出典：建築物衛生管理技術者試験令和3年度(2021年)｜建築物の構造概論第99問
問題
電気及び電気設備に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 同一定格の電力では、同一電流値であれば交流のピーク電圧値は、直流に比べて高い。
(2) 建築設備に電力を送るケーブルの許容電流値は、配線用遮断器の定格電流値より小さくする。
(3) 電動機の起動時に過電流が流れて異常を起こさないために、スターデルタ起動方式が用いられる。
(4) 電力は、電圧と電流の積に比例する。
(5) 地域マイクログリッドとは、自然エネルギー発電を組み合わせ、地域の電力需要を満足する電力システムである。
ビル管過去問｜電気設備の基礎知識｜交流直流・許容電流・起動方式を解説
この問題は、電気の基本である交流と直流の違い、ケーブルと遮断器の関係、電動機の起動方式、電力の基本式、さらに地域マイクログリッドの概念について問う問題です。正答は(2)です。ケーブルの許容電流値は、過熱や焼損を防ぐため、配線用遮断器の定格電流値以上となるように設計するのが原則です。そのため、「許容電流値は遮断器の定格電流値より小さくする」とする記述は逆になっており、不適当です。他の選択肢は、電気設備の基本的な考え方として適切な内容です。
(1) 同一定格の電力では、同一電流値であれば交流のピーク電圧値は、直流に比べて高い。
適切です。交流は時間とともに電圧が変化するため、通常は実効値で扱います。家庭用電源の100Vや200Vも実効値で示されています。交流の正弦波では、ピーク電圧は実効値の約1.414倍になります。一方、直流は一定の値を保つため、ピーク値という考え方をすると実効値と同じです。したがって、同じ電流値で比較した場合、交流は実効値を基準にしてもピーク電圧が直流より高くなります。この性質は、絶縁設計や機器選定の理解にもつながる大切な基本です。
(2) 建築設備に電力を送るケーブルの許容電流値は、配線用遮断器の定格電流値より小さくする。
不適切です。これはケーブル保護の考え方と逆です。ケーブルには安全に流せる電流の上限である許容電流値があります。もし配線用遮断器の定格電流値の方が大きいと、ケーブルに危険な大電流が流れても遮断器がすぐに動作せず、ケーブルが発熱して絶縁劣化や火災の原因になるおそれがあります。そのため、一般にはケーブルの許容電流値が遮断器の定格電流値以上となるように組み合わせます。つまり、先に危険になる電線を守るために、遮断器の方を適切に小さく設定するのが原則です。この問題ではその大小関係を逆にしている点が誤りです。
(3) 電動機の起動時に過電流が流れて異常を起こさないために、スターデルタ起動方式が用いられる。
適切です。三相誘導電動機は起動時に大きな電流が流れやすく、そのまま始動すると配線や機器に負担がかかったり、電圧降下を起こしたりすることがあります。スターデルタ起動方式は、起動時にはスター結線として各巻線に加わる電圧を下げ、起動電流を抑えます。その後、回転が安定した段階でデルタ結線に切り替え、通常運転に入ります。これにより、始動時の突入電流を抑制できるため、設備保護や電源系統への悪影響の軽減に役立ちます。試験では「起動電流低減のための方式」として押さえておくと判断しやすいです。
(4) 電力は、電圧と電流の積に比例する。
適切です。電力は、電気エネルギーがどれだけの速さで使われるかを表す量で、基本的には電圧と電流の積で表されます。直流回路では電力P＝電圧V×電流Iで求めます。交流回路では力率の影響も受けるため、厳密には有効電力P＝V×I×力率となりますが、「電力は電圧と電流の積に比例する」という基本的な理解としては正しいです。試験では、まず直流の基本式を確実に覚え、そのうえで交流では力率が関係することまで結びつけられると得点しやすくなります。
(5) 地域マイクログリッドとは、自然エネルギー発電を組み合わせ、地域の電力需要を満足する電力システムである。
適切です。地域マイクログリッドは、太陽光発電や風力発電、蓄電池、場合によっては非常用発電機などを組み合わせ、特定の地域や施設単位で電力を効率よく供給する仕組みです。平常時は系統電力と連携して運用し、災害時には独立して電力供給を継続できるようにする考え方も含まれます。近年は再生可能エネルギーの活用や防災性向上の観点から注目されています。設問文の説明は概略として妥当であり、地域の需要を支える電力システムという理解で問題ありません。
この問題で覚えるポイント
電気の基礎では、まず交流と直流の違いを明確に覚えることが重要です。直流は電圧や電流が一定であり、交流は時間とともに変化します。交流は通常、実効値で表示され、ピーク値は実効値の約1.414倍になります。この関係は、交流の数値感覚を問う問題でよく使われます。 配線設計では、ケーブルの許容電流値と遮断器の定格電流値の関係が最重要です。原則として、ケーブルの許容電流値以上の電流が長く流れないよう、遮断器の定格電流値を適切に選定します。つまり、電線を守るために遮断器が先に働く関係にする、という考え方を押さえることが大切です。 電動機では、起動時に通常運転時より大きな電流が流れることを覚えておく必要があります。その対策として、スターデルタ起動方式のような始動電流を抑える方法があります。始動方式は、電動機保護だけでなく、系統への影響を減らす意味でも重要です。 電力の基本式は、直流では電圧×電流、交流ではこれに力率が関係する、という整理が得点に直結します。見かけの電力、有効電力、無効電力の違いまで発展して問われることもあるため、基本式を土台として理解しておくと応用が利きます。 地域マイクログリッドは、再生可能エネルギー、蓄電池、分散型電源を組み合わせた地域単位の電力システムです。省エネルギー、災害対策、地域自立性と関連づけて理解すると、単なる用語暗記ではなく実務的な意味もつかみやすくなります。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、もっともらしい言い回しで大小関係を逆にしている点にあります。特にケーブルの許容電流値と遮断器の定格電流値の関係は、知識があいまいだと「安全のため小さい方がよいのではないか」と日常感覚で判断してしまいがちです。しかし実際には、電線を危険な過電流から守るため、遮断器が先に動作するように選定しなければなりません。この「保護される側と保護する側の関係」を整理できていないと、誤答しやすくなります。 また、交流と直流の比較では、交流の100Vをそのまま最大値だと思い込むと判断を誤ります。交流の電圧表示は実効値であるという前提を忘れると、ピーク値の理解があいまいになり、正しい選択肢まで不安に感じてしまいます。試験では、表示されている値が何の値なのかを意識することが大切です。 さらに、電力の式についても、交流では力率が関係することを知っている受験者ほど、「電圧と電流の積に比例する」という表現に引っかかることがあります。しかし設問は「比例する」と述べており、基本関係を聞いているだけです。このように、厳密な専門知識を持っている人ほど、基本表現を過剰に疑ってしまうことがあります。試験では、設問が基本事項を問うているのか、厳密な条件まで含めているのかを見極める視点が重要です。