三相単相違いとメリット電源選定方法

三相と単相の違い

三相電源の構造と特徴

三相電源は、単相交流を120度ずつ位相をずらして3つ重ね合わせた電気の送り方です。3本の電線（一般的に赤・白・黒または青で色分けされている）を使用し、すべての線間が200Vとなります。三相交流の最大の特徴は、単相が送電していない期間も他の二相で送電することで、単位時間に送電できる電力が3倍になることです。
参考）https://www.kamidenshi.co.jp/magazine/1649/
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建築現場や工場では、3つの位相が短い間隔で次々と最大電圧に達するため、モーターなどで同方向への安定的な回転力を生み出すことができます。この特性により、三相電源は産業機器やエレベーター、大型エアコンなどの動力源として広く使用されています。電圧は200Vまたは400Vが標準で、三相には100Vの規格は存在しません。
参考）https://ac.fj-tec.co.jp/%E7%A9%BA%E8%AA%BF%E7%94%A8%E8%AA%9E%E9%9B%86/%E5%8D%98%E7%9B%B8%E3%81%A8%E4%B8%89%E7%9B%B8/
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三相交流の波形は時間によって脈動しますが、3つの波形が120度ずつずれているため、合計の瞬時電力は常に一定となる数学的な優雅さを持っています。この定電力供給特性により、モーターには常に一定のトルクがかかり、振動が少なく安定した高効率な運転が可能になります。
参考）https://saiden-recruit.com/news/3motor/
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単相電源の構造と用途

単相電源は、一般家庭で最も広く使用されている電気交流方式で、主に単相2線式と単相3線式の2種類があります。単相2線式は2本の電線（黒または赤と白）を使用し、100Vの電圧を供給する古い建物に多く見られる方式です。一方、単相3線式は3本の電線を使用し、中性線と両端の線との間で100V、両端の線間で200Vを供給できる現代の標準方式です。
参考）https://blog.eco-megane.jp/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E3%81%A8%E5%8D%98%E7%9B%B8%E3%81%AE%E9%81%95%E3%81%84/
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建築業従事者にとって重要なのは、単相電源は比較的小さな電気を安全に送る際に使われ、家電製品や照明、小規模なエアコン（3馬力まで）などに適していることです。電線の数が少ないため電圧が低く安全で、それほどの高電圧が必要ではない住宅や小規模オフィスの電気供給に利用されます。
参考）https://kikaiyablog.com/%E5%8D%98%E7%9B%B8%E3%81%A8%E4%B8%89%E7%9B%B8%E3%81%AE%E9%81%95%E3%81%84-%E5%B7%A5%E6%A5%AD%E7%94%A8%E9%9B%BB%E6%BA%90%E3%81%AB%E3%81%A4%E3%81%84%E3%81%A6
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単相交流は1つの波形からなる交流電源で、電圧と電流がプラスとマイナスを交互に繰り返します。契約形態としては「電灯契約」とも呼ばれ、電力会社との契約では従量電灯プランが一般的です。ただし、単相は三相に比べて同じ電力を得るために多くの電流が必要となり、電力効率の面では劣ります。
参考）https://selectra.jp/pro/energy/knowledge/douryoku-plug
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三相と単相の電力効率とコスト比較

電力効率の面では、三相電源が単相電源よりも圧倒的に優れています。三相は単相よりも少ない電流で同じ電力を得られるため、電気損失が少なく、多くの電気を使う工場や商業施設で利用されます。具体的には、三相は単相の1.73倍多くの電流を流せる一方、必要な電線数は1.5倍となるため、総合的には設備コストと運用コストの両面で有利です。
参考）https://j-mikata.com/contents/how-to/3006
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電気料金の比較では、三相200V（動力契約）の単価は約17円/kWhであるのに対し、単相200V（電灯契約）では約25円/kWh程度となり、三相の方が大幅にリーズナブルです。建築現場で業務用エアコンを設置する場合、運転時間が長く設置空間が広い場合は、初期費用が高くても三相を選択することでランニングコストを大幅に削減できます。
参考）https://ameblo.jp/eko-dragon/entry-12670349663.html
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ただし、5kW以下の設備では同じサイズの電線を使用するため金額差がなくなり、三相は1.5倍の線が必要なので設備コストは割高となる場合があります。また、電圧降下を考慮すると数十メートル以上の電線長さがある場合に三相のコストメリットが顕著になります。したがって、使用電力量、使用時間、設置場所の条件を総合的に判断して適切な電源方式を選定することが重要です。
参考）https://yamaria.org/archives/1287
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三相単相の配線工事とブレーカー選定

配線工事において、単相と三相では使用するブレーカーと配線方法が大きく異なります。単相100V回路には2極1素子（2P1E）のブレーカー、単相200V回路には2極2素子（2P2E）のブレーカーが適切です。一方、三相200V回路には3極2素子（3P2E）または3極3素子（3P3E）のブレーカーが必要となり、3本すべての電線を同時に保護します。
参考）https://tamago123.com/uncategorized/%E3%80%90%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E7%A8%AE%E9%9B%BB%E6%B0%97%E5%B7%A5%E4%BA%8B%E5%A3%AB%E3%80%91%E3%81%AB%E5%87%BA%E3%81%A6%E3%81%8F%E3%82%8B%E7%94%A8%E8%AA%9E%E3%82%92%E7%B0%A1%E5%8D%98%E3%81%AB%E8%A7%A3/
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建築現場の仮設電源では、一般に使用する電源は主に100V電源ですが、単相200V、三相200Vの電源も必要になることがあります。三相200Vの電源しか使用できない現場では、3つの相それぞれ（R-S間、S-T間、R-T間）から単相200Vを取り出すことも技術的には可能ですが、電気供給規定により低圧受電契約では電灯と動力を別で契約する必要があります。
参考）https://denkou-nouhau.com/3%CF%863w-1%CF%86/
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ブレーカー選定の際、極数（P）は電線の数、素子数（E）は過電流を検知できる端子の数を意味します。間違えて選ぶとブレーカーが作動しないか感電の危険があるため、電源種別に合ったブレーカーを正確に選定することが安全のカギとなります。また、ブレーカーのアンペア数は電線の許容電流以下にする必要があり、過電流が流れた時にブレーカーがトリップして配線を保護できるようにしなければなりません。youtube​​

三相単相の契約形態と法規制

電力会社との契約において、単相電源は「電灯契約」、三相電源は「動力契約」として区別されます。電灯契約は単相100Vまたは単相200Vで供給され、主に照明や一般家電製品に使用されます。一方、動力契約は三相200Vで供給され、50kW以下の契約電力でモーターやポンプ、三相エアコンなどの工業用負荷回路に使用されます。
参考）https://www2.panasonic.biz/jp/basics/electric/electricity/wiring-systems/
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建築業の現場で重要なのは、動力契約と電灯契約は別々に契約する必要があり、それぞれ異なる料金体系が適用されることです。動力契約の基本料金は契約電力（kW）に基づいて計算され、電力量料金も使用量に応じて課金されます。三相200Vの動力契約は単相100Vまたは単相200Vの電灯契約よりも供給電圧が高く、より少ない電流で効率的に電力を得られるのが特徴です。
参考）https://service.itcenex.com/media/archives/what-is-power-contract/
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公共建築工事では、電気設備工事において出力電気方式として単相2線式、単相3線式、三相3線式を使い分けることが標準仕様書で定められています。また、三相4線式は最近の大容量ビルや工場などの自家用施設で用いられ、電灯と動力の混合回路に対応しています。適切な配電方式を選択することで、人体への安全性と経済性を確保することができます。
参考）https://www.mazasunara.com/%E3%81%A9%E3%81%86%E3%81%97%E3%81%A6%E9%85%8D%E9%9B%BB%E6%96%B9%E5%BC%8F%E3%82%92%E4%BD%BF%E3%81%84%E5%88%86%E3%81%91%E3%81%A6%E3%82%8B%E3%81%AE%EF%BC%9F/denki/haiden/dee5ef3d/
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電力会社の供給規定では、低圧受電契約において三相から単相を取り出して使用する際には、電灯契約と動力契約を別々に結ぶ必要があります。無許可で三相から単相を取り出すことは規定違反となる可能性があるため、電気工事士の資格を持つ専門家に相談し、適切な手続きを行うことが重要です。youtube​
参考）https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q10236121390
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三相単相を現場で使い分ける判断基準

建築現場や施設において、三相と単相のどちらを選択するかは、使用する機器の種類、消費電力量、運転時間、既存の電源設備などを総合的に判断して決定します。一般的な目安として、10坪程度の小規模空間では単相電源で十分ですが、ドアの開閉が多い美容室やPCが多く熱がこもりやすいオフィスなどでは三相が必要になることもあります。​
単相と三相の両方の電圧が必要な現場では、「3電源仕様」や「三相単相切替付」などの発電機を用意しておくと便利です。建築現場の仮設電源として三相200Vの電源しか使用できない場合、3本のうち2本を取り出すことで単相200Vとして使用できますが、電気供給規定を遵守する必要があります。
参考）https://www.koyou.co.jp/business/campaign/pdf/43105964954c9012d53a514f5def716f8c7d2371.pdf
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エアコン選定では、単相と三相の両タイプがラインナップされている馬力（～3馬力まで）も存在します。エアコンの使用時間が長く、すでに三相電源を確保できている場合は三相がおすすめですが、あまり使用しない場合や電源が単相の場合は単相が適切です。ただし、賃貸物件などでは単相で契約済みというケースもあるため、事前に確認が必要です。
参考）https://ecshop.ac-svc.com/blog/?p=1041
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建築業従事者が知っておくべき意外な事実として、三相モーターは単相モーターに比べてエネルギー効率が高く消費電力を抑えられるため、同じ出力でも電気代を30～40%削減できる可能性があります。また、三相交流の定電力供給特性により、モーターの振動が少なく機械の寿命が延びるという副次的なメリットもあります。これらの長期的なコストメリットを考慮して、新規施設の設計段階から適切な電源方式を選定することが、建築プロジェクトの成功につながります。
参考）https://www.enegaeru.com/differencebetweensinglephase-threephasesystems
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