電気工学の一問一答

解説
スターデルタ始動は、始動時に電動機の巻線をスター（Y）結線にして各巻線にかかる電圧を下げ、回転が上がってからデルタ（Δ）結線に切り替えて運転する方法です。
スター結線では巻線にかかる電圧が1/√3になるため、始動電流も始動トルクも、全電圧で直接始動した場合の約3分の1になります。
始動時の大きな電流による電圧降下などを抑える目的で、比較的容量の大きい電動機に用いられます。

他の選択肢が誤りである理由
・スターデルタ始動は始動電流を小さくする方法で、約3倍に増えることはありません。
・始動トルクも約3分の1に小さくなるため、負荷の重い機械では始動できないことがあります。
・小容量の電動機は直入れ始動が一般的で、スターデルタ始動は比較的容量の大きい電動機に使われます。

覚え方のポイント
「スターデルタ＝始動電流もトルクも約1/3」。電流が減る長所と、トルクも減る短所をセットで覚えます。

解説
誘導電動機の同期速度（回転磁界の速さ）は、「120×周波数÷極数」で求めます。
120×50÷4＝1,500min⁻¹ です。
実際の回転速度は、すべりの分だけ同期速度よりわずかに遅くなります。
同じ電動機でも、60Hzの地域で使うと同期速度は1,800min⁻¹になり、ポンプや送風機の能力が変わる点に注意が必要です。

他の選択肢が誤りである理由
・3,000min⁻¹は、2極の電動機を50Hzで運転したときの同期速度です。
・1,000min⁻¹は、6極の電動機を50Hzで運転したときの同期速度です。
・750min⁻¹は、8極の電動機を50Hzで運転したときの同期速度です。

覚え方のポイント
「同期速度＝120f/p」。極数が多いほど遅く、周波数が高いほど速い。インバータで周波数を変えて回転数を制御する原理もこの式から分かります。

解説
力率は、有効電力（実際に仕事をする電力）を皮相電力（電圧×電流）で割った値で、0から1の範囲をとります。皮相電力を有効電力で割ると、定義の逆数になり、1以上の値になってしまいます。
力率が低いと、同じ有効電力を使うのにより大きな電流が必要になり、配線の損失や電圧降下が増えます。

他の選択肢が正しい理由
・進相コンデンサは電動機と並列に接続し、コンデンサに流れる進みの電流で遅れの電流を打ち消して力率を改善します。
・力率が1に近づくほど、同じ有効電力を送るのに必要な電流は小さくなります。
・誘導電動機は、電流が電圧より遅れて流れる遅れ力率の負荷です。

覚え方のポイント
「力率＝有効電力÷皮相電力」「進相コンデンサ＝並列接続で力率改善→電流が減る」。電気料金の力率割引にも関わるため、動力設備では一般的な対策です。

解説
電気設備の技術基準の解釈では、機械器具の金属製の外箱等の接地について、低圧のものは次のように定めています。
・使用電圧が300V以下 → D種接地工事
・使用電圧が300Vを超える → C種接地工事
接地工事は、漏電したときに外箱の電位が上がって感電するのを防ぐためのもので、ポンプや送風機の電動機でも必要です。

他の選択肢が誤りである理由
・A種接地工事は、高圧や特別高圧の機器の外箱などに施すもので、低圧300V以下の電動機の外箱には求められません。
・使用電圧が300Vを超える低圧の場合は、D種ではなくC種接地工事です。
・感電を防ぐため、低圧の電動機の外箱にも接地工事を施すのが原則です。

覚え方のポイント
「低圧300V以下＝D種、300V超＝C種、高圧＝A種」。空調・衛生設備の動力（三相200V）はD種が基本です。

解説
漏電遮断器は、電路と大地の間に電流が漏れる地絡（漏電）を検出すると、自動的に電路を遮断して感電や火災を防ぐ装置です。
水気のある場所や湿気の多い場所に設ける機器、屋外の機器など、漏電したときに感電のおそれが大きい電路には設置が求められます。
ポンプや冷却塔、給湯器など、水を扱う設備機器では特に重要です。

他の選択肢が誤りである理由
・電圧や周波数を変えて回転数を制御するのは、インバータなどの装置です。
・回転の向きの切替えは、電磁開閉器の接続の組替えなどで行い、漏電遮断器の役割ではありません。
・力率の改善に用いるのは進相コンデンサです。

覚え方のポイント
「漏電遮断器＝地絡を検出して遮断」「配線用遮断器＝過電流・短絡で遮断」「サーマルリレー＝電動機の過負荷を検出」。保護の役割の違いが問われます。

解説
電動機の極数を切り替えて回転数を段階的に変えるのは、極数変換電動機の方法です。インバータは、電源の周波数と電圧を変えて誘導電動機に供給し、回転数を連続的に制御します。
同期速度は「120×周波数÷極数」なので、周波数を変えれば極数を変えなくても回転数を変えられます。

他の選択肢が正しい理由
・インバータは、周波数と電圧を同時に変える（VVVF）ことで、電動機の回転数を連続的に制御します。
・インバータは電流の波形をひずませ、電源側に高調波を発生させることがあるため、必要に応じてリアクトルの設置などの対策を行います。
・ポンプの軸動力は回転数のおよそ3乗に比例するので、回転数を下げると軸動力はそれ以上の割合で大きく減ります。

覚え方のポイント
「インバータ＝周波数と電圧を変える（VVVF）」「軸動力は回転数の3乗に比例」「短所＝高調波」。空調の変流量、変風量方式の省エネの根拠です。

解説
三相交流の消費電力（有効電力）は、「√3×電圧×電流×力率」で求めます。
1.73×200V×10A×0.8＝2,768W≒2.8kW です。
単相交流の場合は√3を掛けず、「電圧×電流×力率」で求める点と区別しておきます。

他の選択肢が誤りである理由
・1.6kWは、単相の式（200×10×0.8）で計算した値で、√3を掛けていません。
・3.5kWは、力率を掛け忘れた値（1.73×200×10）です。
・4.8kWは、√3を2回掛けるなどした誤りです。

覚え方のポイント
「三相の電力＝√3・V・I・cosθ」「単相＝V・I・cosθ」。電動機の容量から電流を逆算する問題にも使えます。

解説
三相誘導電動機は、三相の電流がつくる回転磁界に引っ張られて回ります。
電源につながる3本の線のうち、いずれか2本を入れ替えると相の順番が逆になり、回転磁界の向きが反転して、電動機は逆向きに回ります。
試運転では、ポンプや送風機の回転方向が正しいかを必ず確認し、逆回転していれば結線を入れ替えます。

他の選択肢が誤りである理由
・3本を順番にずらすだけでは相の順番（回転の向き）は変わらず、同じ向きに回ります。
・電圧を変えても回転の向きは変わりません。定格と違う電圧をかけると、焼損の原因にもなります。
・接地線は安全のためのもので、外しても回転方向は変わらず、感電の危険が増すだけです。

覚え方のポイント
「逆回転は2本入替え」。試運転で最初に確認する項目の1つで、送風機の逆回転は風量不足の原因になります。

解説
許容電流は、電線の絶縁物が傷まない温度（許容温度）に収まるように流せる電流の上限です。許容温度は絶縁物の種類によって異なり、耐熱性の高い絶縁物の電線ほど多くの電流を流せます。したがって、許容電流は太さだけでは決まりません。
さらに、周囲の温度や、電線管に収める電線の数などの使い方によっても変わります。

他の選択肢が正しい理由
・周囲の温度が高いと熱を逃がしにくくなるため、許容電流は小さくなります。
・同じ管内に多くの電線を収めると互いの熱で温度が上がりやすいため、電流減少係数を掛けて許容電流を減らします。
・同じ種類の電線なら、太いほど抵抗が小さく発熱も少ないため、許容電流は大きくなります。

覚え方のポイント
「暑い所、電線が多い所では許容電流を減らす」「太い電線ほど多く流せる」「絶縁物の耐熱性でも変わる」。電動機の配線では、許容電流と電圧降下の両方を確かめます。

解説
熱動継電器（サーマルリレー）は、電動機に定格を超える電流が流れ続けると、その熱でバイメタルが曲がって接点を開き、電磁開閉器を切って電動機を停止させる装置です。
ポンプの詰まりや軸受の不良などで電動機に過大な負荷がかかったとき、巻線の焼損を防ぎます。
電磁開閉器と組み合わせて使われ、設定値は電動機の定格電流に合わせて調整します。

他の選択肢が誤りである理由
・漏電を検出して遮断するのは漏電遮断器の役割です。
・雷などの異常電圧から機器を守るのは、避雷器やサージ防護デバイスの役割です。
・回転数を連続的に変えて省エネルギーを図るのは、インバータの役割です。

覚え方のポイント
「サーマルリレー＝過負荷保護（熱で動作）」。試運転では、サーマルリレーの設定値が電動機の定格電流に合っているかを確認します。