第二種電工 電気の基礎理論 問26：電気の基礎理論
（令和8年度（2026年度）試験対応・数値確認日 2026-06-12）
単相交流回路で200 V の電圧を力率90 ％の 負荷に加えたとき，15 A の電流が流れた。負荷 の消費電力［kW］は。
- ア2.4
- イ2.7正答
- ウ3.0
- エ3.3
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単相交流の消費電力（有効電力）はP=V×I×cosφの公式で計算する。電圧V=200V、電流I=15A、力率cosφ=0.9なので、P=200×15×0.9=2700W=2.7kW（正答イ）。力率は「実際に仕事をしている電力の割合」で、90%は優秀な値（モータや蛍光灯の典型値0.6〜0.85より高い）。残り10%は無効電力として電源と負荷を往復するだけ。直流ならP=VIだけで済むが、交流では力率を必ず掛ける。
単相交流回路の有効電力（消費電力）計算。V=200V、I=15A、力率cosφ=0.9（=90%）の条件。
【公式適用】 有効電力P=V×I×cosφ=200×15×0.9=2700W=2.7kW（正答イ）
【関連電力】
皮相電力S=V×I=200×15=3000VA=3.0kVA
無効電力Q=V×I×sinφ。sinφ=√(1-0.9²)=√0.19≒0.436、Q=200×15×0.436≒1308var≒1.3kvar
検算：S²=P²+Q²、3000²=2700²+1308²、9×10⁶≒7.29×10⁶+1.71×10⁶=9×10⁶（一致）
【公式の意味】
①直流回路：P=V×I（力率の概念なし）
②交流純抵抗：P=V×I（cosφ=1）
③交流RL/RC負荷：P=V×I×cosφ（実際の消費電力は皮相電力にcosφを掛けたもの）
電気事業法では力率85%が基本料金算定の基準。本問の力率0.9は割引対象。実務では誘導電動機・蛍光灯安定器の遅れ力率を改善するため、進相コンデンサを並列接続して力率を1.0近くに調整する。
単相交流の有効電力計算は、電気の基礎理論で最頻出の論点。直流→交流への概念拡張で、力率の理解が試験・実務両面で重要。
【3つの電力】
①有効電力P[W]：実際に仕事（熱・運動・光）に変換される電力
P=V×I×cosφ=I²R=V²×cosφ²/Z
②無効電力Q[var]：電源と負荷を往復するだけの電力（コイル・コンデンサ）
Q=V×I×sinφ=I²X=V²×sinφ×cosφ/Z
③皮相電力S[VA]：見かけ上の電力（電圧と電流の積）
S=V×I=√(P²+Q²)、S²=P²+Q²
【電力三角形】
P（実軸）、Q（虚軸）、S（斜辺）の直角三角形。
cosφ=P/S（力率）、sinφ=Q/S、tanφ=Q/P
本問代入：
P=200×15×0.9=2700W（正答イ）
sinφ=√(1-0.81)=√0.19=0.4359
Q=200×15×0.4359=1307.7var
S=200×15=3000VA
検算：√(2700²+1307.7²)=√(7290000+1710073)=√9000073≒3000VA（一致）
【力率の物理的意味】
①cosφ=1（純抵抗）：電圧と電流が完全に同位相、全電力が有効
②cosφ=0.9（典型的良好負荷）：90%が有効、10%が無効（電気事業法割引対象）
③cosφ=0.85（電気事業法基準）：基本料金算定基準
④cosφ=0.6（誘導電動機軽負荷）：効率悪、改善必要
⑤cosφ=0（純リアクタンス）：全部無効、有効電力0
【遅れ力率と進み力率】
遅れ力率（電流が電圧より遅れる）：誘導電動機、蛍光灯安定器、変圧器励磁
進み力率（電流が電圧より進む）：進相コンデンサ、無負荷送電線（フェランチ効果）
実務では遅れ負荷が大半。進相コンデンサで打ち消して力率改善。
【力率改善コンデンサ容量計算】
Q_C=P×(tanφ_1-tanφ_2)
例：本問負荷の力率0.9→1.0に改善する場合
tanφ_1=√(1-0.81)/0.9=0.484
tanφ_2=0
Q_C=2700×(0.484-0)=1307var≒1.3kvar
→1.3kvar以上の進相コンデンサを並列接続
【実務応用】
①工場の力率管理：
受電点で力率計を常時監視、85%下回ると基本料金割増。三相50kvar〜200kvar級の進相コンデンサを契約容量に応じて設置。
②電動機の力率：
誘導電動機は軽負荷で0.5、定格負荷で0.85前後。インバータ駆動なら0.95以上。
③変圧器の励磁電流：
無負荷時の遅れ励磁電流が容量の1〜5%。大型変圧器ほど効率良好。
④電気料金の最適化：
高圧500kW契約で力率0.85→0.95に改善→基本料金10%割引。年間数十万〜数百万円の削減。
【関連法令・規格】
①電気事業法施行規則：基本料金の力率割引/割増規定
②JIS C 4034：誘導電動機の定格力率
③JIS C 8108：蛍光灯安定器の力率規格（90%以上）
④JEAC 8001：力率改善コンデンサ設置基準
【電験三種への接続】
電験三種「電力管理」では受電設備の力率管理、進相コンデンサ容量設計が出題。電験二種では高調波対策（直列リアクトル付き進相コンデンサ）、複素電力S=VI* のフェーザ計算へ発展。第二種で単相交流のP=VIcosφを瞬時適用できることが基礎。kiso_06（直列RL力率）、kiso_09（並列RL消費電力）と組合せて、力率関連問題を網羅的に学習する。
本問は合格ナビが作成したオリジナル問題です（本試験問題の転載ではありません）。 根拠・出典：出典：令和5年度上期（午後） 第二種電気工事士 学科試験 問4（一般財団法人 電気技術者試験センター） 各根拠条文・規定は「e-Gov法令検索」（https://elaws.e-gov.go.jp/）で原文を確認できます。令和8年度（2026年度）試験基準日時点で施行されている法令・基準の数値を反映（数値確認日 2026-06-12）。
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執筆・監修：Zawa Lab（合格ナビ運営者情報） ／ 電気事業法・電気工事士法・電気用品安全法・電気設備技術基準・内線規程の出題範囲分析に基づきオリジナル問題と段差性のあるAI解説を作成しています。