電気機器と配線器具

1. 誘導電動機：回転速度・逆転・始動

工場やポンプで使われる三相誘導電動機について、回転速度の求め方、逆回転のさせ方、始動電流を抑える方法を学びます。

この章は、試験科目「電気機器、配線器具並びに電気工事用の材料及び工具」のうち、電気機器と配線器具の構造・性能を扱います。なお、実際の電気工事には電気工事士の資格が必要です。無資格の工事は法律違反で、感電や火災の危険があります。

誘導電動機（ゆうどうでんどうき）は、交流で回る最も一般的なモーターです。ポンプ、送風機、工場の機械などに広く使われます。外側の動かない部分を固定子（こていし）、内側で回る部分を回転子（かいてんし）といいます。回転子が鳥かごのような形の導体でできたものをかご形といい、構造が簡単で丈夫です。

回転磁界と同期速度

固定子の3組のコイルに三相交流を流すと、磁界がぐるぐると回ります。これを回転磁界といいます。回転磁界が1分間に回る速さを同期速度（どうきそくど）Ns といい、次の式で求めます。

Ns ＝ 120 × f ÷ p　［min⁻¹（回毎分）］　（f：電源の周波数［Hz］、p：極数）

極数（きょくすう）は、固定子がつくる磁極（N極とS極）の数で、2・4・6・8のように偶数です。極数が多いほど、同じ周波数でもゆっくり回ります。

すべりと実際の回転速度

回転子は、回転磁界に引きずられて回りますが、同期速度より少し遅く回ります。もし同じ速さになると、回転子から見て磁界が動かず、回転子に電流が誘導されないため、回す力（トルク）が生まれないからです。この遅れの割合をすべり s といいます。

s ＝ （Ns − N）÷ Ns　　N ＝ Ns ×（1 − s）　（N：実際の回転速度）

止まっているときは s ＝ 1、同期速度のときは s ＝ 0 です。負荷が重くなるほど、すべりは大きくなります。また、式からわかるように、同じ電動機を50Hzから60Hzの地域に移すと、回転速度はおよそ60÷50＝1.2倍になります。

回転の向きを逆にする

三相誘導電動機の回転の向きは、回転磁界の向きで決まります。電源につなぐ3本の線のうち、どれか2本を入れ替えると、相の順番（相順）が逆になり、回転磁界も逆向きになるので、電動機は逆に回ります。3本すべてを順番にずらしてつなぎ替えても、相順は変わらないので向きは変わりません。

始動電流とスターデルタ始動

誘導電動機は、回り始めの瞬間に定格電流の何倍もの大きな電流（始動電流）が流れます。これを小さくする方法の一つがスターデルタ始動（Y−Δ始動）です。始動のときは巻線（まきせん）をY結線（スター結線）にし、回転が上がったらΔ結線（デルタ結線）に切り替えます。

Y結線では、1つの巻線にかかる電圧がΔ結線の 1/√3 になるので、巻線に流れる電流も 1/√3 になります。さらに、Δ結線では電線の電流（線電流）が巻線電流の √3 倍ですが、Y結線では線電流＝巻線電流です。したがって線電流は （1/√3）÷ √3 ＝ 1/3 になります。ただし、トルクは電圧の2乗に比例するので、始動トルクも 1/3 に下がります。

保護と力率の改善

電気設備に関する技術基準を定める省令第65条は、屋内に施設する電動機（出力0.2kW以下のものを除く）に、過電流による焼損で火災が起きないよう、過電流遮断器の施設などの適切な措置を求めています。電動機の運転・停止と過負荷の保護には、電磁開閉器（電磁接触器と、過負荷を検出する熱動継電器を組み合わせたもの）がよく使われます。

具体的な施設方法は、経済産業省の「電気設備の技術基準の解釈」（以下、解釈）第153条が定めています。屋内に施設する電動機には、焼損するおそれがある過電流が生じたとき、自動的にこれを阻止するか警報する装置（過負荷保護装置）を設けます。ただし、次のどれかに当たる場合は省略できます。①運転中、常時、取扱者が監視できる位置に施設する場合。②構造上・負荷の性質上、巻線を焼損する過電流が生じるおそれがない場合。③単相の電動機で、電源側の過電流遮断器の定格電流が15A（配線用遮断器では20A）以下の場合。④出力が0.2kW以下の場合。

誘導電動機は電流が電圧より遅れる性質があり、力率（りきりつ）が低めです。進相コンデンサを電動機と並列につなぐと、遅れの電流を打ち消して力率が上がり、電線に流れる電流が減ります。

用語

同期速度

回転磁界の回る速さ。Ns＝120f÷p で求める。

すべり

回転子が同期速度からどれだけ遅れているかの割合。（Ns−N）÷Ns。

極数

固定子がつくる磁極の数。多いほどゆっくり回る。

スターデルタ始動

Y結線で始動し、Δ結線に切り替える方法。始動電流・始動トルクとも直入れ始動の1/3になる。

電磁開閉器

電磁接触器と熱動継電器を組み合わせた、電動機の開閉と過負荷保護をする器具。

進相コンデンサ

電動機と並列につないで力率を改善するコンデンサ。

例題

根拠：大阪公立大学工業高等専門学校 講義資料「誘導電動機の特性と速度制御」、広島大学 講義資料「交流機の基本原理」、電気設備に関する技術基準を定める省令（e-Gov）第65条、経済産業省「電気設備の技術基準の解釈」第153条（2026年6月版）、経済産業省「電気設備の技術基準の解釈」新旧対照表（第33条第4項・電磁開閉器）、電気技術者試験センター「第二種 学科試験のポイント」。スターデルタ始動の1/3は、本文の計算（Y結線の電圧1/√3、線電流と巻線電流の関係）による。

2. 照明器具と光の単位

光束・照度・光度の単位と照度の計算、白熱電球・蛍光灯・LEDのしくみと特徴を整理します。

照明は、家や職場の電気工事で最もよく出てくる設備です。ここでは、光の量を表す単位と、白熱電球・蛍光灯・LEDの特徴を整理します。

光の単位

計量単位令（けいりょうたんいれい）は、光の単位を次のように定めています。

照度は「面1m²あたりに届く光束」です。光度 I［cd］の小さな光源から、真下に距離 r［m］離れた面の照度 E は、E ＝ I ÷ r²［lx］で求めます。半径 r の球の表面のうち1ステラジアン分の面積は r² なので、そこに I［lm］の光束が広がるからです。距離が2倍になると照度は1/4、3倍になると1/9になります（逆2乗の法則）。

ランプの省エネ性能は発光効率（はっこうこうりつ）［lm/W］で表します。消費電力1Wあたりに出す光束で、大きいほど少ない電力で明るく照らせます。

白熱電球とハロゲン電球

白熱電球（はくねつでんきゅう）は、フィラメントに電流を流して高温にし、光を出します。電力の多くが熱になるため、発光効率は低く、寿命も短めです。ハロゲン電球は、ガラス球の中にハロゲンガスを入れて、フィラメントを長持ちさせた白熱電球の一種です。

蛍光灯

蛍光灯（けいこうとう）は、管の中の水銀の蒸気の中で放電させて紫外線を出し、その紫外線を管の内側に塗った蛍光体に当てて、目に見える光に変えます。放電は、電流が増えるとさらに電流が流れやすくなる性質があるので、電流を一定に抑える安定器（あんていき）が必要です。

点灯の方式には、点灯管（グロースタータ）で電極を予熱し、高い電圧を発生させて放電を始める方式と、インバータ式（高周波点灯形）があります。インバータ式は、電子回路で商用周波数（50Hz・60Hz）より高い周波数に変えて点灯するため、ちらつきが少なく、効率がよく、すぐに点灯するという特徴があります。

LED照明

LED（発光ダイオード）は、半導体に電流を流すと光る素子です。直流で光るため、器具の中に交流を直流に変える電源回路があります。発光効率が高く、寿命が長く、水銀を使いません。国土交通省の公共建築設備工事標準図では、LED照明器具は50Hz・60Hz共用とする仕様が示されています。

蛍光ランプの製造・輸出入の廃止（2026年10月時点）

水銀に関する水俣条約の決定を受けて、一般照明用の蛍光ランプは、種類ごとに製造と輸出入が禁止されます。環境省によると次のとおりです。

禁止されるのは製造と輸出入で、蛍光ランプの使用・販売・購入は禁止されません。ただし交換用のランプは手に入りにくくなるので、LED照明への計画的な切り替えが勧められています。

用語

光束

光源が出す光の量。単位はルーメン［lm］。

照度

照らされる面の明るさ。1m²あたりの光束。単位はルクス［lx］。

光度

ある方向への光の強さ。単位はカンデラ［cd］。

安定器

蛍光灯などの放電ランプで、電流を一定に抑える装置。

発光効率

消費電力1Wあたりの光束［lm/W］。省エネの目安。

例題

根拠：計量単位令 別表第一（e-Gov）、環境省「蛍光ランプの製造・輸出入の廃止」（2026年10月確認）、国土交通省「公共建築設備工事標準図（電気設備工事編）」、電気技術者試験センター「第二種 学科試験のポイント」

3. スイッチ・コンセント・遮断器

点滅器の種類と使い分け、コンセントの種類、配線用遮断器と漏電遮断器の働きを学びます。

スイッチ（点滅器：てんめつき）、コンセント、遮断器（しゃだんき）は、ほとんどの配線図に出てくる器具です。種類と働きを結び付けて覚えましょう。電気工事は資格が必要な作業です。この講義は試験のための知識であり、無資格で器具を取り付けたり交換したりしてはいけません。

スイッチの種類

単極スイッチは、1か所で照明をつけたり消したりする基本のスイッチです。階段の上と下のように2か所で同じ照明を点滅するには、3路スイッチを2個使います。3か所以上で点滅するには、2個の3路スイッチの間に4路スイッチを入れます。必要な数は、場所の数を n とすると「3路スイッチ2個＋4路スイッチ（n−2）個」です。

表示灯の付いたスイッチには2種類あります。

位置表示灯付は、スイッチを切ったときに小さな灯りが光り、暗い所でもスイッチの位置がわかるものです。表示灯がスイッチの接点と並列につながり、接点が開いたとき（切）にだけ電流が表示灯を通るので、切のときに光ります。

確認表示灯付は、スイッチを入れたときに光り、離れた場所の換気扇や外灯などが動いているかを確かめるものです。表示灯が負荷（照明など）と並列になるので、入のときに光ります。

そのほか、周りの明るさを感じて暗くなると自動で点灯する自動点滅器、決めた時間で切れるタイマスイッチ、明るさを変える調光器などがあります。

コンセントの種類

住宅で一般的なのは定格15A・125Vのコンセントです。20A用や250V用もあり、定格ごとに刃受けの形が違うので、合わないプラグは差し込めないようになっています。

遮断器とヒューズ

電気設備に関する技術基準を定める省令第14条は、電路の必要な箇所に過電流遮断器を施設することを、第15条は地絡（ちらく：電気が大地へ漏れること）が生じたときの感電や火災を防ぐため、地絡遮断器の施設などの措置をとることを求めています（第15条には、乾燥した場所に施設するなど危険のおそれがない場合の例外があります）。

配線用遮断器（ブレーカー）は、使い過ぎ（過負荷）や短絡（ショート）で大きな電流が流れたとき、自動で回路を切る器具です。何度でも入れ直して使えます。ヒューズも過電流で回路を切りますが、溶けて切れるので交換が必要です。

過電流遮断器が動作するまでの時間（解釈第33条）

解釈第33条は、低圧電路に施設する過電流遮断器の性能を定めています（電気用品安全法の適用を受けるものなどは、同法の基準によります）。配線用遮断器は、定格電流の1倍の電流では自動的に動作しないこと、定格電流の1.25倍と2倍の電流を流したとき、下の表の時間内に自動的に動作することが求められます。ヒューズは、定格電流の1.1倍の電流に耐え、1.6倍と2倍の電流で下の表の時間内に溶断することが求められます。

漏電遮断器は、行きと帰りの電流の差（漏れた電流）を検出して回路を切ります。地絡を検出するのが役目で、過電流も切れる「過電流素子付」のものもあります。

漏電遮断器が必要な所（解釈第36条）

解釈第36条は、金属製外箱を有する使用電圧が60Vを超える低圧の機械器具に接続する電路に、地絡が生じたとき自動的に電路を遮断する装置（漏電遮断器など）を施設することを求めています。ただし、次のような場合は省略できます。

• 機械器具を乾燥した場所に施設する場合
• 対地電圧150V以下の機械器具を、水気のある場所以外の場所に施設する場合
• 電気用品安全法の適用を受ける2重絶縁構造の機械器具の場合
• 機械器具に施したC種・D種接地工事の接地抵抗値が3Ω以下の場合
• 電源側に絶縁変圧器（機械器具側の線間電圧300V以下）を施設し、機械器具側の電路を非接地とする場合
• 機械器具内に電気用品安全法の適用を受ける漏電遮断器を取り付け、電源引出部が損傷を受けるおそれがないように施設する場合

たとえば対地電圧100Vの機器でも、水気のある場所に施設するなら省略できません。また解釈第143条は、住宅の屋内電路の対地電圧を原則150V以下とし、例外として定格消費電力2kW以上の機器に専用の屋内配線で電気を供給する場合（対地電圧300V以下など）には、専用の開閉器・過電流遮断器と、原則として地絡遮断装置（漏電遮断器など）を施設するとしています。

家庭の分電盤の配線用遮断器には、2P1E（2極1素子：過電流を検出する素子が片方の極だけ）と2P2E（2極2素子）があります。100Vの回路は、一方が接地された中性線なので2P1Eを使えます。200Vの回路は2本とも接地されていない電線です。素子のない側の電線が大地へ地絡すると、その電流は素子のある極を通らないので検出できません。そのため、200Vの回路には2P2Eを使います。

電気用品安全法では、定格電流100A以下の配線用遮断器・漏電遮断器、30A以下の点滅器、50A以下で極数5以下のコンセントなどの接続器が、特定電気用品（菱形のPSEマークの対象）になっています。

用語

3路スイッチ

2か所で同じ照明を点滅するときに2個1組で使うスイッチ。

4路スイッチ

3か所以上で点滅するとき、2個の3路スイッチの間に入れるスイッチ。

位置表示灯

スイッチが切のときに光り、位置を知らせる灯り。

確認表示灯

スイッチが入のときに光り、負荷が動いていることを知らせる灯り。

漏電遮断器

地絡（漏電）を検出して回路を切る遮断器。

2P2E

2つの極の両方に過電流素子がある配線用遮断器。200V回路に使う。

例題

根拠：電気設備に関する技術基準を定める省令（e-Gov）第14条・第15条・第64条、経済産業省「電気設備の技術基準の解釈」第33条・第36条・第143条（2026年6月版）、経済産業省「特定電気用品の対象」、国土交通省「公共建築設備工事標準図（電気設備工事編）」、電気技術者試験センター「第二種 学科試験のポイント」

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