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電源設備の要点まとめ(電気通信主任技術者試験「システム」「設備管理」)

電気通信主任技術者試験(伝送交換)の「電気通信システム」、「伝送交換設備及び設備管理」で出題される電源設備の分野についてまとめました


過去問に出たところを中心にまとめ、特に穴埋めや単語のすり替えがあったところにはで強調しました


過去問を解きながら参考書にコピペしたものをもとに書いたものなので、怪しいところがあるかもしれませんが、参考程度に使用して下さい


試験の過去問の他、NTTラーニングシステムズのテキストからも引用しました
この参考書はこのブログのように過去問に出てきた文章を並べたりする部分が多く初見では読みにくいですが、詳しい情報が載っていて理解が深まるのでおすすめです

電気通信教科書 電気通信主任技術者 伝送交換設備及び設備管理・法規編 第2版

電気通信教科書 電気通信主任技術者 伝送交換設備及び設備管理・法規編 第2版


目次

変圧器

・外鉄系変圧器
巻線の周囲に複数の磁気回路を有しており、内鉄系変圧器と比較して、一般に、銅損が大きいことから低圧用の変圧器に適していない


・内鉄系変圧器
巻線の周囲に単一の磁気回路を有しており、外鉄系変圧器と比較して、一般に、磁路長が長いため鉄損が大きく、巻線の半径が小さくなる。


参考
日立産機システム-FAQ | 内鉄形,外鉄形とはどういう意味ですか


・油入変圧器
巻線の絶縁と冷却に絶縁油が使用されることから、変圧器を長時間使用した場合、乾式変圧器と異なり絶縁性能が低下する


・モールド変圧器
変圧器の巻線をエポキシ樹脂で含浸モールドさせた変圧器で、難燃性を有している

油入変圧器の場合、絶縁油を自然対流させて冷却する方式と、強制循環させて冷却する方式がある。モールド変圧器の場合、油を使用する代わりに、シリコンワニスを塗布したガラス巻線などを用い、温度上昇の限界を高くとれるようにしているため、冷却装置を持っていない。

変圧器選定の基礎知識 | 油入変圧器・モールド変圧器の特徴と比較


・三相変圧器
1台の変圧器で三相変圧を行う変圧器である三相変圧器は、単相変圧器3台を1組として使用した場合と比較して、単位容量あたりの床面積は小さい

開閉器

電路の分岐、切替え又は切離しを行う機能を有している
開閉器には 気中負荷開閉器、ガス負荷開閉器、電磁開閉器などがある


・遮断器
負荷側の異常時における電路の遮断のほか、正常時においても電路を開閉する機能を有している


・ 磁気遮断器
遮断時に発生するアークにコイルで発生させた磁界を作用させ、レミング左手の法則によりアークを広げて消弧室に押し込み、消弧室内の障壁によって裁断・冷却して消弧する
遮断時の電圧変化で生じる電界を用いているという誤った選択肢で出題されました
参考
遮断器と開閉器と断路器 電気☆入門 電気主任技術者・電気工事士・エネルギー管理士・技術士等の資格試験と電気技術情報サイト


・真空遮断器
電路の遮断を真空中で行う機能を有している。 アークが真空中に急激に拡散することから、一般に、電気的な開閉寿命は長いとされている


・空気遮断器
消弧媒体として圧縮空気を用い、この圧縮空気をアークに吹き付けて消弧する機能を有している

自家用発電機・予備電源

・自ら消費する電力を賄うために、工場やビルなどに設置 される発電設備のこと
設置目的別に分類すると非常用と常用に分けられ、 非常用はさらに保安用と防災用に分けられる。


電気通信事業法に基づく強制基準としての技術基準では、事業用電気通信設備 における停電対策として自家用発電機の設置などが求められている。
事業用電気通信設備規則に詳しく書かれています
monhime.hatenablog.com


・自然災害による被災時には、電力会社の送電線、配電設備などが被害を受け、 商用電源の瞬時電圧低下や長時間の停電が発生する危険性がある。 このため、通 信用電源設備では予備エネルギー源として、一般に、発電装置、蓄電池などが用 いられる。


・電力需要の変動に対応し、商用受電電力の低減と電気料金の削減を目的に、受電電力が契約電力を超えないように常用発電設備を運転する方式は、ピークカット方式といわれる


・UPS(Uninterruptible Power Supply, 無停電電源装置)のシステム構成には、UPSの保守点検期間中においても、商用電力を負荷装置に直接供給するためのゲート回路を具備した構成や、UPSの信頼性の向上を図るために複数のUPSを並列に接続した構成などがある


・ガソリン機関
吸入行程で燃焼室内にガソリンと空気の混合気を吸入し、圧縮行程の後、添加プラグで点火、燃焼、膨張させてピストンを往復させる内燃機関


ディーゼル発電機
ガソリン機関のような電気点火装置や、気化器(キャブレーター)が不要なので、比較的故障率が低い


ガスタービン
燃焼室内で燃料を燃焼させ、発生した高圧ガスを直接羽根車に吹き付け、車輪を回転させる
燃料消費量、運転に必要な空気量が多いため、十分な吸排気対策が必要
構造が簡単で保守が容易で、冷却水が不要


・エンジン発電装置では、地震に伴う装置の逸脱を防止できる防振装置や耐震ストッパの設置、燃料用などの配管へのフレキシブルパイプ利用などが耐震対策として用いられる


・長時間にわたる停電の継続、据置型のエンジン発電装置の故障などに対しては、 一般に、可搬型発電機や移動電源車を配備する対策が用いられる。

変換供給方式

インバータ: 直流→交流
コンバータ: 交流→直流


・シリーズレギュレータ
入力と出力の間に電圧降下を生じさせる抵抗や半導体等を用いて必要な直流電圧に変換する


・スイッチングレギュレータ
スイッチング素子を用いて入力電圧を断続することにより電圧変換を行うとともに、スイッチング素子のオン時間とオフ時間の長さの比を調整して、 出力電圧の安定化を図る方式を採っている
トランジスタをD級増幅で動作させるためトランジスタでの内部損失を低減でき、シリーズレギュレータと比較して変換効率が高い反面、応答速度が遅い、といった特徴を有しており、通信機器用の安定化電源として用いる場合はこれらの特徴を考慮する必要がある


整流装置

・整流回路とは、交流を直流に変換する回路のことであり、直流を交流に変換する逆変換回路に対して順変換回路ともいわれる


・整流回路では、一般に、交流入力1サイクルの間における整流後の出力電圧波形の繰り返し数が多いほど、出力電圧波形は理想的な直流の波形に近くなり、交流入力側の電流波形は正弦波に近くなる


・整流回路には、単相半波整流回路、単相全波整流回路、三相半波整流回路、三相全波整流回路などがある


・整流回路の出力電圧の脈動はリプルといわれ、三相全波整流回路は、一般に、三相半波整流回路と比較してリプルが小さい



電池

・シール鉛蓄電池
正極板、負極板、セパレータ、安全弁などで構成されている
電池内部で発生する酸素ガスを負極で電気化学的に再結合させて元の水に戻す機能があり、完全密閉化が実現されている


燃料電池
リン酸型
負極:  \rm H_2 → 2H^+ + 2e^-
正極:  \rm O_2 + 4H^+ + 4e^- → 2H_2O


アルカリ型
負極:  \rm H_2 + 2OH^- → 2H_2O + 2e^-
正極: \rm  O_2 + 2H_2O + 4e^- → 4OH^-


燃料電池の反応式の覚え方・作り方〜
負極は \rm H_2が、正極は \rm O_2が原料(必ず左辺にある)
電池の性質上、負極では電子は生成され(右辺にある)、正極では電子は反応に使われる(左辺にある)
まずリン酸型は、正極はHの数が両辺合うように右辺に \rm H^+を足し、電荷量が合うように右辺に電子を足す。負極はOの数が両辺合うように右辺に \rm H_2Oを足し、次にH、さらに電子を足す。
アルカリ型はリン酸型の式の \rm H^+の数だけ両辺に \rm OH^-を足し、 \rm H^+ \rm OH^-は合わせて \rm H_2Oにし、リン酸型と同様に左右でOとHと電荷量を合わせる。この時、余分な \rm H_2Oがあれば両辺から引く。


こういう反応式や公式は覚えるのではなく、仕組みを理解して自分で作れるようにすると記憶が長持ちしたり応用が効きます



参考
燃料電池とは?リン酸型・アルカリ型の仕組み、原理、各極の反応式など解説! | 化学のグルメ

その他

・電力設備において、高調波雑音の発生を抑制し、設備の入力力率を改善するために、トランジスタなどの能動素子で構成されたアクティブフィルタが用いられることがある


・通信用電源として商用電源を利用する受電設備には、電力会社との財産・責任区分、電圧の変換、電力の負荷系統への分配、需要家構内や他需要家との間の事故波及防止、運転管理に必要な電圧、電流、電力などの計測の機能が必要である


・電力供給の信頼性を高めるために、2回線受電方式やループ受電方式が適用され、大都市圏などでは更に信頼性の高いスポットネットワーク受電方式が採用される。








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