単相３線式で引込みした際の屋内配線での電気の流れ方

Question

電気の勉強を始めたばかりの初心者です。
お忙しい所恐れ入りますが、ご教授頂きたく、よろしくお願い致しま
す。

単相３線式で100Vを取る場合、非接地線のいづれか一方と、接地線の
２線で閉回路を構成していると思うのですが、柱上トランスの２次側
から引込み線を経由して電気を受電して利用している場合、分電盤と
かは省略したとして、

(1)トランス２次側　→　引込線　→　非接地線　→　負荷　→　接地線
　→　引込線　→　トランス２次側

と

(2)トランス２次側　→　引込線　→　接地線　→　負荷　→　非接地線
　→　引込線　→　トランス２次側

を一定周期(周波数)で繰り返していると考えてよいのでしょうか？

仮にこのイメージで良かったと仮定した場合、上の内容を自分で書い
ておきながら否定する様で恐縮ですが、以下の２つの事ががしっくり
きません。

１．非接地線が対地電圧100Vの回路の時、(2)が実現不可ではないか？

理由は、『接地線が対地電圧0Vである為、電位差で上位にある
　　非接地線に電気が流れるというのはありえないのでは？』と考え
　　た為です。

２．非接地線が対地電圧-100Vの回路の時、(1)が実現不可ではないか？

理由は、『接地線が対地電圧0Vである為、電位差で上位にある
　　接地線に電気が流れるというのはありえないのでは？』と考えた
　　為です。

自分の考えがどこか破綻していて、うまく個々の内容を紐つけられて
いないとは思うのですが、それが何処なのかが判らず、苦慮しており
ます。

初歩的な質問で恐縮ですが、ご回答の程、宜しくお願い致します。

fujiyama32 · Accepted Answer

> ですが、基準電位をどこにするのか？という違いだけであって、
> 図(１)＆図(３)と図(２)の内容自体は異ならないと思うのですが、
> そうしますと、図(１)と図(３)タイプの波形を見た時、各々の相
> の波形は逆相となっている為、【単相】という呼び名は、何に対
> してのことなのか？という疑問が生じてきました。
> この疑問に対しての明確な答えというのはあるのでしょうか

図(１)と図(３)は測定器の基準電位の違いで、実際に出力電圧の
波形は同相の単相電圧×2系統(回路)あると考えて下さい。
なお、明確かどうか判りませんが、次の例えのように理解すると
良いでしょう。

デジタルテスターで1.5Vの電池の電圧を測定した時、
(1)テスターの(－)棒を電池の(－)極へ接続し、
(2)テスターの(＋)棒を電池の(＋)極へ接続しますと、
テスターの表示窓には(＋)1.5Vと表示されます。
(注1)
一般的なテスターでは(＋)の表示は抑制されて表示されません。
(＋)の表示が無ければ、(＋)極であると判断しています。

次にテスター棒の極性を逆にします。
(3)テスターの(－)棒を電池の(＋)極へ接続し、
(4)テスターの(＋)棒を電池の(－)極へ接続しますと、
テスターの表示窓には(－)1.5Vと表示されます。

このように接続箇所(基準電位)を替えて測定することにより測定
結果(表示結果)が変ります。
測定器の極性を入れ替えただけで、電池の発生している状態
(極性)が変った訳ではありません。

いろいろ考えるのも良いと思いますが、単相3線式の設備と
測定器を用意して実測すると、より理解が進むと思います。
(注2)
多チャンネルの測定器(メモリレコーダ、2chオシロスコープなど)
にて測定する場合、
(a)基準電位(点)をどこにするのか? 
(b)トリガーの値(*)を設定する必要があります。
このトリガーの設定値により取得できる波形が変化します。
これらについても勉強する必要があります。

(*)トリガーを掛けるポイント
測定器の種類により異なりますが、主に次のような項目があります。
・1chにするのか/2chにするのか
・＋側にするのか/－側にするのか
・何V以上とするのか

fujiyama32 · Answer

ANo.15さんから指摘がありました通り[単相三線式]です。
既に回答済みの図解などに[三相三線]と書いてある箇所は間違い
ですので、[単相三線式]に修正して参考にして下さい。

FT56F001 · Answer

>3相3線式の交流回路ですので、
→　単相三線式の話ですよね。

fujiyama32 · Answer

<<続き>> 貼り付けた図(3)を参考にして下さい。この場合の上段(U－N相)の波形はN相を基準電位(0V)としてU相の電位(電圧)が何Vになっているのか、および波形がどのようになっているかを表しています。 U相の電位(電圧)がN相(基準電位)に比較して電圧が高いので(＋)方向になっています。もう一方の下段(V-N相)の波形は"N相"を基準電位(0V)としてV相の電位(電圧)が何Vになっているのか、および波形がどのようになっているかを表しています。この場合、N相が基準電位(電圧)ですので、V相は逆に低くて(－)側になっていることを示しています。上段の波形も、下段の波形も測定器の(－)端子を"N相"の基準電位 (0V)に接続しています。結果的に、"N相"の基準電位に対して(＋)なのか(－)なのかが判ります。この点に注意して下さい。なお、半周期後では、それぞれの波形が反転することもを理解して下さい。実際に使用する測定器としては2ch以上ある[メモリレコーダ]または [2現象オシロスコープ]を使用します。なお、[2現象オシロスコープ]では、プローブが2つあり、同時に2つの波形が観測できますが、プローブの(－)側が接地端子と共通になっているため、オシロスコープを使用する場合は、接地端子(*)との関係(極性)を確認する必要があります。 (*)今回の場合は基準電位(0V)に接続します。

fujiyama32 · Answer

> ２．Ｕ相が実行値+100Vの時、Ｖ相は実行値-100Vではないの

　　でしょうか？

N相を0Vとし、これを基準電圧(点)としますと、V相は(－)の方向と
なりますので、このことは理解されている内容に間違いはありませ
ん。
「単純に言えば、その通りです」と言いたいのですが、実効値に
記号を付ける点が気になります。
実効値は一周期の波形の計算し大きさを表しますで、(＋)(－)の記
号を付けないのが一般的です。

3相3線式の交流回路ですので、基準となる点(基準電位)とある点と
の電圧の差を[電位差]と言います。
基準電位に比べて電位差が高いのか、低いのかのような表現となり
ます。

図(2)を貼り付けますので参考にして下さい。
この場合の上段(U－N相)の波形はN相を基準電位(0V)としてU相の電
位(電圧)が何Vになっているのか、および波形がどのようになって
いるかを表しています。

同時に下段(N－V相)の波形はV相を基準電位(0V)としてN相の電位
(電圧)が何Vになっているのか、および波形がどのようになっている
かを表しています。

このことから、上段と下段の波形の位相が同じ方向を向いているこ
とを理解してもらいたいと考えて作成してあります。
また、この位相であるため、U－N相間の電圧がAC100V、N－V相間の
電圧がAC100Vの時、直列に接続されたU－V相間の電圧はAC200Vにな
ることが判ります。

<<次に続く>>

fujiyama32 · Answer

> １．接地線と繋がっているＮ相(中性線)は、“常に”対地電圧は
  　　0Vなのではないのでしょうか？
"理想的"な電気回路であれば、対地電圧は 0V と考えて良いと思い
ます。

ただし、実回路では中性線等の配線抵抗があります。また、電力側
の接地極の接地抵抗や家庭(一般需要家)の接地極にも接地抵抗が
ありますので、これらが影響して、僅かな電圧が発生します。

これから勉強することになると思いますが、他の回線から接地電流
が回り込む問題や電子機器が発生するノイズの侵入などの問題も
考慮する必要が出てきます。

N相(中性線)と接地線(大地)との間に接続した[交流電圧計(*1)]
あるいは[ch3]の測定器により対地電圧が測定できます。
U相(ch1)－接地線(大地)間、V相(ch2)－接地線(大地)間も同様に
測定できます。

各相との対地電圧を測定する場合の(例)を「図(1) 対地電圧の測定」
を書きましたので貼り付けますので参考にして下さい。

図(1)で使用する測定器(例)は次の様な種類を想定しています。
なお、図中でch2(V相)の波形は、ch1(U相)の波形と同時に表示でき
る測定器(*2)を使用した場合の波形で、U相が(＋)方向の時、V相が
(－)になります。
いずれのch(チャンネル)も測定器の(－)側の端子を接地線(基準電位)
に接続している点に注目して下さい。

測定結果ですが、基準電位に対し、電圧が高いのか、低いのか、更に
(－)側に振れるのかが判ります。
また、電圧の高さから波高値や実効値などを測定できます。
この時波高値には(＋)(－)を付けますが、実効値は"1周期分"の波形
の大きさを表しますので(＋)(－)の記号は付けません。

(*1)には[交流電圧計]または、テスター(交流レンジ)を使用します。
(*2)ch1、ch2、(ch3)には[メモリレコーダ]を使用します。

fujiyama32 · Answer

2)接続図(図B)
U相(＋)、N相(－)、N相(－)、V相(＋)とした時の接続図(図B)を書き
ましたので貼り付けます。

U－N相とN－V相に同じ電力を送電した時、中性線に流れる電流の向き
は同方向となり、流れる電流値は双方の電流値の合計値になります。
結果的に[3相3線式]にする意味が無くなります。

また、U－V相の相間電圧が相殺されますので 0Vとなります。
家庭などで、エアコンやIH式コンロなどの容量の大きい負荷設備は
電源電圧が200V品を使用します。
この図Bの接続では、200Vの電源が無くなりますので、使用できない
ことになります。

図解や接続図を書きますとより理解し易くなります。また手指を動か
すことより、記憶が薄れ難いと言われていますので、実践することを
お勧めします。

fujiyama32 · Answer

> 上記イラストをベースに、電源線U相がプラスだとした場合、
> 同じ位相波形なのであれば、電源線V相も、プラスの電圧
> なのではありませんでしょうか？

単相3線式の配線での特長が何だったかを復習すると良いでしょう。

1)接続図(図A)
U相(＋)、N相(－)、N相(＋)、V相(－)とした時の接続図(図A)を書き
ましたので貼り付けます。

U－N相とN－V相に同じ電力を送電した時、中性線に流れる電流の向き
が逆位相になり相殺されますので、中性線の配線抵抗による損失が零
になります。

図Aでは 負荷抵抗R1、負荷抵抗R2に電流I1＝1A、電流I2＝1Aの電流
が流れているとします。
中性線の配線抵抗R4には電流I1と電流I2の電流の向きは逆ですので
電流I1－電流I2＝1A－1A＝ 0A となります。
(注)電流値が同一の場合です。違いがあっても電流値はより小さな
値となります。

2)接続図(図B)
U相(＋)、N相(－)、N相(－)、V相(＋)とした時の接続図(図B)を書き
ましたので次の回答に貼り付けます。

fujiyama32 · Answer

ANo.6、ANo7の説明図の一部に誤りがありました。
次の通り修正願います。
(誤)AC200V
(正)AC100V

電圧波形を上下に2つ書いた理由は、単相三線式ですので、[U-N相]
と[N-V相]の2つの電圧波形が同時に同じ位相で変化していますよと
言うことに着目してもらいたいので、付け加えました。

電源線U相がプラスの場合の説明図(ANo.6)を見てください。
この図にて電源線V相を基準に考えますとN相がプラスになります。
この時、検電器でV相の電圧の有無を確認しますとN相がプラスです
のでN相から接地線→大地→足底→人体→検電器→電源線V相の経路
にて微小な電流が流れ、ネオンランプが点灯します。