
単相交流は1種類の交流のみで電気を供給する方式で、主に一般家庭で利用されています。配線は基本的に2本で構成され、一本が電気を受け取り、もう一方が電気を送り返すことで交互に電気が行き来します。電圧は100Vまたは200Vが一般的で、冷蔵庫やテレビといった家電製品に適しています。
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単相交流の最大の特徴は配線がシンプルでコストが安いことです。三相交流に比べて回路構成が単純なため、設置費用を抑えることができ、小規模な電力需要に対応しやすい仕組みになっています。ただし、送電できる電力量には限界があり、大型機器の駆動には向いていません。
参考)単相電圧と三相電圧の比較
電圧の波形は単一で、時間経過とともに電圧が上昇と下降を繰り返すため、電力供給に一時的な空白期間が生じます。この特性により、モーターを起動する際には追加のスターターが必要になる場合があります。
参考)【今さら聞けない】単相と三相の違い
三相交流は3つの単相交流を組み合わせたもので、互いの位相が120度ずつずれています。この120度の位相差により、3つの電圧波形が順番に最大値に達するため、常に安定した電力供給が可能になります。三相交流は現代の電力系統において主流の送電方法として広く採用されています。
参考)単相と三相の電源、単相電源と三相電源の違いとは?
三相交流の発生原理は、3つのコイルを互いに120度ずつずらして配置し、その中で磁石を回転させることで実現されます。この配置により電圧の大きさと周波数が同じで、互いに位相が120度ずれた起電力が発生します。
参考)三相交流とは?わかりやすく解説!
三相交流では3つの位相の電圧を合計すると常にゼロになるため、帰りの電線が不要になります。このため単相交流で負荷が3つある場合は6本の電線が必要ですが、三相交流なら3本で済み、設備費用を大幅に節約できます。また電線の使用量が半分になるだけでなく、電力損失も半分に抑えられるため、効率的な送電が実現できます。
参考)yosimarudenkiblog.com
単相交流の基本配線は2本ですが、一般家庭で普及している単相3線式では3本の配線を使用します。単相3線式は3本のうち2本を選んで使用することで、100Vと200Vの両方の電圧を取り出せる仕組みです。中性線を含む3線構成により、電圧降下を小さく抑えられ、エアコンやIHクッキングヒーターなどの200V機器も利用可能になります。
参考)きほんのき 三相3線式とは、単相3線式との違いをわかりやすく…
三相3線式も同様に3本の配線を使用しますが、単相3線式とは根本的に異なります。三相3線式では3本の電線すべてを同時に接続して使用する必要があり、各電線には位相が120度ずつずれた交流が流れています。線間電圧はすべて200Vで統一されており、主にモーターの駆動に特化した配電方式です。
参考)配電③ 三相3線式!単相3線式との違いは? href="https://tohokuseigyo.net/tcs_column_all/tcs_column_haiden/%E9%85%8D%E9%9B%BB3/" target="_blank">https://tohokuseigyo.net/tcs_column_all/tcs_column_haiden/%E9%85%8D%E9%9B%BB3/amp;#8211; …
三相3線式は「電線1本に1つの負荷を繋ぐ」形式であり、単相3線式のように「2線に1つの負荷を繋ぐ」形式とは全く別物です。そのため単相3線式で100Vと200Vが取れるからといって、三相3線式で200Vと400Vが取れるわけではありません。
単相交流は100Vまたは200Vの電圧で供給され、家庭用の小型家電に適しています。一方、三相交流は200Vの電圧で供給され、工場や大型店舗などで大型機器の駆動に使用されます。三相200Vは電線2本を接続すると単相200Vとして、3本接続すると三相200Vとして使用できる柔軟性があります。
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モーター駆動において、三相交流は単相交流に比べて圧倒的な優位性を持ちます。三相交流では3つの位相が短い間隔で次々と最大電圧に達するため、モーターを常に同じ方向へ安定的に回転させることができます。配線を正しく接続すれば追加のスターターなしで重工業用モーターを稼働でき、始動時のトルクも大きくなります。
単相交流でモーターを駆動する場合、電圧波形が単一で送電しない期間があるため、小型モーターでもスターターが必要になることがあります。また単相交流は最大5HP(約3.7kW)までのユニットに適していますが、それ以上の出力が必要な場合は三相交流が不可欠です。三相誘導電動機(三相モーター)は建築現場や工場で最も多く使用されている標準的な機器です。
参考)単相と三相って何?一般家庭や工場で使用される配電方式の種類と…
一般家庭では単相交流が標準で、単相3線式により100Vと200Vの両方を利用できます。100Vは冷蔵庫や電子レンジ、照明などの一般家電に使用され、200VはエアコンやIHクッキングヒーターといった高出力家電に使用されます。設置費用が安く配線も簡単なため、小規模な電力需要には最適です。
工場や大型店舗では三相交流が主流となります。ポンプ、エレベーター、空調機、生産設備などの電源として三相3線式200Vが使用され、「動力盤」として配電されます。三相交流は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、多くの電力を必要とする産業施設に適しています。
参考)三相交流のメリットは?単相交流と三相交流の違いをわかりやすく…
建築現場では電灯盤と動力盤を使い分けます。電灯盤には単相3線式を採用し、200Vは照明や単相200V対応機器に、100Vはコンセントなどの負荷に使用します。動力盤には三相3線式を採用し、重機やポンプなどの大型モーターを駆動します。この使い分けにより、安全性とコスト効率の両立が図られています。
単相2線式から単相3線式への改修工事は約80,000円からとなっており、幹線ケーブルのサイズや配線距離、分電盤の種類によって費用が変動します。工事の主な内容は、CV8-3CケーブルまたはCV5.5-3Cケーブルを使用した幹線敷設(配線総長目安10m)、単相3線式分電盤(8回路程度)への交換、電気メーター板の交換、電力会社への申請手続きなどです。
参考)単相2線式から単相3線式へ改修工事内容 工事価格
単相3線式に切り替えることで40アンペア以上の契約が可能になり、200VのエアコンやIHなどの電化製品が使えるようになります。ブレーカー容量については、単相3線200V50Aの場合、各相に50Aまでの容量が設定され、合計で50Aを超えるとブレーカーが作動します。
参考)ブレーカー容量の理解: 単相3線200Vと3相3線200Vの…
三相交流の契約容量計算は単相と異なります。低圧電力(動力プラン)の主開閉器契約では、「契約主開閉器の定格電流(A)×電圧(V)×√3」で契約電力(kW)を求めます。例えば定格電流50A、電圧200Vの場合、50A×200V×1.732≒17kWとなり、三相交流特有の√3(≒1.732)を考慮する必要があります。
参考)低圧電力の契約容量を計算する方法は?例を用いてわかりやすく解…
建築現場での電気設備計画では、将来的な200V機器使用の可能性を考慮し、最初から単相3線式にしておくことで後からの工事費用を抑えられます。また複数の高出力家電を使用する場合は単相3線式にすることで電気容量不足を防ぎ、ブレーカーが落ちるトラブルを回避できます。
参考)電気工事士センター
参考リンクとして、Panasonicの配線方式解説ページでは単相3線式と三相3線式の詳細な技術仕様が掲載されています。
Panasonic 配線方式の基礎知識
また、フルーク社の単相電源と三相電源の比較ページでは、用途や構成の違いについて詳しく解説されています。
三相交流は単相交流に比べて電力効率が優れています。三相交流は単相交流の3倍の電力を伝送できますが、必要な配線は2線式の代わりに3線で済むため、導体材料の使用量が少なくて済みます。同じ電力を送る場合、三相交流は単相交流よりも少ない導体材料で実現できるため、設備投資の面で経済的です。
参考)三相交流 - Wikipedia
電力損失の観点でも三相交流には大きな利点があります。電線は抵抗を持つため、距離が長いほど電力損失が大きくなり、一部の電力が熱として消費されてしまいます。三相交流を使用することで、この電力損失を半分に減らすことができます。化石燃料の消費量を抑え、温室効果ガスの発生も削減できるため、環境面でもメリットがあります。
単相3線式と三相3線式を比較すると、後者の方が電力損失が小さくなります。三相交流では位相を120度ずつずらしているため電圧の和が常にゼロになり、送電線の帰りが不要になるためです。このため必要な電線本数は単相交流の半分で済み、設備費用などを節約でき、コストパフォーマンスに優れています。
建築業従事者にとって、これらの経済性の違いを理解することは、電気設備の計画段階で適切な配電方式を選定するために重要です。小規模な住宅では単相3線式でコストを抑え、工場や大型施設では三相3線式で電力効率とランニングコストの最適化を図ることが標準的な実務となっています。
ブレーカーと分電盤の構造は単相と三相で異なります。単相3線式の分電盤では、100V回路と200V回路を切り替えて使用できる構造になっており、屋内分電盤の中で3線のうち2線を選んで各機器に配線します。一般的な住宅用分電盤は8~16回路程度の安全ブレーカーで構成され、リミッターと漏電ブレーカーを含みます。
参考)ブレーカの仕組みとは?誰でもわかる単相・三相などの電気の基礎…
三相3線式のブレーカーは動力用として設計されており、3本の電線すべてを同時に監視します。工場では動力盤として独立して設置され、三相誘導電動機への電力供給を制御します。ブレーカーの定格電流は契約容量に応じて選定され、過負荷や短絡時に回路を遮断して設備を保護します。
契約容量とブレーカー容量の関係も重要です。単相3線200V50Aブレーカーの場合、各相に50Aまでの容量が許容されますが、合計で50Aを超えるとブレーカーが作動する仕組みです。三相の場合は定格電流に電圧と√3を掛けて契約電力を算出するため、計算方法が異なります。
建築現場での分電盤選定では、将来の増設や200V機器の追加を見越して余裕のある容量を確保することが推奨されます。電気容量不足によるブレーカーの頻繁な作動は作業効率を低下させるため、適切な容量設計が不可欠です。
人気の電気工事関連の技術情報として、中部電力のブレーカー解説ページが参考になります。
単相交流と三相交流では安全性のレベルが異なります。単相交流は配線数が少なく電圧が低いため、一般家庭で使用しても安全性が高いとされています。それほどの高電圧が必要ではない家庭の電気供給に適しており、感電リスクも比較的低く抑えられます。
三相交流は電力が大きくなるため、単相に比べて安全性の面では劣ります。工場や大型店舗などの産業施設では、電気主任技術者の選任や定期的な保安点検が法律で義務付けられており、専門的な知識を持つ作業者による取り扱いが必要です。配線数が多く電圧も高いため、誤配線や接触不良による事故リスクに十分な注意が必要です。
建築現場での配線作業では、単相と三相の配線を明確に区別することが重要です。単相200Vと三相200Vは電圧値が同じでも回路構成が全く異なるため、誤接続すると機器の故障や火災の原因になります。特に三相誘導電動機は必ず3線すべてを正しく接続する必要があり、配線の色分けや結線図の確認が不可欠です。
参考)モータにおけるスター結線とデルタ結線とは何か href="https://vipar6.com/star-and-delta-jp/" target="_blank">https://vipar6.com/star-and-delta-jp/amp;#8211;…
意外に知られていない注意点として、三相交流では相順(位相の順序)が重要になります。モーターの回転方向は相順によって決まるため、逆回転を防ぐには配線の接続順序を正確に守る必要があります。建築設備の試運転時には、モーターの回転方向を必ず確認し、逆回転の場合は任意の2線を入れ替えることで正しい方向に修正できます。
また単相から三相への改修工事では、電力会社への申請と承認が必要になります。工事完了後も電力会社による検査があり、配線図や保安基準への適合が確認されます。これらの手続きを怠ると、電力供給が開始できないため、工程管理上の注意が必要です。
参考)単3切り替え工事・分電盤工事・電気工事 href="https://www.prime-work.jp/tan3/" target="_blank">https://www.prime-work.jp/tan3/amp;#8211; アン…