第一種電工 令和6年度 問6｜配電理論・配線設計

単相2線式配電線路の末端電圧を求める問題。正答イ（202V）。A→B間の電線抵抗0.1Ω×2本（往復）=0.2Ω、B→C間の電線抵抗0.2Ω×2本=0.4Ω。B点とC点の負荷電流はどちらも10A（抵抗負荷）。A-B間の電流はB・C両方の電流の合計=20A（B点より先を流れるためC点への10Aも含む）。電圧降下：A-B間ΔV₁=0.2×20=4V、B-C間ΔV₂=0.4×10=4V。C点の電圧：VС=210-4-4=202V（正答イ）。

単相2線式配電線路のC点電圧を求める問題。回路：A点（210V）-電線A-B（1線0.1Ω）-B点（10A負荷）-電線B-C（1線0.2Ω）-C点（10A負荷）。電圧降下計算（リアクタンス無視）：単相2線式の電圧降下ΔV=2×I×r×L（往復2本分）。A-B間：C点へ10A・B点へ10A合計20Aが流れる。問題文の「0.1Ω」は電線1線当たりの抵抗なので、往復2本分で 2×0.1Ω＝0.2Ω。ΔV₁＝0.2Ω×20A＝2×0.1×20＝4V。B-C間：C点へ10Aのみ流れる。ΔV₂=2×0.2×10=4V。C点電圧：VC=VA-ΔV₁-ΔV₂=210-4-4=202V（正答イ）。

【単相2線式配電線路の電圧降下計算の体系】配電線路の電圧降下計算は配線設計の根幹。第一種電気工事士では幹線・分岐回路の電圧降下が内線規程の許容値以内に収まるよう設計する能力が必要。

【電圧降下計算の詳細手順】電線の等価回路（リアクタンス無視）：各区間の電流を求める→テブナンの電圧源→各区間の電圧降下を積算。A-B間の電流：B点（10A）とC点（10A）の合計→I_AB=20A。B-C間の電流：C点のみ→I_BC=10A。電圧降下（単相2線式）：ΔV=2×I×r（rは1線当たりの区間抵抗）。ΔV_AB=2×20×0.1=4V。ΔV_BC=2×10×0.2=4V。C点電圧：VC=210-4-4=202V（正答イ）。

【力率を考慮した一般式への発展】本問は力率1.0（抵抗負荷）で計算。力率cosθを含む一般形：ΔV=2×I×L×(r×cosθ+x×sinθ）（x:線路リアクタンス[Ω/km]、L:亘長[km]）。抵抗負荷（cosθ=1、sinθ=0）では x項がゼロになり本問の計算と一致。誘導負荷（cosθ<1）ではxsinθ項が加算され電圧降下が大きくなる。力率改善（コンデンサ設置）でsinθが小さくなり電圧降下を低減できる。

【配電設計における許容電圧降下】電気設備技術基準の解釈・内線規程：幹線の電圧降下：引込口から最遠端まで2%以下（供給電圧の2%=200Vなら4V）。分岐回路を含む場合：合計3%以下。高圧配電線路（6.6kV系）：変電所から最遠端まで10%以下が目安。電圧降下が許容値を超える場合の対策：電線断面積の拡大、電圧降下の小さい三相3線式への変更、供給変圧器の増設・配置変更、力率改善（コンデンサ設置）。電験三種「電力」では力率含む一般式での計算、電験二種では複数負荷を持つ複雑な配電網のノード電圧解析が出題される。