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【文系でも大丈夫!】電験三種 電力の学習方法を紹介!試験の出題傾向と基礎を学ぼう

公開日:2022年8月9日 更新日:2023年3月29日

【文系でも大丈夫!】電験三種 電力の学習方法を紹介!試験の出題傾向と基礎を学ぼう

【文系でも大丈夫!】電験三種 電力の学習方法を紹介
試験の出題傾向と基礎を学ぼう

電験三種コラム16

皆さんこんにちは。CICで講師を務めております、鶴田と申します。

無線資格や電気工事士などの講義で計550回以上登壇し、講師として沢山の経験を積ませていただきました。
また、これまでに70件以上の特許を出願しております。

今回は、電験三種の電力分野を学んでいく上で、文系の方でも合格を目指していただけるような考え方を皆さんに伝授していきたいと思います。

このコラムを読んで、文系の方でも効率よく点数を取れるようになっていただければ幸いです。


最終更新日:

電験三種の電力分野とは?

電験三種の電力分野は、理系・文系に係わらず、電力の発電・配送電等の仕事に従事していないと学習するまでの抵抗感が大きいかもしれません。

しかし、「発電所から身近な需要家までの”電気を作る・送る・受ける”をカバーする科目である」と思考を変えてみると親近感を持てませんか?

電力分野は、概略、電気を作り出す”発電”、電気を送り出す”変電・送電・配電”、電気を送る部材の”材料”に分類されます。

この電力分野は、知識問題(文章問題)が約60点、計算問題が約40点になります。

つまり、知識問題が多く出題されています。

先ずは、この知識に慣れて頂くことが、貴重な得点源となります。

他方で、理論分野に比較して、計算問題は、全般的に取り組みやすくなっています。

そのために、計算問題を得点源として、知識問題の専門用語の学習を減らす戦略も一つとしてあります。

このように、電験三種の電力分野を突破するには、先ずは、試験に合格するための考え方を整理することが大切になります。

その後、実務で必要な電気の電力関連の知識を補充して頂く方法でも決して遅くないと思います。

電験三種の電力分野の範囲とは

4科目について科目別に試験は、マークシートに記入する五肢択一方式になります。

次の表に示す通りに電力分野は、発電所・変電所・送電線路・配電線路・電気材料等の幅広い分野の出題に対応する必要があります。

科目名 科目の内容
理 論 電気理論、電子理論、電気計測及び電子計測
電 力 発電所及び変電所の設計及び運転、送電線路及び配電線路(屋内配線を含む。)の設計及び運用並びに電気材料
機 械 電気機器、パワーエレクトロニクス、電動機応用、照明、電熱、電気化学、電気加工、自動制御、メカトロニクス並びに電力システムに関する情報伝送及び処理
法 規 電気法規(保安に関するものに限る。)及び電気施設管理

【出典】第三種電気主任技術者試験 | ECEE 一般財団法人電気技術者試験センター

このように広範の出題に感じられるかもしれません。

しかしながら、電験三種は、”取扱う電圧が5万ボルト未満の事業用電気工作物(出力5千キロワット以上の発電所を除く)”となっています。

つまり、この電圧・出力の制限は、勉強範囲・出題範囲に制限があることを意味します。

そのために、出題範囲・頻度の高い知識問題に焦点をあてるなど、試験に望む気持ちのハードルを下げる思考法が、合格に近づく効率的な勉強法の獲得につながると思います。

合格率・科目合格率の視点からの電力の学びのアプローチ

電力分野の学びは、理論・機械・法規分野に比較して、合格率・科目合格率が高い点が下記のグラフから確認できます。

このような試験の性質から、理論分野あるいは機械分野でひと通りの知識が積み上がった皆様が、次に取り組む分野とはなにか?

それは、電力分野になります。

その理由は、電力関連の知識のベースを電力分野で獲得するのみならず、理論分野の計算力が活用できるからです。

加えて、理論分野に比較して、計算主体・計算優先ではないと考えますので、取り組みやすさが理論分野より向上すると思います。

グラフ

【引用】一般財団法人 電気技術者試験センター 令和3年10月22日をグラフ化

なお、2022年から電験三種の試験条件が変更されました。

従来は、1年に1回のみの受験になっていました。2022年からは、1年に2回の受験のチャンスがあります。

これは、考え方によっては、時間軸で考えると合格の可能性が高まったと理解することができます。

電験三種の電力分野は専門用語へのアプローチが大切(具体的な過去問で確認)

電験三種の電力分野の出題は、圧倒的に知識の問題が多くなります。

そのために、第二種電気工事や第一種電気工事からトライしている受験者の方は、取組み安くなると思います。

勿論、電験三種の電力分野からトライされても、十分に合格を勝ち取ることは可能になります。

先ずは、電力の令和3年の問題10を下記に示します。

この問題を眺めると次のような専門用語のオンパレードで度肝を抜かれます。

挿絵

専門用語は、可聴雑音、フラッシオーバ、がいしの表面漏れ距離、漏れ電流、長幹がいし、塩害対策などが挙げられます。

これらの用語を理解しておくことは最良と思います。

しかしながら、学習の初期段階から専門用語を全て覚えないと問題が解けないとなるとモチベーションの大きく低下、学習時間の増大をまねきます。

専門用語を完全にマスターしてなくても問題文の文脈等から解答を選択していくことが可能となることを確認したいと思います。

前述のような専門用語を完全にマスターしていないと、”この問題が解けないか否か”と問われれば、そんなことはありませんと答えます。

想像してみて下さい。

日常のコミュニケーションやテレビ等のニュース報道など、新しい用語や知らない用語があっても、全体の理解に大きな影響が生じないことを経験されませんか?

まさに、この電力分野の専門用語も同様の視点の理解になります。

勿論、より多くの専門用語を理解頂くことは、より正確に物事を把握することが可能になります(技術の分野の仕事に従事している場合は、正確・短時間にコミュニケーションを取る観点から専門用語は非常に役立ちます)。

このような背景から、優先順位として、電験3種に合格して頂いた後に、OJT(On the Job Traning)による知識の深耕でも遅くないかもしれません。

この問題は、どのような知識や概念・感覚があれば答えに到達できるのでしょうか?

実は、以下の電気に関する知識を持ち合わせていれば、令和3年度の問題10が解けてしまいます。

知識① がいし 絶縁(水道は穴がある漏水します。電気は絶縁が悪いと電気が漏れる漏電が発生します。)を”がいし”で実現します。
知識② 水分と塩分 水分と塩分が多くあると電気が流れやすくなります。つまり、絶縁性能が劣化します。
知識③ 直列と並列
(理論分野の知識)
一般的な傾向として、直列に比較して、並列の方が多く電流が流れやすい接続方法になります(ただし、実際の回路では回路構成と抵抗値に依存います)。
知識④ オームの法則
(理論分野の知識)
電流は、電圧を抵抗で割った値になります。

抵抗:電気抵抗は、長さに比例して増加
抵抗:電気抵抗は、断面積に反比例して減少

本当に解けるか検証していきます。

(ア)の穴の前後の文章を確認して下さい。

赤の実線のアンダーラインが、問題を解くためのポイントになります。

赤の点線のアンダーラインは、専門用語が羅列されています。この専門用語は、仮に知らなくても問題を解くことができます。

”風雨”と”塩分”のキーワードが出現しています。

つまり、前述の表の知識①を適用すれば、”漏電”や”電気の漏れ電流”などが想像されます。

すると少なくとも”過電圧”でないことがわかります。

この時点で、選択肢は、(1)(3)(5)の三択に絞られます。

挿絵

次の問題も専門用語が羅列されていますが、赤の実線のみに着目します。

(イ)の選択肢は、”はっ水”と”吸湿”になっています。

この(イ)は、塩害対策になります。

そうすと、知識②の水分と塩分があると、電気的には悪い状況であり、絶縁性能(絶縁は電気が流れにくい状態)が劣化することがわかります。

そうすると、”吸湿”という水分を保持することは悪く作用し、”はっ水”の水を少なくすることが良い作用になります。

そのために、”はっ水”を選択します。

この時点で、選択肢は、(1)(5)の二択に絞られます。

挿絵

(ウ)は、絶縁強化を実現する方法になります。

”がいし”は、絶縁を確保するための部材ということを知識としてもっている必要があります。

”がいし”は、電気工事士の勉強をされた方は耳にされたことがあるかもしれません。

この”がいし”は、よく登場する用語ですので覚えておいて損はありません。

その上で、(ウ)の赤の実線と選択肢は、”直列”と”並列”を眺めて下さい。

これに、知識③を適用します。結果は、”直列”になります。

この時点で、残念ながら、選択肢は(1)(5)であり、絞り込みができません。

実は、このようにして、二択の状態になるのが、電験三種の試験の特徴の一つになります。

続いて、(エ)は、(ウ)と同様に絶縁強化に関することが問われています。

ところが、(エ)の赤の実線では、”がいしの表面漏れ距離”という用語が登場しています。

この専門用語を理解しておくとベストな状態になります。

一方で、”がいし”は、”絶縁”と関係しているというイメージのみでも問題が解けます(知識①)。

つまり、”がいし”を直列に長く連結すれば、知識④のオームの法則(理論分野の知識)から抵抗が増加します。

つまり、電気が流れにくくなり、結果として”絶縁”が強化されます。

つまり、”短い”と抵抗が小さくなります。”長い”と抵抗が大きくなります。

この関係性から”長く”を選択すれば、漏れ電流を小さくできることになります。

この時点の選択肢は、(1)のみになります。

挿絵

可能であれば、がいしの種類を知識として持ち合わせていれば、(オ)にて、解答を完全に確定することができます。

いかがでしょうか?

このように電験三種の電力分野は、発電所・変電所・送電施設等の専門知識がないと解けないから、相当な知識がないと無理であろうと考えておられる皆様は、ぜひ、過去問を冷静に眺めて下さい。

意外に、心で想定しているハードルよりも、実際の試験のハードルが一致していないと感じられるのではないでしょうか?

このような試験の性質を把握して、必ず学ばなければならない専門用語・専門知識を絞り込む戦略もよいかもしれません。

過去に出題された電力分野の傾向

一般財団法人 電気技術者試験センターから公開されている電力分野の過去5年分の過去問を分類・整理すると下表の通りになります。

この分類・整理された結果から送電・配電の出題が圧倒的に多く50[%]を超えていることが分かります。

電験三種の電圧の範囲から電験二種と第一種電気工事士の間をカバーする資格であることから送電・配電の出題数が多くなっていると考えられます。

次に、今後の動向として分散発電並びに再生可能エネルギーの成長を考慮すると発電の部分での得点がよいと考えられます。

出題の可能性が高く期待されることが、理由になります。

お薦めの勉強の進め方は、

  • 送電
  • 配電
  • 水力発電又は火力発電及び再生可能エネルギー

の順番で進めることが短時間で高得点につながるものと考えます。

加えて、計算問題と知識問題(文章問題)が、それぞれ約40点と約60点の配点であり、およそ半々程度の出題傾向にあります。

これらの計算問題は、理論分野の経験を活用することができます。

そのような視点で捉えると、実質的な学習は、知識問題である専門用語の習得になります。

理論分野の経験がベースにありますから、計算問題は、過去問で慣れていけば十分に対応可能となります。

分類 平成29年 平成30年 平成31年
令和1年
令和2年 令和3年 平均出題数 平均出題頻度
[%]
水力発電 2 2 2 2 2 2.0 15.4
火力発電 2 2 3 2 3 2.4 18.5
原子力発電 1 1 1 1 1 1.0 7.7
再生可能エネルギー 1 1 0 1 1 0.8 6.2
変電 0 0 1 0 2 0.6 4.6
送電 3 4 4 4 3 3.6 27.7
配電 4 4 3 3 4 3.6 27.7
材料等 4 3 3 4 1 3.0 23.1

(注)分類する上で、複数の知識を融合した問題は、中心になる知識をもとにして分類しています。

電力分野の基礎

電力分野は、知識系の試験問題が主体になります。

そのために、電気に関連する専門用語を身につけることが大切になります。

また、第二種電気工事士・第一種電気工事士の知識問題も1問から2問ほど出題されることがあります。

電力分野は、文章の読解力と専門用語を駆使してクリアできます。

送電・配電設備の自然現象等に起因する現象

送電・配電設備の主な事故原因は、老朽化(38%)、自然現象(32%)となっています。

自然現象は、落雷・台風・地震などが挙げられます。

保守不備
(老朽化)
自然現象 故意・過失 鳥獣接触
38% 32% 11% 5%

【出典】資源エネルギー庁電気保安統計(平成3~12年累計)

とりわけ、雷は、20km四方で年間の発生回数が1200回を超えるエリアがあります(【参考】雷統計データ | 雷(らい)ぶらり)。

このような背景から、落雷に関する知識は重要になります。

また、大都市圏の電力需要は、増加の一途を辿っています。

都市部の特徴として、新たな送電ルートは、地中送電となります。

これらの送電・配電設備に関する専門用語を少しずつ抑えていくと得点が自然と伸びていきます。

専門用語の理解は、大前提として、電験三種の試験合格に必要とする観点であるために、深堀りは注意することが大切になります。

つまり、深堀りは学習時間の増大を招きかねません。

自然現象 障害又は対策 概要
雷害 ①直撃雷 送電線に直接的に落雷
②誘導雷 雷雲の電荷に誘導されて異常電圧が発生
③逆フラッシオーバ 落雷により鉄塔の電位が上昇し、鉄塔から送電線に放電する現象
雷害対策 ①架空地線の増加 雷電流が架空地線を伝わって、鉄塔から大地に流れる。
②アークホーンの設置 落雷によりアークホーン間にアーク放電が発生し、碍子を保護
③鉄塔の接地抵抗の低減 鉄塔の電位を低減し、逆フラッシオーバを抑制
④避雷器の設置 落雷の過電圧を制限して電気設備の絶縁を保護(酸化亜鉛(ZnO)形避雷器が主流)
⑤不平衡絶縁の採用 2回線以上で送電している場合に、回線間で異なる絶縁強度を設定し、同時に絶縁破壊することを防止
地中送電の異常電圧 ①フェランチ効果 地中送電のように対地静電容量が大きく、夜間や休日のように軽負荷時に受電側の異常電圧が発生
異常電圧対策 ①力率改善 「コンデンサ」の切り離し、リアクトルの投入


送電・配電設備の計算問題

送電・配電設備の計算問題を解く上での重要用語及び関係する計算式を下表に整理しました。

関連する過去問を解かれる際の足がかりとして頂ければと思います。

また、下表の中にも専門用語が多く存在しており困惑されることもあるかもしれません。

最初の一歩は、専門用語の正確な理解と暗記でなく、計算問題と解く上で必要なレベルの専門用語の理解にシフトすると取り組み安くなると思います。

オームインピーダンスに慣れてこられた方は、%インピーダンスの概念の理解し難いと思います。

この%インピーダンスは、電力の送電・配電設備で多様される変圧器が介在する場合の各種計算を大きく簡略化できる観点で重要なツールになります。

大項目 中項目 概要
短絡容量の計算 %インピーダンス %インピーダンスは、まさに相対的なインピーダンスの割合を表した量
公式[%]
%Z:パーセントインピーダンス[%]
Z:インピーダンス[Ω]
En:回路の基準電圧[V]
In:回路の基準電流[A]
地絡電流の計算 1線地絡の場合 3相の送電・配電線の中の1線に地絡を生じた場合の短絡電流
非接地と抵抗接地の2つのケースについては慣れておきたい問題
(1)非接地系の1線地絡
Ig=3ωCE [A]
Ig:1線地絡の地絡電流 [A]
ω:電源の各周波数[rad/s]
C:1線と大地間の静電容量 [F]
E:相電圧[V]
(2)接地系の1線地絡
公式 [A]
Ig:1線地絡の地絡電流 [A]
E:相電圧 [V]
Rn:中性線接地抵抗 [Ω]
Rg:地絡抵抗 [Ω]
誘導障害 静電誘導障害 通信線や未使用の送電線への静電誘導による障害の問題
公式 [V]
VI:通信線等への静電誘導電圧[V]
Cm:通信線等と送電線間の静電容量[F]
C0:通信線等と大地間の静電容量[F]
V0:送電線電圧[V]
電磁誘導障害 並走する通信線等への電磁誘導による障害の問題
VI=jωMI0 [V]
VI:通信線等への電磁誘導電圧[V]
j:虚数単位
ω:電源の各周波数[rad/s]
M:通信線等と送電線間の相互インダクタンス[H]
V:線間電圧[V]
電力ケーブル 静電容量 特に地中ケーブルで発生しやすくなります。地中ケーブルと大地間の静電容量等
充電容量 静電容量に充電され充電電流と電圧で発生する容量
P=ωCV^2[VA]
C:電力ケーブルの1相の作用静電容量 [F]
ω:電源の各周波数[rad/s]
V:線間電圧[V]
地中送電の異常電圧 フェランチ効果 地中送電のように対地静電容量が大きく、夜間や休日のような軽負荷時に受電側に異常電圧が発生


文系でも電力分野を攻略できる学習方法

電験三種の電力分野の取組みでは、知識問題が主体の学習と理論分野の計算力の活用がポイントとなります。

そのために、4科目の中で最も学習がしやすい科目になると思います。

送電・配電・発電の一部の知識問題を解答することにより、合格ラインの60点がみえてきます。

更に、電力分野の合格の可能性を高める方法は、計算問題を全てでなくても部分点でもよいので検討されることをお薦めします(法規分野と同様に理論分野に比較して計算問題の難易度が低いものが出題される傾向にあります)。

なぜならば、専門用語の習得時間の削減が可能となります。

電力分野を攻略する学習方法は、次の方法を短時間に合格を勝ち取る近道の一つとして提案させて頂きます。

  1. 知識問題を攻略
    ・送電
    ・配電
    ・水力発電又は火力発電及び再生可能エネルギー
  2. 未知の専門用語を補間する基礎的な専門用語の充実
  3. 文章の文脈と解答群から選択肢を選択
  4. 部分点を狙って計算問題(取組みやすい問題からはじめる)

 (試験会場では、電卓が使用できます)

学習過程において、できないこと・点数が伸びないことを悲観的に捉えるのではなくて、前回より伸びた点・正解できたところを褒めることが学習効果を高めるポイントになろうかと考えます。

まとめ

電験三種の電力分野は、知識問題が主体の学習と理論分野の計算力の活用することで合格点に達することができます。

しかしながら、専門用語が多く存在しており、専門用語群が試験の難易度を上げているといっても過言ではありません。

専門用語は、多く存在していますが、全ての用語を知らなくても、基礎的な用語や文脈から解答を導くこともできます(なぜならば、選択肢がある以上、答えが書いてあります)。

本文でも解説したようなテクニックを駆使することで、手持ちの用語をフル動員して解答を見出すトレーニングも効果を発揮してきます(実際の試験では諦めないことが大切)。

特に、真新しい問題には効果てきめんと考えます。

過去問を解かれる際には、是非、前述のテクニックを使用してみて下さい。

はじめは、険しい道のりと感じることもあるかもしれませんが、過去問を解くごとに実力が高まり、大きな自信に繋がっていくことを実感できることと思います。

先ずは、”電験三種の合格”を心の中、身近の方に向けて宣誓すると気持ちが勉強モードにシフトするかもしれません。

ここまでご一読を頂きましてありがとうございます。

合格されることを祈念しております。


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記事執筆者

著者
CIC講師 鶴田 誠

保有資格

博士(工学)、電験三種、第一級陸上無線技術士技士、電気通信主任技術者、高校教員免許第一種等

略歴

大学院修了、大手電機メーカーおよび電気通信大学で経験を積む。出願特許は70件以上。
無線資格や電気工事士などのメイン講師として計550回以上登壇。

CIC担当講座

  • 第二種電気工事士
  • 1級電気工事施工管理技士
  • 1級電気通信工事施工管理技士

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