インピーダンスとは？電気抵抗（R）とリアクタンス（X）の違いとベクトル計算

インピーダンスとは

インピーダンス（Impedance、記号： $Z$ 、単位： $\Omega$ オーム）とは、交流回路における「電流の流れにくさ」を表す総合的な抵抗値のことです。

直流回路における抵抗（レジスタンス）に相当するものですが、交流回路では「単なる電線・抵抗器の通りにくさ（レジスタンス $R$ ）」に加えて、「コイルやコンデンサがもたらす交流特有の電流抑制力（リアクタンス $X$ ）」が発生するため、これらをベクトル合成してインピーダンスとして扱います。

インピーダンスの構成要素

インピーダンスは、以下の2つの要素から構成されます。

$Z = R + jX$

① レジスタンス（抵抗： $R$ ）

電線や負荷そのものが持つ、直流でも交流でも変わらない純粋な電気抵抗です。電流が流れるとジュール熱（熱エネルギー）となって消費されます。

② リアクタンス（ $X$ ）

交流の「周波数」の変化によって電気が流れにくくなる要素で、熱を発生させずに電気エネルギーを一時的に蓄える性質を持ちます。

誘導性リアクタンス（ $X_L = 2\pi f L$ ）: 電線に電流が流れることで生じる磁束の鎖交（自己インダクタンス）や、モーターのコイル成分によって発生。周波数 $f$ が高いほど大きくなります。
容量性リアクタンス（ $X_C = \frac{1}{2\pi f C}$ ）: コンデンサ成分によって発生。周波数が高いほど小さくなります。

ベクトル合成による計算（インピーダンスの大きさ）

レジスタンス（ $R$ ）とリアクタンス（ $X$ ）は、電気的な位相が90度ずれているため、単純に足し算することはできません。直角三角形の斜辺を求めるように、ピタゴラスの定理を用いて以下のように計算します。

$|Z| = \sqrt{R^2 + X^2}$

          /|
        /  |
      /    |  リアクタンス (X)
    /      |
  /________|
   抵抗 (R)

  斜辺（/）＝ インピーダンス (Z) ＝ √(R² + X²)

実務におけるインピーダンスの影響

① 長距離配線の電圧降下

太い電線や長距離のケーブル配線設計において、電線自体のインピーダンス（導体抵抗 $R$ と、より線構造によるインダクタンス $X_L$ ）が大きくなると、末端での「電圧降下」が激しくなります。特に大容量幹線（CVTなど）の計算では、抵抗値だけでなくリアクタンス値を含めたインピーダンスで計算することが必須です。

② 短絡電流の計算

変電所やキュービクル近くでショート（短絡）が起きた際、どれだけの短絡電流が流れるかを計算する（％インピーダンス法）ために、トランスや上流ケーブルのインピーダンス値を集計して、ブレーカーの遮断容量（kA）を決定します。

インピーダンスとは？電気抵抗（R）とリアクタンス（X）の違いとベクトル計算