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

質問

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。

回答No.17

fujiyama32 · ベストアンサー

> 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

お礼

いろいろな質問に対し丁寧にご回答頂き、本当にありがとう
ございました。

最後の波形が逆相に見えてしまう所と、なぜ単相なのか？
という疑問点については、私の勉強不足が原因で、頭の中
がどうしても整理出来ずじまいでした。

※どうしても私の中で、ＵＮ間とＶＮ間の電圧波形を考える
　　とすると、基準は同じもの（Nですね）で無ければならず、
　　その基準をずらすと物事の比較は出来ないと考えてしま
　　う性分で、そう考えると波形は逆相波形になってしまう
　　ので単相って？っていう風に堂々巡りになってしまいま
　　した。

本当は、百聞は一見にしかずなのでしょうね。
ただ独学なので、中々実測するにも機材などがなく、想像
で考えるのみになってしまいます。

回答No.6

fujiyama32

> と記載して頂いておりますが、中性線側の刃に検電器を当てても
> 点灯しない理由は、中性線が対地電圧0Vで、検電器を通して人体
> を経由して大地に繋がったとしても、大地は電圧0Vだから電位差
> なしで、電気が流れないという理屈でよいでしょうか？
その通りです。

> 逆に、電源線(非接地側)の刃に検電器を当てると点灯する理由は、
> 電源線から検電器を通して人体を経由して大地に繋がった場合、
> 大地は電圧0Vだから電位差がある為、高電位から下電位に電気が
> 流れるという理屈でよいのででしょうか？
その通りです。
人体には高抵抗の抵抗分と微小な静電容量(浮遊容量等といいます。)
があります。
また、足底は床に接しています。床は基礎経由大地の上に建てられ
ています。
この部分を詳細に考えますと浮遊容量や高々抵抗分があると解釈で
きます。
検電器の電極間の静電容量(*1)に人体の浮遊容量と足底から大地間の
漂遊容量が直列になりますので、電源線の電圧と中性極(N)との電位
差(*2)により微小な電流が流れます。
この微小な電流によりネオン管が点灯します。

(*1)検電器の中には高抵抗の抵抗器とネオン管が組み込まれています。
ネオン管は2枚の電極の間にネオンが封入されています。
電極が相対していますので、これも極く微小なコンデンサを形成して
いると解釈できます。)

(*2)図解を書きましたので貼り付けます。参考にして下さい。
図の電源線の配線で＋√2×AC200Vと書きましたが、ある瞬時の時刻の
状態を示しています。
電源側の配線から0Vから＋AC282V更に0Vまでの周期(プラスの期間)は
図の矢印の方向に電流が流れると考えます。

(注)マイナスの周期の図は、次の回答に貼り付けます。

お礼

お忙しい所丁寧なイラスト付きでご回答頂き、
ありがとうございます。

基本的な考え方に間違いがなさそうですので、
安心しました。

一つ質問なのですが、添付して頂いたイラスト
に二つの電圧波形が描かれているのですが、
これはどういう意味を表しますでしょうか？

回答No.5

fujiyama32

右半分を貼り付けました。
両方も照らし合わせて、理解を深めて下さい。
なお、参考になるサイトを調べてありましたら、貼り付けるように
したいと思います。

お礼

大きくてよく見えます！！
本当にありがとうございました。

これを見てみて思ったのですが、やはり中性線(接地側)にも電気は
流れるんですよね。
前に『中性線は対地電圧０Ｖだから、電気は流れない』と書いてる
書物かサイトがあったので、今回の質問内容の様な疑問が出てきた
次第です。

因みにfujiyama32様がNo.２で記載して頂いております、『<1>中性線
と接地線』の項にて、

家庭の中性線をトランスまでたどっていくと中性極(N)に接続されて
いるので、家庭の中性線も接地された事になり、このため家庭のコン
セントの中性線側の刃に検電器を当てても点灯しない。
またコンセントのもう片方の刃に検電器を当てると赤く点灯する事に
なる。

と記載して頂いておりますが、中性線側の刃に検電器を当てても点灯
しない理由は、中性線が対地電圧0Vで、検電器を通して人体を経由
して大地に繋がったとしても、大地は電圧0Vだから電位差なしで、
電気が流れないという理屈でよいでしょうか？

逆に、電源線(非接地側)の刃に検電器を当てると点灯する理由は、
電源線から検電器を通して人体を経由して大地に繋がった場合、
大地は電圧0Vだから電位差がある為、高電位から下電位に電気が
流れるという理屈でよいのででしょうか？
但し、電源線の電圧が正の場合は合致すると思うのですが、負の
場合は、どうなるのでしょうか？
理論上は0Vから負の電圧値であれば高電位から下電位という構成
にはなると思いますが、大地から電気が流れてくるという事はあ
りませんよね。

どうなのでしょう。
また根本的に考え方が誤ってますでしょうか？

回答No.4

fujiyama32

接続図を2分割して左半分を貼り付けました。
まだ、多少大きくなったと思いますが、参考にしてください。

回答No.3

fujiyama32

ANo.2です。間違った図を貼り付けたようです。
修正した接続図を貼り付けましたので、この方の図を参考にして下さい。

補足

回答ありがとうございます。

とても有難そうな接続図という雰囲気は分かるのですが、
少々小さくて見づらい状況です…
もしサイトなどに掲載されておりましたら、URLを教えては
頂けませんでしょうか？

回答No.2

fujiyama32

電力会社の電源変圧器と家庭の配線の関係を図解しましたので参考
にして下さい。

電気の流れについては矢印付きの線を良く見て下さい。
なお、単相三線式の受電する場合で、一部の機器などは省略して
書いてあります。

<1>中性線と接地線
質問者と接地線と書かれていますが、実際は中性線と言う配線です。
この配線は図の通り、電力会社の(柱上)変圧器まで、たどっていき
ますと中性極(N)に接続されています。
さらに変圧器の中性極(N)は接地されていますので、家庭の中性線も
接地されたことになります。

このため、家庭のコンセントの中性線側（いわゆる接地側）の刃に
検電器（ネオン管）にて当てても、点灯しないことになります。
この結果、この刃の極のことを"接地側の配線だ"と言ってます。

家庭のコンセントのもう片方の刃に検電器を当てますと赤く点灯す
ることになり、いわゆる"電源側の配線"になります。

<2>対地電圧の測定
対地電圧を正しく測定するには家庭での接地線の測定端子と"電源側"
の端子との間にテスターを接続して測定する必要があります。
一般家庭でも接地極付きのコンセントが設備されていますので、この
接地極と"電源側"の刃(穴)との間を計ります。

回答No.1

FT56F001

>(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？

はい，そうです。関東なら20ms毎，関西なら16.7ms毎に(1)(2)を繰り返します。

>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『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？』
>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『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？』

誤解の主な理由は，
「単相三線式は，中央の接地線(対地電圧0V)1本を挟んで，
　2本の非接地線(対地電圧+100Vと-100V)で配線する」
といった説明文を読んで，+100V,-100Vの意味を取り違えたからではないでしょうか。

すなわち，
+100V側の非接地線の対地電圧は，+141sin(ωt)という瞬時値をもつ位相0の交流電圧，
-100V側の非接地線の対地電圧は，-141sin(ωt)という瞬時値をもつ位相180゜の交流電圧
を表しています。

+100V側の非接地線の電圧の瞬時値は，+141Vから-141Vまで，20ms(16.7ms)周期で変化します。
同じく，-100V側の非設置線の電圧の瞬時値も，-141Vから+141Vまで20ms(16.7ms)周期で変化します。

電圧の瞬時値が正の間は，
>(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
の電流が流れ，

電圧の瞬時値が負になると
>(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
の電流が流れます。

電気工事士試験にチャレンジされるのでしょうか?
単相三線式とかは，電気工学の中でもやや専門的な内容です。
そこに来る前に，電気回路，交流理論などの基礎を，勉強された方がよさそうです。

お礼

回答ありがとうございます。

>電気工事士試験にチャレンジされるのでしょうか?

　はい。
　とりあえずは2種からチャレンジしようと思ってます。

>電気回路，交流理論などの基礎を，勉強された方がよさそうです。

　電気とは？から読んできて、電気回路や交流理論の上辺
　くらいは理解したつもりでしたが、ただの”つもり”だったの
　かもしれません。

お忙しい所ご回答頂き、ありがとうございました。