単相3線式

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単相3線式配電線
一般的な家庭用100Vコンセント(JIS C 8303 2極コンセント 15A 125V)平行型
200Vエアコン設置箇所等に用いられるコンセント(JIS C 8303 2極接地極付コンセント 20A 250V)エルバー型

単相3線式(たんそうさんせんしき)とは、「単三」「単3」とも略称され、単相交流電力を3本の電線・ケーブルを用いて供給する低圧配電方式である。50kVA以下の配電線・引込み線、短距離の構内幹線などに用いられる。低容量の配電に向く方式のため日本においては一般住宅用として普及しており、単相3線式で受電する家屋では屋内に設置する分電盤も単相3線式で構成される。単相3線式で受電した場合、旧来の商用電源電圧である100Vに加え200Vを容易に取り出すことができ、後述する200V用家庭用電気機械器具普及の前提となる配電方式である。

概要[編集]

発電所で作られた電気は変電所から変電所へと送られる間により低い電圧へと変圧された後、最終的には末端の変圧器である柱上変圧器や地上機器トランス(パッドマウント変圧器)で一般家庭向けの電圧に変圧される。

その際、日本の一般家庭で通常使われる100Vに変圧するのではなく、その倍の200Vとし、変圧器の二次側(需要家側)巻線の両側からL1(赤)、L2(黒)として電線を引き出して200Vを取り出すのであるが、巻線の中央からも電線を引き出して中性線(N、電線被覆色は白)とし、N - L1間、N - L2間からはそれぞれ半分の電圧である100Vを取り出すことが可能である。NとL1から取り出した100V(第1相)と、NとL2から取り出した100V(第2相)とは互いに逆位相である。

この単相交流変圧器の二次側巻線の中央からもう一本の線を引き出すことで、複数の電圧を取り出すことができる点が、単相三線式の特徴である。

1980年代以降、一般家庭でも電力使用量が増える傾向にあり、200Vの電気機器が設置されることが増えている。既存の100V機器をそのまま使用しながら、200Vの高容量機器も使える利点から、単相三線式配線への移行が進められている。家庭用の200V機器の例としては、高出力のルームエアコン電熱利用の衣類乾燥機,床暖房IH調理器電気温水器などがあげられる。

海外との違い[編集]

商用電源電圧が100Vの国は、世界中で日本国だけであるが、そこに至るまでの配電方式も、大きく異なっている。

電力供給方式は、星形(Y形)とデルタ形(Δ形)とがある。星形は中心(中性相)を大地に接地し、最大4線で3相が配電される。一方、デルタ形は最大3線で3相が配電される。

日本では、電線数が少なく経済的なことからデルタ形が選ばれ、発電所で作られた電気は500kV(50万V)、250kV(25万V)、125kV(12万5000V)などの電圧で変電所から変電所へと送られた後、6.6kV(6600V)や22kV(2万2000V)で末端の変圧器である柱上変圧器や地上機器トランス(パッドマウント変圧器)まで3相で送られ、一般家庭向けにはそこで3本の単相200Vを取り出している。

ほかの多くの国では星形が採用されており、商用電源電圧はAC115V、220V、230V、240Vなどが供給されている。これらの電圧は、星型3相交流の200V、380V、400V、415Vの相電圧に由来する。(例:230 \fallingdotseq 400 \times \frac{1}{\sqrt{3}}) 400Vまで降圧した星形三相交流の1相を取り出したものが、ヨーロッパなどで使われている230Vの商用電源というわけである。

安定時の低電力供給にはデルタ形でも問題にならないが、落雷など異常時には星形配電では誘導雷(雷サージ)の異常電圧は末端に行くまでに弱められるのに対し、デルタ形では末端の一般家庭まで影響が及びやすいという欠点がある。

中性線欠相[編集]

前述したように、単相三線式配線では100Vと200Vという異なる電圧を取り出すことができるのであるが、もし何らかの原因で中性線が断線(欠相)した場合、中性線の電圧が固定されなくなるため、第1相に接続された100V機器のすべてと、第2相に接続された100V機器のすべてが中性線を介して直列に接続されたものに対して200Vの電圧がかかることになる。もし100V負荷が両電圧線に不均一に接続されている状態で中性線が欠相すると、軽負荷側の電圧線と中性線間の電圧が上昇し、100V機器に200V近い電圧がかかって焼損する恐れがある。

実際、日本国内の消費生活センターに単相3線式分電盤に関する相談が2002年2月から2008年2月までに58件あり、また、火災又は怪我人が出る事故はないものの、「家電製品から白い煙が出て壊れた」との事故報告もあり、国民生活センターでは注意を呼びかけている[1][2]。これを回避するため、次の1 - 3の対策が行われる。

  1. できるだけ100V負荷を両電圧線に均一に接続する(実際には、常時使うのでなければ均一にはできない)。
  2. 100V負荷をすべて同一の相に接続する(片寄せ配線、不平衡負荷の制限の例外)。
    中性線ともう一方の相を接続するものが何もないため、中性線欠相時は機器に電気が供給されない。ただし系統全体からみた電力の利用効率は落ちる。
  3. 中性相はヒューズを入れず銅バーで直結する。また、タイマー連動などで電磁接触器を用いる場合は中性相は接点を通さないで直送りする。

そのほか、単相3線式専用ブレーカでは、中性相は素通りでかつ端子ねじが2点締めされている

  • 負荷の不均一が大きい場合は、1対1の巻数比の単巻変圧器を利用したバランサーを末端に取り付ける。
  • 中性線欠相の時に自動的に回路を遮断する機能を備えた「単3中性線欠相保護付」遮断器を幹線に設置することが望ましい。単3・三相兼用型にはこの機能がないものが多いため、選定の際は注意を要する。

柱上接地とアース[編集]

日本では変圧器の故障により一次側と二次側が混触した場合に需要家設備に高電圧がかかることを防ぐ目的で柱上接地が行われているが、単相三線式配線では中性線を接地している。

ただし日本では中性線(N; Neutral)と保護接地(PE; Protective Earth)を共用しPEN導体とするTN方式ではなく、中性線と保護接地が別々の基準電位点に接続されるTT接地方式を採用している点(詳細は接地#中性線と保護接地導体の関係を参照)、特に第1相と第2相の各100V負荷が平衡でない場合は不均衡分の電流が中性線に流れるため、中性線をアースの代わりにすることはできないし、変圧器の故障による高電圧からの保護を目的とした柱上接地と、機器の漏電による筐体への電圧の印加からの保護を目的とした保護接地とでは目的や保護対象が異なるため、柱上接地されているから保護接地が不要であることにもならない。

電力線通信への制限[編集]

電力線を通信回線としても利用する技術、PLC

家屋内に設けられた100Vコンセントは分電盤内でL1相とL2相に振り分けられるが、それらは互いに逆相であるため相間を跨ぐコンセントを用いてのPLCアダプタ利用は通信確立しにくいとされる。PLCアダプタ利用にあたっては、利用予定のコンセントが同じ負荷相に属するか事前に分電盤の構成を確認することが望ましい。家庭用分電盤で安全ブレーカーが上下2段に並んでいるものでは、200V回路を除き上段が第1相、下段が第2相となっている。

その他[編集]

電気設備技術基準の解釈第162条第2項では、例外を除き住宅の屋内電路での対地電圧を150V以下とすることが決められている(同第272条に基づきIEC 60364によって施工する場合はこの限りではない)。単相3線式で得られる実効値の最大105V最低95Vの対地電圧はこれを満たしている。

脚注[編集]

  1. ^ 読売新聞2008年5月1日12版13面
  2. ^ 住宅用分電盤のトラブルに注意! (PDF)”. 国民生活センター (2008年4月10日). 2009年2月15日閲覧。

関連項目[編集]

外部リンク[編集]