５時限目第2章機械･電気･計装設備の役割と維持管理 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 電気設備の役割と維持管理受電・変電・配電設備運転操作設備無停電電源装置発電設備 2.4 計装設備の役割と維持管理 2.4.1 計装設備 2.4.2 監視制御設備 2.3 電気設備の役割と維持管理 2.3.1 受電・変電・配電設備ポンプ・バルブ等水道設備 ⇒ 電気をエネルギー源として動作電力会社から購入受電使用機器の定格電圧に変換変電ポンプ等の各設備に供給配電電気受電設備 ①特別高圧受電（AC7,000V超）・特別高圧ガス絶縁開閉装置（GIS） ②高圧受電（AC600V超～7,000V以下）・柱上気中開閉器（PAS）・断路器（DS）・遮断器（CB） ③低圧受電（AC600V以下）・アンペアブレーカー変電設備 ①ガス絶縁変圧器ガス（ex.SF6）による絶縁消火設備が不要 ②モールド（乾式）変圧器油を使用しないため、消火設備が不要小型、軽量 ③油入変圧器絶縁油による絶縁絶縁性能は高いが火災の危険性有配電設備 ①高圧配電設備断路器、遮断器、変圧器、高圧電磁接触器、計器類等が一つの箱内に収納されたキュービクル式が主 ②低圧配電設備高圧配電設備同様、キュービクル式が主キュービクル内部には、配線用遮断器、漏電遮断器、電磁開閉器等を収納共通設備 ①管理設備状態監視のための電気計器・表示装置 ②接地設備機器及び人身事故の防止 ③保護継電器設備異常電流や異常電圧から設備を保護し、電気事故発生時に他への波及を防止 2.3 電気設備の役割と維持管理 2.3.2 運転操作設備水道設備を操作及び制御するための設備 ◎バルブの開閉 ◎ポンプの運転・停止 ◎浄水処理量に応じて、薬品注入量を変更したり、ろ過速度の設定代表的な運転操作設備① (1) 動力制御盤動力負荷を運転させるための制御機器等を内蔵した盤。制御対象の機器の近くに設置されることが多く、自立型・スタンド型・壁掛型がある (2) プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）ソフトウェアによりシーケンス制御を行う装置シーケンス制御：あらかじめ定められた順序または手続きに従って制御の各段階を逐次進めていく制御例）配水池流入バルブのシーケンス制御水位流入量＝0 m3／h 3.5m 3.6m 流入量＝400 m3／h（定常） 3.0m 定常復帰 3.2m 流入量＝700 m3／h 代表的な運転操作設備② (3) プロセスコントローラ（ＰＣＳ）対象設備単位でシーケンス制御を行うための装置 (4) コントロールセンタ配線用遮断器、保護装置、表示器などを一つにまとめたユニットを複数収納したキュービクル型制御盤代表的な運転操作設備③ (5) インバータ盤電気的に直流から交流を生成する電力変換装置 (6) 現場操作盤設備の近くに設置し、機械の状態監視、運転・停止などの操作を行う盤 (7) 補助継電器盤シーケンス制御を行うため、リレーやタイマーなどを収納している盤 2.3.3 無停電電源設備１）無停電電源設備の役割直流電源交流電源２）無停電電源設備の構成交流入力 (商用電源）１φ１００ＶＡＣバイパス回路切替スイッチ交流出力ＡＣ１φ１００Ｖ３φ２００Ｖ直流出力交流入力 (商用電源）インバータ（直流→交流）整　流　装　置直流出力（交流→直流）負荷電圧補償装置交　流直　流蓄　電　池直流電源設備無停電電源設備（１）蓄電池鉛畜電池ＭＳＥ形鉛蓄電池種別アルカリ蓄電池形式名ＣＳ形ＭＳＥ形ポケット式公称電圧浮動充電電圧 V/ｾﾙ期待寿命 2V 2.15V 2V 2.23V 1.2V 1.41～ 1.45V 12～15年アルカリ蓄電池特徴 10～14年経済的 7～9年長寿命形 13年以上・高率放電特性良・機械的強度大・補水、比重測定・放置過放電に均等充電の保守が耐える不要・高率放電特性良（２）整流装置充電方式浮動充電均等充電回復充電（３）負荷電圧補償装置負荷へ印加・整流装置蓄電池の充電・負荷電圧補償装置（４）インバータ 2.3.4 発電設備１）非常用発電設備 • ディーゼル発電 • 燃エネルギー → 往復運動 → 回転運動・ガスタービン発電熱エネルギー → 回転運動発電設備の構成例排　気消音器電力発生発電機セルモーター非常用発電設備による電力供給単一母線方式受電受電受電発電機用遮断器インターロック受電用遮断器インターロックインターロック母線連絡用遮断器フィーダ遮断器一般負荷および非常用負荷単一母線方式・発電機の負荷選択は，フィーダ遮断器で行う・一般負荷と非常用負荷を特に分離する必要がない・発電機に余力がある場合は，一般負荷にも電力を供給することができる一般負荷非常用負荷母線分割方式・一般負荷と非常用負荷を分離する・遮断器間のインターロックが簡単である・非常用負荷のみ発電機から供給遮断器｢入｣遮断器｢切｣一般負荷非常用負荷非常用負荷集約方式・一般負荷と非常用負荷を分離する・遮断器間のインターロックが簡単である・インターロックはフィーダ遮断器のみ考慮する電源供給２）自然エネルギー利用（１）太陽光発電設備システム例（２）水力発電設備・水車ペルトン水車・設置事例貯水池落差発電機原水導水管既設原水弁浄水場水車余剰水圧２.４計装設備の役割と維持管理 2.4.1 計装設備・水質，水量及び水圧等の品質管理の向上・施設の稼働状況の把握並びに合理的な制御による運転の安定性及び安全性の確保・異常時における迅速かつ適正な対応・労働の軽減，安全衛生の維持などによる労働条件の向上・薬品，動力等の適正使用による生産性の向上・適切な情報管理による水道施設全体の運転管理や保守管理機能の向上 24 （1）流量計測流量は，流体が単位時間あたりに流れている体積または質量の割合を表す量で，単位時間で流れる流体の体積で示す流量を体積流量，質量で示す流量を質量流量という。ベンチュリ式流量計 (差圧流量計）超音波流量計検出部・変換器面積式流量計電磁波流量計の検出器・変換器ウォルトマン流量計（2）圧力計測圧力計は，圧力を液柱などの変化量で直接読みとるものや圧力を機械的な変位に変え指針を振らすなどして測定するもの，機械的変位を電気信号に変えて指示計で読みとるものなどがある。（3）水位・液位計測液面や粉体面を直接検出する直接法と、液位等と直接関係する他の量を測定してレベルに変換する間接法がある。投げ込み式水位計フロート式水位計超音波水位計（4）重量計測粉体や粒体の重量を測る方式に用いられており，ホッパーやタンクなど容器の中に入っている測定対象物の重量を測定するものである。重量計（ロードセル）（5）温度計測温度計は，大別して熱電対温度計と抵抗温度計があり，水道施設では，原水・配水温度や室温，気温などの測定に使用されている。熱電対式（6）水質計測水質計器は，濁度，pH，アルカリ度，残留塩素，電気伝導率，その他の水質測定を行う計器を総称したものである。水質計器の配置状況ア）濁度計濁度計は，水の濁りの指標である濁度を測定する計器である。原水の監視，浄水場や浄水の処理過程で濁度の測定管理は重要な項目の一つである。高感度透過光・散乱光比較方式濁度計イ）pH計 pHは，水の酸性，アルカリ性を表す指標である。 pH計ウ）アルカリ度計アルカリ度は，水中のアルカリ分を炭酸カルシウム換算した指標である。アルカリ度計エ）残留塩素計残留塩素は，殺菌効果をみる指標として使用され，塩素処理後のろ過水，浄水に対して測定される。無試薬式遊離残留塩素計有試薬残留塩素計オ）電気伝導率計電気伝導率は，比抵抗（Ω･cm）の逆数で電気伝導率計は水中に溶存する電解質の総量を測定するものである。センサ変換器イ）指示調節計ロ）ワンループコントローラ(ﾏﾙﾁﾙｰﾌﾟｺﾝﾄﾛｰﾗ) 調節機器は，水量，水位，圧力，水質などの計測信号と設定値を演算部によって比較してその偏差を検出し，この偏差がゼロとなるよう操作部に操作信号を出力するものである。指示調節計ﾜﾝﾙｰﾌﾟﾏﾙﾁｺﾝﾄﾛｰﾗ 6）信号変換用機器水道施設の監視･制御及び情報処理を行うには，各種の機器間で様々な信号の送受信が行われている。これらの信号は，使用目的に合った信号に変換する必要がある。信号変換器各種変換器 7）水道の制御流量制御必要とする需要量を確保するための取水流量制御，ろ過流量制御，送水流量制御，送水圧力制御などがある薬品注入制御水質基準を満足する処理水を確保するための凝集剤，アルカリ剤，消毒剤などの薬品注入制御がある。１）流量制御水道施設で行われる流量制御には，取水流量制御，着水流量制御などがある。流量制御（２）薬品注入制御浄水場で行われる薬品注入は，注入方法として，調節弁による方法と定量ポンプを用いたポンプ注入方法に大別される。調節弁又は定量ポンプの注入制御 8）制御目標値の定め方比率制御カスケード制御 9）自動制御（1）自動制御の種類フイードバック制御フイードフォワード制御フィードフォワード制御＋フィードバック制御 10）制御動作による分類（1）オン・オフ制御ＳＶ偏差時間ｔ (2)比例動作(P) ＭＶ (3)積分動作(I) Ｉ時間ｔ I 動作 (4)微分動作(D) ＭＶＩ (5)PI動作Ｐ PI 動作 (6)PD動作ＭＶ時間ｔＤＩ (7)PID動作Ｐ PI D動作時間ｔ 2.4.2 監視制御設備監視制御設備の目的水道施設の監視、制御 監視制御設備 監視用テレビ設備水道施設運用の高度化 情報処理設備遠方の水道施設の監視、制御のための情報伝送 伝送設備監視制御設備設備機器監視装置監視盤，計装盤，グラフィックパネル，ＰＯＤ，ＶＤＴ装置，大画面表示装置制御装置，ＰＬＣ，ＰＣＳシステムの種類と構成通信機能監視制御設備（中規模）監視制御設備（大規模）監視用テレビ設備設備機器監視カメラ，制御盤（制御装置），操作器，モニタ装置，その他の機器・装置システム画像信号伝送方式ＮＴＳＣ方式ＩＰ方式（有線）ＩＰ方式（無線）ネットワークシステム監視用カメラ設備基本的な構成情報処理設備・伝送設備情報処理設備水運用計画システム施設管理情報システム災害時復旧支援システム伝送設備設備機器テレメータテレコントロール装置ルータ伝送の種類有線方式無線方式水運用計画システムその他の監視設備その他の監視設備簡易テレメータ非常通報装置クラウドシステム維持管理上の留意点日常点検定期点検クラウドシステム