製造 第３章-２ 電気保安

製造設備で必要な電気設備の保安を扱います。受変電系統、保安電源(UPS・非常用発電)、電動機の種類と特性、電気絶縁・接地・防爆構造・静電気除去・雷保護といった電気保安の基本を整理します。

乙種・甲種兼用 / 製造第3章を分割した一部分

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📍 この章で学ぶこと

– 受変電系統・保安電源(受電方式・保護装置・UPS・非常用発電設備)

– 電動機(かご形誘導電動機・同期電動機の特徴比較)

– 電気保安(電気絶縁・接地・防爆構造4種類・静電気除去・雷保護)

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6. 受変電系統・保安電源（受電方式・保護装置・UPS・非常用発電設備）

重要度: ★ 乙B / 🟦 甲A

📖 解説(乙種ベース)

受電方式：1回線（最も簡単・信頼性低）vs 2回線（ループ・並行2回線・常用予備方式）。ガス製造所は常用電源予備方式が多い。保護装置：避雷器（異常電圧→絶縁破壊防止）・保護継電器（異常検出）・遮断器（開閉アーク消弧）・配線用遮断器（動作ばらつき少・再使用可）。保安電源：買電・自家発電・蓄電池等から選定。UPS（停電時蓄電池→インバータ→交流出力）≒CVCF。非常用発電設備定格容量：起動電流が大きく影響するため負荷積み上げ合計値より十分大きい容量が必要。

受電回路方式

■1回線受電

・電力会社から1系統のケーブルで電力供給を受けるケース

・最も簡単だが信頼性が低く経済的

■2回線受電（3種類）

・ループ受電方式：ループ受電方式内一個所の事故があってもループが開放するだけで停電にならない

・並行2回線受電方式：いずれか一方の受電事故に対しても無停電で受電が継続できる

・常用予備受電方式：常用線が停電すると一度停電するが、予備線に切り替えることで短時間で復電できる

　→ ガス製造所では電気供給の安定性を考慮し、常用電源予備方式の採用が多い

常用電源予備方式の2タイプ：

・予備線タイプ：保守時の切り替えは無停電で行うことができる

・予備電源タイプ：信頼度が高いが保守時の切り替えは停電させて行う

電力系統の保護装置

■避雷器

・電線路から雷電圧などの異常電圧が侵入した場合に、電器機器を絶縁破壊（絶縁体が破壊され絶縁状態が保てなくなること）から保護するもの

■保護継電器

・主に電気回路の異常を短時間に正確に検出するため用いられる

・電流継電器・電圧継電器・電力継電器・周波数継電器等がある

・継電器：ある回路の電流の断続に応じて、別の回路を開閉する装置（リレー）

■遮断器

・電気回路を開放すると開閉器の電極間にアークが発生する

・高圧・大電流の場合、開閉アークの消弧（アークを消し去ること）が開閉装置の基本となる

・負荷電流の開閉をはじめ、事故時の大電流も遮断する機能を有する

・消弧の原理から：ガス遮断器・空気遮断器・真空遮断器・磁気遮断器・油遮断器・気中遮断器等

■配線用遮断器

・低圧配線の保護を目的にした遮断器

・ヒューズに比べ動作特性のばらつきが少ない・再使用できる等の特徴がある

保安電源

・保安電力は、買電・自家発電・蓄電池等による電力または電力以外の動力の中から選定する

・ガス工作物の技術上の基準を定める省令では、停電等の緊急時に製造設備等の安全確保を図るために必要な保安電力等について規定されている（技省令21条）

■自家発電設備

・常用発電設備：通常買電と並列運転。電気事業法の「発電所」に相当。蒸気タービン・LNG冷熱タービン・ガスタービン・ガスエンジン等が原動力

・非常用発電設備：停電時に短時間で起動する必要があることから原動機にはディーゼル機関やガスタービン・ガスエンジンが用いられる

　→ 非常用発電設備の定格容量：起動する電動機の起動電流が大きく影響するため、負荷の積み上げ合計値よりも十分大きい定格容量のものが必要となる

　→ デュアルフュエルタイプ（液体燃料とガスの切り替えが可能）もある

　→ 定期的に起動・送電機能の確認が必要（平常時は動作しない回路のため）

■蓄電池設備（UPS：Uninterruptible Power Supply）

・停電等によるシステムダウンを回避するために設置する電源装置

・UPSの原理：交流入力→整流部で直流に変換・蓄電池に充電。インバータ部で一定電圧・一定周波数の交流に変換して出力

・停電時：蓄電池の放電→インバータを経由して交流出力される

・構成：蓄電池（鉛蓄電池・アルカリ蓄電池）+ CVCF（定電圧定周波数装置：Constant Voltage Constant Frequency）

・大容量のUPSでは蓄電池部とCVCFが分割して設置されるケースもあるため、UPSのことをCVCFと呼ぶこともある

■直流電源装置

・重要設備の計装・制御回路、受変電機器の制御回路、通信機器、非常照明等の電源は停電時の保安の確保を目的に直流で構成

・直流電源装置は、停電時蓄電池の出力をそのまま供給できるため、交流を出力するUPSに比べ単純な回路構成となる

🟦 甲種プラスα

甲種では「受変電系統・保安電源（受電方式・保護装置・UPS・非常用発電設備）」の本文の概念をより深く理解した上で、論述問題への応用が問われます。本文の数値・設備名・原理をしっかり押さえてください。

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7. 電動機（かご形誘導電動機・同期電動機の特徴比較）

重要度: 乙C / 甲C

📖 解説(乙種ベース)

電動機は交流（かご形誘導電動機・同期電動機）と直流電動機に分類。かご形誘導電動機：同期速度より3〜10%遅く回転・構造簡単・丈夫・安価・始動容易・速度調整困難・力率悪い・始動電流大・始動トルク小。同期電動機：同期速度で運転する定速電動機・効率良・力率調整可・励磁装置必要・速度制御困難・定速度大容量負荷用。

電動機の分類

電動機には交流電動機と直流電動機がある。

交流電動機にはかご形誘導電動機と同期電動機がある。

工場負荷の多くはポンプ、圧縮機などの電動機である。

かご形誘導電動機

概要：

・電源の交流周波数と電動機の極数で定まる一定の回転速度（同期速度）よりやや遅い（3〜10%程度）速度で回転する電動機

・ガス製造所をはじめ産業用に最も多く使用されている

長所：

・構造が簡単で丈夫

・特性もほぼ同一でほとんどの負荷に使用できる

・始動が簡単

・取扱いが簡単で保守が容易

・安価

短所：

・力率が比較的悪い

・始動電流が大きく、そのわりに始動トルクが小さい

・速度調整が困難

負荷例：ポンプ、ファン、ブロワー、圧縮機等

同期電動機

概要：

・同期速度で回転する定速電動機

・定常状態では一定速度以外の速度では運転を続けることができないので、定速度負荷に用途が限られる

・力率の調整等にも利用される

長所：

・定速性が良い

・効率が良い

・力率の調整ができる

短所：

・励磁装置・同期化装置等の制御が必要

・速度制御が困難

負荷例：圧縮機等の定速度大容量負荷

電動機比較まとめ

項目 | かご形誘導電動機 | 同期電動機

回転速度 | 同期速度より3〜10%遅い | 同期速度で一定

構造 | 簡単・丈夫 | 励磁装置・同期化装置必要

力率 | 比較的悪い | 調整可能

効率 | 普通 | 良い

始動電流 | 大きい（始動トルク小）| –

速度調整 | 困難 | 困難

保守 | 容易 | 複雑

価格 | 安価 | 高価

用途 | ポンプ・ファン等 | 圧縮機等の定速大容量負荷

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8. 電気保安（電気絶縁・接地・防爆構造4種類・静電気除去・雷保護システム）

重要度: ★ 乙B / 🟦 甲A

📖 解説(乙種ベース)

電気絶縁：絶縁物で漏電防止。絶縁抵抗低下→短絡・地絡・感電・火災。接地：ケース等を電気抵抗小さい電線で大地と接続→感電災害・漏電火災防止。防爆構造4種類：耐圧防爆（全閉構造・内部爆発を外部に点火しない）・内圧防爆（保護ガス送入→内部ガス侵入防止）・安全増防爆（安全性を高めた構造）・本質安全防爆（点火するおそれがないことを点火試験で確認）。静電気：液化ガスを通ずるガス工作物には静電気除去措置が必要（接地・人体の静電気除去）。雷保護：外部（受雷部・引下げ導線・接地）・内部（コンピュータ・計装設備保護・雷サージ電圧→インパルス電圧→避雷器で吸収消滅）。

電気絶縁

・電気を安全に適正に利用するには、電気回路以外の部分へ電気が漏れないようにすることが必要

・配線や機器では電線相互間・電線と大地間などは絶縁物（電気をほとんど通さない物）を用いて相互を絶縁する

・電気を通さない程度を「絶縁抵抗」という

・絶縁抵抗の低下や絶縁物の損傷は、短絡や地絡事故につながり、さらには感電や火災などの原因になる

・電気設備点検時は、絶縁抵抗が省令で定める絶縁性能を有していることを確認する

電気設備の接地

・電気機器のケース等と大地間を電気抵抗の小さい電線で電気的に接続することを「接地をする」という

・ケース等を接地しておけば、漏電電流は電線を経由して大地へ流れ、ケースの電圧が低くなること、漏電電流が接地側に多く流れ人体を通る分が小さくなることから安全になる

・接地は感電災害・漏電火災の防止のほか、電気回路や機器の保護、静電気対策、避雷対策等の目的に対し重要な役割を果たす

電気設備の防爆構造

ガス事業法の技省令において、ガス又は液化ガスを通ずるガス工作物等の付近に設置する電気設備は、その設置場所の状況及び当該ガス又は液化ガスの種類に応じた防爆性能を有するものでなければならないと規定。

防爆電気機器及び配線方法の選定は：

・危険場所の種類

・対象とする可燃性ガスの爆発等級及び発火度等の危険特性

・点検及び保守の難易度等を考慮して決定する

■耐圧防爆構造

・全閉構造であって、可燃性のガスなどが容器の内部に侵入して爆発を生じた場合に、当該容器が爆発圧力に耐え、かつ爆発による火炎が当該容器の外部のガスなどに点火しないようにしたもの

■内圧防爆構造

・容器の内部に空気・窒素・炭酸ガスなどの保護ガスを送入または封入し、当該容器の内部にガスまたは蒸気が侵入しないようにしたもの

■安全増防爆構造

・絶縁性能並びに温度の上昇による危険及び外部からの損傷等に対する安全性を高めた構造

■本質安全防爆構造

・電気機械器具を構成する部分で発生する火花・アークまたは熱がガスまたは蒸気に点火するおそれがないことが点火試験等により確認された構造

その他：油入防爆構造・樹脂充填防爆構造・非点火防爆構造・特殊防爆構造

静電気の除去措置

ガス事業法の技省令（解釈例）では、液化ガスを通ずるガス工作物には静電気を除去する措置を講じなければならないことが規定。

静電気除去措置の具体例：

・対策が必要な貯槽・配管等には確実な方法で接地

・貯槽管理や受入・払出作業を行う者の人体の静電気除去：除電棒を設備し素手で接触し除電する・帯電防止靴・帯電防止作業衣を着用する

雷保護システム

雷保護システムには外部雷保護システムと内部雷保護システムがある。

■外部雷保護システム

・目的：雷撃によって生じる火災・設備破損または人畜への傷害を防止する

・構成：受雷部システム・引下げ導線システム・接地システム

・製造所等における可燃性の流体を通ずる塔槽類には、避雷設備を設置することとされており、避雷設備の基準はJISによる

■内部雷保護システム

・目的：制御装置・計装設備等の保護

・コンピュータや計装設備は耐電圧が低いため、雷に起因する誘導エネルギーによって破壊されやすい

・雷による被害の仕組み：線路に誘導した雷サージ電圧が進行波として線路を伝わり→現場側に接続されている伝送器や計器室に設置されている機器の端子に→瞬間的なインパルス電圧となって現れる

・この線路に避雷器を設けてインパルス高電圧エネルギーを吸収消滅させることで雷サージによる破壊を防止

🟦 甲種プラスα

甲種では「電気保安（電気絶縁・接地・防爆構造4種類・静電気除去・雷保護システム）」の本文の概念をより深く理解した上で、論述問題への応用が問われます。本文の数値・設備名・原理をしっかり押さえてください。

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🔢 製造の重要数値・設備の整理

自動制御の主要分類:

– 定値制御: 目標値が一定(温度を一定に保つ)

– 追値制御: 目標値が変動(プログラム制御)

– 比率制御: 2変数の比率を一定に

– FB(フィードバック)制御: 偏差を測定して修正

– FF(フィードフォワード)制御: 外乱を予測して先回り

– PID制御: 比例(P)・積分(I)・微分(D)の組合せ

防爆構造の4種類:

1. 耐圧防爆構造: 容器内爆発を外部に伝えない

2. 内圧防爆構造: 内部に保護ガスを封入

3. 安全増防爆構造: 絶縁性能・温度上昇による危険・外部からの損傷に対する安全性を高めた構造

4. 本質安全防爆構造: 火花・アーク・熱がガスに点火しないことを点火試験で確認

主要計装機器:

– 圧力計: ブルドン管、ベローズ、ダイアフラム

– 流量計: オリフィス、ベンチュリ、電磁式、超音波式

– 液面計: 静電容量式、フロート式、超音波式

製造科目では、設備名・型式・運転条件の数値・原料の物性値の組み合わせで誤答が作られます。本章で出てきた数値・設備名を一覧で整理しておくと、選択肢の引っかけに気付きやすくなります。

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📝 関連過去問

この章の知識が問われる過去問題リスト(全24問)。

ℹ️ 乙種・甲種は別の試験です。同じ問番号(例: 基問10)であっても、乙種と甲種では出題される問題内容は異なります。各年度・種別ごとの本文は 乙種過去問 / 甲種過去問 ページから確認してください。

乙種(12問)

– 令和7年: 製問3

– 令和6年: 製問3

– 令和5年: 製問3

– 令和4年: 製問3

– 令和3年: 製問3

– 令和2年: 製問3

– 令和元年: 製問3

– 平成30年: 製問3 / 製問5

– 平成29年: 製問3 / 製問5

– 平成28年: 製問3

甲種(10問)

– 令和7年: 製問3

– 令和6年: 製問3

– 令和5年: 製問3

– 令和4年: 製問3

– 令和3年: 製問3

– 令和2年: 製問3

– 令和元年: 製問3

– 平成30年: 製問5

– 平成29年: 製問3 / 製問5