一般家庭では単相3線式配電方式が広く採用されており、100Vと200Vの両方の電源を利用できます。しかし、「なぜ赤線と白線の間が100Vで、黒線と白線の間も100Vになるのか」「赤線と黒線の間が200Vになるのはなぜか」と疑問に思う方も多いでしょう。本記事では柱上変圧器の構造から単相3線式の仕組みまで、電気の基礎知識としてわかりやすく解説します。
単相3線式とは何か
単相3線式とは、電圧線2本と中性線1本の合計3本で構成される配電方式です。
一般的に電圧線は赤線と黒線、中性線は白線で表されます。家庭内では照明やコンセント用の100Vと、エアコンやIHクッキングヒーターなどに使われる200Vを同時に供給できます。
| 線の組み合わせ | 電圧 |
|---|---|
| 赤線－白線 | 100V |
| 黒線－白線 | 100V |
| 赤線－黒線 | 200V |
柱上変圧器の二次側は中央で分割されている
家庭用の単相3線式は、電柱上に設置された柱上変圧器の二次巻線から供給されます。
この二次巻線は全体で200Vの電圧を持っていますが、そのちょうど中央にタップ（取り出し点）が設けられています。この中央点が中性線として使用されます。
つまり、200Vの巻線を真ん中で分けることで、片側100V、反対側100Vという構造になっています。
なぜ赤線と白線の間が100Vになるのか
変圧器の巻線全体が200Vで、その中央が中性線であるため、中性線から片側の端子までの電位差は100Vになります。
例えば赤線を+100Vとすると、中性線は0Vです。そのため赤線と白線の間の電圧は100Vになります。
同様に黒線は-100Vの位置にあり、黒線と白線の間も100Vとなります。
イメージとしては次のようになります。
赤線：+100V ←→ 白線：0V ←→ 黒線：-100V
赤線と黒線の間が200Vになる理由
赤線は中性線に対して+100V、黒線は中性線に対して-100Vです。
したがって赤線と黒線を直接測定すると、+100Vと-100Vの差となり、合計200Vになります。
数式で表すと次のようになります。
200V = (+100V) – (-100V)
このため単相3線式では100V機器と200V機器を同じ配電設備から利用できるのです。
水槽の水位で考えると理解しやすい
電圧を水位差に例えると理解しやすくなります。
中性線を水面の基準位置と考えると、赤線は水面より100cm高い位置、黒線は水面より100cm低い位置にあるイメージです。
赤線から白線を見ると100cmの差があり、黒線から白線を見ても100cmの差があります。そして赤線から黒線までを見ると200cmの差が生じます。
電圧も同じように「基準点との電位差」で決まります。
中性線が重要な役割を持つ理由
中性線は単なる余分な線ではなく、100V回路を構成するための重要な基準点です。
また、赤線側と黒線側の負荷電流の差を流す役割も持っています。
そのため中性線の接続不良や断線は電圧異常の原因となるため、電気工事では特に注意して施工されます。
まとめ
単相3線式で赤線と白線、黒線と白線の間が100Vになる理由は、柱上変圧器の200V巻線の中央を中性線として取り出しているためです。
中性線を基準の0Vとすると、赤線は+100V、黒線は-100Vの位置にあり、それぞれ中性線との間で100Vが得られます。また赤線と黒線の間では電位差が200Vとなるため、家庭内で100V機器と200V機器の両方を利用できる仕組みになっています。
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