機器・材料・工具（第一種電気工事士）

基本の仕組み

周波数50Hz、4極の電動機なら同期速度は120×50÷4＝1500min⁻¹です。実際の回転速度が1440min⁻¹なら、すべりは(1500−1440)÷1500＝4%になります。

同期速度は周波数と極数で決まり、誘導電動機の回転子は通常の電動運転でそれより遅く回ります。速度の差を同期速度で割った割合がすべりです。

極数を増やすと同じ周波数で速くなる、という覚え方は逆です。また出力のkWと電源からの入力は、効率があるため同じ値とは限りません。

誘導電動機の回転と制御

回転速度はN＝Ns(1−s)で求めます。4極・60Hzなら同期速度は1800min⁻¹で、すべり5％なら1710min⁻¹です。インバータで周波数を30Hzに下げると同期速度も900min⁻¹へ比例して下がります。回転方向は3線のうち任意の2線を入れ替えると逆になり、3線を順繰りに入れ替えても変わりません。

じか入れ（全電圧）始動では始動電流が全負荷電流の4〜8倍程度になるため、Y-Δ始動、始動補償器（単巻変圧器で減圧）、リアクトル始動（直列リアクトルで減圧）で始動電流を抑えます。Y-Δ始動では始動電流も始動トルクも全電圧始動の1/3になります。結線後は検相器で相順を確かめ、試運転で回転方向を確認します。

基本の仕組み

容量50kVAの範囲で力率0.8の負荷を考える単純な例では、有効電力は50×0.8＝40kWです。50kVAという表示を、そのままどの負荷でも50kWまでと読まないようにします。

鉄損は主に鉄心で発生し、一定電圧・周波数では負荷がなくても生じます。銅損は巻線の抵抗による損失で、負荷電流の二乗に応じて変化します。

出力を入力で割った効率と、定格容量は別の情報です。また同じ容量でも設置条件や冷却方式、周囲環境との適合を確認する必要があります。

変圧器の定格と損失

変圧器の定格容量は通常VAで表し、負荷の有効電力Wだけで必要容量を決めません。一次・二次の電圧比は巻数比、電流比はその逆です。実際の容量選定は最大需要、力率、温度上昇、将来負荷も条件になります。

鉄損はヒステリシス損と渦電流損からなり、負荷の大小に関係なくほぼ一定ですが、一次電圧が高くなると増えます。銅損は巻線のI²R損で、電流2倍なら4倍です。効率は鉄損と銅損が等しい負荷で最大になります。

基本の仕組み

廊下の両端で一つの照明を操作する場面と、一か所だけで操作する場面では、必要なスイッチの働きが違います。3路スイッチは二か所からの操作に用いる器具として結び付けます。

器具は定格電圧・定格電流・極数・接地極の有無などで使える条件が分かれます。外観が似ていても表示の違いを読み取れば、選択肢を区別できます。

接地極を電源の中性線の代わりと考えてはいけません。通常の電流を流す線と、保護のための接地は役割が違います。

コンセントとスイッチの用途

接地極付コンセントはプラグの接地極とつながり、接地端子付は接地線を端子へ接続できます。抜止形はプラグの抜けを防ぎ、防雨形は屋外での水の侵入を抑え、医用コンセントは医療用の要求に応じた構造です。写真問題では形状と用途を両方確認します。

スイッチは片切・両切・3路・4路で開閉する極数と操作場所が異なります。3路2個なら2か所、間に4路を加えれば3か所以上から操作できます。片切スイッチは非接地側電線に入れ、接地側電線だけを切る結線にはしません。

基本の仕組み

照明の操作スイッチと受電設備の断路器を比べると、どちらも接点を持ちますが想定する電圧・電流・操作条件が異なります。写真の外形から名称を選んだ後、用途まで説明します。

定格電圧や定格電流、開閉できる負荷の種類は、機器を使用できる条件を表します。負荷の性質によって開閉時の負担が異なるため、電流の数値だけでは決まりません。

すべての開閉器に過負荷や短絡を自動検知して遮断する機能があるわけではありません。操作する機能と保護する機能を区別します。

DS・LBS・PASの開閉条件

DS（断路器）は無負荷で電路を切り離す装置、LBS（高圧交流負荷開閉器）は負荷電流を開閉する装置、PAS（高圧交流気中負荷開閉器）は責任分界点付近の柱上に設ける区分開閉器です。いずれも短絡電流は遮断できず、PF（限流ヒューズ）付きLBSではPFが短絡保護を受け持ちます。

高圧カットアウト（PC）はヒューズを内蔵し、変圧器（300kV・A以下）や進相コンデンサの一次側の開閉・保護に使います。高頻度開閉にはVMC（高圧真空電磁接触器）を使います。写真ではがいし、刃、ヒューズ部、取付け場所を手掛かりに、図記号と照らして識別します。

基本の仕組み

器具の使い過ぎで電流が増える過負荷と、電圧の異なる線同士が低い抵抗でつながる短絡では、事故電流の大きさや必要な動作が違います。同じ「過電流」でも発生のしかたを比較しましょう。

定格電流は通常使う電流の基準、遮断容量は所定条件で安全に遮断できる事故電流の能力です。負荷電流だけでなく、その場所で想定される短絡電流に見合う必要があります。

配線用遮断器が必ず漏電を検知するわけではありません。過電流保護と漏電保護は別の機能で、どの機能が装備されているかを表示で読みます。

電流・地絡・過電圧の保護

過電流にはヒューズ・遮断器・OCR（過電流継電器）、地絡にはZCT（零相変流器）とGR（地絡継電器）またはDGR（地絡方向継電器）と遮断装置の組合せ、雷などの異常電圧には避雷器（LA）を対応させます。LAはサージ電流を大地へ流して電圧上昇を抑え、続流を遮断して元の状態に戻ります。

保護対象と装置の定格を照合します。配線用遮断器の定格電流は通常電流の条件、定格遮断電流は設置点で見込む短絡電流の条件です。過負荷・短絡・漏電・地絡・過電圧を全部「ブレーカが切る」とひとまとめにしません。

基本の仕組み

単線の表示「直径2mm」と、断面積「2mm²」は同じではありません。直径2mmの円の断面積はπ×1²≒3.14mm²で、数値が似ていても意味が変わります。

同じ材質・長さなら抵抗は断面積に反比例します。断面積を2倍にすれば抵抗は半分です。太さを直径で2倍にした場合は断面積が4倍になる点も結び付けます。

被覆を含む外径を導体径としないようにします。また「太いからどこでも使用できる」のではなく、電圧や工事場所に合った種類が必要です。

導体と絶縁の選択

導体の銅・アルミニウムは抵抗率や質量、接続方法が違います。電線の抵抗R＝ρL/Aより、同材質なら長さが2倍で抵抗2倍、断面積2倍で抵抗半分です。許容電流は断面積だけでなく絶縁種別、周囲温度、布設方法、他回路との近接でも変わります。

IVはシースのない600Vビニル絶縁電線、DVは架空引込用、OCは高圧架空電線用、KIPは高圧機器内の配線用です。VVFはビニル絶縁ビニルシースの平形ケーブルで、移動用機器に使うキャブタイヤケーブル（VCT）とは別物です。支線用の亜鉛めっき鋼より線は通電用ではありません。

基本の仕組み

2心と3心のケーブルを比べると、内部の絶縁された導体の本数が違います。回路図で必要な本数を数え、材料表の心数・導体の太さと対応させます。

VVFなどの記号は絶縁物や外装、形状を表します。高圧用ケーブルには電界を制御する遮へいなどもあり、低圧ケーブルと同じ見た目の処理で済むわけではありません。

外装と心線の絶縁被覆を混同しないことが重要です。外装だけ見て無傷でも内部の絶縁を傷めている場合があり、施工後の確認対象は別々です。

ケーブルの構造・敷設

ケーブルは導体、絶縁体、シース等で構成されます。CVは架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルで低圧用と高圧用があり、外見が似ても定格電圧を表示で確認します。CVTは単心CVを3本より合わせたトリプレックス形です。低圧用CVTには半導電層や遮へい層がありません。

高圧CVケーブルは導体の外側に内部半導電層、架橋ポリエチレン絶縁体、外部半導電層、遮へい銅テープ、ビニルシースを重ねます。端末処理ではストレスコーンで遮へい端部の電界集中を緩和し、遮へい層を接地します。地中引込は管路・直接埋設・暗きょ式から条件に合わせて選びます。

基本の仕組み

管同士を継ぐ部材と、管をボックスへ取り付ける部材を並べると、接続相手が異なります。「何と何をつなぐか」を言葉にすると外観の似た材料も区別できます。

金属管には機械的強さや電気的な連続性、樹脂管には絶縁性などの特徴があります。選ぶ材料は施設場所、温度、外力、点検できるかなどの条件と一緒に判断します。

管の中に入れたから、電線の接続をどこに設けてもよいわけではありません。接続の扱いや点検性は別の施工条件です。

金属管・合成樹脂管

金属管、PF管、CD管、硬質ビニル電線管（VE管）は材料と使える場所が異なります。金属管では管相互・ボックス間の機械的かつ電気的な接続、管端で被覆を傷めないブッシング、必要な接地を確認します。

配管を選ぶ順序は、使用電圧、乾燥・湿潤、露出・隠ぺい、機械的損傷のおそれ、支持・接地です。CD管はPF管と色や名称が似ていても適用条件が違います。ケーブル保護管と絶縁電線を収める電線管工事も区別します。

基本の仕組み

天井を通る多数のケーブルと、壁面に沿った一本の管を比べます。どこへどの荷重がかかるかを考えると、必要な支持の形や固定相手を説明しやすくなります。

支持材には対象の重量や外力に耐えることに加え、被覆を傷めないこと、環境に適した材質であることなどが求められます。配線材料と建物をつなぐ部分として読みます。

形が合えばどんなねじや固定材でも同じ性能とは限りません。取付ける下地や荷重、腐食などの条件を含めた適合が必要です。

支持・固定・支線の組合せ

引込柱の支線工事の材料は、亜鉛めっき鋼より線、玉がいし、アンカの組合せです。玉がいしは支線の途中に入れ、上部が充電しても下部へ電位が伝わらないようにします。公表問題では、耐張クランプやスリーブなど支線に使わない材料を混ぜた組合せが出題されます。

耐張クランプは電線を引き留め、巻付グリップは支線や玉がいし等の接続に用い、スリーブは電線の接続に用いるものがあります。形が金具でも受け持つ力と接続対象が違うため、名称だけで組にせず位置と用途を確認します。

基本の仕組み

電線の被覆を取り除く作業にはストリッパ、接続用スリーブを所定の形に圧縮する作業には適合する圧着工具を使います。ペンチで強くつぶすことと圧着は同じではありません。

圧着は工具・接続材料・電線の組合せで必要な接続性能を得る方法です。工具の用途だけでなく、対応する種類やサイズの表示まで照合します。

見た目が接続できていても、指定外の工具や材料では適切な圧着とは限りません。技能試験では仕上がりの刻印なども確認対象になります。

接続・配管・張線の工具

圧着工具は端子やスリーブを規定のダイスで圧着し、接続後は表示・変形・引張強度を確認します。手動油圧式圧着器は太い導体の圧着、油圧式パイプベンダは管の曲げ、ノックアウトパンチャは金属箱への穴あけ、ケーブルカッタは切断に使います。

張線器（シメラー）は架空電線やメッセンジャーワイヤを引っ張ってたるみを調整する工具で、写真鑑別で繰り返し出ます。ケーブルラック上の延線には延線ローラやケーブルグリップを使い、張線器は使いません。ケーブルジャッキはドラムを持ち上げて繰り出し、トルクレンチは指定トルクで締め付けます。

基本の仕組み

測定器のダイヤルに電圧の選択とMΩの表示がある場合、それぞれ加える測定電圧と読み取る絶縁抵抗を表します。同じ数字が並んでいても、入力する条件と測定結果は違います。

絶縁抵抗計は対象へ測定用電圧を加えて、漏れる電流から抵抗を求めます。そのため対象機器の許容条件や測定前の状態確認が必要です。

高い測定電圧にすれば常に良い検査になるわけではありません。接続された電子機器などへの影響を含め、対象に適合した条件を選びます。

絶縁抵抗測定の条件

絶縁抵抗計は直流の試験電圧を加え、電路と大地間などの絶縁抵抗を測ります。測る前に停電・検電し、負荷や電子機器を切り離し、測定後は残留電荷を放電します。通電中の抵抗値を読む計器ではありません。

低圧電路の絶縁抵抗は、使用電圧300V以下で対地電圧150V以下なら0.1MΩ以上、その他の300V以下は0.2MΩ以上、300V超は0.4MΩ以上です（電気設備技術基準第58条）。高圧設備には低圧の表を当てはめず、絶縁耐力試験など別の基準を確認します。測定値は温度・湿度にも影響されます。

基本の仕組み

補助接地極を使う方式と、複数の接地経路を利用するクランプ式では必要な条件が違います。補助極が不要という特徴だけで、すべての接地極を同じように測れるとは判断できません。

測定方式は、電流を流す経路と電位差を読む経路をどう確保するかで決まります。測りたい接地の構成に合う方式を選ぶことが先です。

接地抵抗計と絶縁抵抗計は、どちらも抵抗を扱っても測定対象が違います。複合機種でなければ、名称だけで両方測れると考えないようにします。

接地抵抗と測定配置

接地抵抗計は接地極と大地の間の抵抗を測ります。3極法では測定する接地極Eから、補助電極P・Cをほぼ一直線上に約10m間隔で打ち、電圧・電流から抵抗を求めます。補助電極の配置が悪いと値がずれます。

接地の目的と種類を先に確認し、A・B・C・D種に求められる条件を取り違えません。接地抵抗値の判定は電路・電圧・地絡保護装置等の条件に依存します。接地抵抗と、絶縁抵抗・導通抵抗は測定対象が異なります。

基本の仕組み

単相回路の負荷電流をクランプで調べる基本的な考え方は、一本の導体を囲むことです。往復二本をまとめて囲むと、互いの磁界が打ち消し合い、負荷電流そのものの値にはなりません。

クランプ式の測定は導体に流れる電流が作る磁界を利用します。一方、検相器は三相の時間的な順番を確かめるため、表示される情報が異なります。

複数線を一緒に囲む方法が常に無意味というわけではなく、漏れ電流測定では目的に応じて使い分けます。負荷電流を問うのか漏れを問うのかを先に読みます。

相順・電流の非接触測定

検相器は三相の相順を調べ、電動機の回転方向の確認に使います。正常な線間電圧でも相順が逆なら回転方向は逆になります。クランプメータは導体を磁気的に囲んで電流を測るので、測定する導体と測定レンジを選びます。

単相2線の往き・戻りを同じクランプで囲むと電流が打ち消し合い、負荷電流を測れません。漏れ電流を測る場合には複数線をまとめて囲んだ残差を使うなど目的が違います。検相器・電流計・絶縁抵抗計の機能を名称だけで混同しません。

基本の仕組み

絶縁用の手袋に傷や劣化があれば、表示上は適合する製品でも期待した保護性能を保てないことがあります。用途への適合と、使用前の状態の確認を別々に考えます。

保護具は人が身に着けるもの、防具は充電部などを覆って接触を防ぐものとして役割を整理します。保管・点検・必要な試験も、性能を維持するための管理です。

保護具を着ければ、停電や隔離、作業範囲の管理が不要になるわけではありません。設備の状態を安全にする対策を置き換えるものではありません。

感電・アークへの備え

絶縁用保護具は作業者の身体、絶縁用防具は充電部など対象物を覆い、検電器は電圧の有無を確認します。高圧作業では電圧区分に適合する用具を選び、使用前に損傷・汚れ・使用期限等を点検します。

停電作業は、開路、施錠・表示による誤投入防止、残留電荷の放電、検電、短絡接地の順に考えます。検電器が反応しなくても、誤送電や誘導の危険が消えるわけではありません。適切な保護具と監視・連絡を作業手順に組み込みます。

基本の仕組み

光束は光の量で、単位はlm（ルーメン）です。照度は照らされる面に届く光の程度で、単位はlx（ルクス）です。消費電力のWは電気を使う割合を表し、明るさの単位ではありません。

例えば光束の表示が同じ器具でも、配光や取り付け位置が違えば机に届く光は変わります。器具の仕様だけでなく、どの作業面を照らすかまで考えて選びます。

省電力であることと、必要な場所を十分照らせることは別に確認します。Wの数字だけで照明の明るさを比較しないようにします。

LEDは、pn接合の半導体に順方向電圧（チップ1個で数V）を加えると発光するエレクトロルミネセンスの光源です。白色LEDは青色LEDと黄色の蛍光体を組み合わせる方式が一般的で、発光効率は白熱電球より高くなります。

光の量と照明の選択

光束は光源から出る光の総量〔lm〕、照度は面に入る光束の密度〔lx＝lm/m²〕、光度は特定方向の光の強さ〔cd〕、輝度はある方向から見た面の輝き〔cd/m²〕です。点光源の直下の照度はE＝I/r²で、距離が2倍になると照度は1/4になります。

発光効率は光束lmを消費電力Wで割ったlm/Wです。照明器具は明るさだけでなく用途に適した防雨・防爆・耐塩害・耐衝撃などの構造を写真から識別します。可燃性ガスのおそれのある場所では通常の屋内器具をそのまま使えません。

基本の仕組み

蓄電池は充電して繰り返し使う電池です。鉛蓄電池の電解液は希硫酸であり、ほかの種類の電池の電解液と混同しません。

鉛蓄電池を取り扱うときは、端子の短絡や極性の取り違えを防ぎます。希硫酸や発生するガスなどの危険を踏まえ、保護具・換気・火気への注意を含む製品の取扱説明に従います。

液式と制御弁式などで保守方法は異なります。すべての蓄電池へ同じように補水・補液するのではなく、指定された点検方法を確認します。電解液の種類を知ることと、自分で補充してよいことは別です。

蓄電池の方式と充放電

鉛蓄電池は正極に二酸化鉛、負極に鉛（海綿状鉛）、電解液に希硫酸を用い、1セルの公称電圧は2.0Vです。アルカリ蓄電池は電解液に水酸化カリウム水溶液を使い、1セル1.2Vと低い一方、過放電に強く保守が容易です。公表問題ではこの対比が繰り返し問われます。

蓄電池の容量はAhで表し、一定電流なら使用時間の目安は容量Ah÷電流Aですが、放電率・温度・劣化で変わります。浮動充電方式では整流器の直流出力側に蓄電池と負荷を並列につなぎ、平常時は整流器が負荷へ給電しながら蓄電池の自己放電分を補い、停電時は蓄電池が給電します。