電圧降下は「電線の抵抗で失う電圧」
電線にもわずかな抵抗があります。電流が流れると、その抵抗のぶんだけ電圧が下がります。これが電圧降下です。
負荷（照明や電動機など、電気を使う側）にかかる電圧は、次の式で決まります。
負荷の電圧 ＝ 送り出しの電圧 － 電圧降下
同じように、電線の抵抗では電気が熱になって失われます。これが電力損失です。
学科では、配線の方式ごとの式の違いが問われます。覚える式は次の表の6つです。電線1本の抵抗を r、電線に流れる電流を I とします。
| 配線の方式 | 電圧降下 | 電力損失 |
|---|---|---|
| 単相2線式 | 2Ir | 2I²r |
| 単相3線式（両側の電流が等しいとき） | Ir（100Vの負荷1つあたり） | 2I²r |
| 三相3線式 | √3Ir（線間電圧の低下） | 3I²r |
式を丸暗記するより、どの電線に電流が流れているかを考えると、取り違えが減ります。以下、方式ごとに理由を見ていきます。
単相2線式：行きと帰りの2本で「2倍」
単相2線式は、電流が行きの電線を通って負荷へ行き、帰りの電線で戻ってきます。2本どちらにも同じ電流 I が流れるので、1本ぶんの Ir が2本ぶんで 2Ir です。電力損失も、1本で I²r が2本ぶんで 2I²r になります。
例題1
送り出しの電圧105V、単相2線式の配線で15Aが流れている。電線1本の抵抗は0.2Ω。負荷の電圧と、配線の電力損失は？
- 電圧降下：2×15×0.2＝6V
- 負荷の電圧：105－6＝99V
- 電力損失：2×15²×0.2＝90W
いちばん多い間違いは、2倍を忘れて1本ぶんだけ計算することです。この例なら、電圧降下を3V、電力損失を45Wとしてしまいます。
単相3線式：両側がつり合えば中性線は0A
単相3線式（100/200V）は、外側の2本と真ん中の中性線の3本で送ります。中性線をはさんで、両側に100Vの負荷がつながります。
ポイントは、中性線には両側の電流の「差」が流れることです。両側の電流が等しい（平衡という）と、差は0なので、中性線には電流が流れません。
平衡のとき：電圧降下は Ir
中性線に電流が流れないので、中性線では電圧が下がりません。100Vの負荷1つあたりの電圧降下は、外側の電線1本ぶんの Ir だけです。電力損失は、電流が流れる外側の2本ぶんで 2I²r です（3本それぞれの「その線の電流²×抵抗」を足したもの）。
例題2：2線式と3線式を比べる
100V・3kW（力率1）の負荷を送る。電線1本の抵抗はどれも0.1Ω。①単相2線式で1回路で送る。②単相3線式で、中性線の両側に1.5kWずつ分けて送る。100Vの負荷1つあたりの電圧降下は？
- ①：電流は 3,000÷100＝30A。電圧降下は 2×30×0.1＝6V
- ②：両側の電流はそれぞれ 1,500÷100＝15A で平衡。電圧降下は 15×0.1＝1.5V
②は①の1/4です。電流が半分になり、さらに中性線で電圧が下がらないからです。電力損失も、①は 2×30²×0.1＝180W、②は 2×15²×0.1＝45W で、やはり1/4になります。
不平衡のとき：大きい側は下がり、小さい側は上がる
両側の電流が違う（不平衡）と、中性線に差の電流が流れ、中性線でも電圧が下がります。このとき、電流の大きい側の負荷の電圧はさらに下がり、小さい側の負荷の電圧は上がります。
送り出しの電圧は両側とも105V。A側に20A、B側に10Aの100V負荷（どちらも抵抗負荷）。電線1本の抵抗はどれも0.1Ω。
- 中性線の電流：20－10＝10A。中性線での電圧降下は 10×0.1＝1V
- A側（電流が大きい）：105－20×0.1－1＝102V
- B側（電流が小さい）：105－10×0.1＋1＝105V
B側で「中性線の1Vも引いてしまう」のが典型の誤りです。符号の向きは「大きい側は引く、小さい側は足す」と覚えます。
三相3線式：電圧降下は√3倍、電力損失は3倍
三相3線式では、3本の電線のどれにも線電流 I が流れます。
- 電力損失：1本ごとに I²r の熱が出て、3本ぶんで 3I²r
- 電圧降下：線間電圧（電線と電線の間の電圧）の低下は √3Ir（√3 は約1.73）
学科では、√3（約1.73）を掛ける式として覚えておけば足ります。
例題3
三相3線式で、線電流25A、電線1本の抵抗0.08Ω。電圧降下と電力損失は？
- 電圧降下：1.73×25×0.08≒3.5V
- 電力損失：3×25²×0.08＝150W
ここでの取り違えは、次の2つが多くなります。
- 電圧降下を 3Ir にする（電力損失の「3」とまぜている）
- 電力損失を √3I²r にする（電圧降下の「√3」とまぜている）
「電圧降下は√3、電力損失は3」と、組で覚えます。
3つを並べて覚える
| 方式 | 電流が流れる電線 | 電圧降下 | 電力損失 |
|---|---|---|---|
| 単相2線式 | 2本 | 2Ir | 2I²r |
| 単相3線式（平衡） | 外側の2本（中性線は0A） | Ir | 2I²r |
| 三相3線式 | 3本 | √3Ir | 3I²r |
電力損失は、どの方式でも「電流が流れる電線の本数 × I²r」です。迷ったら、まず電流が流れている電線を数えます。
解くときは、次の順で進めます。
- 問題文から、配線の方式（単相2線式・単相3線式・三相3線式）を確かめる
- 単相3線式なら、両側の電流が等しいか（平衡か）を確かめる
- 求めるのが電圧降下か電力損失かを確かめ、表の式に入れる
- 負荷の電圧を聞かれたら、送り出しの電圧から電圧降下を引く
電線の太さ・長さと電流が同じなら、単相2線式から三相3線式に変えると、電圧降下は 2Ir から √3Ir に変わり、少し小さくなります。比べる問題では、この式の違いをそのまま使います。
計算が苦手な人は、どこまでやるか
単相2線式の 2Ir・2I²r は、式1つで解ける形です。ここはまず拾いたいところです。単相3線式の不平衡や三相は、慣れるまで時間がかかります。本番で手が止まったら後回しにしてかまいません。どの計算を拾い、どれを後回しにするかは「電工二種の計算問題は捨てていい？」で整理しています。