配電方式

第二種電気工事士「配電方式」分野：最低限の知識まとめ

配電方式に関する問題を解くために必要な、定義・数値・公式・法則をコンパクトにまとめました。

1. 配電方式の概要

配電方式は、変電所から需要家まで電気を供給するための方法です。主に以下の2種類に大別されます。

• 単相2線式: 1本の電線（電源線）と1本の戻り線（中性線）で構成される。
  • 家庭用コンセントや照明などに用いられる。
• 単相3線式: 2本の電源線と1本の中性線で構成され、線間電圧と対地電圧（中性線と電源線の間の電圧）の2種類の電圧が供給可能。
  • 単相2線式よりも効率よく電力を供給でき、高容量の機器にも対応できる。
• 三相3線式: 3本の電源線で構成され、主に工場やビルなどの動力源として用いられる。
  • 単相2線式や単相3線式よりも大容量の電力供給に適している。

2. 電圧降下

電線には抵抗があるため、電流が流れると電圧が低下します。これを電圧降下といいます。

• 公式:

  • 単相2線式: $V_d = 2 \times I \times R$
  • 単相3線式 (片側): $V_d = I \times R$
  • 三相3線式 (1線あたり): $V_d = I \times R$
  • $V_d$: 電圧降下 [V]
  • $I$: 電流 [A]
  • $R$: 電線の抵抗 [Ω] (長さあたりの抵抗値×電線の長さ)

• 重要: 電線の抵抗は、断面積に反比例し、長さに比例します。したがって、太くて短い電線ほど抵抗は小さくなります。

3. 電力損失

電線の抵抗によって消費される電力（熱として失われる電力）を電力損失といいます。

• 公式:
  • 単相2線式: $P_l = 2 \times I^2 \times R$
  • 単相3線式 (片側): $P_l = I^2 \times R$
  • 三相3線式 (1線あたり): $P_l = I^2 \times R$
  • $P_l$: 電力損失 [W]
  • $I$: 電流 [A]
  • $R$: 電線の抵抗 [Ω]

4. 電力計算

• 単相: $P = V \times I \times \cos \theta$
  • $P$: 電力 [W]
  • $V$: 電圧 [V]
  • $I$: 電流 [A]
  • $\cos \theta$: 力率
• 三相: $P = \sqrt{3} \times V \times I \times \cos \theta$
  • $V$: 線間電圧 [V]

5. 配電方式ごとの特徴と計算例（過去問を踏まえて）

• 単相2線式:

  • 電圧降下: 電源から負荷までの往復で発生するため、計算では2倍します。
  • 例題 [src-q06] (upper): 電圧降下を抑えるには、断面積の大きい電線（抵抗の小さい電線）を選ぶ必要があります。

• 単相3線式:

  • 電圧降下: 中性線に電流が流れない場合（例: 対称負荷）、各電源線と中性線の間の電圧降下は $I \times R$ で計算されます。
  • 不平衡負荷: 電源線に流れる電流が異なる場合、中性線に電流が流れ、回路全体で電圧の不平衡が生じます。
  • 例題 [src-q07] (lower), [src-q07] (upper): 電圧降下を考慮して、各点の電圧を計算します。

• 三相3線式:

  • 断線時の消費電力: 図のような回路で断線が発生した場合、残りの線に流れる電流と各負荷のインピーダンスから、残りの消費電力を計算します。
  • 例題 [src-q06] (lower): 断線により回路構成が変わるため、フェーザ計算などを応用して解く場合があります。

6. 覚えるべき数値・用語

• 電線の許容電流: 電線の太さ（断面積）によって決まります。これは、電線が過熱して焼損するのを防ぐための安全基準です。
• 電圧降下: 配電線路における許容電圧降下は、通常、電源電圧の数%以内と定められています。

このまとめを参考に、配電方式に関する問題を繰り返し解き、理解を深めていきましょう。