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

電験三種コラム12

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、電験三種の理論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:

電験三種に数学力は必要?

電験三種になると電気数学をある程度マスターしていただくことが理想的です。

しかしながら、電気数学をマスターしないと電験三種の試験に合格できないということはありません。

電験三種に必要最低限の数学力は、次の内容に集約することができます。

  1. 四則演算(文字式含む)
  2. 指数演算(ルートを含む)
  3. 分数演算(小数を含む)
  4. 三角関数
  5. ベクトル
  6. 複素数

この記事では、文系の方でも、これらの要素を駆使すれば合格を目指せるということについて、詳しく解説していきます。

電験三種の理論分野とは?

挿絵

電験三種の理論分野は、理系・文系に係わらず敷居が高く感じられるかもしれません。

一般的に理論分野は、難解であるという印象が広く共有されていると思います。

という私自身は、電気の理論を完全に理解しているかといえば、専門の領域で実務に使用する部分は仕事柄、少し詳しいかもしれません。

しかしながら、その他の電気関連の理論は、決して飛び抜けた専門性がある訳ではありません。

話が少しずれましたが、電験三種の理論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マスターすることが大切になります。

その後、実務で必要な電気の理論的な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。

電験三種の理論の範囲とは

4科目の試験は、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理論は、幅広い分野の出題に対応する必要があります。

五肢択一方式の意味合いとして、解答が既に記載されているものから解答を選択するものと解釈することができます。

この五肢択一方式は、選択が多くて難しいと思われるかもしれませんが、実質的には三肢択一方式あるいは二肢択一方式になることが過去問を解くトレーニングを通して実感して頂けると思います。

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

電験三種の理論における電気理論、電子理論、電気計測及び電子計測の大枠でも4つのテキストを勉強する上に、ベースとなる物理や数学がプラスされると考えるとおよび腰になるかもしれません。

そのような完全防備・完全な準備をしなくても、電験三種は、合格が十分に狙えます。

合格率・科目合格率の視点からの理論の学びの優先性

理論科目を優先的に学ぶ大きな理由は、電力科目・機械科目・法規科目のベースなっていることが一つ挙げられます。

”法規科目も計算がある”とがっかりされた方もいらっしゃるかもしれません。

しかしながら、法規科目の計算問題は、慣れていれば解ける出題となる傾向があります。

つまり、理論科目ほど難易度の高い計算問題は、出題されない傾向にあります。

逆の視点でとらえた場合、膨大な法令を暗記する時間と比較して、計算問題をマスターすることは、学習効率がよいと考えることもできます(既に、理論科目で学習しているため)。

もう一つの理由が、理論科目の合格率と科目合格率(4科目合格者を除く)ともに、他の科目と比較して合格率(下記のグラフの合格率の単位はパーセント)が低いことがわかります。

つまり、理論科目が、電験三種の合格を勝ち取る鬼門となります。

電験三種は、短期間で4科目の試験を1回で合格する方法もあります。

この方法以外に、科目合格を使って、3科目、2科目、1科目など状況に応じて、受験方法を選択する方法が考えられます。

この科目合格は、長期戦になりますが、各科目に集中した対策ができなるなどメリットもあります。

加えまして、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回の受験に変更されました。

視点を変えて時間軸で考えれば、電験三種の合格の可能性が高まったと理解することができます。

電験三種の理論は計算と知識の混合問題

電験三種の理論の出題が、全て計算ができないとマークシートを解答できない問題でないことを確認しておく必要があります。

実際の出題では、知識問題も多く出題されています。

以下の理論科目の出題例では、問題の解説を目的としておらず、知識問題として回答可能な問題があることの事例を示すものになります。

出題と解答を把握するイメージで良いのでご覧いただければと思います。

次の出題は、令和元年の理論科目の問題の一例になります。

よく出題を確認しますと計算は、どこにも登場しません。

むしろ知識があるか否かの問題になります。

更に、この出題を掘り下げてみていくと、実は第二種電気工事や第一種電気工事の知識問題から出題と理解することができます。

このように、知識で解答できる出題もいくつも出題されております。

そのために、まずは 敵を知ること(=出題の傾向や特性)が大切になります。

例題

同じく、令和1年の理論科目の問題の一例になります。

これも実は知識問題として位置づけられます。

この問題を解くために、次の知識があれば解答に到達することができます。

静電界の基本的な性質(知識)

  1. 電気力線は、プラスの電荷から出発してマイナスの電荷にと向かう
  2. 電気力線は、導体と直角に交わる。

選択肢の全ての解答が中心部の電荷から放射状に電気力線(点電荷を出発点として描かれている線)が描かれています。

ここで1のルールを使ってみます。

点電荷に近いエリアで障害物がない領域では、正(プラス)の点電荷から外側に向かって放射状に、電気力線が放射されます。

これはどの方向性も同等であり、電気力線の方向に影響を与えるものではないからです。

この観点から(4)の選択であれば1のルールから、電気力線の反発するような線は描けないことになります。

次に、2のルールを使ってみると一目瞭然になります。

電気力線と導体である床が直角に交わっているのは(5)だけになります。

この問題では、極論は②のルールさえ知識としてあれば、(5)に到達できる可能性が高まります。

例題

次に、令和3年の理論科目の問題の一例になります。

こちらは計算問題と問題文の読解問題になります。

この計算問題の本質的な公式は、なんとオームの法則のみになります。

”そんな簡単問題が電験三種に出題される”と疑問に思われるかもしれません。

この問題の難易度を上げているポイントは、文章の読解力になります。

”直流安定化電源の出力電流や出力電圧には上限値があり、一定電流又は一定電圧で制御......上限値を超えると、定電流モードと定電圧モードとの間で切り替わる”

この文章から次の情報を抽出することができます。

  1. 電流は100A一定
  2. 電圧は20V一定
  3. オームの法則

SW1及びSW2を閉じた状態がスタートになります。

このスイッチは、理想的なスイッチであるために電気抵抗が0Ωになります。

そのために、SW1及びSW2を閉じた状況の回路は、直流安定化電源とR1の抵抗で構成される回路になります(R2とR3は無視できます)。

まず、問題文から定電流モードで動作しており、その電流が100[A]と記載されています。

このI=100[A]の条件を使って、抵抗R1に生じる電圧Eは、オームの法則で計算すると、

式

となります。

この計算結果10[V]は、20[V]以下になります。

そのために、このままI=100[A]の定電流モードを維持することがわかります。

さらに、t=t1[秒]でSW1を開く操作をします。

SW1を開くことで、これまでSW1側に流れていた電流がR2側に流れることになります。

つまり、直流安定化電源とR1とR2抵抗が直列(シリーズ、一直線上)に接続された回路になることがわかります。

ここで、先程と同様にして、抵抗R1とR2に生じる電圧Eは、

式

となります。

この計算の結果10[V]は、20[V]以下になります。

そのために、このままI=100[A]の定電流モードを維持することがわかります。

従って、この段階で解答は、(2)と判断できます。

念のために、次のt=t2[秒]でSW2を開く操作についても確認します。

全抵抗に生じる電圧は、

式

となります。

既に20[V]を超えているために定電流モードを維持できなくなります。

そのために、定電圧モードになり、定電圧モードの20[V]が全抵抗に流れる電流Iを計算することになります。

つまり、解答は(2)に確定します。

加えて、定電流モード・定電圧モードであることを考慮すると、常に一定のグラフになることから、(5)の比例で時間とともに変化するという選択肢は排除されます。

このように文章の読解力を駆使し、オームの法則を知っていることで、解答を選択することができるようになります。

例題

過去問を事例に話を進めてきましたが、いかがでしたでしょうか。

このように知識だけで解答できる問題や入門資格である第二種電気工事並びに最上位資格の第一種電気工事の範囲の出題もあります。

そのために、確実な得点源の分析・評価が大切になります。

この時点でも、電験三種は、敷居が高いと感じておられる方、あるいは、以外にいけるのではないかと感じておられる方など様々な感じ方があると思います。

その不安や疑問を感じておられる方に、「電験三種に必要な数学力」について話したいと思います。

電験三種の理論の計算に必要な数学力とは

電験三種になると電気数学をある程度マスターしていただくことが理想的なると思います。

しかしながら、電気数学をマスターしないと電験三種の試験に合格できないことは、ありません。

ご安心下さい。

一例を上げるなら、三角関数、複素数、微分・積分などの数学的なツールは、電験三種の受験に際しては、多くが必要ありません。

また、文字式の計算も、工夫しだいでは必要なくなります(問題によっては、文字式の計算なしにテクニックで解答を選択できます)。

ただし、まったく計算力がゼロの状態で、電験三種は、合格することはできません。

ここで、少し考えてみて下さい。

1 + 1 = 2

の計算ですが、なぜ、”1と1を足すと2になりますか?”と説明できる方は、どれほどいらっしゃるでしょうか?

お恥ずかしい話ですが、この記事を記載している私は、数学的に正確に説明することができません。

しかしながら、この足し算の演算のルールは、理解できており、答えを求めることはできます。

工学(エンジニアリング)の世界では、数学・算数事態が対象でなく、多くの場合が、数学・算数は、一つのツールになります。

そのために、図やグラフなど他の手段で答えが求まれば、十分になります。

つまり、どのような手段を使っても構わないことになります。

具体的に、電験三種で主に登場する算数・数学は、基本的な計算力があれば十分な場合が多いことが実際の問題を解くことで、ご確認をいただけると思います。

この基本的な計算力については、後述の”理論分野の基礎”で解説していきます。

合格ラインを超えて、高得点を目指したい方は、前述の数学・算数力に文字式の計算などの力をつけていただけると能力が一段とアップしていきます。

また、別の機会に、シミュレーションを活用した直感的な電気の理解方法などにも触れて行きたいと思います。

過去に出題された理論分野の傾向

挿絵

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理論の過去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。

横にスワイプで左右にスライドできます。

図

(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。

この分類・整理された結果から電気理論の出題が、圧倒的に多く60%に達することがわかります。

次に、電気計測及び電子計測が24%の出題になりますが、出題分野のばらつきが大きく得点源としての効率はよくありません。

そのために、学習範囲を絞ることがよいと思います。

最後の電子理論は、16%の出題でありながら、安定した出題傾向でありランプを除くと良い得点源になるもと思います。

お薦めの勉強の進め方は、

  1. 電気理論の中分類の赤字の項目
  2. 電気計測及び電子計測の中分類の赤字の項目
  3. 電子理論の中分類の赤字の項目

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。

理論分野の基礎

挿絵

電気に係る理論分野の基礎となる公式は、既にいくつもの書籍やサイトで纏められています。

ここでは、どのようにして、”基礎となる公式をイメージとして理解していくか”について新しい視点で理論分野の基礎を解説していきたいと思います。

アナロジー(電気論の静電界を例にして)

コンデンサに蓄積される電荷(=プラス又はマイナスの電気の粒)の量を表す公式について確認します。

そもそも電荷も一種の粒として理解できるために、この粒をバケツなどの容器に溜め込むことになります。

この容器(=バケツ)のことを電気の専門用語として、”静電容量[F:ファラッド]”と呼びます。

バケツにホースなどで水を流し込み場合には、水道の蛇口には水圧がかかっています。

この水圧で水を押し出しています。

電気の世界では、”水”と”電”と置き直して、水圧に代わり”電圧[V:ボルト]”と呼びます。

ここで、よく考えてみると、バケツは大きいほど沢山の水を貯めることができます。

さらに、水圧が高いほど勢いよく水が吹き出します。

つまり、沢山の水を貯めるには、大きいバケツに、高い水圧であれば効率的に水を貯めることができます。

電気も同じなので、大きな静電容量のものに、高い電圧をかけると沢山の電荷を貯めることができます。

式

逆の蓄積する電荷を小さくする場合は、この考え方の逆になります。

つまり、蓄積する電荷Q[C:クーロン]は、静電容量Cと電圧Eの掛け算になることがイメージできます。

このように、日常の生活のイメージから電気の公式をイメージできる場合が、多く存在しています。

次に、クーロン力といわれている電荷間に作用する力の量を表す公式について、アナロジー(=類似性)の考え方に基づいて説明していきます。

このクーロン力は、身近な万有引力の法則と極めて類似性が高いことがわかります。

万有引力の法則は、距離r[m]離れた場所に質量m1[kg]とm2[kg]の時に働く力であり、

式

と表されます。ただし、Gは万有引力定数になります。

式

クーロンの法則は、距離r[m]離れた場所に電荷Q1[C]とQ2[C]の時に働く力であるから、前述の質量m1[kg]とm2[kg]を電荷Q1[C]とQ2[C]に置き換えればよいことになります。

式

ただし、Kは、次の通りに表されます。

式

ε0は、真空中の透磁率を呼ばれる量になります。

はじめは透磁率という量があるという程度で十分と思います。

クーロンの法則は、公式の形が万有引力の法則の式と類比(類推)していることがわかります。

まさに、アナロジーの世界になります。

少し話がそれますが、磁気に関するクーロンの法則についても触れておきます。

磁気に関するクーロンの法則は、距離r[m]離れた場所に磁荷(=じか)M1[web:ウエーバー]とM2[web]の時に働く力であるから、前述の質量m1[kg]とm2[kg]を磁荷M1[web]とM2[web]に置き換えればよいことになります。

式

ここで、磁荷とは、棒磁石での金属などを吸い付ける力の源になります。

このようにアナロジーの世界を導入することで、覚える公式を減らすことができます。

加えて、静電界と磁界の2つの世界にもアナロジーの視点でみていくことで、暗記する公式を削減できていきます。

必要な数学力

数学力は高いに越したことありません。

しかしながら、電気に使用する電気数学は、テキストを確認すると難解な記号の羅列でモチベーションが上がる前に、モチベーションが消失してしまいます。

電験三種に必要最低限の数学力は、次の内容に集約することができます。

  1. 四則演算(文字式含む)
  2. 指数演算(ルートを含む)
  3. 分数演算(小数を含む)
  4. 三角関数
  5. ベクトル
  6. 複素数

の分類の中でも、赤字の1・2・3の数学的操作が、全体の占める割合が圧倒的に多くなります。

そのために、1・2・3の操作ができるようになることが、極めて重要になります。

この内容であればA4の紙1ページから2ページ程度で整理できる知識になります。

この数学力を最初に確認してみて下さい。

「4.三角関数」と書いていますが、比較的頻度の高い問題では、三角関数そのものを理解していなくても解ける問題が結構あります。

具体的に、直角三角形の辺の長さを3から4パターン暗記していれば解答にたどり着くことができます。

加えて、ピタゴラスの定理を知っていればさらに状況が好転します。

4・5のベクトルと複素数は、出題頻度も低くなります。

そのために、余力がある方が積極的に取り組む内容になります。

数学的な視点では、4・5・6は密接な関連性がある部分があります。

そのために、上手く処理することで4・5・6を全て知らなくても、代替え手段で解答することもできます。

文系でも理論分野を攻略できる学習方法

電験三種は、計算が主体であるという印象が強く全面にでるような情報が溢れかえっています。

しかしながら、過去問を精査すると決して計算問題のみでないことが確認できます。

理論分野を攻略する学習方法は、次の方法が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
  2. アナロジーを駆使して暗記する公式を削減
  3. 数学は四則演算・指数演算・分数演算の早期マスター
    (試験会場では、電卓が使用できます)
  4. 第二種電気工事士・第一種電気工事士からスタート
    (電気の基礎固め)

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ではなくて、前回より伸びたこと・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。

最後に、電気分野においては、現在でも解っているようで解っていないことが、多くあります。

なぜ そのために、常に研究・開発が進められています。

つまり、ある程度は、なぜ?と考えるにしても深く追求しないことも短時間の学習方法としては効果があろうかと考えます。

まとめ

電験三種の理論分野は、理系・文系に係わらず敷居が高く感じられるかもしれません。

あるいは学業から長らく離れた方など、電験三種のハードルが極めて高いと感じられることと思います。

しかしながら、モチベーションを維持して計画的に取り組むことで多くの方が十分に獲得可能な資格が電験三種になります。

加えて、受験の仕組みが変更されて、年間2回に受験のチャンスが拡大したことは、実質的に資格取得の可能性が高まったことを意味します。

はじめは、険しい道のりとお感じな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。

CIC日本建設情報センターの電験三種受験対策講座について詳しく知りたい方はこちら CIC日本建設情報センターの電験三種受験対策講座に関する資料の請求はこちら

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