目指せ!電気主任技術者~解説ノート~

第一種電気主任技術者の免状保有者がまとめた電気主任技術者試験の解説ノートです。

「令和5年度 第三種電気主任技術者試験に係る問題作成方針」を読む

令和4年12月1日,(一財)電気技術者試験センター 第三種電気主任技術者試験委員会より,「令和5年度第三種電気主任技術者試験に係る問題作成方針」が公表された。

受験者の学習目標を明確化し,試験を通じて必要な知識・能力を持つ技術者を輩出していくことは重要であると思料され,計画的学習の指針となることを目的として,この問題作成方針が公表された。

問題作成方針において,出題の範囲が明示されていた。

本ブログで取り扱う内容の参考にするため,出題範囲を精読した。

理論科目

理論科目の内容は「電気理論,電子理論,電気計測及び電子計測」である。

理論科目の出題範囲は,以下のとおり。

電気に関する基本物性や計測技術に関する理解と分析力を問う。
電気磁気理論、電気回路理論、固体電子理論、真空電子理論、電子回路理論、電気・電子計測を出題範囲とする。

理論科目においては,問われる内容は変わらない。

電力科目

電力科目の内容は「発電所及び変電所の設計及び運転、送電線路及び配電線路(屋内配線を含む。) の設計及び運用並びに電気材料」である。

電力科目の出題範囲は,以下のとおり。

電気エネルギーの生産から流通までの技術的知識とその応用力を問う。
発変電・送配電の各種電気工作物は我が国の国土上にネットワークとして広がり、生活と産業を維持する上で重要なインフラを形成している。これらの設計・建設・運転に関する技術の基礎的理解に関する出題を行うとともに、電気エネルギー供給面における安全確保と災害・事故対応、環境の保全再生可能エネルギー等の新技術への対応といった応用面等について問う。また、電気材料及び高電圧工学についても出題範囲とする。

電力科目においては,近年の動向を踏まえ,問われる内容が具体的に明示されている。

機械科目

機械科目の内容は「電気機器、パワーエレクトロニクス、電動機応用、照明、電熱、電気化学、電気加工、自動制御、メカトロニクス並びに電力システムに関する情報伝送及び処理」である。

機械科目の出題範囲は,以下のとおり。

電気エネルギーの利用、電気機器に関する技術的知識とその応用力を問う。
生活・産業の維持に電気は不可欠であり、これらの基本的要素となるパワーエレクトロニクス、電動機応用、照明、電熱、電気化学、電気加工、自動制御、メカトロニクス並びに情報伝送及び処理等について近年の技術の進歩を考慮しつつ問う。また、燃料電池などのクリーンエネルギーや太陽光発電などの再生可能エネルギーとその有効利用のためのバッテリーを含む,エネルギーマネージメントなどの基礎的知識についても出題範囲とする。

機械科目において,クリーンエネルギー,再生可能エネルギーといった脱炭素社会の推進に必要な技術が出題範囲に含まれることが明示されている。

法規科目

法規科目の内容は「電気法規(保安に関するものに限る。)及び電気施設管理」である。

法規科目の出題範囲は,以下のとおり。

電気工作物とその保安について、計画・設計・建設・管理に必要な法令・技術基準等に関する知識、及びそれらに基づく的確な判断力を問う。
電気関係法令(電気事業法電気工事士法電気工事業法、電気用品安全法)、各種技術基準(電気設備技術基準、発電用風力設備技術基準、発電用太陽電池設備技術基準等)、及び技術的知識も踏まえた電気施設全体の運営について問う。また,電気工作物における我が国のサイバーセキュリティ対策についても出題範囲とする。

法規科目においては,事業用電気工作物の運用や電力利用における情報化の進展は著しいことから,電気工作物における我が国のサイバーセキュリティ対策についても出題範囲とすることが明示されている。

参考文献

 

配電計画

配電計画を立てるためには,まず将来の需要電力を正確に把握しなければならない。

もし,この想定が狂えば設備が無駄になったり,不足して,供給支障をきたすことになる。

また,配電方式を決めるためには,その地域における需要密度を適格に予測する必要がある。

需要内容

電力は生産即消費で貯蔵することができないため,電力需要を把握するためには単に 1 か月もしくは 1 年間の総使用量を予想するだけでは不十分で,1 年間の最大電力,さらに時々刻々の負荷の動きの負荷曲線を把握しておく必要がある。

需要諸係数

需要率

需要家の実際に起こる最大電力は設備容量より小さいのが風痛で,需要の種別・地域・期間によって相違するが,それぞれある一定の割合となる。

この最大需要電力と設備容量合計との百分率を需要率(demand factor)という。

需要率 = 最大需要電力 [kW] / 設備容量 [kW] × 100 [%]

この需要率は一般電灯需要家では 50 ~ 75 % 程度である。

不等率

需要家群・配電変圧器群あるいは配電幹線群などの同種類の負荷群において,各個の最大需要電力は同時刻に起こるものではなく,その発生時刻には時間的にずれがある。

このため各負荷を総括したときの最大需要電力は各個の最大需要電力の和より小さくなる。

この割合を示すものを不等率(diversity factor)といい,次式で表す。

不等率 = 各負荷の最大需要電力の和 / 総括したときの最大需要電力

都市部の不等率の概数例を示す。

  • 電灯負荷相互間 1.07 ~ 1.45
  • 小口電力負荷相互間 1.58
  • 特高需要家相互間 1.15
  • 配電変電所における各需要家間 1.33
  • 低圧配電線間(繁華街) 1.07 ~ 1.29

負荷率

電気の負荷の使い方は種別・地域・時刻・季節などによって違ってくる。

この需要電力の変動の割合を負荷率(load factor)という。

需要家・配電幹線あるいは変電所などである期間の平均需要電力と最大需要電力との割合で示す。

負荷率 = ある期間中の平均需要電力 [kW] / その期間中の最大需要電力 [kW] × 100 [%]

負荷率を表す期間のとり方によって日負荷率・月負荷率・年負荷率がある。

負荷率の変遷

九電力会社全体の負荷率(年間負荷率)の変遷を示す。

  • 1951年度 72.9 %
  • 1969 年度 69.1 %
  • 1973 年度 62.0 %(オイルショック
  • 1994 年度 55.0 %(最低値)
  • 2008 年度 66.8 %

負荷率の低迷は,電気事業者にとって,原価高騰の大きな要因となる。

1994 年度以降,負荷率が上昇に転じたのは,ピーク平準化を目指す一連の料金制度の改定がある程度効果をあげたためだ。

また,1990 年代後半以降の時期には,昼間ピークの先鋭化にも歯止めがかかった。

これは,ピーク平準化を目指す料金制度改定が成果をあげたこと,生活の 24 時間化が進みコンビニエンスストアファミリーレストラン,ホテル等が急増して業務用電力の原単位が上昇に転じたこと,などによるものである。

参考文献

更新履歴

  • 2023年1月13日 新規作成
  • 2023年1月14日 参考文献に「電力改革――エネルギー政策の歴史的大転換」を追加

目指せ!電気主任技術者~解説ノート~ の 2022 年アクセス解析

「目指せ!電気主任技術者~解説ノート~」の 2022年1月1日から12月31日までのアクセス解析を行う。アクセス解析に用いるデータは,Google Search Console のデータである。

日次のクリック数,表示回数,CTR,掲載順位

2022年1月1日から12月31日までのクリック数の推移を示す。日次のクリック数は青線,7 日間移動平均は赤線,28 日移動平均は緑線で示している。

クリック数は年間を通じて順調に伸びていることがわかる。また,クリック数の最大値は 602 回で 12月12日に記録した。

図 クリック数の推移

図 クリック数の推移

2022年1月1日から12月31日までの表示回数の推移を示す。日次の表示回数は青線,7 日間移動平均は赤線,28 日移動平均は緑線で示している。

表示回数も年間を通じて順調に伸びていることがわかる。表示回数の最大値は 7,250 回で 11月8日に記録した。

図 表示回数の推移

図 表示回数の推移

2022年1月1日から12月31日までの CTR の推移を示す。日次の CTR は青線,7 日間移動平均は赤線,28 日移動平均は緑線で示している。CTR は 7 % 台を推移しているが,2023 年は CTR 10 % 以上を目標としたい。

図 CTR の推移

図 CTR の推移

2022年1月1日から12月31日までの 掲載順位 の推移を示す。日次の 掲載順位 は青線,7 日間移動平均は赤線,28 日移動平均は緑線で示している。掲載順位は 10 位台の前半を推移しているが,2023 年は 10 位以内を目指したい。

図 ランキングの推移

図 ランキングの推移

クリック数,表示回数のパレート図

クリック数(N= 53,946)のパレート図を示す(クリック数 10 未満のページは足切り)。上位の 60 ページで,全体のクリック数の約 80 % を占めていることがわかる。

図 クリック数のパレート図

図 クリック数のパレート図

クリック数トップ 10 は以下のとおり。

表示回数(N = 719,708)のパレート図を示す(クリック数 10 未満のページは足切り)。こちらは,上位 70 ページで,全体の表示回数の 80 % を占めている。

図 表示回数のパレート図

図 表示回数のパレート図

各ページのクリック数と表示回数の相関

日次のクリック数,表示回数の相関を見るため,表示回数を横軸,クリック数を縦軸とした散布図を示す。

また,説明変数を表示回数,目的変数をクリック数として,線形単回帰分析を行ったところ,表示回数とクリック数には,正の相関があることがわかる(回帰係数は 0.081,切片は -18.3,決定係数は 0.800)。

散布図には線形回帰直線を合わせて示す。

図 クリック数と表示回数との関係

図 クリック数と表示回数との関係

クエリの分析

バブルチャートを用いて,クエリの分析を試みた。

クエリの分析(クリック数)

まず,横軸を CTR,縦軸を掲載順位として,クリック数をバブルの大きさで表したバブルチャートを下図に示す。クリック数が上位 30 には,データラベルとしてクエリを付与した。

クリック数の多いページに関するクエリが上位を占めている。

  • 短絡容量 924 クリック
  • 短絡容量とは 630 クリック
  • 間欠アーク地絡 238 クリック
  • 同期リアクタンス 277 クリック
  • 中性点接地 225

図 クエリの分析(クリック数)

図 クエリの分析(クリック数)

クエリの分析(表示回数)

次に,横軸を CTR,縦軸を掲載順位として,表示回数をバブルの大きさで表したバブルチャートを下図に示す。クリック数が上位 100 には,データラベルとしてクエリを付与した。

表示回数は多いが,クリックまでに至らないクエリが見える化される。これらのクエリからクリックにつながるよう記事の改修が必要である。

図 クエリの分析(表示回数)

図 クエリの分析(表示回数)



バイスの内訳

クリック数,表示回数それぞれにおいて,デバイスの内訳を調べる。本サイトのユーザの約 6 割はパソコンを用いていることがわかる。

図 デバイスの内訳(クリック数)

図 デバイスの内訳(クリック数)

図 デバイスの内訳(表示回数)

図 デバイスの内訳(表示回数)

参考文献

electrical-engineer.hatenablog.jp

更新履歴

  • 2023年1月3日 新規作成
  • 2023年1月7日 クエリの分析を追加
  • 2023年1月21日 CTR と掲載順位の推移を追加,各ページのクリック数と表示回数の相関に「線形単回帰分析」を追加
  • 2023年2月4日 誤記を訂正
  • 2024年1月3日 クリック数トップ 5 → 10 に変更

電気主任技術者の PEST 分析 2023年版

電気主任技術者を取り巻く「マクロ的な環境要因」を考えるため,PEST 分析*1を行ってみた。

電気主任技術者制度は我が国における電気保安の安全・安心を確保する制度であるが,電気主任技術者の高齢化,外部委託受託者への入職者減など将来的に制度を安定的に維持するのが困難な状況となっている。

これを踏まえると,電気主任技術者は不足する可能性が大きいため,今のうちに,電気主任技術者の免状を取得しておけば,就職に有利と思われる。

政治 Politics

経済 Economy

  • 2023年度よりレベニューキャップ制度の第一規制期間(5 年間)が始まる
  • 太陽光発電設備や風力発電設備を中心に再生可能エネルギー発電設備が急増(Decentralization)
  • 業務ビル(高圧)の設置件数が著しく増加

社会 Society

技術 Technology

  • 電気主任技術者の五感などマンパワーに依存しているが,熟練技術者の高年齢化,新たな人材確保が困難な状況であり,技術継承がなされない。
  • 経済産業省を中心として電気保安のスマート化*8が掲げられている(Digitalization)
    • センサー,IoT 等の先進技術を利用した状態監視技術,予兆検知技術
    • リスクに応じたタイムリーな点検等が可能(RBM*9

参考文献

更新履歴

*1:PEST 分析とは,政治,経済,社会,技術といった 4 つの観点からマクロ環境(外部要因)を分析するマーケティングフレームワークのこと。これは,戦略的分析または市場調査を行う際の外部分析の一部であり,考慮すべきさまざまなマクロ環境要因の概要を示す。

*2:再生可能エネルギーの普及政策の一つであり,再生可能エネルギーで発電した電気を,長期間固定優遇価格にて電力会社が買い取ることを国が約束する制度。FIT = Feed-in Tariff

*3:2018 年 7 月に閣議決定された第 5 次エネルギー基本計画においては,再エネを初めて「主力電源化」していくものと位置づけていた。

*4:Green Transformation. 太陽光発電などのクリーンエネルギーを利用し経済社会システムや産業構造を変革して温室効果ガスの排出削減と産業競争力向上の両立を目指す概念。

*5:温室効果ガスの排出量と森林などによる温室効果ガスの吸収量を均衡させ排出量を実質ゼロにする。

*6:2022年度(令和4年度)から,第三種電気主任技術者試験は年 2 回実施となり,上期試験,下期試験,両方の申込みが可能となる。

*7:CBT (Computer Based Testing) 方式とは,コンピュータを利用して実施する試験方式のことである。受験者はコンピュータに表示された試験問題に対して,マウスやキーボードを用いて解答する。

*8:電気保安分野において IoT や AI,ドローン等の新たな技術を導入することで,保安力の維持向上と生産性の向上を両立させること。

*9:Risk Based Maintenance. 設備の老朽化や異常,故障のリスクを評価して,評価結果に基づいてメンテナンス・検査計画を策定する考え方を意味する。

深夜の余剰電力の抑制対策とその有効活用対策

深夜の余剰電力の抑制対策とその有効活用対策について説明する。

深夜の余剰電力の抑制対策

  • 貯水池式発電所や調整池式発電所の深夜停止
  • 揚水発電所の開発促進と深夜揚水の実施
  • 火力発電所の日間起動停止(DSS : Daily Start Stop)の実施
  • 電力会社間の系統連系を強化し,積極的な経済融通を実施する広域融通の拡大
  • 電力貯蔵用電池などの電力貯蔵設備の適用により深夜蓄電・昼間放電
  • 年負荷曲線,年間を通した河川の流量・ダム貯水量を考慮に入れた発電所定期点検の計画

深夜の余剰電力の有効活用対策

  • 電気温水器や蓄熱ヒートポンプ・エアコンなど,深夜電力消費機器の開発・普及
  • 電解炉,電気炉など大量に電気を使用する需要家に対する業務用夜間率調整契,小口電力需要,一般家庭に対する時間帯別料金制,業務用蓄熱調整契約など電気料金制度面から深夜電力の料金の割引
  • 需要家の需要設備の保守・点検を渇水期に行うよう推奨

参考文献

  • 平成8年度 第一種 電気主任技術者 二次試験 電力・管理 問6「深夜の余剰電力の抑制対策とその有効活用対策」

electrical-engineer.hatenablog.jp

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架空送電線路の故障点標定

地中送電線路の故障は永久地絡がほとんどなので保護リレーの動作状況や線路の絶縁抵抗,心線の導通状態から事故種別を把握し,マーレーループ法,静電容量法,パルスレーダ法など適切な方法により故障点を見つければよい。

これに対して架空送電線路の場合は,大半がフラッシオーバによる地絡や短絡故障であり,遮断器がトリップして無電圧になれば,フラッシオーバしたがいしの 80 [%] は絶縁を回復し,がいし連の一部が損傷しても相当の絶縁をもつので,遮断器がトリップするまでの短時間に標定する必要があり,また,そのため,故障サージを受信するにしても,パルスを印加するにしても,結合コンデンサなどが必要になる。

地中送電線路のほとんどが 2 端子であるが,架空送電線路は多くの分岐線を有する場合が多く,故障点からの故障サージや印加パルスの反射,透過現象が複雑になる。

故障継続中に標定するので,故障中のアーク電流や故障遮断時のサージなど大きな妨害ノイズの影響を受けやすく,標定信号を十分大きくするなどの考慮が必要である。

また,電力線搬送装置との相互干渉,送電線のコロナなど,その他のさまざまな妨害ノイズの影響も受けやすい。

事故様相が永久金属地絡だけでなく,故障点アーク抵抗の影響や,多重故障,多地点同時故障など多種多様の故障モードを考える必要がある。

参考文献

  • 平成8年度 第一種 電気主任技術者 二次試験 電力・管理 問3「架空送電線路の故障点標定」

electrical-engineer.hatenablog.jp

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電力系統への襲雷の予測方法

電力系統への襲雷の予測方法には,以下のものがある。

  • 気象庁などの気象情報サービス機関からの予測情報に基づく短期予測
  • 気象衛星,雷観測レーダなどからの雷雲の分布,高度などの情報による襲雷位置,時間の短時間予測
  • 落雷時の放電に伴う電磁波などの観測による落雷位置評定システム(LLS : Lightning Location System)*1の情報,風向き,風速などをもとにした短時間予測

電力系統運用面での対策

落雷が電源線,連系線及び負荷線に予想される場合のそれぞれについて,電力系統設備運用面での対策を説明する。

共通の運用対策

  • 襲雷が予想される場合,作業などによる送電線停止は極力避ける。
  • 電源線,連系線では,落雷による送電線 1 回線停止では供給支障に波及しないように,常時 2 回線以上を併用する。
  • 高速自動再閉路を適用して送電線事故時の高速復旧を図り,系統安定度への影響を局限化する。
  • 特に重潮流の電源線,連系線については,系統安定化システムを設置し,電源,負荷の脱落を最小限に留める。

電源線に落雷が予想される場合

  • 落雷のおそれのない他系統の発電所に出力を振り替えることにより,電源線潮流を抑制する。
  • 落雷のおそれのない他系統の発電所の瞬時予備力,運転予備力を多めに確保し,電源線事故に伴い発電機脱落に備える。

連系線に落雷が予想される場合

  • 受電系統側の発電所の増発または負荷の送電線系統への切換により,連系線潮流を抑制する。
  • 連系線事故時の系統分断による供給支障を局限するため,瞬動予備力,運転予備力を多めに確保する。
  • 別ルートの連系線がある場合は,その系統に切り換える。

負荷線に落雷が予想される場合

  • 負荷を他の負荷線からの供給に切り換える。
  • 自家用発電機を有する需要家の場合は,増発して極力電力系統側からの受電電力を抑制する。

参考文献

electrical-engineer.hatenablog.jp

更新履歴

*1:LLS とは,落雷の位置や雷電流の大きさを高精度でリアルタイムに観測できる落雷観測システムである。複数の落雷観測センサと 1 台の中央処理装置から構成され,落雷時に発生する LF 帯の電磁波をセンサで捕捉し,中央装置に伝送する。中央装置はセンサから送られたデータを演算・解析し,リアルタイムに落雷位置を標定,同時に落雷の時刻,雷電流の大きさ,雷電流の極性などを算出する。