令和6年度 下期 学科試験 問11 解説 トップランナー方式

トップランナー効率電動機への更新と留意点

この問題は、従来の電動機をより効率の高いトップランナー方式（IE3クラス相当以上）の電動機に交換する際の変化を正しく理解しているかを問うものです。

正誤の判断は「トップランナー方式は高効率化のために導体抵抗を減らすなどの設計変更を行っており、その結果として始動電流が増加する」という基本特性を知っているかどうかにかかっています。選択肢ハの「始動電流が小さくなる」という記述は事実と逆であるため、これが誤りとなります。

高効率化がもたらす電動機内部の変化

トップランナー方式の電動機は、従来の電動機よりもエネルギーロスを最小限にするために、内部設計が最適化されています。具体的には、鉄心の材料改善やコイルの銅損低減などが図られています。

これに伴い、電動機内部の電気的特性が変化します。特に注意が必要なのが始動電流です。高効率化のために回転子導体の抵抗を小さく設計することが多く、その副産物として始動時に流れる電流（拘束電流）が従来品よりも大きくなる傾向があります。このため、既存の配線用遮断器の遮断容量や設定値、あるいは電磁開閉器の許容電流値が足りなくなる可能性があり、更新時には必ず確認が必要となります。

なぜ他の選択肢が留意点となるのか

選択肢イ、ロ、ニが正しい理由を整理すると、電動機の入れ替え時に発生しうる物理的な影響が見えてきます。

イ. 寸法の大型化 高効率化のために鉄心や銅線の量を増やしているため、出力が同じでも物理的な寸法が以前より大きくなることが一般的です。設置スペースや据付寸法が変わる可能性があるため、確認が必要です。

ロ. 回転速度の微増 効率向上により「すべり」が小さくなるため、定格負荷時の回転速度は従来品よりもわずかに速くなる傾向があります。ファンやポンプのような負荷の場合、回転速度が速くなると消費電力が増大する（回転速度の3乗に比例する）ため、電動機が過負荷にならないか確認しなければなりません。

ニ. トルク特性と機械強度 高効率電動機は始動トルクや最大トルクの特性が変わることがあります。特に減速機を介している場合、過大なトルクが機械的な接続部や歯車に加わると、破損の原因になりかねません。そのため、機械設計上の強度確認を推奨しています。

実務現場における設計思想

この問題は、単なる電気の知識だけでなく、機械設備全体を俯瞰する「システム設計」の視点を求めています。電動機という部品単体ではなく、負荷機器（ポンプ、ファン、コンプレッサーなど）と保護回路を含めたトータルバランスをどう保つかが、電気工事士としての腕の見せ所です。特に既設設備の改修工事においては、単に「同じ容量の新品に交換すればよい」という思い込みが事故を招くことを、試験を通じて警告していると言えます。

参考リンク

• 電動機（モータ）の省エネとトップランナー制度について
• 【電気工事士】トップランナーモータへの更新における注意点について解説
• 三相誘導電動機の特性と始動方式：電気学会 電気工学の基礎