蓄電システム、UPSなら電源装置の専門メーカーYAMABISHI


電気の知識

電気の知識

電圧

電圧とは

このむずかしい質問を、科学的根拠に基づきながらも、専門用語ゼロで分かり易く説明いたしますと、

「電圧とは、落差です。」

滝には、水が流れる落差がありますよね?

  • ナイアガラの滝 最大落差53m
  • 華厳の滝 最大落差97m

電気も全く同じ。電圧(落差)があるから電気が流れます。

  • 乾電池 1.5V
  • 家庭用コンセント 100V
  • 電線 6600V

懐中電灯を長い間使い続けるとだんだん暗くなっていきます。これは電池の電圧が低くなって落差が少なくなり、電気の流れが少なくなっているからです。
懐中電灯が点かなくなると「電池が無くなった」とか「電気が無くなった」とよく言いますが、これは間違いです。電池も電気も無くなっていません。正確には言うと「電圧が無くなった」のです。電圧0Vになり、落差がゼロになったために電気が流れなくり消えてしまったのです。落差のない平らな場所で水が流れないのと同じです。

電圧いろいろ

電圧区分(電技省令第3条)

  • 低圧…~600V(直流は~750V)
  • 高圧…600~7000V(直流は750V~)
  • 特別高圧(俗に言う特高…7000V~
電圧区分
世界の電圧

日本は100Vという世界でも珍しい電圧を使っている国です。
南米・北米も100V系を使われていますが、国によって200V系があるのは植民地の名残。その他の地域は200V系です。
下のイラストの電圧は住宅用単相電圧で、工業用三相電圧はこの電圧に√3を乗じた電圧(例;中国の住宅用は単相220V、工業用は三相380V)になります。日本は工業用三相電圧も200Vと変わっています。

世界の電圧

電源周波数

日本の商用電源周波数

日本は、50Hzと60Hzが併存する世界でも珍しい国です。

何故2つの周波数が存在するかというと、明治時代、大阪ではアメリカGE製60Hz発電機、東京ではドイツAEG製50Hz発電機と、異なる周波数の発電機が導入されてしまったからです。
電力網が発達していく過程で、周波数を統一しようという動きがありましたが、その時には既に困難となっていました。
50Hzと60Hzの境界線は新潟県糸魚川市から静岡県富士川までを南北で結んだ線で、その西側が60Hz、東側が50Hzとなっています。
いくつかの県では50Hz地域と60Hz地域が混在しています。

  60Hz地域 50Hz地域
新潟県 佐渡市
妙高市(一部)
糸魚川市(一部)
左記以外
群馬県 甘楽群・吾妻群 左記以外
長野県 右記以外 松本市奈川地区
安曇地区(一部)
大町市(一部)
飯山市(一部)
小諸市(一部)
安曇野市穂高町(一部)
下水内郡栄村(一部)
下高井郡野沢温泉村(一部 )
北安曇郡小谷村(一部) 
静岡県 富士川以西 富士川以東
埼玉県 なし 全域
山梨県 なし 全域

では、富士川を境に、電線が途切れているかというと、そうではなく、大きな周波数変換器で繋がっていて、非常時に電力の融通が出来るようになっております。
また、北海道苫小牧市の一部地域60Hzや熊本県水俣市の一部地域50Hzなど、近隣企業の小規模発電の余剰分が供給され、周辺と周波数が異なる地域があるというのは意外です。
ここで気になるのは、富士川を走り抜ける東海道新幹線ですが、東京駅~新大阪駅の全線60Hz(単相25kV)で運行。駅舎はその地域の周波数を使っています。
ちなみに、在来線の東海道本線は直流1500Vで運行しています。

ご注意!

電気製品の中には、電源周波数が変わると困るものもあります。
最近の電気製品、特に家電は考慮されているため、ほとんどのものが気にせず使用出来ます(ヘルツフリー)。念のため、取扱説明書や表示で確認することをお勧めします。
古い製品では、50Hz⇔60Hzの切替スイッチ付のものもあります。
しかし工業用電機製品の場合には必ず周波数の確認が必要です。
装置の定格周波数と異なる電源周波数を使用すると、期待する性能がでなかったり、場合によっては発熱を起こすこともあります。

周波数が異なると正常に動作しない場合があるもの

  • モーター類…回転数が周波数に依存し、実用性が減じる。
  • トランス類…設計より多くの電流が流れ発熱するおそれあり。
世界の商用電源周波数

海外の周波数を見てみますと、アメリカ大陸と一部の国で60Hzが使われていますが、ほとんどの国の周波数が50Hzです。

  60Hz地域 50Hz地域
アジア 韓国・北朝鮮・ 台湾・フィリピン
日本の一部
左の国以外
中近東 サウジアラビア 左の国以外
ヨーロッパ なし 全て
アフリカ なし 全て
オセアニア グアム・サイパン・ タヒチ・
トンガ王国・ ポリネシア・サモア・
ミクロネシア 等
左の国以外
北米
(含ハワイ)
全て なし
中南米 右の国以外 ジャマイカ・チリ・ハイチ・
ボリビア・コロンビア・パラグアイ・
ウルグアイ・アルゼンチン 等
色々な商用電源周波数

現在でこそ、商用電源周波数は50Hzと60Hzに限られておりますが、かつては様々な周波数が使われておりました。
16 2/3Hz・25Hz・40Hz・50Hz・60Hz・66Hz・125Hz・133Hz・133 1/3Hz 等々
最初、電気は電灯用だったため、ちらつきの少ない高い周波数が好まれました。しかし電灯が普及し、送電距離が長距離化すると、電圧降下の少ない、低い周波数の方へ移行していきました。そして、産業が発展し、工作機械などが使われ出すと、モーター回転数が周波数に影響されることから、周波数の統一が求められ、国ごとに50Hzか60Hzのいずれかへと集約されていきました。
また、航空機では今でも400Hzが使われております。これは、周波数を高くすると搭載する発電機や、電気回路の変圧器やコンデンサを軽量化出来るからで、他の高周波機器への干渉を考慮した最も高い周波数が使われております。

電流

電気が流れているところを見たことはありますか?

これは原子レベルの話しなので、ちょっと難しいと思います。
そこで、ここでは電気の流れ「電流」を専門用語なしで説明致します。

金属内部イメージ

原子は原子核とその周りを廻っている電子で構成されていますが、その電子の中でも他の原子へと自由に移動できるものが自由電子。そしてその自由電子の移動がまさに電気の流れ「電流」です。
電気回路のスイッチがONされ、電圧がかかると、自由電子は一斉に動き出します。電気の流れの始まりです。これは隣の自由電子に押されて移動しているのでも、引っ張られて移動しているのではありません。「せーのっ!」で同時に移動します。
そしてスイッチを切られ、電圧がなくなるとこの移動は終わります。

回路の中の電子の流れ
電子の流れ

電流にはどれ位のスピードがあるのでしょうか?

電気のスピードは光と同じ秒速約30万km(地球7周半)と言われます。
ただ、ここにあった自由電子が1秒間で30万km先までブッ飛んでいるわけではありません。自由電子のスピードは秒速0.1mm(直径1mmの銅線に1Aが流れている時)。
個々のスピードはこれくらいですが、秒速30万kmで伝達され、その間にある無数の自由電子が秒速0.1mmで一斉に動くのです。
そしてその数は?
1A(1秒間)の電流で動く自由電子の数は6.25×10の18乗個。625万個の1兆倍という気が遠くなる数です。

アース

アースの目的

アースの目的は色々ありますが、ここでは家庭や事業所での保安について説明いたします。
アースの働きは、電気製品の内部に異常が生じた時、感電の危険からヒトを守ることです。

下の左図は感電したときの電気の流れです。
もし、アースがされていない故障した洗濯機にヒトが触れた場合、赤線のようにヒトの体を通って、電気が大地へ流れ始めます。その場合、命は危険にさらされます。
特に水回りの洗濯機・冷蔵庫や、大きな電力を使う電子レンジ・エアコンは大変危険です。
しかし、アースが接続されていると、青線のようにヒトの体より抵抗値の少ないアースの方へ多くの電流が流れ、電気抵抗の高いヒトには少ない電流しか流れません。こうやってアースがヒトを守るのです。
また、最近では家庭やオフィスに必ず漏電ブレーカーがありますので、電気製品の内部に異常が生じ、アースを通って大地に電流が漏れ出すと、瞬時に漏電ブレーカーが電気を切ってくれます。

アースがない場合

アースがない場合

アースがある場合

アースがある場合

アースに関する技術情報

目的によってアースの接続の仕方は変わります。接地工事を行うには電気工事士の資格が必要です。
下図:接地工事の種類(内線規定)

アースに関する技術情報
アース線の色
IEC60227(国際規格) 内線規定(日本国内)
アース線の色1

緑・黄色の縞模様の線

アース線の色1

緑・黄色の縞模様の線

アース線の色2

緑・黄色の縞模様の線

アース線の色3

緑・黄色の縞模様の線

アースの表示
電気記号

電気記号

PL警告表示

PL警告表示

受電トランスで接地する相

受電トランスで接地する相

交流と直流の違い

交流と直流の違い

「交流」と「直流」の違いを誰にでも分かるように説明すると次のようになります。

  • 「交流」…周期的に向き(=極性)が変化している電気
  • 「直流」…周期的に向き(=極性)の変化がなく一定の電気

「交流」は、電圧が「(プラスの)ピーク」と「0V」と 「(マイナスの)ピーク」 を繰り返します(図1)。
言い方を変えると、「電圧が最大」と「0V」と「反転して最大」 を繰り返すともいえます(図2)。
「直流」は、電圧の向きに定期的な変化がなく、常に一定となります。(図3)
*ここでは簡潔に説明するため「電流」の説明は省き「電圧」で説明しています。

交流の考え方 電圧の考え方 直流の考え方

「交流」と「直流」の使い分けを大別すると次のようになります。

  • 「交流」…電力送電・ヒーター類・大型モーターなど
  • 「直流」…蓄電・モバイル機器・最近の家電製品など

電気を送電するとき、損失や安全面を考慮すると、変圧器で簡単に電圧を変換できる「交流」が便利です。
送電による電力損失量は電流値に左右されるため、発電所では電圧を数十万ボルトまで上げ電流を小さくして送電をいたします。
(電圧と電流は反比例の関係にあります。 例;送電電力=送電電圧×送電電流)
そして人や建物が多くなる場所では安全面を考慮し、街中では6,600ボルト、家庭内では100Vまで電圧を落として送電しています。

一方、「直流」は、電池を使って持ち運び出来る電気機器に多く使われております。
電池から発生する電気エネルギーは化学反応により生み出されるため、周期的に変化しない「直流」となります。
また、今日の家電製品は電子回路で制御されておりますが、電子回路には電気の流れが変わらない「直流」の方が使いやすいため、 「直流」で動いています。
ほとんどの家電製品はコンセントから「交流」100Vの電気を取って、内部で「直流」に変換して使っています。

交流と直流の違い

WとVAの違い

WとVAの違い

電気製品の消費電力の表示に「W」と「VA」の2つの単位をみかけます。この2つの違いは何でしょうか?

  • W (ワット)…実際に仕事をしている電力
  • VA (ボルトアンペア)…実際に仕事をしている電力に、仕事をしていない怠けた電力も含まれた電力
Wの考え方 VAの考え方

実際に仕事をしているのは2.5kWで、電圧が100Vの場合25Aですが、見かけ上仕事をしているようで仕事をしていない怠けもの電力があると電流は32A流れます。

消費電力を表示することは分かりますが、なぜ「VA」表示が必要なのでしょうか?

→それは設備(ブレーカーや電線)の目安とするためです。

VA表示
なぜ怠けもの電力が生まれるのか?

その理由は、交流では電圧波形と電流波形がずれることにあります(図1)
これは電力消費している機器の種類によって起こる現象です。ずれた分は仕事をしないため、「怠けもの電力」が生まれます。正式には「無効電力」と呼ばれます(図2)

電圧波形と電流波形 無効電力の考え方

この無効電力に対して実際に消費している電力(電圧波形と電流波形が重なっている部分)を「有効電力」といいます(図3)
「有効電力」の単位は「W」
「有効電力」に「無効電力」も含めた電力を「皮相電力」といい、その単位が「VA」です。
したがって、電圧波形と電流波形にズレがなく「無効電力」が0の場合「W=VA(図4)」となり、「無効電力」が生じてくるとW<VAとなります。

有効電力の考え方 W=VAの考え方

この「皮相電力」と「有効電力」の比を「力率」といいます。
「無効電力」が0の場合は「力率」が1
「皮相電力」:「有効電力」が10:9の場合は「力率」は0.9となります。

電圧波形・電流波形・力率

単相と三相の違い

電気の送り方に単相と三相があり、これらの違いは、「家電等の小さな電気製品に電気を送る」のが単相。「産業用機械等の大きな電気製品に電気を送る」のが三相。と理解していただければ大体合っています。

単相イメージ

単相イメージ

三相イメージ

三相イメージ

単相・三相は、主に「安全」「効率」の観点から使い分けられています。

子供もいるような家庭では、配線が少なく電圧の低い「安全」な単相が選ばれます。
一方、多くの電気を使う工場などでは、「効率」良く電気を送れる三相が選ばれます。三相の場合、単相と比較して1/√3少ない電流でも同じ電力が得られるため、電気を流すときの損失が少なく、設備も小さく出来るメリットがあるのです。
また、三相は三つの波形が順次流れてくるので、モーターを起動するときに配線さえ間違えなければいつも同じ方向に回転させられるという利点もあります。それで動力用として産業用機械に使われております。

単相と三相の違い2
発電した電力を需要地に送る場合にも三相が利用されています。

単相の場合、発電所で作られた電気が需要地で仕事をしても、発電所に帰っていくためにもう一本の電線が必要で合計2本の電線が必要となります(右図)。
しかし三相の場合、3つの電気を3本の電線で送ることが出来ます。これは3本の電線の合計電流がどこの時点でも±0Aになるため相殺され、帰りの電線を不要にするからです(下図)。
これによって単相であれば6本必要な電線を、三相では3本に節約して送電することが出来るのです。

需要地に三相を送る

単相3線式とは

単相には単相2線式と単相3線式があります。
私達は家の壁の単相2線コンセントをよく見ることがあり、2本の電線による送電方式のイメージはすぐつくと思いますが、3本の電線による送電方式の単相3線というものには馴染みが薄いと思います。
しかし90年代以降に建てられたほとんどの家は単相3線式で電力会社から電気を供給してもらっています。

単相3線とは

単相3線の特徴は、3本の電線から100Vと200Vの両方の電気を取ることが出来ることです
単相3線は2本の電圧線と接地(アース)された中性線の3本で構成されており、片方の電圧線と中性線の2線を使うと100V、両方の電圧線を使うと200Vが取り出せるという便利な送電方式です。

単相3線式とは
単相3線の用途

家庭で使われる200Vの電気製品は大型エアコン・IH調理器などです。頻繁に買い換えたり、移動させて使ったりするものはないので200Vもの電気を使っているというイメージがないと思いますが、ハイパワーな機器が増え200Vをとれる単相3線は必需となりました。

単相3線式の用途
単相3線のメリット

家庭内での200V機器は感電した場合危険ではないのかとご心配があると思いますが、実は機器を200Vで使用していても感電した場合の電圧は100Vになるのです。
注:その理由は、単相3線の電圧線(黒)と(赤)2本を使用する場合の電圧は200Vとなりますが、片方の電圧線に触れてしまった時、体を通って大地に流れる電圧は中性線(0V)との差と同じ100Vしか無いため感電する電圧は100Vになるためです。あたかも斜面に建つ2階建ての家で、2階から飛び降りたつもりが斜面の上の1階だったかのように…。

このように単相3線は比較的安全に高い電圧を使えるという素晴らしいメリットを持っています。
注:両方の電圧線に触れた場合は200Vかかります。

単相3線式のメリット

海外電圧一覧

このページでは国別電圧、周波数をご覧頂けます。
※同一国内でも地域によって電圧は異なることがあります。参考までにご利用ください。

アジア
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
アフガニスタン 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
バングラディッシュ 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ミャンマー 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
中華人民共和国 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
香港 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線200V 3相4線346V
カンボジア 単相2線120V 3相4線208V 50Hz
単相2線220V 3相4線380V
台湾 単相2線110V 3相4線380V 60Hz
単相2線220V
インド 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
単相2線240V 3相4線415V
インドネシア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
日本 単相2線100V 3相3線200V 50・60Hz
単相3線200V
大韓民国 単相2線220V 3相4線380V 60Hz
単相2線110V 3相3線200V
朝鮮民主主義共和国 単相2線220V 3相4線380V 60Hz
単相2線100V  
単相2線200V  
ラオス 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
マカオ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
モンゴル 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ネパール 単相2線220V 3相4線400V 50Hz
パキスタン 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
フィリピン 単相2線220V   60Hz
単相2線230V 3相3線480V
単相2線240V  
シンガポール 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
スリランカ共和国 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
タイ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ベトナム共和国 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
マレーシア 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
アフリカ
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
アルジェリア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線127V 3相4線220V
エチオピア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
エジプト 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ガーナ 単相2線250V 3相4線440V 50Hz
ケニア 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
リビア 単相2線127V 3相4線220V 50Hz
単相2線230V 3相4線400V
リベリア 単相2線120V 3相4線208V 50Hz
単相2線240V 3相4線416V
マダガスカル 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線100V  
モザンビーク 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
モロッコ 単相2線115V 3相4線200V 50Hz
単相2線220V 3相4線380V
ナイジェリア 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ガンビア 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ルアンダ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
セネガル 単相2線127V 3相4線220V 50Hz
ソマリア 単相2線220V 3相3線440V 50Hz
単相2線110V
単相2線230V  
南アフリカ共和国 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線230V 3相4線400V
単相2線240V 3相4線415V
単相2線250V 3相4線430V
スーダン 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
タンザニア 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
チュニジア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線127V 3相4線220V
ウガンダ 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
ザイール 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ザンビア 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ジンバブエ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
中近東
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
バーレン 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線110V
単相2線230V 3相4線400V
イラン 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
イラク 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ヨルダン 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
クエート 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
レバノン 単相2線110V 3相4線190V 50Hz
サウジアラビア 単相2線220V 3相4線380V 60Hz
単相2線127V
シリア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
トルコ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
イエメン・アラブ共和国 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
イエメン人民共和国 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
オマーン 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
イスラエル 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
キプロス共和国 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
カタール 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
アラブ首長国連邦 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
単相2線240V 3相4線415V
太平洋
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
オーストラリア 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
グアム島 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
ハワイ 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
単相2線277V 3相4線480V
単相3線120/240V  
ニュージーランド 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
単相2線240V 3相4線415V
ヨーロッパ
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
オーストリア 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ベルギー 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ブルガリア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
チェコ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
デンマーク 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
フィンランド 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
フランス 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ドイツ 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
イギリス 単相2線240V 3相4線415V 50Hz
ギリシア 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
オランダ 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ハンガリー 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
アイスランド 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
アイルランド 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
イタリア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ルクセンブルク 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
モナコ 単相2線127V 3相4線380V 50Hz
単相2線220V
ノルウェー 単相2線230V   50Hz
  3相4線380V
ポーランド 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ポルトガル 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ルーマニア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
スペイン 単相2線127V 3相4線380V 50Hz
単相2線220V
スウェーデン 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
スイス 単相2線230V 3相4線400V 50Hz
ロシア(旧ソ連諸国) 単相2線127V 3相4線380V 50Hz
単相2線220V
旧ユーゴスラビア諸国 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
北米
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
アメリカ合衆国 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
単相2線265V 3相4線460V
単相2線277V 3相4線480V
単相3線115/230V  
単相3線120/240V  
単相3線240/480V  
アラスカ 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
単相3線120/240V  
単相3線240/480V  
カナダ 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
単相2線240V  
中南米
国名 住宅用公称電圧 工業用公称電圧 周波数
アルゼンチン 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ボリビア 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ブラジル 単相2線127V 3相4線220V 60Hz
チリ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
コロンビア 単相2線150V 3相4線260V 50Hz
エクアドル 単相2線115V 3相4線208V 60Hz
単相2線120V 3相4線220V
パラグアイ 単相2線220V 3相4線380V 50Hz
ペルー 単相2線220V 3相3線220V 60Hz
ベネズエラ 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
パナマ 単相2線120V 3相4線208V 60Hz
単相2線277V 3相4線480V
キューバ   3相3線440V 60Hz
単相2線110V  
単相2線220V  
グアテマラ 単相2線127V 3相3線240V 60Hz
単相2線110V  
単相2線120V  
メキシコ 単相2線127V 3相4線220V 60Hz
単相2線277V 3相4線480V
単相2線120V  
単相2線220V  
単相2線230V  
ニカラグア 単相3線120V/240V 3相3線240V 60Hz
ウルグアイ 単相2線220V 3相3線220V 50Hz
電源に関するお問い合わせ