【第二種電気工事士】電圧降下｜2・1・√3の使い分けを知識ゼロから【第6回】
前の回で、電気を家まで配る3つの方式を見ました。この回では、その配線をするときに必ず考える電圧降下を扱います。
電線にも、わずかですが抵抗があります。そのため、電源から遠くへ行くほど電圧が下がっていきます。100Vで送り出したのに、末端では97Vしか来ていない——そういうことが実際に起きるのです。
過去問の問1〜10でも、たびたび顔を出すテーマです。覚える式は3つだけなので、ここできちんと整理しておきましょう。
電圧降下は「電線の抵抗で失われる電圧」
用語電圧降下とは？
電圧降下とは、電線の抵抗によって、送り出した電圧より末端の電圧が低くなることです。記号はeで表し、単位は電圧と同じV（ボルト）です。
なぜ？なぜ電線でも電圧が下がるのか？
電線にも抵抗があるからです。第1回で学んだオームの法則のとおり、抵抗に電流が流れれば、そこで電圧が使われます。電線は抵抗が小さいので少しずつですが、長い距離を流れるあいだに、無視できない大きさになります。
もう少しかみくだくと、こういうことです。電圧は「電気を押す力」でした。電線という細い道を通るあいだに、その押す力が少しずつ使われてしまい、ゴールに着くころには弱くなっている——それが電圧降下です。
覚える電圧降下が大きくなる3つの条件
電線が長い … 長さに比例して抵抗が増えます。距離が2倍なら、電圧降下も2倍。
電線が細い … 断面積（電線を輪切りにした面の広さ）が小さいほど抵抗が増えます。1.6mmより2.0mmのほうが、電圧降下は小さくなります。
電流が大きい … 流れる電流に比例します。同じ配線でも、たくさんの機器を使えば電圧降下は増えます。
覚える覚え方
水道のホースで考えると分かりやすいです。ホースが長いほど、細いほど、水をたくさん出そうとするほど、先端の勢いは弱くなります。電気もまったく同じで、長い・細い・たくさん流す、の3つで弱くなります。
配線方式で、かけ算する数が変わる
電圧降下の考え方はどの配線でも同じですが、「何本ぶんの電線で電圧が下がるか」が方式によって変わります。覚えるのは2・1・√3の3つだけです。
なぜ？なぜ単相2線式だけ「2倍」なのか？
電気は行って帰ってくるからです。単相2線式は2本の電線で行きと帰りを作っているので、往復2本ぶんの抵抗で電圧が下がります。
では単相3線式で「1倍」なのはなぜか？
単相3線式は中性線をはさんで、上下の負荷（電気を使う機器）が釣り合っていることを前提にします。バランスが取れていれば中性線には電流が流れません。そのため、片道1本ぶんだけを数えればよいことになります。
注意単相3線式の注意
「1倍」でよいのは上下のバランスが取れている（平衡している）ときだけです。
片方にだけ機器が集中していると中性線にも電流が流れ、その分だけ電圧降下が増えます。
試験では「平衡負荷」「バランスがとれている」といった条件が書かれていることが多いので、問題文をよく読んでください。
計算例① 単相2線式
1問題 電線1本の抵抗が0.15Ω、流れる電流が10Aの単相2線式回路。電圧降下は何Vか。
2単相2線式なので、式は e ＝ 2 × I × r
3数字を入れる e ＝ 2 × 10 × 0.15
4順に計算 2 × 10 ＝ 20 → 20 × 0.15 ＝ 3V
5答え：3V（送り出しが100Vなら、末端の電圧は97V）
計算例② 三相3線式
1問題 電線1本の抵抗が0.1Ω、線電流が20Aの三相3線式回路。電圧降下は約何Vか。（√3＝1.73）
2三相3線式なので、式は e ＝ √3 × I × r
3数字を入れる e ＝ 1.73 × 20 × 0.1
4順に計算 1.73 × 20 ＝ 34.6 → 34.6 × 0.1 ＝ 約3.5V
5答え：約3.5V
覚える覚え方
「単2は2、単3は1、三相は√3」。配線の呼び名の順に2・1・√3と並べて覚えると、混同しにくくなります。
電圧が下がりすぎると、何が困るのか
電圧が下がると、機器は本来の力を出せなくなります。
例電圧不足で起きること
照明が暗くなる … 電球は電圧の2乗で明るさが変わるので、少し下がっただけでも目に見えて暗くなります。
モーターの力が落ちる … 回転が弱くなり、それを補おうとして電流が増え、モーターが熱を持って傷むことがあります。
ヒーターが温まらない … 発熱量も電圧の2乗に比例して減ります。
そのため、電圧降下は一定の範囲に収まるように配線を設計します。一般には電圧の2〜3%程度までを目安にすることが多く、100Vなら2〜3V以内、ということになります。
例電圧降下を小さくする3つの方法
電線を太くする … いちばん確実。1.6mm→2.0mmにすると抵抗が減ります。
配線を短くする … 分電盤（家の電気を各回路に分ける箱）を負荷の近くに置く、という設計上の工夫。
電圧の高い方式にする … 同じ電力なら電圧が高いほど電流が小さくなるので、電圧降下も小さくなります。
過去問では、こう出る
例出題のされ方
①電圧降下を計算する … 「こう長◯m、電流◯A、電線1本の抵抗◯Ω」から e を求める。基本となる形です。
②末端の電圧を求める … 電圧降下を出したあと、送り出しの電圧から引く。ここまで求めさせる問題も出ます。
③配線方式を変えたら … 「単相2線式を単相3線式にすると電圧降下は」→小さくなる。
④電線を太くしたら … 抵抗が小さくなるので電圧降下も小さくなる。
注意つまずきやすいところ
「2倍」を忘れる … 単相2線式でうっかり e＝I×r としてしまう。行き帰りで2本です。
電圧降下と末端電圧を混同する … 「電圧降下は」と聞かれたら下がったぶん（3V）、「末端の電圧は」なら引いたあと（97V）。
こう長と電線の長さを取り違える … 「こう長8m」は片道8mのこと。往復ぶんは式の「2」ですでに計算に入っています。
電線を太くすると、なぜ電圧降下が減るのか
対策としてよく挙げられるのが「電線を太くする」です。なぜ効くのかを、ひと言で押さえておきましょう。
用語電線の抵抗は何で決まるのか？
長さに比例し、断面積に反比例します。つまり長いほど抵抗は大きく、太いほど小さくなります。
なぜ？なぜ太いと抵抗が小さくなるのか？
電気の通り道が広くなるからです。同じ人数が通るとき、狭い廊下より広い廊下のほうがスムーズなのと同じです。1.6mmを2.0mmにすると、断面積はおよそ1.56倍になり、抵抗はその逆数ぶん小さくなります。
ですから、「電線を太くする＝抵抗が小さくなる＝電圧降下が減る」という流れでつながっています。同時に許容電流（安全に流せる電流の上限）も増えるので、太い電線はより多くの電流を流せます。
よくある質問
まとめ
まとめこの回の要点
電圧降下は電線の抵抗で失われる電圧。
長い・細い・電流が大きいほど大きくなる。
式は単相2線式＝2Ir／単相3線式＝Ir／三相3線式＝√3Ir。
単相3線式の「1倍」はバランスが取れているときの話。
目安は電圧の2〜3%以内。
対策は太くする・短くする・電圧を上げる。
