第二種電工 電気機器・配線器具・配線 問1：電気機器・配線器具・配線

単相2線式と単相3線式は住宅でよく使われる配線方式。2線式は電線2本で100Vを供給するシンプルな方式。3線式は電線3本（電圧線2本＋中性線1本）で100Vと200Vの両方が使える方式。電力損失は電線に電流が流れるときに熱として逃げるエネルギーのこと。P=I²×Rで計算する。2線式で負荷A（1kW）と負荷B（1kW）に電流を流す場合、2台分の電流が2本の電線を行き来する。3線式に変えると、各負荷に独立した経路ができ、電流が分散して中性線には差電流しか流れない。今回は2台の負荷が同じ消費電力なので中性線の電流はほぼゼロになり、損失が大幅に減る（正答イ）。

電力損失はP_loss=I²×Rで求まる。問題では電線1本あたりの抵抗r=0.2Ω。まず図1（単相2線式）の損失を計算する。負荷A・Bはどちらも100V・1kWなので、各負荷電流I=P/V=1000/100=10A。2線式では電線2本に同一電流10Aが流れる（負荷A・Bは並列接続、往復2本）。損失=10²×0.2×2×2=80W（往路2線×復路2線で4本分）。実際には負荷が並列なので合計電流20A、電線2本に20A：P=20²×0.2×2=160W。

次に図2（単相3線式）：外側2本に各10A、中性線には差電流（10A－10A=0A）が流れる。P_loss=10²×0.2＋10²×0.2＋0²×0.2=40W。2線式160Wから3線式40Wへ、電力損失は小さくなる（正答イ）。同じ電力を同じ電線抵抗で供給しながら損失を大幅削減できるのが3線式の優位点。

本問は単相2線式→3線式への変更による配線損失の変化を問う計算問題で、第二種電気工事士試験の頻出テーマである。

【単相2線式の損失計算】図1では負荷A・B（各1kW、100V）が単相2線式で並列接続されている。各負荷電流は I=P/V=10A。電源から見ると往路電線には合計20Aが流れ、復路電線にも20Aが流れる（電線1線当たり20A）。電力損失：P₂W=I²×R×2=20²×0.2×2=160W。

【単相3線式の損失計算】図2では電圧線L1・中性線N・電圧線L2の3本構成。L1側に負荷A（100V、10A）、L2側に負荷B（100V、10A）が接続される。外線L1には10A、L2には10A流れるが、中性線Nには（I_A－I_B）の差電流が流れる。問題の条件では負荷A・B が同一消費電力で均衡しているため差電流=0A。電力損失：P₃W=10²×0.2＋0²×0.2＋10²×0.2=40W。

【損失比較】2線式160W → 3線式40W。損失は1/4に低減し「小さくなる」（正答イ）。なお「0になる」（ア）が正解でないのは、外線L1・L2の損失がゼロではないため。

【実務上の意義と第一種・電験への接続】単相3線式は現代の住宅標準方式（電灯幹線100/200V）として採用されている理由がまさにこの損失低減効果にある。同一消費電力を届ける際、電線本数が2→3本でも電力損失が大幅に減り、電線の細径化＝コスト削減が可能。電験三種「電力」科目では、3線式配電の経済性として皮相電力・力率補正とともに出題される。また第一種電気工事士では400V三相幹線との損失比較問題に発展し、「n線式で中性線電流がゼロになる条件（対称平衡負荷）」が重要論点となる。不平衡負荷時は中性線にも電流が流れ、損失が増加する点も押さえておくこと。