【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。

  1. 仕組み
  2. 対地電圧
  3. 発熱損失
  4. 絶縁性能

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 VA から供給される電流 IA と、下側の電源 VB からの電流 IB 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、IAIA 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>

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.4
  4. 1.0

<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

配電線路での電力損失

問題 <R3年下期 午後問7>
図のような単相3線式回路において、電線1線当たりの電気抵抗が 0.2Ω、抵抗負荷に流れる電流がともに 10A のとき、配線の電力損失 [W] は。

<解法>
配線路抵抗と負荷抵抗の大きさと接続をみると、中央の配線路に対して対称な回路だから、中央の配線路=中性線には実質電流は流れない。したがって、配線の電力損失は上側と下側の配線路の2箇所で生じる。それぞれ 20W 発熱するから、合計で 40W

まとめ

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。

  1. 仕組み
  2. 対地電圧
  3. 発熱損失
  4. 絶縁性能

関連問題(対地電圧)
R2年下期-午前問24

関連問題(絶縁抵抗)
R3年下期-午前問36
R3年上期-午前問38
R2年下期-午後問25

関連問題(発熱損失)
R3年下期-午後問7
R2年下期-午後問7
R2年下期-午前問7

配電線路の解説一覧

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