第一種電気工事士 ② 配電理論・配電設計

単相2線式・単相3線式・三相3線式といった配電方式ごとの電圧降下や電力損失の計算を中心に、需要率・負荷率・不等率などの配電設計の指標を扱う分野です。進相コンデンサによる力率改善、幹線・分岐回路の過電流遮断器の施設位置、架空電線のたるみや支線張力なども頻出です。方式ごとに係数(2倍・√3・3倍)が変わる点を整理し、公式の適用条件を意識して覚えると失点を防げます。本分野は38問を収録しています。

この分野の問題38問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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39単相3線式配電線路において、負荷が平衡しているとき、中性線に流れる電流は何[A]か。

  1. A10
  2. B0
  3. C20
  4. D30
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正解:B0

平衡負荷の場合、中性線に電流は流れません。

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40単相3線式100/200Vの低圧配電線路における対地電圧[V]はいくらか。

  1. A300
  2. B173
  3. C200
  4. D100
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正解:D100

単相3線式は中性線を接地するため、対地電圧は100Vとなる。

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41単相2線式配電線路で、負荷の力率が100%のとき、電圧降下v[V]を求める式はどれか(Iは負荷電流、rは電線1線当たりの抵抗)。

  1. Av=2Ir
  2. Bv=Ir
  3. Cv=3Ir
  4. Dv=4Ir
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正解:Av=2Ir

単相2線式の電圧降下式はv=2Irです。

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42三相3線式配電線路の電圧降下v[V]を求める式はどれか(Iは電流、rは抵抗、xはリアクタンス、θは力率角)。

  1. Av=√3I(rsinθ+xcosθ)
  2. Bv=3I(rcosθ+xsinθ)
  3. Cv=√3I(rcosθ+xsinθ)
  4. Dv=3I(rsinθ+xcosθ)
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正解:Cv=√3I(rcosθ+xsinθ)

三相3線式の電圧降下はv=√3I(rcosθ+xsinθ)です。

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43電線1線当たりの抵抗が0.1Ω、線路に流れる電流が10Aの単相2線式配電線路の電力損失[W]は。

  1. A20
  2. B10
  3. C40
  4. D80
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正解:A20

電力損失P=2I²r=2×10²×0.1=20Wとなる。

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44単相3線式配電線路において、線路リアクタンスを無視した場合、平衡負荷時に中性線で生じる電力損失は何[W]か。

  1. A負荷電流に比例
  2. B負荷電流の2乗に比例
  3. C0W(損失は生じない)
  4. D供給電圧の2乗に比例
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正解:C0W(損失は生じない)

中性線には電流が流れないため、電力損失も生じません。

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45三相3線式配電線路の電力損失[W]を求める式はどれか(Iは電流、rは電線1線当たりの抵抗)。

  1. APL=I²r
  2. BPL=√3I²r
  3. CPL=3I²r
  4. DPL=2I²r
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正解:CPL=3I²r

三相3線式の電力損失はPL=3I²rです。

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46進相コンデンサを設置することによる力率改善の効果として、誤っているものはどれか。

  1. A無効電力が増加する
  2. B電圧降下が減少する
  3. C電力損失が減少する
  4. D線電流が減少する
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正解:A無効電力が増加する

進相コンデンサの設置により無効電力は減少します。

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47設備容量が400kW、最大需要電力が200kWであるときの需要率は何[%]か。

  1. A20
  2. B40
  3. C80
  4. D50
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正解:D50

需要率=最大需要電力/設備容量×100=200/400×100=50[%]。

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48ある期間の平均需要電力が80kW、最大需要電力が100kWであるときの負荷率は何[%]か。

  1. A20
  2. B64
  3. C125
  4. D80
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正解:D80

負荷率=平均需要電力/最大需要電力×100=80/100×100=80[%]。

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49不等率の定義として正しいものはどれか。

  1. A平均需要電力/最大需要電力
  2. B合成最大需要電力/各需要家の最大需要電力の和
  3. C最大需要電力/設備容量
  4. D各需要家の最大需要電力の和/合成最大需要電力
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正解:D各需要家の最大需要電力の和/合成最大需要電力

不等率は各需要家の最大需要電力の和を合成最大需要電力で割ったものです。

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50低圧屋内幹線から分岐する回路において、過電流遮断器を施設すべき箇所は、原則として分岐点から何[m]以下か。

  1. A5
  2. B3
  3. C8
  4. D10
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正解:B3

過電流遮断器は分岐点から3m以下の箇所に施設します。

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51幹線を保護する配線用遮断器の定格電流が100Aのとき、許容電流が35A以上の電線を使用すれば、過電流遮断器は分岐点から何[m]以下の場所に施設できるか。

  1. A3
  2. B5
  3. C長さに制限なし
  4. D8
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正解:D8

許容電流が35%以上の場合、8m以下の場所に施設できます。

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52水平径間が100m、電線1m当たりの重量が10N/m、水平引張強さが20kNのときの電線のたるみ[m]は。

  1. A0.625
  2. B0.5
  3. C1.25
  4. D2.5
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正解:A0.625

たるみD=wS²/8T=10×100²/(8×20000)=0.625m。

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53支線の許容張力が10kNで、取り付け角度が30°のとき、電線の水平張力の最大値は何[kN]か(ただしsin30°=0.5)。

  1. A2.5
  2. B10
  3. C5
  4. D20
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正解:C5

水平張力の最大値=許容張力×sin30°=10×0.5=5kN。

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54三相3線式において、線路のリアクタンスxと無効率sinθを考慮した電圧降下式で正しい構成はどれか。

  1. A抵抗×力率+リアクタンス×無効率
  2. B抵抗×無効率+リアクタンス×力率
  3. C抵抗×力率-リアクタンス×無効率
  4. D抵抗×無効率-リアクタンス×力率
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正解:A抵抗×力率+リアクタンス×無効率

電圧降下は抵抗×力率(cosθ)とリアクタンス×無効率(sinθ)の和に関連します。

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55単相3線式配電線路で、抵抗負荷Aに加わる電圧VAを求める際、抵抗負荷AをRA、抵抗負荷BをRB、電源電圧をVとするとき正しい式は。

  1. AVA = V × (RA / (RA + RB))
  2. BVA = V × (RB / RA)
  3. CVA = V × (RA / RB)
  4. DVA = V × (RB / (RA + RB))
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正解:AVA = V × (RA / (RA + RB))

直列回路の分圧の原理より、VA = V × RA / (RA + RB)です。

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56定格電流30Aの過電流遮断器で保護されている分岐回路で使用すべき最小の軟銅線の直径は。

  1. A1.6mm
  2. B2.0mm
  3. C3.2mm
  4. D2.6mm
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正解:D2.6mm

定格電流30Aの場合は直径2.6mm以上の軟銅線を使用します。

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57進相コンデンサの容量Qc[kvar]を求める式で、Pを有効電力、tanθ1を改善前の力率の正接、tanθ2を改善後の力率の正接とするとき正しいものは。

  1. AQc = P(tanθ1 - tanθ2)
  2. BQc = P(tanθ1 + tanθ2)
  3. CQc = P(cosθ1 - cosθ2)
  4. DQc = P(sinθ1 - sinθ2)
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正解:AQc = P(tanθ1 - tanθ2)

コンデンサ容量は改善前後の無効電力の差P(tanθ1 - tanθ2)で求めます。

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58消費電力120kW、遅れ力率0.6の負荷を、力率0.8に改善する場合のコンデンサ容量[kvar]は。ただしtanθ1=1.33、tanθ2=0.75とする。

  1. A45.6
  2. B69.6
  3. C75.8
  4. D120
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正解:B69.6

120×(1.33-0.75)=120×0.58=69.6kvar。

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59直列リアクトルを設置した高圧進相コンデンサの無効電力Q[var]を求める式はどれか(Vは電圧、Xcは容量性リアクタンス、XLは誘導性リアクタンス)。

  1. AV² / (Xc + XL)
  2. BV² / (Xc - XL)
  3. CV / (Xc - XL)
  4. DV² / (XL - Xc)
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正解:BV² / (Xc - XL)

直列リアクトル設置時の無効電力式はV² / (Xc - XL)です。

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60負荷率の算出において、ある期間の需要電力量[kWh]を期間の時間[h]で割って求められるものは。

  1. A平均需要電力
  2. B最大需要電力
  3. C設備容量
  4. D不等率
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正解:A平均需要電力

期間中の需要電力量を時間で割ると平均需要電力となります。

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61配電線路における電圧降下の式において、力率100%未満の場合に考慮すべき成分は。

  1. A抵抗成分のみ
  2. Bリアクタンス成分のみ
  3. C抵抗と力率、リアクタンスと無効率
  4. D抵抗と無効率、リアクタンスと力率
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正解:C抵抗と力率、リアクタンスと無効率

力率100%未満では抵抗と力率、リアクタンスと無効率の両方が計算に関わります。

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62需要率の定義として正しいものは。

  1. A平均需要電力/最大需要電力
  2. B最大需要電力の和/平均需要電力
  3. C合成最大需要電力/各需要家の最大需要電力の和
  4. D最大需要電力/設備容量
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正解:D最大需要電力/設備容量

需要率は最大需要電力の設備容量に対する割合です。

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63単相2線式配電線路の電力損失を求める式で正しいものはどれか(Iは負荷電流、rは電線1線当たりの抵抗)。

  1. APL = I²r
  2. BPL = 2I²r
  3. CPL = 3I²r
  4. DPL = 4I²r
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正解:BPL = 2I²r

単相2線式は往復2本の線路があるため、2I²rとなります。

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64進相コンデンサを設置して力率を改善すると、電源から見て負荷側の無効電力はどうなるか。

  1. A増加する
  2. B減少する
  3. C変化しない
  4. D0になる
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正解:B減少する

力率改善の目的は無効電力を減少させることです。

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65不等率の数値は一般にどのような範囲となるか。

  1. A1以下
  2. B1以上
  3. C0から1の間
  4. D0以上
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正解:B1以上

不等率は常に1以上となります。

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66定格電流20Aの配線用遮断器で保護される分岐回路で使用できるコンセントの定格電流は。

  1. A15A以下
  2. B20A以上30A以下
  3. C20A以下
  4. D30A以上
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正解:C20A以下

定格電流20Aの配線用遮断器の分岐回路では20A以下のコンセントが使用可能です。

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67三相負荷18kW、定格電圧200V、力率0.9の負荷電流[A]を求める式は。

  1. A18000 / (√3×200×0.9)
  2. B18000 / (200×0.9)
  3. C(√3×200×0.9) / 18000
  4. D200×0.9 / 18000
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正解:A18000 / (√3×200×0.9)

三相の電力P=√3VIcosθより、I=P/(√3Vcosθ)です。

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68単相2線式配電線路の電圧降下式v=2I(rcosθ+xsinθ)で、力率を100%(cosθ=1)とし、リアクタンスxを無視したときの式はどれか。

  1. Av = Ir
  2. Bv = 4Ir
  3. Cv = 3Ir
  4. Dv = 2Ir
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正解:Dv = 2Ir

力率100%(cosθ=1)でx=0とすると、v=2Irとなる。

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69ある工場で、最大需要電力250kW、設備容量500kWの場合の需要率[%]は。

  1. A25
  2. B40
  3. C60
  4. D50
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正解:D50

需要率=250/500×100=50[%]。

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70単相3線式において、中性線が断線した場合、抵抗負荷にはどのような影響が出るか。

  1. A電圧が0Vになる
  2. B電圧が半分になる
  3. C負荷の抵抗値に応じて電圧が分担される
  4. D電圧が倍になる
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正解:C負荷の抵抗値に応じて電圧が分担される

中性線が断線すると、残りの線間で抵抗比に応じた分圧が発生します。

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71三相3線式配電線路の損失の計算において、線路リアクタンスを無視できる場合、スター結線とデルタ結線のどちらの式を使うか。

  1. Aスター結線用の式のみ
  2. B両者とも同じ式
  3. Cデルタ結線用の式のみ
  4. Dそれぞれ異なる式
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正解:B両者とも同じ式

三相3線式はスターでもデルタでも電力損失の式PL=3I²rは同じです。

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72負荷率と需要率を組み合わせた計算において、平均需要電力を求める式は。

  1. A最大需要電力×需要率
  2. B設備容量×負荷率
  3. C最大需要電力×負荷率
  4. D設備容量×需要率
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正解:C最大需要電力×負荷率

平均需要電力=最大需要電力×負荷率です。

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73配線用遮断器の取り付け位置が不適切な分岐回路を判断する際、許容電流が幹線用遮断器の定格電流の何%以上であれば8mまで延長できるか。

  1. A20
  2. B35
  3. C55
  4. D100
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正解:B35

35%以上あれば8m以下の場所に施設可能です。

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74架空電線路で、電線のたるみが大きい場合、水平張力T[N]はどう変化するか。

  1. A大きくなる
  2. B小さくなる
  3. C変化しない
  4. D0になる
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正解:B小さくなる

D=wS²/8Tより、DとTは反比例の関係にあります。

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75ある月の需要電力量が72000kWh、その月の日数が30日、1日の時間が24時間であるときの平均需要電力[kW]は。

  1. A500
  2. B200
  3. C100
  4. D1000
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正解:C100

平均需要電力=72000/(30×24)=72000/720=100[kW]。

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76過電流遮断器の定格電流が40Aの場合、使用すべき軟銅線の断面積は。

  1. A8mm²以上
  2. B2.6mm²以上
  3. C1.6mm²以上
  4. D14mm²以上
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正解:A8mm²以上

定格電流40Aの場合、断面積8mm²以上の軟銅線が必要です。

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