第二種電工 令和5年度上期午前 問3｜電気の基礎理論

電力量[kW・h]＝電力[kW]×時間[h]の式を逆に使う問題。電力量4kW・h、時間2時間30分=2.5h。まず消費電力P=4/2.5=1.6kW=1600W。次に電力P=V×Iの式に当てはめて、電流I=P/V=1600/100=16A（正答ア）。電力量・電力・電流・電圧の単位変換の基本パターンで、家庭の電気代計算と同じ仕組み。1kW・h≒27円の電気代を意識しながら、kWとkW・hの違いを混同しない。

電力量から電流を逆算する問題。電力量W=4kW・h、印加電圧V=100V、時間t=2時間30分=2.5h。

【消費電力の算出】 P=W/t=4kW・h÷2.5h=1.6kW=1600W

【電流の算出】 P=V×I よりI=P/V=1600/100=16A（正答ア）

【別解：抵抗値から】 P=V²/R よりR=V²/P=100²/1600=6.25Ω、I=V/R=100/6.25=16A（一致）

【単位整理】

①電力P[W]：仕事率（瞬時値）、P=VI=I²R=V²/R

②電力量W[Wh]：エネルギー積算値、W=P×t

③1kW・h=3600kJ、1kW・h≒27円（家庭電気料金）

電熱器・抵抗負荷の電力計算の基本。電気代計算（電力量×時間×単価）の逆算式として実務でもよく使う。第二種電気工事士試験では電力量計算問題が毎年1問程度出題される。

電力量から電流を逆算する典型問題。第二種電気工事士の電気の基礎理論で頻出する単位変換と電力公式の組合せ。

【基本公式の整理】

①電力P[W]＝V×I＝I²R＝V²/R（瞬時の仕事率）

②電力量W[Wh]＝P×t（時間積算したエネルギー）

③1Wh＝3600J、1kWh＝3.6MJ＝3600kJ

【本問の段階的計算】

ステップ1：時間の単位変換

2時間30分＝2＋30/60＝2.5h

ステップ2：平均消費電力の算出

P＝W/t＝4kW・h÷2.5h＝1.6kW＝1600W

ステップ3：オームの法則で電流逆算

P＝V×I → I＝P/V＝1600/100＝16A（正答ア）

【検算（複数経路）】

①抵抗値経由：R＝V²/P＝100²/1600＝6.25Ω、I＝V/R＝100/6.25＝16A

②電流の2乗則：I＝√(P/R)＝√(1600/6.25)＝√256＝16A

③電力量への戻し検算：W＝V×I×t＝100×16×2.5＝4000Wh＝4kWh（与条件と一致）

【類問のパターン整理】

電力量・電力・電圧・電流・抵抗・時間の6つの量から2つを与えて他を求める典型問題：

①P・t→W（積算）：W＝Pt

②W・t→P（平均）：P＝W/t

③P・V→I：I＝P/V

④P・I→V：V＝P/I

⑤V・I→P：P＝VI

⑥P・R→V or I：V＝√(PR)、I＝√(P/R)

【単位の徹底確認】

①W＝V×A（電力）

②Wh＝V×A×h（電力量）

③kWh＝1000Wh

④J＝W×s（仕事量）

⑤1kWh＝3600kJ＝3.6MJ

時間の単位変換ミス（分→hの換算）が頻出ミス。30分＝0.5h、15分＝0.25hを瞬時に判定。

【実務応用】

①家庭の電気代計算：

冷蔵庫500W×24h×30日＝360kWh、27円/kWh→9720円/月

②電熱器の選定：

500W電気こたつを4時間使用→2kWh＝54円/日

③蓄電池の容量設計：

家庭用蓄電池容量5kWh、消費電力1kW負荷で5時間動作可能

④電力契約の最適化：

契約電力（kW、30分平均最大値）の超過防止のため、瞬時電力監視が重要

⑤太陽光発電の発電量予測：

パネル5kW容量×日射時間4h/日＝20kWh/日の発電量

【関連法令・規格】

①電気事業法：従量電灯B契約は基本料金（契約A・kW相当）＋電力量料金（kWh単価）の二段構成

②低圧需要家の契約種別（従量電灯A/B/C 等）は法令ではなく、各小売電気事業者の電気供給約款・料金メニューで定められる

③省エネ法：家電製品の年間消費電力量表示義務

④JIS C 9220：電気冷蔵庫の効率測定法

【電験三種への接続】

電験三種「電力」では発電所の年間発電電力量、送電損失、配電線の電力潮流計算で本論点が高度化。電験三種「法規」では電気料金体系・契約電力決定法が問われる。第二種で電力量↔電力↔電流↔電圧の4方向変換を瞬時にできるようにしておくことが上位資格・実務両方への基礎。電熱器の電力量計算やジュール熱の問題とセットで完璧に押さえる。