発生した際は、無瞬断で蓄電池から電力供給し、負荷をバックアップする。

採用理由:サーバールーム等の重要負荷設備は、瞬時停電や電源トラブルを発生させると影響が大きい事から、高品質な電力、高信頼性、ノイズ除去、高周波電流抑制等の特徴がある本方式を採用する

2.計画時の留意点

2-1:負荷計算とUPS容量:過負荷によるUPS停止を防止する為、総容量(VA)及び総容量(W)に1.1〜1.3倍の余裕率を掛け、算出値より大きい容量のUPSを選定する。更にUPSによるバックアップ時間は、バッテリー劣化を考慮し2倍以上とする。

2-2:機器構成と供給信頼性:整流器、インバータ、蓄電池から構成される。インバータ停止が発生すると給電停止の恐れがある為、商用電源へのバイパス切替回路を設け、別回路で電力供給する事で信頼性を確保する。

2-3:電源システム・UPS負荷との協調

(1)電源システム:バイパス切替による商用電源切替時、瞬断切換や出力停止の恐れがある。信頼性構築を目的に、UPSを複数並列に接続した並列冗長運転構成とする。

(2)UPSとの協調:大電流機器をUPSに接続すると過負荷により給電停止の恐れがある。この対策として、コピー機等の瞬間的に大電流が流れる機器はUPS接続せず、商用回路・発電機回路を用いる。


模範解答2  (答案形式)  添削履歴 1回  完成日2018/5/12 専門事項 ビル電気設備


1.検討項目の概要

(1)電気工作物に関する接地工事の種類

A種:高圧などの電気機器に対して行う接地工事となる。高い電圧の電気設備による感電は、大きな損傷を受けるため、接地抵抗値は10Ω以下とする。B種:低圧の電路と高圧の電路の接触を防ぐための接地である。B種接地線がないと、変圧器の故障で低圧と高圧が接触した場合、低圧の200Vや100Vの電路に高圧の6,600Vが流れる事故が発生する。100Vや200Vで使用する機器に高圧を印加すれば、焼損・故障する。接地抵抗値は、電力会社の送電線や電柱から来る配電用の電線距離・サイズによって変動するため、電力会社に問い合わせて数値を決定する。C種:300Vを超える低圧の電路に接続される機器は、100Vや200Vの機器による感電事故よりも危険性が高いため、A種と同様に10Ωの接地抵抗値を確保する。D種:住宅や業務用施設の照明、コンセント、換気扇や冷蔵庫に使用されている接地工事である。接地抵抗値は100Ω以下を確保する。

(2)低圧電路の接地方式

等電位接地:接地を共通して電位差を無くし、雷サージ電流を抑える。

中性点接地:変圧器の二次側の中性点を接地する。

(3)等電位ボンディング

導体間の電位差を軽減する接地、誘導雷の被害を軽減する。

(4)EMC接地

機器の正常動作のために電磁波や等を遮蔽する。

2.技術提案と留意点

(1)等電位ボンディング

1)具体的な技術提案

直撃雷や誘導雷に応じたてSPDを設置する。

2)留意点

LPS保護レベルにより設置されたSPDは、クラス別に落雷捕捉性能が違うため、SPDの劣化診断やボンディングの状態が確認できるように保守用のデバイス回路を設ける。中長期的に施設の用途規模に応じて保護レベルの設定を行う。

(2)EMC接地

1)具体的な技術提案

フィルタリング:コンデンサやリアクトルを組合せてノイズ対策を行う。

シールディング:ケーブルのシールディングや電磁シールド、磁気シールドなどの材料を用いる。

グラウンディング:アースすることでノイズ対策を行う。

2)留意点

高調波発生機器を単独にC種接地し、PWMコンバータや進相コンデンサ(リアクトル付)による高調波吸収設備を設置して系統側へ高調波を抑えた回路とする。



 

H29年 電気・電気設備 V−1 問題 模範解答と解説

問題文   

 大幅な省エネルギーを実現するZEBに注目が集まっており、新築公共建築物等で2020年までにZEB化が求められている。このような状況を踏まえ、事務所ビル・学校等のZEB化実現に向けて電気設備技術者としてどのように取り組めばよいか、以下に答えよ。

(1)             ZEBの概要を述べよ。

(2)             電気設備の各機器・システムにおいてZEB化実現に向け検討すべき項目(課題)を列挙せよ。

(3)             (2)で挙げた項目から、あなたが重要と考えるものを3つ選び、解決する為の具体的な技術的提案とそれに対する効果・留意点などを述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 2回  完成日2018/5/22 専門事項 ビル電気設備


1. ZEBの概要

快適な室内環境を保ちながら高断熱化・自然エネルギー利用・5設備(空調、換気、照明、給湯、昇降機)の高効率化と高度制御で省エネに努め、省・創エネでエネルギー消費量を大幅に削減し、年間エネルギー収支が0になる建築物である。

2. ZEB化実現に向け検討すべき項目

(1)高効率な設備導入による省エネ:高効率LEDや高効率空調機器導入、照明の調光制御により省エネ化を図る。

(2)エネルギーの創出・蓄電:太陽光発電やリチウムイオン蓄電池、コージェネレーション設備導入により、蓄電、ピークカット・ピークシフトを行う。

(3)センシング技術の導入:人感センサやタイマーを用いて空調・照明の細かな制御を行い、快適、省エネを両立する。

(4)熱負荷の抑制:空調エネルギー消費量を削減する為、室内外の温度差や日射による熱損失・熱取得の低減を図る。

(5)BEMSの導入:電力量の見える化でエネルギー使用を抑制し、エネルギーマネージメントにより効率化を図る。

3.重要と考える項目

電気設備技術者の観点から高効率な設備導入、エネルギー創出・蓄電、BEMS導入の3点を重要項目とし、技術的提案・効果・留意点を述べる。

3.1.燃料電池コージェネレーションの設置:燃料電池ユニットで発電した電力をビル用電源として利用し、発電時の排熱を給湯等に利用する事で省エネを図る。

効果: 廃熱利用により総合効率を80%以上に出来、非常電源として活用可能できる。更にSOX.NOXの排出が殆ど無い。

留意点:停電時に非常モードへの移行を迅速に行う為早期に停電検出する必要がある。系統連系保護リレーとは別に高速停電検出リレーを主幹線に設置する。

3.2太陽電池一体型ルーバーの採用:太陽光発電パネルをルーバーに設置し、発電電力をビル給電に利用する。余剰電力は水素生成・貯蔵に活用し不足電力を貯蔵水素から燃料電池発電で補完し省エネを図る。

効果:電力ピークカット、既存設備有効利用、非常電源、系統安定化に繋がる。

留意点: 設置角度によっては標準架台型に比べ発電量が低下する可能性がある為、太陽光自動追尾システムを導入し発電効率を上げる。

3.3.BEMSを活用した自動制御デマンドレスポンス(ADR):ビルのBEMSとアグリゲーションセンターをネットワーク接続し、地域エネルギーマネジメントシステム(CEMS)からの削減要請の電力量と時間帯を通知しADRを実施する。

効果:需要家は見える化による節電が可能になり、節電による対価を得られる。

留意点:ネットワーク回線から不正侵入された際、需要家情報を漏洩させるリスクがある。スマートメーターとBEMSコントローラの1対1接続を確保する。

 


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 2回  完成日2018/5/30 専門事項 ビル電気設備


  1. ZEBの概要

快適な室内環境を保ちながら高断熱化・自然エネルギー利用・5設備(空調、換気、照明、給湯、昇降機)の高効率化と高度制御で省エネに努め、省・創エネでエネルギー消費量を大幅に削減し、年間エネルギー収支が0になる建築物である。

  1. ZEB化実現に向け検討すべき項目

(1)高効率な設備導入による省エネ:高効率LEDや高効率空調機器導入、照明の調光制御により省エネ化を図る。

(2)エネルギーの創出・蓄電:太陽光発電やリチウムイオン蓄電池、コージェネレーション設備導入により蓄電、ピークカット・ピークシフトを行う。

(3)センシング技術の導入:人感センサやタイマーを用いて空調・照明の細かな制御を行い、快適、省エネを両立する。

(4)熱負荷の抑制:空調エネルギー消費量を削減する為、室内外の温度差や日射による熱損失・熱取得の低減を図る。

(5)BEMSの導入:電力量の見える化でエネルギー使用を抑制し、エネルギーマネージメントにより効率化を図る。

3.重要と考える項目

電気設備技術者の観点から高効率な設備導入、エネルギー創出・蓄電、BEMS導入の3点を重要項目とし、技術的提案・効果・留意点を述べる。

3.1.調光人感制御付LED照明導入と自然光の利用:赤外線方式による人感センサーを天井に取り付け、人の動きを検知し照明制御を行う。更に調光機能により光や人工照明の照度を検知し適正制御を行う。

効果:照明制御により年間消費電力を50%以上削減可能である。

留意点:赤外線方式は微妙な変化を検出できない事がある為、微妙な動きの検出を求められる場合は画像検出方式により人感検出を行う。

3.2. 太陽電池用・蓄電池用PCSの機能一体化:太陽光電池とリチウムイオン電池のPCSを一体化させ出力安定化と充電時間短縮を図る。昼間は太陽光発電で創出した電力を活用し、夜間に蓄電池充電した電力を日中の電力ピーク時に放電し電気使用量を削減する。

効果:電力ピークカットによる節電、非常電源としての活用、系統安定化に繋がる。

留意点:太陽光発電から系統への逆潮流増大に伴い配電電圧の調整が困難になる恐れがある為、静止型無効電力補償装置を系統に設置し、無効電力を補償し電圧変動を最小化する。

3.3.BEMSを活用したデマンドレスポンス(DR):ビルのBEMSとアグリゲーションセンターをネットワーク接続し、地域エネルギーマネジメントシステム(CEMS)からの削減要請の電力量と時間帯をビル通知し、ビル管理者はDRを実施する。

効果:見える化による節電が可能になり、節電によるインセンティブ(対価)を得られる。更に電力会社はピーク需要の為に用意していた発電機の建設・維持管理コストを削減出来る。

留意点:需要家側の飽きにより需要削減効果が薄れる可能性がある。本対策として、自動制御デマンドレスポンス(ADR)を採用し、自動で空調・照明の制御を行う。


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 2回  完成日2018/6/7 専門事項 ビル電気設備


1.ZEBの概要

エネルギーを自給自足し、化石燃料などから得られるエネルギー消費量がゼロ、あるいは概ねゼロとなる建築物の事である。建築構造や設備の省エネルギー化、再生可能エネルギー・未利用エネルギーの活用、地域内でのエネルギーの相互利用を組み合わせてエネルギー自立度を高める。

2.検討すべき項目

(1)高効率な設備導入による省エネ

高効率LEDやタスクアンビエント照明導入、照明の調光制御、高効率空調機器導入により省エネ化を図る。

(2)エネルギーの創出・蓄電

太陽光発電やリチウムイオン蓄電池、コージェネレーション設備導入により、創電、蓄電、ピークカット・ピークシフトを行う。

(3)センシング技術の導入

人感センサーやタイマーを用いて空調・照明の細かな制御を行い、快適、省エネを両立する。

(4)入退出管理システムと設備連動

入退管理システムと設備を連携させ、入退室ログから空調・照明等の一律制御を行う。

(5)BEMSの導入

電力量の見える化によりエネルギー使用を抑制し、エネルギーマネージメントにより効率化を図る。

3.重要と考える項目

3.1. 高効率な設備導入による省エネ

@調光人感制御付LED照明導入

LED照明の調光機能により光や人工照明の照度を検知し適正制御を行う。更に赤外線方式による人感センサーを内蔵し、人の動きを検知し照明制御する。

A自然採光の利用

光ダクトシステムによる自然光採光でトップライトの採光部から自然光を室内に取り入れ、高反射の鏡面を用いて室内に光を導く。

効果:照明制御と自然光利用により年間消費電力を年間50%以上削減可能である。更に使用場所に応じた明かりの演出が可能である。

留意点:赤外線方式では検出できない微妙な動きの検知が求められる場合は、画像検出方式により人感検出を行う。更に光ダクトは直射光の投影先のみ高照度になり室内に強いコントラストが発生する可能性がある為、拡散性のある素材を使用する。

3.2. エネルギーの創出・蓄電

@太陽電池用・蓄電池用PCSの機能一体化

太陽光電池とリチウムイオン電池のPCSを一体化させ、出力の安定化と充電時間の短縮を図る。

A蓄電電力の活用

昼間は太陽光発電で創出した電力を活用し、夜間に蓄電池充電した電力を日中の電力ピーク時に放電する事で電気使用量を削減する。

効果:電力ピークカットによる節電、系統安定化に繋がり、非常電源としての活用が出来る。更にエネルギーの有効活用により、発電所設備の利用率向上に繋がり電気料金の引き下げが期待できる。

留意点:太陽光発電から系統への逆潮流増大に伴い配電電圧の調整が困難になる恐れがある為、静止型無効電力補償装置(SVC)を系統に設置し、無効電力を補償し電圧変動を最小化する。更にリチウムイオン電池は高温で環境下では発火の恐れがある為、高温状態になると運転停止をさせる制御装置を内蔵する。

3.3. BEMSの導入

BEMSを活用したデマンドレスポンス(DR)

ビルのBEMSとアグリゲーションセンターをネットワーク接続し、地域エネルギーマネジメントシステム(CEMS)からの削減要請の電力量と時間帯をビル通知し、需要家はDRを実施する。

効果:需要家は見える化による節電が可能になり、節電によるインセンティブ(対価)を得られる。

更に電力会社はピーク需要の為に用意していた発電機の建設コストや維持管理コストを削減出来る。

留意点:需要家側の飽きにより需要削減効果が薄れる可能性がある。本対策として、自動制御デマンドレスポンス(ADR)を採用し、自動で空調及び照明の制御を行う。



 

H29年 電気・電気設備 V−2 問題 模範解答と解説

問題文   

1980年代に建設されたインテリジェントビルは,すでに耐用年数が経過し老朽化が進んでおり,リニューアルの必要性が指摘されている。さらに災害に対するBCP(事業継続計画)対策や一層の情報通信システムの高度化に対する信頼性向上への要求が高まっている。

このような状況を踏まえた大規模オフィスビルにおいて,キュービクル受変電設備を運用しながら全面リニューアルを実施する際、電気設備の技術者として以下の問いに答えよ。

(1)キュービクル式受変電設備の全面リニューアルを実施計画するに当たり,手順の概要を述べよ。

(2)(1)で挙げた手順の中からあなたが重要と考える検討項目を3つ挙げ,課題と具体的な技術的提案(対策)を述べよ。

(3)上記であなたが述べる対策により,期待する効果・留意点などを述べよ。


模範解答1  (簡易答案形式1)  添削履歴 8回  完成日2018/4/28 専門事項 ビル電気設備


1.キュービクル式受変電設備のリニューアル手順の概要

運用しながら情報通信の信頼性向上やBCPを考慮した1980年代受変電設備のリニューアル手順を以下に示す。

(1)リスクの抽出:@停電、A通信障害・データ保護、B運用しながら施工

(2)リスク対策:@停電対策:受電方式(線数・常予比較)、常発(太陽光、コジェネ)、非発(搭載型、可搬式)、UPS、電路二重化、保守時の機能維持、電力用SPD、保護協調、保護範囲、耐震化 A通信障害・データ保護:EMC対策、パッシブフィルタ、アクティブフィルタ、機能接地抵抗低減、通信用SPD、異種電圧電路セパレート、無線化、レンタルサーバ、クラウド化 B運用しながら施工:無人時夜間工事、テナント側に及ばない工事範囲、機能停止可能なら撤去後新設、低騒音機器、仮設(受変電・配線・サーバ・監視モニタ・発電機・蓄電池・通信)

(3)施工手順:受電点からの施工(無駄がない)、消防用専用電源の優先、スペースを作りながらの更新、機能を確保しながらの更新

2.重要と考える課題3つと対策

(1)停電対策

課題:受電点からテナントまでの電源系統を完全二重化は高い。導入効果の向上

対策:太陽光発電併用蓄電システム(ピークカット可能)、コージェネ(電気と熱が得られる)

(2)通信障害・データ保護

課題:昼間に使用電力や通信量が多く、電圧降下や通信速度低下・高調波が生じる。

対策:昇圧TR(Δ結線で高調波抑制)、個別電圧補償蓄電システムによるテナント内使用電力平準化、個別接地、個別アンテナ、クラウド化、個別耐量コンデンサ、光ケーブルと無線の併用化と利便差別

(3)運用しながら施工

課題:テナントの業務環境を良好に保つために、テナント側の工事範囲・回数抑制。

対策:仮設受変電設備の仕様は、受電部と変圧部までとし、配電部は本設として計画し、切り替え回数やテナント側の工事範囲を少なくする。

3.効果及び留意点

効果:蓄電システムによりデマンドレスポンス対応、所内電力ZEB化

留意点:受電部蓄電池とテナント側蓄電池群の分散化によりテナント内電力安定

解答の全内容を指定行数以内で表すようにしてください。

 


模範解答1  (簡易答案形式2)  添削履歴 2回  完成日2018/6/6 専門事項 ビル電気設備


1.キュービクル式受変電設備のリニューアル手順の概要

@仮設受変電設備で受電および既存非常用発電や2次側配電を行う。切替えにおいてはテナント休業日、夜間とする。

A既設受変電設備を撤去し、新規の受変電設備を設置する。受変電設備の機能は停電対策として1次側、2次側ともに2系統、創エネ系統連系用保護リレー、高効率tr、耐量コンデンサ(直列リアクトル付)を備える。

BUPSや創エネ設備の設置、受変電設備に接続する。

C接地、電力SPD、通信SPDなど保護レベルに合わせて雷害対策装置を設置する。接地抵抗値を下げ、個別接地として通信機器の接地極は他の接地極から離す。

D2次側配線は制御線、通信線、アナログ線などと同一開口とならないように施工する。ピット内など異種電圧が混合する場合は、セパレートを設けておく。

E仮設受変電設備から新受変電設備にテナント配電を切り替える。

2.重要と考える課題3つと対策

(1)停電対策

課題:受電点からテナントまでの電源系統を完全二重化は費用が高い。導入効果の向上

対策:太陽光発電併用蓄電システム(ピークカット可能)、コージェネ(電気と熱が得られる)

(2)通信障害・データ保護

課題:昼間に使用電力や通信量が多く、電圧降下や通信速度低下・高調波が生じる。

対策:昇圧TR(Δ結線で高調波抑制)、個別接地、個別アンテナ、クラウド化、個別耐量コンデンサ、光ケーブルと無線の併用化と利便差別

(3)運用しながら施工

課題:テナントの業務環境を良好に保つために、テナント側の工事範囲・回数抑制。

対策:仮設受変電設備の仕様は、受電部と変圧部までとし、配電部は本設として計画し、切り替え回数やテナント側の工事範囲を少なくする。

3.効果及び留意点

(1)停電対策

効果:太陽光発電併用蓄電システムによりデマンドレスポンス対応、所内電力ZEB化

留意点:受電部蓄電システムに加え、テナント側蓄電池群の分散化により、テナント単位のZEB化

(2)通信障害・データ保護

効果:情報量の多いサーバなどは光通信とし、loT、テレビ会議など無線通信により業務の効率化

留意点:無線化の利便性は高いが、重要情報は有線回線を利用しセキュリティを強化する。

(3)運用しながら施工

効果:テナントへの工事範囲を抑えることにより、工事費低減、テナントの作業環境確保

留意点:更新後のケーブル長短⇒絶縁性能確保⇒既設利用⇒工事範囲・工事費・テナント負担軽減


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 1回  完成日2018/6/10 専門事項 ビル電気設備


1.キュービクル受変電設備のリニューアル手順概要

@仮設を用いて受変電し、2次側配電と非常用電源との接続を行う。2次側配電においてはテナント休業日、夜間とする。

A既設受変電設備を撤去し、新規受変電設備を設置する。新規受変電設備の機能は、停電対策として1次側2系統化、主要幹線2次側を2系統化、創エネルギーの系統連系用保護リレー、高効率変圧器、耐量コンデンサ(直列リアクトル付)を備える。

BUPSや創エネエネルギー設備の設置、受変電設備に接続する。

C接地、電力SPD、通信SPDなど保護レベルに合わせて雷害対策装置を設置する。接地抵抗値を下げ、個別接地として通信機器の接地極は他の接地極から離す。

D2次側配線は制御線、通信線、アナログ線などと同一開口とならないように施工する。ピット内など異種電圧が混合する場合は、セパレートを設けておく。

E仮設受変電設備から新受変電設備にテナント配電を切り替える。

2.重要と考える課題3つと対策

(1)停電対策

課題:停電対策として、電源系統を受電点から二次側テナントまでを完全二重化することなど、費用面において負担が大きいため、導入効果を高める必要がある。対策:二次側配線の2系統化は、UPS幹線や建屋間幹線など主要幹線、電源の信頼性を求める顧客などに制限する。太陽光発電併用蓄電システムを設置し、所内電力の有効活用により停電対策を行う。コージェネシステムを設置し、常時発電を行うと共に排熱を利用して空調設備のエネルギー源とする。

(2)電源電圧降下、通信障害・データ保護

課題:昼間に使用電力や通信量が多く、電源電圧降下や通信速度低下・高調波が生じる。

対策:電圧降下対策として、テナント側に昇圧変圧器を設置して改善する。通信障害・データ保護として、昇圧変圧器等をΔ結線にして高調波の1次側流出を抑える。2次側のテナント側は、高調波発生機器を単独接地し、抵抗を下げる。高調波対策としてパッシブやアクティブフィルタを設置して高調波を抑える。光ケーブルと無線を併用し、利便性に合わせて使い分けて一定の通信速度を確保する。

(3)運用しながら施工

課題:テナントの業務環境を良好に保つために、テナント側の工事範囲や回数を抑える。

対策:仮設受変電設備の仕様は、受電部と変圧部までとし、配電部は本設として計画する。配電部からテナントまでの工事回数は抑えられ、仮設から本設に切替える範囲も抑えられる。

3.効果及び留意点

(1)停電対策

効果:太陽光発電併用蓄電システムによりデマンドレスポンスの対応が可能となり、電力会社からのインセンティブ報酬を受けることができる。ピークカット運転を行い、契約電力の低減し電気料金を抑える。

留意点:受電部蓄電システムに加え、テナント側蓄電池群の分散化により、テナント単位の電力安定化が高まる。

(2)電源電圧降下、通信障害・データ保護

効果:情報量の多いサーバなどは光通信とすることにより電磁障害や雷害が抑えられる。通信網の充実によりloT化へ移行でき、テレビ会議など業務の効率化が高まる。

留意点:無線化の利便性は高いが、重要情報は有線回線を利用しセキュリティを強化する。

(3)運用しながら施工

効果:テナントへの工事範囲を抑えることにより、工事費が低減できる。テナント側での工事回数や範囲をへるため、作業環境確保だけではなく従業員の安全性やサーバなどの重要機器へ損害をあたえるリスクを抑えられる。

留意点:機能停止が可能であれば、既設を撤去して新設することで仮設費や施工期間の短縮となる。絶縁性能が確保していれば、ケーブルを既設利用でき、工事範囲や工事費、テナント負担の軽減となる。