R1/2019年 電気電子・電子設備 U-1-2

問題文 

 現在の建築設備耐震設計において、高さ60m以下の建築物に設置される建築設備の耐震措置を検討する際の基本的考え方と検討手法、技術的留意点を述べよ。


模範解答1   (簡易答案1)    添削履歴5    作成日2020/4/11    電気電子部門  電子設備    専門事項 建築電気設備



1.基本的考え方

局部震度法により耐震クラスと適用階から耐震性能を設定し、経験的に定めた静的震度分布を用いて設備機器各部に作用する地震力を求め、耐震支持の設計を行う。

 

2.検討手法と留意点

1)耐震性能の設定

 建築物の用途と重要度から設備機器の耐震クラス(S・A・B)を決定し、設備機器の適用階により設計用標準震度を設定する。

 留意点:経済設計とするため、地震後の機能維持が必要な重要機器等は上層階へ設置しないよう配慮する。

2)地震力の算出

 機器重量と設計用標準震度から重心に作用させた接点の地震力として設計用水平震度を算出する。

 留意点:設置場所に応じた設計用水平震度を求めるため、設計用標準震度に地域係数を乗じる。

3)耐震支持の設計

 建築物と機器との接点に設ける耐震支持材を設計する。

 留意点:安全性向上のため、設備機器の吊り材に振止め設置及び落下防止ワイヤーでの固定、天井材とのクリアランスの確保に配慮する。


模範解答1   (簡易答案2)    添削履歴3    作成日2020/5/2    電気電子部門  電子設備    専門事項 建築電気設備



1.基本的考え方

局部震度法により耐震クラスと適用階から耐震性能を設定し、経験的に定めた静的震度分布を用いて設備機器各部に作用する地震力を求め、耐震支持の設計を行う。

2.検討手法、技術的留意点

1)耐震性能の設定

建築物及び設備機器の用途や重要度に応じて、重要施設は耐震クラスSで屋上に設置する設置機器は2.0等の設計用標準震度を設定する。

安全性確保のため、変電設備を地下階以外に設置する場合は、変圧器の耐震補強部材を追加する。

2)地震力の算出

設備機器の地震力は、機器重量と設計用標準震度から設計用水平震度として算出する。

配管系の地震力は配管の応答性を考慮して設備機器よりも小さい値とし、耐震クラスSでは耐震支持間の配管重量に対して1.0倍等の倍率を設定する。

3)耐震支持の設計

設備機器の耐震支持は、地震力による引張り、圧縮、曲げに対応した強度と形状を持つ部材で構成し、適切な間隔で固定する。

長周期振動に対する安全性向上のため、設備機器吊材の振止め設置、変圧器端子部への耐震ストッパ設置等を行う。



(1)問題趣旨に対する考え方、取り組み方などについて

この受講生様は当初題意の読み解きが不十分であったため、出題意図の本質的内容について十分に掘り下げた内容となっていませんでした。

出題テーマに関する知識に中途半端な理解の部分があったため、大雑把でぼやけた回答になっていたのです。こうした問題では前置き文の意味をしっかりとよみとくことが必要です。

基本的考え方は一般論や規定の引用ではなく、その趣旨を自分の言葉で表すようにしてください。

解答の文章は単なるマニュアルの写しではなく、その提案の趣旨「心」を伝えないとプレゼンテーションになりません。

検討手法は具体的にどう設定し、どう判断するのか、などを簡潔に書くことです。

留意点はつまりどういう意味なのか、あれこれ対策を述べるのではなく、品質改善に取り組むべきことを定性的に「心」を言うように。

内容全般を表現しようとせずに、大事なことだけを指定して簡潔で定性的に述べることです。

 

(2)論旨のまとめ方、書き方などについて

見出しは意味がわかればよいので、簡潔に記載するように。

基本的考え方の前提事項などの説明は不要です。題意の目的を達成するためにどう考えるのかを述べてください。

検討手法は冗長にならないよう、重要な部分だけ簡潔にコメントするように。

留意点は精度や効果を高める技術的な工夫、テクニックを書くと良いでしょう。

例えば、留意点は「○○のため〇〇を〇〇する」という形式の文でまとめるように。

留意点は品質、性能が高まるような提案とし、そのねらいがわかるように、目的などを添えて示すように。



 

R1/2019年 電気電子・電子設備 U-2-2

問題文 

 オフィスビル内のBEMS(BuildingEnergyManagementSystem)構成機器への電磁環境対策を計画することになった。この業務を担当責任者として進めるに当たり、下記の内容について記述せよ。なお、BEMS構成機器には、受変電設備、動力設備、照明設備等の設備機器も含むものとする。

(1)調査、検討すべき事項とその内容について説明せよ。

(2)業務を進める手順について、留意すべき点、工夫を要する点を含めて述べよ。

(3)業務を効率的、効果的に進めるための関係者との調整方策について述べよ。


模範解答1   (簡易答案1)    添削履歴4    作成日2020/6/5    電気電子部門  電子設備    専門事項 建築電気設備


(1)     査、検討すべき事項とその内容

l 受変電設備の低周波ノイズ調査、受変電設備と中央装置の離隔を検討 

l BEMS通信線のイミュ二ティ調査、電力線との離隔及びシールド化を検討 

l 動力、照明設備等インバータ機器のエミッション調査、高調波対策を検討 

l 雷サージ対策の調査、接地方式の見直し及びSPD設置を検討 

(2)     業務を進める手順、留意すべき点、工夫を要する点 

l  受変電設備から発するノイズがBEMS構成機器へ影響する範囲を特定し、そこから1m以上の離隔をとる、離隔が困難の場合は磁気シールドを行う

l  BEMS通信線と低圧幹線が並行布設となっている部分は0.3m以上の離隔をとるように配線ルートを検討し、低圧幹線は金属製配管に納める

l  インバータ機器から流出する高調波を抑制するため、入力及び出力側にリアクトル及び電源ラインフィルタを設置する

l  雷サージの流入を防止するため、電源線及び通信線にSPDを設置する

(3)     業務を効率的、効果的に進めるための関係者との調整方策

l  私がEMC対策としてビル接地方式を個別接地から統合接地に変更し、ビル内設備を等電位化することを要求する

l  しかし事業主はコストアップに難色を示し、建築施工会社は統合接地の施工に既存構造体の鉄筋をはつり出す工事を行うことに難色を示した

l  既存接地極間にSPDを追加し、雷サージが発生した場合のみ各接地極間のSPDが導通し等電位化することで、BEMS機器の損傷が回避できる


この問題について、添削でご指摘申し上げた事項です。


(1)      調査、検討すべき事項

Ø  EMIの要因は、これをまず調べることです。

Ø  わからないからとりあえずすべて確認では提案になりません。あたりをつけて調査、検討のねらいを定めて提案してください。それを考えるため次の4つにお答えください。

@BEMS構成機器とは何か。BEMSではなくBEMS構成機器では何が違う。

A何故、今BEMSの電磁環境対策が要るのか。ねらいは何か。

B前記EMIの要因として予想されることはなにか?

CBEMS構成機器に、受変電他設備が含まれる・・この意味は何か。

Ø  〇〇を調査し、(その結果より)〇〇を検討(考察、構築、計画)するという文になるようにしてください。調査は、視点が偏らず幅広く複数34とします。

 

(2)業務を進める手順、留意すべき点、工夫を要する点

Ø  下記がわかるように答えてください。

@関係者とはだれか

A私の意見は何か、また反対意見は何か

Bどうやって、それら意見をまとめるか。私の提案は

Cそれによって仕事はどのように効率化されるか

Ø  (2)(1)に従って進めるようにしてください。関連性、一貫性が大事です。

Ø  )手順+留意点」の形にまとめる

Ø  手順として解決策まで含めて3項目程度を時系列に挙げ、留意点を添える。

Ø  解決策を、どう考えてどうやるかを書く、そこから留意点が出ます。

Ø  留意点は解決策ごとに挙げる。当たり前すぎだと価値なし、一般論ではダメ、技術が感じられません。

Ø  解決策を、なにをどうするかを書くように。

Ø  これは手順として書くべき事項、順番にそれぞれ上げることです。

Ø  「見直す」では何をどうするか不明です。ノイズの影響を巧みに低減するテクニックを示してください。

Ø  離隔とは何mか。ある程度定量的な話とするように。ダクト配線とは何?普通は効果なし。

 

(3)      業務を効率的、効果的に進めるための関係者との調整方策

Ø  3のヒントです。下記の4つを述べて下さい。

@   関係者はだれか。できれば自分以外に2(2)以上挙げる。

A   それぞれ意見は何か。自らの思いと相違する点を明確にする。

B   私が技術提案することによって、問題となる意見の相違のもとを解決する。専門分野の技術応用によって仕事を改善して、反対意見を解消します。

C   これによって、2者の意見がどう満たされる、すなわち擦り合わせできるかを言う。

Ø  これではどう解決するのか。なぜ落雷時のみでよいのか。どうしてこれで、2者が納得できるのですか。どうして解決できるのか根拠、理由がわかりません。

Ø  接地間SPDでどうして落雷時に等電位化されるのか、原理的説明(根拠)をしてください。

 


模範解答1   (簡易答案2)    添削履歴2    作成日2020/6/19    電気電子部門  電子設備    専門事項 建築電気設備


(1)調査、検討すべき事項とその内容

   受変電設備の低周波ノイズを調査し、BEMS中央装置が影響を受けない場所を検討する。

   通信線の布設ルートと配線仕様を調査し、電力線との離隔及び通信線のシールド化を検討する。

   動力、照明設備等のインバータから発生するノイズを調査し、ノイズ流出防止対策を検討する。

   雷サージの流入経路を調査し、接地方式の改善及びサージ防護対策を検討する。

(2)業務を進める手順、留意すべき点、工夫を要する点

1)  受変電設備の交流磁界による低周波ノイズがBEMS構成機器へ影響する範囲を特定し、そこから1m以上の離隔をとる。離隔が困難な場合は隣接する壁面に珪素鋼板を貼り磁気シールドを行う。

2)  通信線と低圧幹線が並行布設となっている部分は0.3m以上の離隔をとる。離隔が取れない場合は通信線を接地した金属製配管に納めて電磁シールド化し、電磁誘導ノイズに対するイミュ二ティを向上させる。

3)  動力、照明設備等に使用されるインバータの入力及び出力側にリアクトルとラインフィルタを設置し、ノイズ流出を抑制する。キャリア周波数を5〜7MHzに抑えてノイズ低減を図る。

4)  雷サージの流入経路となる電源線及び通信線の一次側にSPDを設置し、機器内への雷サージ流入を防止する。ビル内接地を統合接地方式として等電位化を行い、機器間の電位差による障害を予防する。

(3)  業務を効率的、効果的に進めるための関係者との調整方策

私がEMC対策としてビル接地方式を個別接地から統合接地に変更し、ビル内設備を等電位化することを要求する。

しかし事業主はコストアップに難色を示し、建築施工会社は統合接地の施工に既存構造体の鉄筋をはつり出す工事を行うことに難色を示した。

このため、既存接地極間にSPDを追加する方法を提案した。これにより、平常時は従来とおり個別接地であるが、雷サージが発生した場合のみ各接地極間のSPDが導通し等電位化するように機能するため、雷サージによるBEMS機器の損傷を防ぐことができる。

 既存接地端子盤内に接地間SPDを追加する工事を行うだけで、既存躯体をはつり出す工事は不要となり、大幅なコストアップもなく要求を満足することができる。


模範解答1   (完成答案)    添削履歴1    作成日2020/6/25    電気電子部門  電子設備    専門事項 建築電気設備


(1)   調査、検討すべき事項とその内容

@受変電設備から発生する低周波ノイズ強度を調査し、BEMS中央装置が影響を受けない場所を検討する。

A通信線の布設ルートと配線仕様を調査し、電力線との離隔及び通信線のシールド化を検討する。

B動力、照明設備等のインバータから発生するノイズを調査し、ノイズ流出防止対策を検討する。

C雷サージの流入経路を調査し、接地方式の改善及びサージ防護対策を検討する。

(2)   業務を進める手順と留意、工夫を要する点

@交流磁界シールド:受変電設備の交流磁界による低周波ノイズがBEMS構成機器へ影響する範囲を特定し、そこから1m以上の離隔をとる。離隔が困難な場合は隣接する壁面に珪素鋼板を貼り、磁気シールドを行う。

A電磁誘導ノイズ対策:通信線と低圧幹線が並行布設となっている部分は0.3m以上の離隔をとり、電源線の電流による磁界結合により信号線に誘起されるノイズ電圧の影響を受けないようにする。十分な離隔が取れない場合は通信線を接地した金属製配管に納めて電磁シールド化し、電磁誘導ノイズに対するイミュ二ティを向上させる。

Bインバータノイズ抑制:動力、照明設備等に使用されるインバータの入力及び出力側にリアクトル及びラインフィルタを設置し、ノイズ流出を抑制する。インバータのキャリア周波数を5〜7MHzに抑え、直流電流の高速スイッチング動作で発生するノイズを低減する。

Cサージ防護:雷サージの流入経路となる電源線及び通信線の一次側にSPDを設置し、機器内への雷サージ流入を防止する。ビル内接地を統合接地方式として等電位化を行い、機器間の電位差による障害を予防する。

(3)   関係者との調整方策

 私がEMC対策としてビル内の接地方式を個別接地から統合接地に変更し、ビル内設備を等電位化することを提案した。

 しかし事業主はコストアップに難色を示し、建築施工会社は統合接地を行うために既存構造体の鉄筋をはつり出す工事を行うことは建物強度の劣化につながる恐れがあるとして反対した。

 このため、既存接地極間にSPDを追加する方法を提案した。これにより、平常時は従来とおり個別接地であるが、雷サージが発生した場合のみ各接地極間のSPDが導通し等電位化するように機能するため、雷サージによるBEMS機器の損傷を防ぐことができる。

 提案を実現するために必要となる作業は既存接地端子盤内に接地間SPDを追加するだけで、既存躯体の鉄筋をはつり出す工事は不要となり、建物を傷めず大幅なコストアップもなく要求を満足することができる。


解説

(1)課題の分析のしかたについて 

与えられた条件すべてに対して解答のシナリオを作り、それぞれに対する対応姿勢を示すようにしてください。

あたりをつけて調査し、検討のねらいを定めて提案することです。

 

(2) 解決策の提案、方策の考え方、書き方などについて

「〇○を調査し、(その結果より)〇〇を検討(考察、構築、計画)する」という文になるよう記述すると良いでしょう。

調査は、視点が偏らず幅広く複数34とするのが良いでしょう。。

検討すべき事項は調査結果を基に品質、安全、経済、環境性能を高める方策を技術士として考察するようにしてください。

各項目に番号をつけ、箇条書きで示すように。

 

(3) 留意点などの考え方、書き方などについて

調査、検討する項目の順番に従って関連性を示します。一貫性を意識して記述するように。

手順として解決策まで含めて35項目程度を時系列に挙げ、留意点を添えるのが良いでしょう。。

解決策を、どう考えてどうやるかを書き、そこにも工夫した点として留意点を添えて書くと良いでしょう。

 

(4) 調整の考え方、書き方などについて

見出しは、見やすく冗長にならないため1行以内としてください。

@関係者とはだれか、A私の意見は何か、また反対意見は何か?Bどうやって、それら意見をまとめるか。私の提案は?Cそれによって仕事はどのように効率化されるか?・・・以上のことが分かるように記述してください。

関係者はだれか。できれば自分以外に2(2)以上挙げると良いでしょう。

それぞれ意見は何か。自らの思いと相違する点を明確にするように。

私が技術提案することによって、問題となる意見の相違のもとを解決します。専門分野の技術応用によって仕事を改善して、反対意見を解消することを説明するように。

これによって、2者の意見がどう満たされるか、すなわち擦り合わせできるかを言うことです。

トレードオフ問題をすり合わせるため、反対意見に対する交換条件を提案し、WIN-WINの関係を維持してまとめるのが良いでしょう。

 

実際の体験より:工場の低圧幹線としてバスダクト+ボルトオンブレーカー分岐方式を採用したときのこと。協力会社はバスダクトメーカーの受注過多により生産が逼迫しており、設計仕様では納期が間に合わないと主張し、メーカーは設計数量では納期に間に合わせることは不可能という。私は施工性と工事費でメリットのあるバスダクト範囲縮小+幹線分岐盤を推奨した。安全性と保守性は原設計と変わらず、分岐盤設置により拡張性は向上することで取りまとめた。



R1/2019年 電気電子・電子設備 V-1

問題文 

我が国では、再生可能エネルギーを、2030年度にはエネルギーミックスにおける比率で22〜24%を達成させるとともに、その後も持続的に普及拡大させ、主力電源とする計画がある。そのためには、再生可能エネルギーが固定価格買取制度(FIT)に頼らない電源となる必要がある。2009年に開始された余剰電力買取制度(2012年にFITに移行)の適用を受けた10kW未満の住宅用太陽光発電設備が2019年11月以降、順次10年間の買取期間を終了することや、10kW以上の太陽光発電設備についても今後、順次20年間の買取期間が終了することを踏まえ、以下の問いに答えよ。

(1)技術者としての立場で多面的な観点から課題を抽出し分析せよ。

(2)抽出した課題のうち最も重要と考える課題を1つ挙げ、その課題に対する複数の解決策を示せ。

(3)解決策に共通して新たに生じうるリスクとそれへの対策について述べよ。


模範解答1   (簡易答案1)    添削履歴5    作成日2020/8/15    電気電子部門  電子設備    専門事項 建築電気設備


1. 再生可能エネルギーの課題

1) 再生可能エネルギーの大量導入下における電力品質の確保

→電力貯蔵設備の導入、自家消費型システムの普及、スマートグリッドとVPP

2) 電力システムのレジリエンス強化

→電力供給の分散化、電力融通連系線の増強、火力と揚水発電所の同時稼働

3) バイオマス発電における燃料の安定調達

→バイオマス燃料の分散化と多様化、国産木材等の利用による自給率向上

2.最も重要と考える課題と解決策

1) 最も重要と考える課題

・       再生可能エネルギーの大量導入下における電力品質の確保                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

2) 課題に対する解決策

@   電力貯蔵

再エネ発電地と需要地のミスマッチによる再エネ発電の出力抑制を解消するため、大容量蓄電池を導入する。COフリーの水素を製造するエネルギー源として再エネ発電を利用し、脱炭素化を図る。再生可能エネルギーを水素の形に変えて安定貯蔵し、災害などの非常時に必要に応じて電気と温水にして供給する。

A   自家消費型システム

電力需要の大きい建築物の屋上や外壁面に建材一体型太陽電池(BIPV)と電力貯蔵用蓄電池を導入し、自家消費型システムとしてZEBの普及に寄与する。

B   スマートグリッドと仮想発電プラント(VPP)

各需要家で使う電気の使用状況をリアルタイムに把握できるスマートグリッドと電力系統に点在する再エネ施設を統合的に制御し、一つの発電所にように機能させるVPP技術により、各地域の電力エネルギーの融通を可能とする。

3.解決策に共通して新たに生じうるリスクと対策

1)リスク:VPPにおける需給アンバランス

スマートグリッド内に点在する再エネ発電所や蓄電施設など、小規模な発電や送配電の制御対象が急増し、電力需要の変化に追随できず需給アンバランスが発生する。

2) 対策:蓄電設備のインテリジェント化

AI搭載型の蓄電設備を導入し、日々の電力消費データをAIが学習して翌日の消費電力量を予測して適切な制御を行うことにより、需給アンバランスを防止する。


 

この問題で講師から受講生様にご指摘申し上げた事項です。


1. 課題の抽出と分析

当初の課題の選定が誤っていました。

再生エネのコスト高などは常識です。これは課題とは言えません。

コスト問題の原因を分解することです。お金の額の問題ではありません。

課題とは、だから電気設備技術でどうするのか方針を示すことです。

電気設備技術でできることがなければ挙げても仕方ありません。

問題点を探すのではなく、それぞれ電気設備の視点で、どう解決可能かを考えて事業主に対して方向性、すなわち技術的課題を示すことです。そして前提条件に応えるようにしてください。

課題の抽出は内容の異なる領域を代表する3項目程度が良いでしょう。

見出しの課題表現の言葉の視点を統一することです。

課題は問題点から解決策へ向かう技術方針を言葉にすると良いでしょう。


2. 最も重要と考える課題と複数の解決策

課題がコストダウンだとすると、解決策の答えが発散してしまいます。


3. 解決策に共通して新たに生じうるリスクとそれへの対策

提案内容、技術に由来するリスクを挙げるようにしてください。

提案趣旨(電力貯蔵、自家消費、スマートグリッド)に由来するものではありません。IP通信は固有の設備事情によるものではありませんか。

これだけの容易なことなのに、なぜ当初に行わなかったのかと疑問に思いませんか。これは特殊事情に縛られており、リスクとは言えません。

リスクとして挙げた「急激な出力変動に対する周波数調整力の不足」とは解決策で示した電力貯蔵、自家消費型システムに逆行します。電力貯蔵、自家消費すればするほど出力変動は小さくなり、周波数は変動しなくなるはずであり、矛盾した内容となっているようです。リスクの論理的なチェックは必ず行うようにしてください。

「電力貯蔵用蓄電池の早期劣化」は「自然環境の変化」に由来し、大きい場合だけ成立するリスクであり、自然環境の変化が小さければ該当しません。なぜ大きいのか?@電力貯蔵A自家消費型システムBスマートグリッドをやればやるほど自然環境が変化が大きくなるのですか。

やはり解決策に由来したリスクを挙げるようにしてください。

提案内容@〜Bをやればやるほど発生するリスクとは何か?今や企業や公共機関のコンピュータシステムへのサイバー攻撃は当たり前のこととなっており、リスクとは言いにくいと思われます。対策は行われていますが、残念ながらそれは情報工学部門の領域です。出来たら電気電子部門電気設備のリスク、解決策はありませんか。