電験三種 令和6年度上期 電力 問11｜配電（系統・機器・保護）

電験三種「電力」の「配電（系統・機器・保護）」に関する問題（令和6年度上期 問11）。正答は(2)です。

三相3線式は単相2線式と比べて、同じ電力・同じ線間電圧・同じ距離・同じ損失で送電する場合に必要な電線の総重量が少なくて済みます（一般に単相2線式の約3/4）。(2)は「同等である」としていますが、実際には三相3線式の方が軽量で済むため誤りです。(1)(3)(4)(5)はいずれも三相方式の特徴として正しい記述で、正答は(2)です。

【交流三相方式の各選択肢の検討】（令和6年度上期 問11）

(1) 正しい：電源側Y結線＋中性線で三相4線式にすると、線間電圧（相間）と相電圧（相と中性線間）の両方を同時に取り出せる。

(2) 誤り：同一条件（線間電圧・電力・距離・損失）のもとでは、三相3線式に必要な電線の総重量は単相2線式より少なく、一般に単相2線式の約3/4で済む（「同等」ではない）。

(3) 正しい：三相交流は回転磁界を容易に作れるため、三相誘導電動機など動力用途に適している。

(4) 正しい：平衡三相回路の瞬時電力の合計は時間に無関係な一定値となり、単相交流のような脈動がない。

(5) 正しい：同じ出力なら三相発電機は単相発電機より小形・高効率に設計できる。

誤っているものは(2)。

【三相3線式が単相2線式より電線重量で有利な理由】（令和6年度上期 問11）

同じ線間電圧V、同じ送電電力P、同じ距離、同じ送電損失（許容損失率）という条件のもとで、単相2線式と三相3線式に必要な電線の総重量を求めると、三相3線式の方が少ない電線重量で済むことが導ける。これは電気材料の経済性を論じるときの基本的な比較であり、三相3線式の総重量は単相2線式の総重量の3/4倍になることが知られている。

導き方は次のとおり。力率をcosθ、単相2線式の電流をI₁・1線の抵抗をR₁、三相3線式の電流をI₃・1線の抵抗をR₃とすると、P=VI₁cosθ=√3VI₃cosθよりI₃=I₁/√3。損失が等しい条件は2I₁²R₁=3I₃²R₃=I₁²R₃なので、R₃=2R₁となる。抵抗は断面積に反比例するから、三相の電線1本の断面積は単相の1/2でよい。総重量は（本数×断面積）に比例するので、三相：単相＝3×(1/2)：2×1＝3：4となり、三相3線式は単相2線式の3/4で済む。電線は1本増えるが、1本あたりを細くできる効果の方が大きい。選択肢(2)はこの関係を「同等」と誤って記述している。

残る選択肢は三相交流方式の一般的な利点を列挙したものである。三相4線式（Y結線＋中性線）では線間電圧（√3倍の相電圧）と相電圧の両方を利用できるため、低圧配電で単相負荷と三相負荷を同一系統から供給できる。回転磁界が容易に得られる性質は三相誘導電動機の普及を支える最大の理由であり、瞬時電力が一定（脈動しない）という性質は、発電機の軸トルクが安定するため振動・騒音が少なく、同一出力ならより小形・高効率に設計できることにつながる。これらの三相方式特有の利点と、電線重量比較という経済性の論点をセットで理解しておくことが、本問のような複数論点を含む正誤判定問題の対策になる。