第二種電気工事士筆記試験解答・解説【令和3年度上期（午後）　問1～10】

本記事では、第二種電気工事士筆記試験のうち「令和3年度上期（午後）　問1～10」について解説する。

目次

問1

図のような回路で、8Ωの抵抗での消費電力[W]は。

 

イ．$200$　　ロ．$800$　　ハ．$1200$　　ニ．$2000$

 

解説

回路の合成抵抗$[\Omega]$は、

$$\frac{20\times30}{20+30}+8=12+8=20\Omega$$

 

したがって、回路に流れる電流$[\mathrm{A}]$は、

$$\frac{200}{20}=10\mathrm{A}$$

 

以上より、$8\Omega$の抵抗で消費される電力$[\mathrm{W}]$は、

$$8\times10^2=\boldsymbol{800\mathrm{W}}$$

 

よって「ロ」が正解となる。

 

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問2

直径$2.6\mathrm{mm}$，長さ$20\mathrm{m}$の銅導線と抵抗値が最も近い同材質の銅導線は。

イ．断面積$8\mathrm{mm^2}$，長さ$40\mathrm{m}$

ロ．断面積$8\mathrm{mm^2}$，長さ$20\mathrm{m}$

ハ．断面積$5.5\mathrm{mm^2}$，長さ$40\mathrm{m}$

ニ．断面積$5.5\mathrm{mm^2}$，長さ$20\mathrm{m}$

 

解説

抵抗率$\rho[\mathrm{\Omega\cdot mm^2/m}]$，長さ$l[\mathrm{m}]$，断面積$A[\mathrm{mm^2}]$とした場合、銅導線の抵抗$R[\Omega]$は、

$$R=\frac{\rho l}{A}[\Omega]　・・・(1)$$

 

断面積$A[\mathrm{mm^2}]$を直径$D[\mathrm{mm}]$の円とした場合、$A[\mathrm{mm^2}]$は、

$$A=\rho\frac{\pi D^2}{4}[\mathrm{mm^2}]　・・・(2)$$

 

$(2)$式を$(1)$式へ代入すると、

$$R=\frac{4\rho l}{\pi D^2}[\Omega]　・・・(3)$$

 

問題の銅導線の抵抗$R[\Omega]$は、$(3)$式より、

$$R=\frac{4\rho\times20}{\pi\times2.6^2}=3.77\rho[\Omega]$$

 

一方、イ・ロ・ハ・ニの抵抗値$R_1,\ R_2,\ R_3,\ R_4[\Omega]$は、$(1)$式より、

$$\begin{cases}
R_1&=\displaystyle{\frac{40\rho}{8}}&\fallingdotseq5\rho[\Omega]\\\\
R_2&=\displaystyle{\frac{20\rho}{8}}&\fallingdotseq2.5\rho[\Omega]\\\\
R_3&=\displaystyle{\frac{40\rho}{5.5}}&\fallingdotseq7.27\rho[\Omega]\\\\
R_4&=\displaystyle{\frac{20\rho}{5.5}}&\fallingdotseq3.64\rho[\Omega]\end{cases}$$

 

以上の結果より、$\boldsymbol{R_4=3.64\rho\Omega}$が最も近い値となる。

よって「ニ」が正解となる。

 

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問3

消費電力が$400\mathrm{W}$の電熱器を$1$時間$20$分使用したときの発熱量$[\mathrm{kJ}]$は。

イ．$960$　　ロ．$1920$　　ハ．$2400$　　ニ．$2700$

 

解説

消費電力$P[\mathrm{W}]$の電熱器を、$t[\mathrm{s}]$使用したときの発熱量$W[\mathrm{J}]$は、$W=Pt$で表される。

 

問題文では、使用時間は$1$時間$20$分となっているので、

$$t=\left(60+20\right)\times60=4800\mathrm{s}$$

 

したがって、発熱量$W[\mathrm{kJ}]$は、

$$W=400\times4800=1920000\mathrm{J}\rightarrow\boldsymbol{1920\mathrm{kJ}}$$

 

よって「ロ」が正解となる。

 

類題

 

問4

図のような回路で、電源電圧が$24\mathrm{V}$，抵抗$R=4\Omega$に流れる電流が$6\mathrm{A}$，リアクタンス$X_\mathrm{L}=3\Omega$に流れる電流が$6\mathrm{A}$であるとき、回路の力率$[\%]$は。

 

イ．$43$　　ロ．$60$　　ハ．$75$　　ニ．$80$

 

解説

図のような抵抗$R$とリアクタンス$X_\mathrm{L}$の並列回路の力率$\cos\theta$は、回路の電流$I=10\mathrm{A}$，抵抗に流れる電流$I_\mathrm{R}=6\mathrm{A}$を用いて、次のように求められる。

$$\begin{align*}
\cos\theta&=\frac{I_\mathrm{R}}{I}\\\\
&=\frac{6}{10}\\\\
&=0.6\rightarrow\boldsymbol{60\%}
\end{align*}$$

 

よって「ロ」が正解となる。

 

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問5

図のような三相3線式回路に流れる電流$I[\mathrm{A}]$は。

イ．$2.9$　　ロ．$5.0$　　ハ．$5.8$　　ニ．$10.0$

 

解説

回路の一相当たりの電圧$E$は、

$$E=\frac{200}{\sqrt{3}}=115.6\mathrm{V}$$

 

一相に流れる相電流$I_\mathrm{p}$は、

$$I_\mathrm{p}=\frac{E}{20}=\frac{115.6}{20}=5.78\mathrm{A}$$

 

$\mathrm{Y}$回路の線電流$I$は相電流$I_\mathrm{p}$と等しいので、

$$I=I_\mathrm{p}=5.78\fallingdotseq\boldsymbol{5.8\mathrm{A}}$$

 

よって「ハ」が正解となる。

 

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問6

図のような単相2線式回路において、$\mathrm{c-c’}$間の電圧が$100\mathrm{V}$のとき、$\mathrm{a-a’}$間の電圧$[\mathrm{V}]$は。

ただし、$r_1$及び$r_2$は電線の電気抵抗$[\Omega]$とする。

 

イ．$101$　　ロ．$102$　　ハ．$103$　　ニ．$104$

 

解説

回路に流れる電流を図のとおり$I_1[\mathrm{A}]$，$I_2[\mathrm{A}]$と定める。

 

 

抵抗$r_1$および$r_2$における電圧降下$[\mathrm{V}]$は、それぞれ

$$\begin{cases}
\left(I_1+I_2\right)r_1&=\left(5+5\right)\times0.05&=0.5\mathrm{V}\\\\
I_2r_2&=5\times0.1&=0.5\mathrm{V}
\end{cases}$$

 

したがって、$\mathrm{a-a’}$間の電圧$[\mathrm{V}]$は、

$$0.5\times2+100+0.5\times2=\boldsymbol{102\mathrm{V}}$$

 

よって「ロ」が正解となる。

 

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問7

図のような単相3線式回路において、消費電力$100\mathrm{W}$，$200\mathrm{W}$の2つの負荷はともに抵抗負荷である 。

図中の×印点で断線した場合，$\mathrm{a-b}$間の電圧$[\mathrm{V}]$は。

ただし、断線によって負荷の抵抗値は変化しないものとする。

 

 

イ．$67$　　ロ．$100$　　ハ．$133$　　ニ．$150$

 

解説

×点で断線した場合、下図のような単相$200\mathrm{V}$回路となる。

 

$\mathrm{a-b}$間の電圧$V$は分圧の式より、

$$V=\frac{100}{100+50}\times200=\frac{100}{150}\times200=\boldsymbol{133\mathrm{V}}$$

 

よって「ハ」が正解となる。

 

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問8

金属管による低圧屋内配線工事で、管内に直径$1.6\mathrm{mm}$の$600\mathrm{V}$ビニル絶縁電線（軟銅線）6本を収めて施設した場合、電線1本当たりの許容電流$[\mathrm{A}]$は。

ただし、周囲温度は$30^\circ\mathrm{C}$以下、電流減少係数は$0.56$とする。

イ．$15$　　ロ．$19$　　ハ．$20$　　ニ．$27$

 

解説

電技解釈第146条により、直径$1.6\mathrm{mm}$の単線の許容電流は$27\mathrm{A}$なので、この電流値に電流減少係数をかけると、

$$27\times0.56=15.12\mathrm{A}$$

 

電線の許容電流は7捨8入するので、

$$15.12\rightarrow\boldsymbol{15\mathrm{A}}$$

 

よって「イ」が正解となる。

 

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問9

図のように、定格電流$100\mathrm{A}$の配線用遮断器で保護された低圧屋内幹線からVVRケーブルで低圧屋内電路を分岐する場合、$\mathrm{a-b}$間の長さ$L$と電線の太さ$A$の組合せとして、不適切なものは。

ただし、VVRケーブルの太さと許容電流の関係は表のとおりとする。

 

 

 

電線の太さ$A$許容電流
直径$2.0\mathrm{mm}$$24\mathrm{A}$
断面積$5.5\mathrm{mm^2}$$34\mathrm{A}$
断面積$8\mathrm{mm^2}$$42\mathrm{A}$
断面積$14\mathrm{mm^2}$$61\mathrm{A}$

 

イ．$L:1\mathrm{m}$　$A:2.0\mathrm{mm}$

ロ．$L:2\mathrm{m}$　$A:5.5\mathrm{mm^2}$

ハ．$L:10\mathrm{m}$　$A:8\mathrm{mm^2}$

ニ．$L:15\mathrm{m}$　$A:14\mathrm{mm^2}$

 

解説

与えられた図のような分岐回路では、原則として幹線の分岐点から$3\mathrm{m}$以下の場所に分岐開閉器を施設しなければならない。

選択肢のうち、イおよびロは長さ$L$が$3\mathrm{m}$以下であるため、適切となる。

 

一方で、分岐点からの電線の許容電流$I_\mathrm{W}$と幹線の過電流遮断器の定格電流$I_\mathrm{B}$の割合によっては、次の表のように$3\mathrm{m}$を超える位置に施設することができる。

 

表　分岐回路の過電流遮断器の施設位置

$I_\mathrm{B}$に対する$I_\mathrm{W}$の割合施設位置
$I_\mathrm{W}$が$I_\mathrm{B}$の$35\%$以上の場合分岐点から$8\mathrm{m}$以下の位置
$I_\mathrm{W}$が$I_\mathrm{B}$の$55\%$以上の場合施設位置に制限なし

 

選択肢のうち、ハおよびニは長さ$L$が$8\mathrm{m}$以上であるため、$I_\mathrm{W}$が$I_\mathrm{B}=100\mathrm{A}$の$55\%$以上であればよい。

ここで、上記の条件を満たす$I_\mathrm{W}$の最小値を計算すると、

$$I_\mathrm{W}=0.55\times100=55\mathrm{A}$$

 

したがって、選択肢ハの電線の許容電流では上記の値を下回るため、不適切となる。

よって「ハ」が正解となる。

 

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問10

低圧屋内配線の分岐回路の設計で、配線用遮断器、分岐回路の電線の太さ及びコンセントの組合せとして、不適切なものは。

ただし、分岐点から配線用遮断器までは$3\mathrm{m}$，配線用遮断器からコンセントまでは$8\mathrm{m}$とし、電線の数値は分岐回路の電線（軟銅線）の太さを示す。

また、コンセントは兼用コンセントではないものとする。

 

 

解説

電技・解釈第149条により、$20\mathrm{A}$分岐回路では、

  • 電線の太さ$1.6\mathrm{mm}$（または$2.0\mathrm{mm^2}$）以上
  • コンセントの定格電流は$20\mathrm{A}$以下

 

$30\mathrm{A}$分岐回路では、

  • 電線の太さ$2.6\mathrm{mm}$（または$5.5\mathrm{mm^2}$）以上
  • コンセントの定格電流は$20\mathrm{A}$以上$30\mathrm{A}$以下

 

$40\mathrm{A}$分岐回路では、

  • 電線の太さ$8\mathrm{mm^2}$以上
  • コンセントの定格電流は$30\mathrm{A}$以上$40\mathrm{A}$以下

でなければならない。

 

選択肢について検証すると、

  • イは適切である。
  • ロは電線の太さが不適切である。
  • ハは適切である。
  • ニは適切である。

 

よって「ロ」が正解である。

 

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