電力科目の解説

電験三種 電力 公式一覧|水力・火力・送電・配電の計算式を1ページで

電験三種 電力の公式一覧のアイキャッチ。夕暮れの送電鉄塔と電線の写真に「公式を1ページに」「7分野で38個」「P=9.8QHη D=WS²/8T」の文字

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電験三種 電力 公式の数は、7分野で38個。

先に答え

電験三種「電力」の計算で使う公式は、水力・火力と原子力・新エネルギー・変電と短絡・送電・配電・電気材料の7分野で38個です。まず覚えるのは、水力の P=9.8QHη、送電の電圧降下 √3I(Rcosθ+Xsinθ) と電力損失 3I²R、短絡電流 Is=In×100/%Z、たるみ D=WS²/8T、力率改善の Qc=P(tanθ₁−tanθ₂) の6つです。

このブログには、理論と機械の公式一覧はありました。電力だけが無かった。電力の計算は発電・送電・配電に散らばっていて、試験の直前に見返す1枚が欲しくなる科目です。そこで、公式を分野ごとに1行ずつ並べ、出題された年度と問番号を添えました。

どの式も「何を求めるか」「記号の意味」を同じ行に書いています。導き方まで知りたい式は、表の下のカードから詳しい記事へ進めます。全部で5例題です。

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電験三種 電力でまず覚える6つの公式

電力の計算問題の多くは、水力の出力、送電線の電圧降下と電力損失、%Z を使った短絡電流、電線のたるみ、力率改善の5つの場面に集まります。この6つの式を先に覚えると、残りの式は「この6つの変形」として読めます。

公式求めるもの分野出題の例
P=9.8QHη[kW]水力発電所の出力水力R07上 問1
v=√3I(Rcosθ+Xsinθ)[V]三相3線式の電圧降下送電・配電R05上 問12、R07下 問16
Pℓ=3I²R[W]三相3線式の電力損失送電R06下 問12、R04上 問8
Is=In×100/%Z[A]三相短絡電流変電・短絡H21 問16、R07上 問16
D=WS²/8T[m]電線のたるみ(弛度)送電R08上 問16、R05下 問12
Qc=P(tanθ₁−tanθ₂)[kvar]力率改善に要るコンデンサの容量配電H29 問17、H22 問6

出題の例は、電験王「科目別 電力問題一覧」の論点名で確かめた年度と問番号です(R=令和、H=平成、上・下=上期・下期)。問題文はこの記事に載せていません。

年度を拾うために、電験王の電力の問題一覧を分野ごとに読みました。たるみは令和5年度下期から令和8年度上期までの6回の試験のうち4回で出ています。電圧降下は令和7年度下期に、問16と問17の2問続けて出ました。この2つは別格。公式を見た瞬間に手が動くところまで練習しておきたい式です。

電験三種 電力の公式を7分野に分けた図。水力 P=9.8QHη、火力 η=3600W/(BH)、新エネルギー 風力 P=½ρAV³、変電 Is=In×100/%Z、送電 電圧降下と3I²Rとたるみ、配電 力率改善 Qc、電気材料 R=ρL/A

水力発電の公式(出力・揚水・比速度)

水力発電の出力は P=9.8QHη[kW]で、流量 Q[m³/s]と有効落差 H[m]と効率 η を掛けるだけです。揚水発電は同じ式を「くみ上げる側」に使い、効率で割ります。

公式求めるもの記号の意味出題の例
P=9.8QHη[kW]発電所の出力9.8=重力加速度 g[m/s²]、Q=流量[m³/s]、H=有効落差[m]、η=水車と発電機の総合効率R07上 問1
P₀=9.8QH[kW]理論水力(効率を掛ける前)η を掛けない値。包蔵水力の計算にも使うR08上 問2
Pp=9.8QH/(ηp・ηm)[kW]揚水に要る電動機の入力ηp=ポンプ効率、ηm=電動機効率。くみ上げは効率で「割る」R08上 問15、R06上 問2
η=(発電した電力量)/(揚水に使った電力量)揚水発電所の総合効率発電側と揚水側の効率をすべて掛けた値と同じR04上 問15
Ns=N・P^(1/2)/H^(5/4)水車の比速度[m・kW]N=回転速度[min⁻¹]、P=出力[kW]、H=有効落差[m]R06上 問15、R05上 問1
N=120f/p発電機の回転速度(同期速度)f=周波数[Hz]、p=磁極数。比速度の計算の前に使うR06上 問15

例題1 流量20m³/s・落差50m・効率85%の出力

STEP 1 式を選ぶ

出力を求めるので P=9.8QHη を使います。

STEP 2 数字を入れる

P=9.8×20×50×0.85

STEP 3 前から順に計算する

9.8×20=196、196×50=9,800、9,800×0.85=8,330

STEP 4 答え

P=8,330kW(約8.3MW)

9.8 は重力加速度で、1m³の水(1,000kg)が1m落ちると 9.8kJ の仕事をする、という意味の数字です。ここが要です。単位が kW で出るのは、1,000kg の「1,000」と、W を kW にする「÷1,000」が打ち消し合うから。ここを知っていると、9.8 を忘れても式を組み立て直せます。

火力発電・原子力発電の公式(熱効率・燃料・CO2・E=mc²)

火力の熱効率は η=3,600W/(BH) で、発電した電力量 W[kWh]を熱の量に直して、使った燃料の熱量で割ります。原子力は E=mc² で、なくなった質量に光の速さの2乗を掛けるとエネルギーになります。

公式求めるもの記号の意味出題の例
η=3,600W/(BH)発電端熱効率W=発電電力量[kWh]、B=燃料の量[kg]、H=発熱量[kJ/kg]。1kWh=3,600kJR07下 問15、R05上 問15
B=3,600W/(ηH)[kg]燃料の消費量上の式を B について並べ替えたものR06下 問15
CO₂=C×44/12[kg]二酸化炭素の発生量C=燃えた炭素の質量[kg]。炭素12に対して CO₂ は44R07下 問15、R06下 問15
ηs=η×(1−L)送電端熱効率L=所内率(発電所の中で使う電力の割合)—
ηt=(タービンの出力)/(蒸気が渡した熱量)タービン効率蒸気の熱量は「比エンタルピーの差×蒸気の量」で出すR07上 問2、R04上 問3
E=mc²[J]核分裂で出るエネルギーm=なくなった質量[kg]、c=3.0×10⁸[m/s]R06上 問4、H23 問4
Δm=(反応前の質量)−(反応後の質量)質量欠損この差が E=mc² の m になるR08上 問4

火力の問題で手が止まりやすいのは、1kWh=3,600kJ の換算です。1W は1秒に1J、1kWh は1,000W を3,600秒なので 3,600,000J=3,600kJ。式の「3,600」はこの換算そのもの。覚える数字ではありません。

注意

CO₂ の計算では、燃料の重さに「炭素の割合」を掛けてから 44/12 を掛けます。燃料の重さにそのまま 44/12 を掛けると、炭素以外(水素など)まで CO₂ にしてしまいます。

新エネルギーの公式(風力・太陽電池・蓄電)

風力発電の出力は P=½ρAV³ で、風速 V の3乗に比例します。風速が2倍になると出力は 2³=8倍です。

公式求めるもの記号の意味出題の例
P=½ρAV³・Cp[W]風車の出力ρ=空気の密度[kg/m³]、A=風を受ける面積 πr²[m²]、V=風速[m/s]、Cp=パワー係数H30 問5、H22 問5
P=(日射の強さ)×(面積)×(変換効率)太陽電池の出力日射の強さ[kW/m²]。変換効率はパネルで決まるR02 問5(構成と特徴)
W=P×t[kWh]蓄電池・発電所の電力量P=出力[kW]、t=時間[h]—

V³ は、風が運ぶ空気の量(V に比例)と、その空気が持つ運動エネルギー(V² に比例)を掛けたものです。半径 r が2倍になると面積 A は4倍。風速と羽根の大きさ、どちらの効き方が大きいかを比べる問題にそのまま使えます。答えは風速です。

変電・短絡の公式(%Z・短絡電流・V結線)

短絡電流は Is=In×100/%Z で、定格電流 In を百分率インピーダンス %Z で割って100倍します。%Z が5%なら、短絡電流は定格電流の20倍です。

公式求めるもの記号の意味出題の例
%Z=(Z・In/E)×100[%]百分率インピーダンスZ=インピーダンス[Ω]、In=定格電流[A]、E=相電圧[V]R04下 問6、H25 問17
%Z=(Z・P/V²)×100[%]三相の %Z(容量と線間電圧で表す形)P=基準容量[V・A]、V=線間電圧[V]H20 問8
%Z'=%Z×(P'/P)基準容量をそろえる換算P'=そろえたい基準容量。%Z は容量に比例するH21 問16
Is=In×100/%Z[A]三相短絡電流In=P/(√3V) の定格電流R07上 問16、R05下 問16
Ps=Pn×100/%Z[V・A]短絡容量(遮断器の選び方に使う)Pn=基準容量R06上 問16
利用率=√3/2≒0.866、出力比=1/√3≒0.577V結線の利用率と、Δ結線に対する出力の比単相変圧器2台で三相を送るときの値R08上 問6、H30 問12

例題2 10MVA・6.6kV・%Z=5% の短絡電流

STEP 1 定格電流

In=P/(√3V)=10,000,000/(1.732×6,600)≒874.8A

STEP 2 短絡電流

Is=In×100/%Z=874.8×100/5≒17,495A(約17.5kA)

STEP 3 短絡容量で検算

Ps=10MVA×100/5=200MVA。Is=Ps/(√3V)=200,000,000/(1.732×6,600)≒17.5kA で同じ値

%Z の問題は、まず基準容量をそろえるところから始まります。変圧器が20MVA、電源側が10MVA基準で与えられていたら、どちらかに換算してから足す。換算を忘れて足すと、答えの選択肢にそのまま並んでいる値になります。よくある罠です。

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送電の公式(電圧降下・電力損失・たるみ・送電電力)

三相3線式の電圧降下は v=√3I(Rcosθ+Xsinθ)、電力損失は Pℓ=3I²R です。同じ電力を送るとき、電圧を2倍にすると電流が半分になり、電力損失は 1/4 になります。

公式求めるもの記号の意味出題の例
v=√3I(Rcosθ+Xsinθ)[V]三相3線式の電圧降下(近似式)I=線電流、R・X=1線の抵抗とリアクタンス、cosθ=力率R05上 問12、H20 問16
ε=(Vs−Vr)/Vr×100[%]電圧降下率Vs=送電端電圧、Vr=受電端電圧。分母は受電端R05上 問12
Pℓ=3I²R=P²R/(V²cos²θ)[W]三相3線式の電力損失P=送る電力、V=線間電圧。電圧の2乗に反比例R06下 問12、R04上 問8
P=Vs・Vr・sinδ/X[W]送電できる電力δ=送電端と受電端の電圧の位相差、X=線路のリアクタンス—
D=WS²/(8T)[m]電線のたるみ(弛度)W=電線1mの重さ[N/m]、S=径間[m]、T=水平張力[N]R08上 問16、R06上 問12
L=S+8D²/(3S)[m]電線の実際の長さ(実長)たるみ D と径間 S から出すR07上 問12、R03 問16
W=√(Wc²+Ww²)[N/m]風圧がかかったときの合成荷重Wc=電線の重さ、Ww=風圧荷重。たるみの式の W に入れる—

例題3 三相・100A・R=0.5Ω・X=0.8Ω・力率0.8

STEP 1 cosθ と sinθ

cosθ=0.8 なので sinθ=√(1−0.8²)=√0.36=0.6

STEP 2 かっこの中

Rcosθ+Xsinθ=0.5×0.8+0.8×0.6=0.40+0.48=0.88Ω

STEP 3 電圧降下

v=√3×100×0.88≒1.732×88≒152.4V

STEP 4 電力損失

Pℓ=3×100²×0.5=3×10,000×0.5=15,000.0W(15kW)

筆者なら、送電の計算は「1相分で解いて、最後に線間へ直す」順で見ます。1相分の電圧降下は I(Rcosθ+Xsinθ)=100×0.88=88V。これを √3 倍すると線間の 152.4V で、上の答えと一致します。理由は、√3 を最初から式に入れると、相電圧と線間電圧のどちらで答えるのかを見失いやすいからです。

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例題4 電線1mの重さ20N・径間200m・水平張力20,000N のたるみと実長

STEP 1 たるみ

D=WS²/(8T)=20×200²/(8×20,000)=20×40,000/160,000=5m

STEP 2 実長

L=S+8D²/(3S)=200+8×5²/(3×200)=200+200/600≒200.333m

STEP 3 読み方

径間200m に対して、電線は約0.33m 長いだけ。たるみ5m は、この0.33m の差で生まれます

たるみの問題で、温度が上がったときのたるみを問うものは、実長の式を2回使います。温度で伸びた実長から、もう一度 D を逆算する。D の式だけでは解けません。

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送電の例題の図。三相100A・R0.5Ω・X0.8Ω・力率0.8で電圧降下は1相88V、線間約152.4V、電力損失15kW。径間200mの電線のたるみ5mと実長約200.333m

配電の公式(単相3線式・力率改善・需要率)

力率改善に要るコンデンサの容量は Qc=P(tanθ₁−tanθ₂) で、有効電力 P に「改善前と改善後の tanθ の差」を掛けて求めます。

公式求めるもの記号の意味出題の例
v=2I(Rcosθ+Xsinθ)[V]単相2線式の電圧降下往復2本分なので 2 倍R03 問17
中性線の電流=(一方の電流)−(もう一方の電流)単相3線式の中性線の電流平衡なら0。不平衡だと差の分が流れるR08上 問13、R05下 問13
Qc=P(tanθ₁−tanθ₂)[kvar]力率改善のコンデンサの容量θ₁=改善前、θ₂=改善後の力率角H29 問17、H22 問6
需要率=最大需要電力/設備容量×100[%]設備がどれだけ同時に使われるか1以下(100%以下)(法規の電気施設管理で多い)
負荷率=平均電力/最大電力×100[%]電力の使い方のならされ具合期間(日・月・年)をそろえる(同上)
不等率=(各需要家の最大電力の和)/(合成した最大電力)最大の時刻のずれ1以上(同上)

例題5 300kW の負荷の力率を0.6から0.8へ

STEP 1 改善前の tanθ₁

cosθ₁=0.6 → sinθ₁=0.8 → tanθ₁=0.8/0.6≒1.333

STEP 2 改善後の tanθ₂

cosθ₂=0.8 → sinθ₂=0.6 → tanθ₂=0.6/0.8=0.75

STEP 3 容量

Qc=300×(1.333−0.75)=300×0.583≒175kvar

STEP 4 検算

改善前の無効電力 300×1.333=400kvar、改善後 300×0.75=225kvar。差は 175kvar で同じ

需要率・負荷率・不等率は、電験王の電力の一覧の論点名には見当たりませんでした。法規の電気施設管理の計算で出ることが多い式です。電力の教科書にも載る式なので、一覧に入れた。

電気材料の公式(抵抗率・導電率・温度)

電力の問14は、令和3年度から令和7年度下期まで毎回「電気材料」の論説問題でした。計算より言葉の正誤が問われますが、抵抗の式と導電率の数字を知っていると、誤りの選択肢を見抜きやすくなります。

公式求めるもの記号の意味出題の例
R=ρL/A[Ω]電線の抵抗ρ=抵抗率[Ω・m]、L=長さ[m]、A=断面積[m²]問14(電気材料)
導電率:軟銅100%、硬銅97%銅の電気の通りやすさ焼きなまし(軟銅)の方が通りやすいR03 問14
R₂=R₁{1+α(t₂−t₁)}[Ω]温度が変わったときの抵抗α=抵抗の温度係数[1/℃](理論と共通)

問14 の出題の記録は、このブログの「導電材料と磁性材料」の記事で、電験王の解説ページを読んで整理したものです。

電力の公式でつまずきやすい4つのところ

電力の計算のミスは、√3 の付け忘れ、相電圧と線間電圧の取り違え、%Z の基準容量のそろえ忘れ、kW と kWh の取り違えの4つに集まります。

つまずき起きること防ぎ方
√3 の付け忘れ三相の電圧降下・電流が √3 倍ずれる1相分で解いてから、最後に √3 を掛ける
相電圧と線間電圧%Z の E に線間電圧を入れてしまう%Z=ZIn/E の E は相電圧、ZP/V² の V は線間電圧
%Z の基準容量基準の違う %Z をそのまま足す先に1つの基準容量へ換算する
kW と kWh熱効率の W に kW を入れる3,600 を掛けるのは電力量[kWh]

√3 の付け忘れは、筆者も理論の勉強でやった失敗です。筆者は『みんなが欲しかった!』のシリーズで独学し、計算を型に分けて身につけました。√3 を掛ける場所も、その型の1つです。

この一覧の使い方として、筆者なら「問題を解いたあとの答え合わせ」に使います。理由は、表を眺めて覚えた式は、問題文のどの数字をどの記号に入れるかで迷うからです。例題を自分の手で1回解いてから表に戻ると、記号の意味が数字と結びつきます。この順番が大事。

よくある質問(FAQ)

Q. 電験三種の電力で覚える公式はいくつですか?

A. この記事では7分野で38個に整理しました。まずは水力・電圧降下・電力損失・短絡電流・たるみ・力率改善の6つから覚えます。

Q. 電験三種の電力でよく出る計算は何ですか?

A. 電験王の問題一覧では、電線のたるみ、配電線の電圧降下、%Z を使った短絡電流、火力の熱効率と CO₂ が何度も出ています。

Q. 電力の公式は理論とどう違いますか?

A. 電力は理論の交流・三相の式を、発電所や送電線の数字に当てはめて使います。√3 や力率の扱いは理論と同じです。

参考にした資料

(2026年10月に確認)

法令・規格・資料は改訂されることがあります。実務で使うときは、発行元の最新版で確かめてください。

この記事の理解を深める本と道具
おすすめの本

「電験三種 電力」を試験の得点につなげるなら、電力科目の教科書で前後の単元とあわせて押さえておくと安心です。TAC出版『みんなが欲しかった!』シリーズの、電験三種「電力」の教科書と問題集が1冊になった本です。

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シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

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