エネルギー管理士（電気）試験問題

試験時間　９：００〜１０：３０

課目�T　電気管理概論並びに法及び法に基づく命令

問題１，２

問題１　次の文章は「エネルギーの使用の合理化に関する法律」及び「エネルギーの使用の合理化に関する基本方針」（平成５年通商産業省告示第３６１号）の一部である．

□の中に入れるべき適切な字句を語群から選び，解答例にならって記号で答えよ．なお，□４等は２箇所以上あるが，同じ記号が入る．

（解答例　２１−マ）

（定義）

第２条　この法律において「エネルギー」とは，燃料及びこれを熱源とする□１並びに電気をいう．

２　この法律において「燃料」とは，原油及び揮発油，重油その他通商産業省で定める石油製品，可燃性□２並びに石炭及びコークスその他通商産業省令で定める石炭製品であって，□３の用に供するものをいう．

（基本方針）

第３条　通商産業大臣は，工場又は事業場（以下単に「工場」という．），建築物，□４等に係るエネルギーの使用の合理化を総合的に進める見地から，エネルギーの使用の合理化に関する基本方針（以下「基本方針」という．）を定め，これを□５しなければならない．

２　基本方針は，エネルギーの使用の合理化のためにエネルギーを使用する者等が講ずべき措置に関する基本的な事項，エネルギーの使用の合理化の促進のための施策に関する基本的な事項その他エネルギーの使用の合理化に関する事項について，エネルギー需給の長期的見通し，エネルギーの使用の合理化に関する□６その他の事項を勘案して定めるものとする．

３　通商産業大臣が基本方針を定めるには，□７の決定を経なければならない．

４　通商産業大臣は，基本方針を定めようとするときは，あらかじめ，建築物の建築及び維持保全に係る部分については建設大臣に，エネルギーの消費との対比における□８の性能に係る部分については運輸大臣に協議しなければならない．

燃料資源の大部分を輸入に依存せざるを得ないエネルギー事情の下にある我が国においては，近年の□９の発展に伴う生産，流通及び消費の拡大，国民のライフスタイルの変化などを背景に，エネルギーの□１０は高い水準で増加している．しかしながら，国際的な□１１が逼迫するおそれは，恒常的に存在しており，また，主としてエネルギーの使用に起因する二酸化炭素の排出等による□１２は，人類の生存基盤に深刻な影響を及ぼすおそれがある重大な問題となっている．

この基本方針は，このような認識の下に，工場又は事業場（以下単に「工場」という．），建築物，□４等に係るエネルギーの使用の合理化を総合的に進める見地から，必要な事項を定めるものである．当該事項の実施に当たっては，エネルギーの使用量が□９の発展及びエネルギーの使用の合理化の推進に依存するとともに，産業構造，□１３，交通体系，国民のライフスタイルその他の社会の在り方の変化によっても影響を受ける事に留意しつつ，平成１２年度及び２２年度における我が国のエネルギーの使用量を，おおむね石油代替えエネルギーの供給目標（平成２年度通商産業省告示第４７０号）の策定に当たり勘案されているエネルギー需要の長期見通しの水準とすることを目標とする．

第１　エネルギーの使用の合理化のためにエネルギーを使用する者等が講ずべき措置に関する基本的な事項

１．工場においてエネルギーを使用して事業を行うものが講ずべき措置

（１）　工場においてエネルギーを使用して事業を行う者は，次の各項目の実施を通じ，エネルギー消費原単位の改善を図るものとする．

１）エネルギーを消費する設備の設置に当たっては，□１４が優れ，かつ，効率的な使用が可能となるものを導入すること．

２）□１４の向上及び効率的な使用の観点から，既設の設備の更新及び改善並びに当該既設設備に係るエネルギーの使用の□１５等の用に供する付加設備の導入に努めること．

３）エネルギーを消費する設備の運転並びに保守及び点検その他の項目に関し，□１６を設定し，これに準拠した管理を行うこと．

４）エネルギー管理者の的確かつ十分な活用その他工場における総合的なエネルギー□１７の充実を図ること．

５）工場内で利用することが困難な□１８を工場外で有効利用する方策について検討し，これが可能な場合にはその実現に努めること．

（２）エネルギーの供給の事業を行う者は，（１）に掲げる各項目の実施を通じエネルギーの□１９における効率の向上を図るとともに，エネルギーの供給のための施設全体としての□１４が需要の変動に応じて最良となるような効率的な施設の運用及びエネルギーの□２０における損失の低減を図るものとする．

（語群）

問題２　次の文章の□の中に入れるべき字句を解答例に倣って答えよ．

なお，同じ字句を２回使用しても良い．

（解答例　１７−省エネルギー）

（１）自然エネルギーの特徴として，□１エネルギーに起因する降水や風などの現象を利用する場合には，□２環境への影響は比較的小さいことが挙げられる．一方，単位面積当たりのエネルギー□３が小さいために有効利用法の開発に難しい課題が多いこと，また，発電量に比較して発電設備の建設に多量の□４を使用しなければならないことも重要である．

自然エネルギーには，水力，□５，太陽熱，□６，風力，□７，潮流，□８差，海洋温度差などがある．

（２）電力管理の目標は，電力料の低減，設備の□９使用，□１０電力の抑制，負荷の□１１化，□１２の適正化などを図ることにより，工場，事業場の生産活動や業務活動をより効果的に運営し，現状よりさらに合理的，経済的な電力の有効利用を考え，製品の電力□１３を下げようとするものである．

具体的な電力管理方法としては，□１４管理，電圧管理，□１５管理及び□１６の防止が挙げられる．

試験時間　１３：３０〜１５：００

課目�U　電気理論及び制御理論

問題３，４

ただし，透磁率μ＜Ｈ／ｍ＞，長さｌ＜ｍ＞，断面積Ｓ＜ｍ２＞の鉄心回路の磁気抵抗Ｒｍはｌ／（μＳ）＜Ａ／Ｗｂ＞で与えられる．

（１）一次コイルに１＜Ａ＞の直流電流を流した時，鉄心内に生じる磁束Φ＜Ｗｂ＞を求めよ．

（２）問い（１）の状態における二次コイルの鎖交磁束＜Ｗｂ＞を求めよ．

（３）一次コイルと二次コイルの間の相互インダクタンス＜Ｈ＞を求めよ．

ただし，電源の相回転は，ａ−ｂ−ｃの順とし，図に示された三相負荷以外のインピーダンスは無視するものとする．

試験時間　９：００〜１０：３０

課目�V　工場配電

問題　５，６

問題５　次の文章の□に入れるべき適切な字句又は数値を下記の語群から選び，解答例にならって記号で答えよ．

なお，同じ記号を２回以上使用しても良い．

（解答例　１１−ニ）

負荷状態を表現する係数としての負荷率及び需要率は一般に次の式で示される．

負荷率＜％＞＝□１／□２　×１００

需要率＜％＞＝□３／□４　×１００

特に，省エネルギーや電力需要の有効活用の観点から負荷率の改善は重要である．

いま，定格容量２０００＜ｋＶＡ＞の三相変圧器があり，図の実線で示されている□５に従って運転されている工場がある．

この工場では，負荷率の改善及び契約電力の低減を目的として空調設備に□６システムを採用した．これは，夜間に冷水（又は温水）を製造し，こてを槽に蓄え，昼間の冷房用（又は暖房用）として使用するシステムである．このシステムにより，図のように８時から１６時までの時間帯で斜線を施した部分の負荷（Ａ及びＢ）を，前日の２２時から当日の８時までの時間帯を網目を施した部分（Ｃ）に移行した．

この場合，負荷移行前の日負荷率は□７＜％＞，負荷移行後の日負荷率は□８＜％＞となる．

また，負荷移行前の需要率は□９＜％＞，負荷移行後の需要率は□１０＜％＞となる．

ただし，負荷の力率は常に送れ８５％とする．

（語群）

（１）変圧器の高圧側電流｜Ｉ_ＡＢ｜，｜Ｉ_ＢＣ｜，｜Ｉ_ＣＡ｜＜Ａ＞のそれぞれを求めよ．

（２）変圧器の全負荷損＜ｋＷ＞を求めよ．

（３）Ｉ_ＡＢを基準ベクトルとした場合，，Ｉ_ＢＣ，Ｉ_ＣＡベクトルの複素数表現をそれぞれ求めよ．

（４）高圧電路の負荷電流ベクトル（Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃ）の複素数表現及びその絶対値＜Ａ＞をそれぞれ求めよ．

（５）高圧線路全体の電力損失＜ｋＷ＞を求めよ．

試験時間　１０：５０〜１２：２０

課目�W　電気機器

問題　７，８

問題７　定格容量３００＜ｋＶＡ＞，定格運転時の全損失５＜ｋＷ＞で，仕様及び特性が同一の変圧器が２台ある．この２台の変圧器はいずれも５０＜％＞負荷の時最高効率が得られる．いま，１日のうち１６時間を１２０＜ｋＷ＞の負荷で運転する場合について，つぎの（１）〜（６）の各問に答えよ．ただし，負荷の力率は常に１で一定とする．

（１）１台の変圧器について，定格運転の無負荷損失＜ｋＷ＞及び負荷損失＜ｋＷ＞を求めよ．

（２）１台の変圧器のみを運転して負荷を負う時，１日当たりの損失電力＜ｋＷｈ＞を求めよ．

（３）１２０＜ｋＷ＞の負荷を１台の変圧器のみを運転して負う場合と，２台の変圧器を並行運転して負う場合のそれぞれにつき，変圧器の損失を求めよ．

（４）２４０＜ｋＷ＞の負荷を１台の変圧器のみを運転して負う場合と．２台の変圧器を並行運転して負う場合のそれぞれにつき，変圧器の損失＜ｋＷ＞を求めよ．

（５）１日のうち，２台の変圧器をどのように運転すれば最も省エネルギーになるか述べよ．

（６）変圧器１台のみを運転する場合に対して，問（５）の解答のような運転を行った時の１日当たりの損失電力の低減量＜ｋＷｈ＞を求めよ．

問題８　次の文章の□の中に入れるべき適切な字句を解答例にならって答えよ．

なお，□８等は２箇所あるが，同じ字句が入る．

（解答例　１４−直流機）

三相誘導電動機は大きく分けてかご形と□１の２種類がある．後者では，□２巻線をスプリングを介して外部抵抗に接続し，その抵抗値を選ぶことにより，始動電流を抑えながら最大□３で始動させることが可能である．また，半導体電力変換装置を用いて二次□４制御を行えば，二次側電源との間で電力の授受を行いながら，効率よく広範囲の速度制御を行うことができる．

かご形誘導電動機は□８始動すると定格の５００〜８００％程度の始動電流が流れ，１００〜３００％程度の□９を発生する．Ｙ−Δ開閉器を用いて始動すれば始動電流を□８始動時の□１０に抑えることができるが，□９は１／３に減少する．かご形誘導電動機の選定に際しては始動時の□１１側のトルク特性を把握し，始動渋滞を起こさないように配慮することが必要である．

かご形誘導電動機は定格出力の１０％前後の負荷損失及び□１２損を持ち，極端な軽負荷で使用すると効率が□１３する．したがって，負荷が要求する容量より過大な定格容量の電動機を選択することは，電力の有効利用の点から好ましくない．

試験時間　１３：３０〜１５：００

課題�D　電動力応用

問題　９，１０

（１）加減速時のトルクと角速度の関係より，電動機軸から見たシステム全体の慣性モーメントＪ＜ｋｇ・ｍ^２＞をω_ｎ及びＴ_ｎを用いて表せ．

（２）機械ブレーキで熱となる平均損失Ｐ_ｂ＜Ｗ＞をω_ｎ及びＴ_ｎを用いて表せ．ただし，機械ブレーキのトルクはコンベヤの定格運転に必要なトルクに比べて十分大きいものとする．

（３）汎用インバータから電動機に供給される平均電力Ｐ_ｍ＜Ｗ＞及び商用電源から汎用インバータに供給される平均電力Ｐ_ｓ＜Ｗ＞を，それぞれω_ｎ及びＴ_ｎを用いて表せ．ただし，通常，汎用インバータは図２のような構成になっており，インバータの商用電源整流回路が電源回生能力を持たないため，制動時に電動機から直流側に戻る電力は全て制動抵抗で消費される．また，電動機及びインバータの損失は無視できるものとする．

（４）次に電動機の損失について考える．無負荷損Ｐ_ｉ＜Ｗ＞は通電期間中一定であり，負荷損はトルクの２乗に比例してｋ_ｃＴ^２＜Ｗ＞で与えられ，その他の損失は無視できるものとして，電動機の平均損失Ｐ_ｌ＜Ｗ＞をＰ_ｉ，ｋ_ｃ，ω_ｎ及びＴ_ｎを用いて表せ．

問題１０　次の文章の□の中に入れるべき適切な字句を語群から選び，解答例にならって記号で答えよ．

（解答例　１２−ハ）

高層ビル，高級ホテル，デパートなどで使用される高速エレベータでは，電動機と綱車間の伝動機構に□１方式を採用している．

□２の持つ□３と□４という特有の複雑な構造のため，保守に手間がかかり経済的負担が大きいという欠点があるが，速度制御が容易であるという利点から，使用する電動機には従来□５電動機が用いられ，□６方式によって精密な速度制御が行われてきた．

一方，構造簡単，堅牢で保守が容易であるが，精密な速度制御が困難であった□７電動機も，近年のパワーエレクトロニクスの進歩によって実用化された□８で駆動することによりこの困難も克服され，最近ではこの駆動方式が普及してきている．

この方式では，速度を制御するために□９を変化させるが，このとき電動機の□１０を一定に保つために□１１も同時に変化させる必要がある．

（語群）

課目�Y　電気加熱，電気化学，

照明及び空気調和

（選択問題）

電気加熱　　　　問題　１１，１２

電気化学　　　　問題　１３，１４

照　　明　　　　問題　１５，１６

空気調和　　　　問題　１７，１８

４科目８問中２科目にわたり

２問選択し解答すること．

（�Y−�T）電気加熱

問題１１　鋳鉄を誘導炉にて生産している設備がある．

この設備について，次の（１）〜（４）の各問に答えよ．

ただし，

Ｐ：入力電力＜ｋＷ＞

η：入力電気効率

ｋ：操業時の平均負荷率

Ｌ：操業時の平均熱損失＜ｋＷ＞

Ｍ：鋳鉄１トン当たりの電力原単位＜ｋＷｈ／ｔ＞

Ｎ：鋳鉄１トン当たりの換算の耐火断熱材蓄熱損失の電力原単位＜ｋＷｈ／ｔ＞

とする．

（１）必要な入力変圧器容量Ｓ＜ｋＶＡ＞を求めよ．

（２）入力力率を１００＜％＞に改善するための進相コンデンサ容量Ｑ＜ｋｖａｒ＞を求めよ．

（３）鋳鉄の生産量Ｈ＜ｔ／ｈ＞を求めよ．

（４）この設備の省エネルギー操業をするための対策について３件提案せよ．

問１２　次の文章の□の中に入れるべき適切な字句又は記号を解答例にならって答えよ．

なお，□３等は２箇所あるが同じ字句が入る．

（解答例　１８−加熱）

（１）一般に固体壁と流体との間の熱移動は，電熱現象の三つの様式である□１伝熱，□２伝熱，□３伝熱が複合されたものである．固体壁面と流体間の温度差が小さく，また，□３伝熱がほとんど関与しない場合，両者間の熱移動現象を□４と呼ぶ．

この場合，固体壁面と流体間の単位面積，単位時間当たりの熱移動量ｑは，近似的に，

ｑ＝ｈ（θ_１−θ_２）　＜Ｗ／ｍ^２＞

で表される．

ここで，θ_１：固体壁面の温度，θ_２：境界層から離れた液体の温度であり，ｈは□５と呼び，その単位は□６で表される．

（２）２種の金属で構成された閉回路で，二つの接続点にそれぞれ異なる温度を与えると，この回路に電流が流れる．これを□７効果といい，この効果を利用したものが□８温度計である．

被測定物から出る□９エネルギーを集光し，電気量の変かに変えて測温するのが□９温度計である．被接触で測温できる利点はあるが，被測定物の□１０が，その材質，温度，表面状態によって変わることと，周囲の雰囲気の影響を受けることから精度が比較的悪いのが欠点である．

（３）間接抵抗加熱の熱源である□１１は，小さい電流でできるだけ大きな出力が得られるように，□１２の比較的大きなものが望ましい．

（４）誘導加熱を鋼の表面焼き入れに応用する場合は，均一加熱するときに比べて，被加熱物へ投入する□１３を大きくするとともに，電源の周波数を□１４くする必要がある．

（５）製鋼用アーク炉は，交流三相方式に比べて直流方式が増加している．これは直流方式が，操業時の環境面で□１５が小さく，電源電圧の変動すなわち□１６が少ないという利点があるほか，□１７材料の消耗も少なくランニングコスト（運転費）の上からも有利だからである．

（�Y−２）電気化学

問題１３　食塩電解に関する次の文章中の□に入るべき適切な字句又は数値を解答例にならって答えよ．

（解答例　１１−電気化学）

食塩電解では次の反応が利用される．

２ＮａＣｌ　＋　２Ｈ_２Ｏ　→　２ＮａＯＨ　＋　Ｃｌ_２　＋　Ｈ_２

問題１４　燃料電池では，燃料の酸化反応と酸化剤の還元反応とを別々の電極界面で行わせ，排熱も有効に利用しやすい．水素を燃料とし酸素を酸化剤とする水素・酸素燃料電池について，次の（１）〜（５）の各問いに答えよ．

（１）この電池内で起こる化学変化を，１つの化学反応式で示せ．

（２）この電池の正極（＋極）で反応するのは，水素又は酸素のいずれであるか．

（３）＜Ａｈ／ｍｏｌ＞単位のファラデー定数を導出せよ．（有効数字４桁）

（�Y−３）照明

問題１５　次の照明の基礎に関する文章の□の部分に，適切な字句，数値又は記号を，解答例にならって答えよ．

なお，□８等は２箇所あるが，同じ字句，数値又は記号が入る．

（解答例　１１−光源）

光放射は電磁エネルギーの一種で物理量と呼ばれ，その単位は□１で表される．可視光を人間の視覚で感じるときの基本量は□２で，その単位は□３である．人間の視覚は光放射の波長に対して□４であって，可視光より波長の長い□５や，波長の短い□６は知覚しない．このような人間の知覚に関わる量を□７量と呼ぶ．

照明に用いる光源を評価するときには，光源に入力した電力が，どの程度人間の視覚で感ずる量に変換されたかを示す値である□８を高くすることが大切で，その単位は□９で表される．例えば，代表的な光源である４０ワット白色蛍光ランプの□８の値は□１０□９程度である．

問題１６　同一の照明器具を２０台設置して全般照明を行っている面積８０＜ｍ^２＞の事務室において，作業面の平均照度が７００＜ｌｘ＞であるとき，次の全光束は６２００＜ｌｍ＞，総合効率は７０＜ｌｍ／Ｗ＞及び保守率は０．７５とする．

（１）この照明器具の照明率を求めよ．

（２）１日の点灯時間を８時間として，１年間（３６５日）に消費する電力量＜ｋＷｈ＞を求めよ．

（３）事務室のリニューアル（改装）と照明器具の交換を行うことによって，保守率と照明率がいずれも６％改善された．平均照度を７００＜ｌｘ＞のままとするならば，照明器具は何台設置すればよいかを求めよ．ただし，ランプの全光束及び総合効率は変わらないものとする．

（４）問（３）の結果から，１年間に節約できる電力量＜ｋＷｈ＞を求めよ．

（�Y−４）空気調和

問題１７　次の□の中に入れるべき適切な字句を語群から選び，解答例にならって記号で答えよ．なお，同じ記号を２回以上使用してもよい．

（解答例　２６−ソ）

空調設備の方式は，一般に，使用される□１の種類により分類される．全空気方式には，□２などが利用される．空気・水方式には，□３などが利用される．水方式には，□などが利用される．冷媒方式には，□５などが利用される．

この分類により各方式の特徴を以下に述べる．

＜全空気方式＞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＜水方式＞

（１）外気冷房が□６　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）外気冷房が□１６

（２）ダクトスペースが□７　　　　　　　　　　　　　　　（２）ダクトスペースが□１７

（３）室内の水配管が□８　　　　　　　　　　　　　　　　（３）室内の水配管が□１８

（４）搬送動力が□９　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）搬送動力が□１９

（５）個別制御が□１０　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）個別制御が□２０

＜空気・水方式＞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＜冷媒方式＞

（１）外気冷房が□１１　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）外気冷房が□２１

（２）ダクトスペースが□１２　　　　　　　　　　　　　　（２）ダクトスペースが□２２

（３）室内に水配管が□１３　　　　　　　　　　　　　　　（３）室内に水配管が□２３

（４）搬送動力が□１４　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）搬送動力が□２４

（５）個別制御が□１５　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）個別制御が□２５

（語群）

問題１８　冷凍機の高効率化に関する次の文章の□の中に入れるべき適切な字句を語群から選び，解答例にならって記号で答えよ．

なお，同じ記号を２回以上使用してもよい．

（解答例　１６−ト）

（１）□１方式を採用すれば冷凍機を□２負荷率で運転することが出来るので，運転効率が良くなる．

（２）冷凍機への□３冷水温度によって容量制御を行えば，低負荷時は自動的に□４温度を高くすることになり，理論成績係数が大きくなって省エネルギーに貢献する．

（３）冷媒の□５・圧縮を多段で行い，エコノマイザを用いて各段の膨張過程で発生した冷媒ガスを圧縮機で吸入すると，冷媒の□６器入口エンタルピーを下げることができる．これにより冷凍効果が増し成績係数が高まる．

（４）凝縮器出口における□７液を□８状態にすることによって，上と同じような効果を得ることができる．

（５）蒸発器や凝縮器の熱交換部の□９を高める工夫を行うことによって，□１０の蒸発温度や凝縮温度を冷水や□１１の出口温度にできるだけ近づけると，理論成績係数の値が高まる．

（６）冷水出口温度を一年中一定値に放置しないで，季節の移り変わりとともにその□１２値を，その時期に許容される最高温度にリセットすることによって，中間期の□１３負荷時の成績係数を高く保つことができる．これは□１４システムにおいて特に効果が大きい．それは，槽からの□１５が小さくなり，絞り運転を行わないので，理論成績係数の向上がそのまま効いてくるからである．

（語群）