【電気工事士２種－筆記問題解説】単相３線式100/200Vは中性線と電流、対地電圧、絶縁抵抗、電力損失が重要ポイント

単相３線式は、対地電圧と電路の発熱損失、絶縁性能について出題される、合格するためにの最重要項目の一つ。

これらの問題を解くには、まず単相３線式の仕組みを理解することが最重要。理解した後、３つの重要ポイントをマスターする。

仕組み
対地電圧
発熱損失
絶縁性能

出題傾向と対策
まとめ

出題傾向と対策

単相３線式の仕組み

最初に必ず理解すべきなのが、単相３線式の仕組み。

次の図は、電工１筆記試験で出題される、高圧6,600V を低圧 105/210V に変換するための単相変圧器の複線図(変圧器は V-V結線)。

注目して欲しい１点目は、この中の赤線で示した変圧器２次側の真ん中の線。ここには、B種接地工事を施す必要がある(１種の合格必須項目)。接地しているから電圧は 0V に保たれ、この電路の電圧変動はない。このため、この電路を中性線とも呼ぶ。

ここが最重要ポイントの一つ。

２点目は、変圧器を流れる電流の向き。

変圧器２次側には交流が流れるが、２次側の２つのコイル部分それぞれには、同じ時刻(タイミング)には同じ向きに電流が流れる。

これが最重要ポイントの２点目。

対地電圧

上で、中性線は接地工事をしているので、対地電圧は 0V。

そして、中性線と残り２線(非接地線)とは、それぞれ 100V (105V) の電圧がかかる。

ということは、残る２線の対地電圧は 100V になる。

絶縁抵抗

対地電圧をマスターできたら、次は低圧電線路の絶縁性能(絶縁抵抗値)についてである。

低圧電路の絶縁抵抗値を次の表に示す。

絶縁抵抗値は、150V、300V を境界にして、0.1MΩ以上、0.2MΩ以上、0.4MΩ以上が必要。

でだ。

単相３線式の非接地線の対地電圧は、対地電圧の項でマスターしてもらったように 105V。ということは、上の表では 150V 以下の部分に該当する。

だから、単相３線式 100V/200V 配電線路の絶縁抵抗は 0.1MΩ以上あれば良い。

一方、過去問の多くは 200V の電路の絶縁抵抗値を答えさせる問題が多い。

200Vだから 0.2MΩ以上、としたいところだが、その配電線路が単相３線式の場合、200V ラインであっても対地電圧は 100V = 150V 以下。ここに引っかからないように注意してほしい。

電路の発熱損失

上で説明したように、変圧器２次側のには、同じ時刻(タイミング)には同じ向きに電流が流れる。

このことを踏まえた上で、負荷を接続した単相３線式配電線路の図を眺めてほしい。

２つの電源は単相変圧器の２つのコイルと同じものと考えてよい。

すると、この単相３線式電路では、２つの電源からそれぞれ供給される電流は、同じ時刻(タイミング)では同じ向きに流れる。

つまり、上側の電源 V_A から供給される電流 I_A と、下側の電源 V_B からの電流 I_B は同じ向きに流れる。

同じ向きに流れるわけだから、中性線では反対向きに流れることになる。

そして、ここからが筆記試験に関係してくるが、上側の配線電路に接続された負荷_A と、下側電路に接続された負荷_B の大きさ(消費電力、抵抗などなど) が同じ場合、I_A と I_A は同じ電流値になる。

ということは、中性線に流れる電流は互いに打ち消し合い、電流は正味 0 、つまり流れていないのと同じになる。

そして、配電線路の抵抗成分による発熱損失(電力損失)は、普通の抵抗での電力消費と同じ I²R である。

で、中性線の電流は正味 0、電流が流れていないのと同じだから、この中性線での発熱損失は無し。

これが筆記試験に繰り返し出題される。

過去問

対地電圧

問題＜R2年下期午前問24＞
絶縁被覆の色が赤色、白色、黒色の３種類の電線を使用した単相３線式 100/200V 屋内配線で、電線相互間及び電線と大地間の電圧を測定した。その結果として、電圧の組合せとして、適切なものは。ただし、中性線は白色とする

＜解法＞
中性線は白色だから、白線と大地間が 0V。したがって、正しい組み合わせは、赤－黒 200V、白－大地 0V、黒-大地 100V

絶縁抵抗

問題＜R3年下期午前問36＞
⑥で示す部分の電路と大地間の絶縁抵抗として、許容される最小値 [MΩ] は

＜解答の選択肢＞

＜解法＞
g の電路をずーっと上流にたどっていくと、1Φ3W 100/200V と書いてあるから、電路 g は単相３線式 100V/200V/ の 200V を引っ張りだした電路ということが分かる。ということは、200V 電圧ラインであっても対地電圧は 100V。対地電圧 150V以下なので、許容される絶縁抵抗値は 0.1MΩ