第二種電気工事士の単相3線式|中性線の役割・100Vと200V・断線時の注意点【資格・工具】

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ELECLISH NOTE / 学科試験対策

3本の電線で、
100Vと200Vを使い分ける。

単相3線式は、住宅などで100Vと200Vを供給するために使われる方式です。

第二種電気工事士の学科では、電圧の関係だけでなく、中性線に流れる電流や、中性線が切れたときの回路も学びます。

この記事では、L1・N・L2の接続関係を図で確認し、正常時と断線時を分けて考えることで、基本を整理します。

この記事は、単相3線式100/200Vの学習用解説です。

計算では電線の抵抗を無視し、電源電圧は一定、負荷は純抵抗として扱います。図は接続関係の模式図で、遮断器・接地・端子・施工条件などは省略しています。実物で断線を再現するなどの実験はしないでください。

単相3線式とは?L1・N・L2の3本で供給する方式

単相3線式では、2本の電圧線と1本の中性線を使います。この記事では、電圧線をL1・L2、中性線をNと表します。

記号 役割
L1 一方の電圧線
N 電源の中性点につながる中性線
L2 もう一方の電圧線

3本あるから三相、という意味ではありません。単相3線式と三相3線式は、別の電源方式です。

100V・200Vは、接続する2本の組合せで決まる

正常な単相3線式100/200Vでは、次の関係になります。

接続する線 電圧 負荷の例
L1―N 100V 100V負荷A
N―L2 100V 100V負荷B
L1―L2 200V 200V負荷

100V負荷は外線と中性線の間、200V負荷は2本の外線の間へ接続する構成です。

スマホでは、次の図を左右にスクロールできます。

単相電源L1N:中性線L2100V負荷AL1―N:100V100V負荷BN―L2:100V200V負荷L1―L2200V四角は負荷。線の接続点は丸印で示しています。
電源内部や接地は省略した接続関係の模式図です。100V負荷A・Bの接続点には、中性線Nがつながっています。200V負荷はNへ接続していません。線の色や配置は、実際の配線を指定するものではありません。

2つの100Vは、交流の位相関係にも注目する

Nを基準にしたL1とL2の交流電圧は、互いに逆位相です。このため、L1―L2間では200Vになります。

「同じ100Vの線を2本集めれば、どんな電源でも200Vになる」とは考えないでください。単相3線式の電源構成による関係です。

中性線の役割|100V負荷の接続点を電源中性点へつなぐ

図の負荷Aと負荷Bの間には、中性線Nがつながっています。正常な中性線によって、その接続点が電源の中性点につながるため、両側の100V負荷が異なっていても、それぞれに約100Vを供給できます。

この記事の理想条件では、各負荷の電圧を100Vとして計算します。実際の電路では、電線の抵抗などによる電圧降下もあります。

中性線と、保護接地用のアース線は別

中性線は、通常の電源回路を構成する電線です。一方、機器の金属外箱などへつなぐ保護接地用のアース線は、目的が異なります。

中性線を、機器のアース線の代わりとして扱ってはいけません。電源側で接地されていることと、両者を自由に置き換えられることは別です。

また、中性線は常に無電圧で安全とは限りません。正常時の理想的な電位と、実作業で触れてよいかどうかを混同しないでください。

中性線の電流|抵抗負荷では、両側の差になる

両側の100V負荷を純抵抗として考えると、中性線には両側の負荷電流の差が流れます。

中性線電流の大きさ=|負荷Aの電流-負荷Bの電流|

この式は、この記事の抵抗負荷の条件で使います。負荷の力率や波形が異なる一般の交流回路では、電流の大きさを単純に引くだけでは求められない場合があります。

例1|Aが12A、Bが8Aの場合

中性線電流の大きさは、12-8=4Aです。

12+8=20Aではありません。両側の電流が中性線部分で打ち消し合い、差が残ると考えます。

例2|AもBも10Aの場合

中性線電流は、10-10=0Aです。両側の負荷が平衡している状態です。

この瞬間に電流が0Aでも、中性線をなくしてよいわけではありません。どちらかの機器を切れば負荷のバランスが変わり、中性線が必要になります。

200V負荷の電流は、中性線を通らない

図の200V負荷はL1―L2間へ接続され、中性線には接続されていません。その負荷電流は2本の外線を通ります。

外線の電流を計算する問題では200V負荷の分も考えますが、中性線電流を求める際に、その電流をそのまま足すわけではありません。

中性線が断線すると、100V負荷に過電圧がかかることがある

ここでは、電源と負荷A・Bの接続点の間で、中性線が断線した場合を考えます。

中性線が切れても、L1―負荷A―負荷B―L2という経路は残ります。負荷側の接続点が電源中性点から切り離され、2つの負荷が200Vに対して直列につながった状態になります。

抵抗値が異なる場合、200Vは抵抗の大きさに応じて分かれます。必ず100Vずつになるわけではありません。

電源L1―L2200VL1NL2断線負荷A:10Ω50V負荷B:30Ω150V抵抗値を一定とした計算例。200V負荷は省略しています。
中性線の断線位置を指定した学習例です。負荷AとBの接続点は残っていますが、電源の中性点にはつながりません。実際の異常時の電圧は、接続されている負荷や故障状態によって変わります。

断線後の計算例|10Ωと30Ωなら50V・150Vになる

図の負荷Aを10Ω、負荷Bを30Ωとし、断線後も抵抗値が変わらないものとします。

正常時は、それぞれ100V

  • 負荷Aの電流:100÷10=10A。
  • 負荷Bの電流:100÷30≒3.33A。

正常な中性線がつながっているので、抵抗値が違っても、各負荷の電圧は100Vです。

断線後は、合計40Ωの直列回路

中性線が図の位置で切れると、AとBは200Vに対する直列回路になります。

  • 合成抵抗:10+30=40Ω。
  • 直列回路の電流:200÷40=5A。
  • 負荷Aの電圧:5×10=50V。
  • 負荷Bの電圧:5×30=150V。

直列回路では同じ電流が流れるため、抵抗が大きい負荷Bのほうへ高い電圧がかかります。

このように、もともと100V用として接続していた機器へ、100Vを超える電圧がかかり、損傷につながるおそれがあります。

抵抗値が同じなら、断線後も100Vずつになる計算

2つの抵抗が等しければ、200Vは100Vずつに分かれます。ただし、それは負荷が等しいという条件での結果です。

機器の入切などで負荷は変わるため、「今は同じ抵抗だから中性線が切れていてもよい」とは考えません。

中性線欠相保護は、過電流保護とは役割が違う

中性線の断線や接続不良による異常を、中性線欠相と呼びます。

中性線欠相による過電圧は、必ず大きな過電流を伴うとは限りません。そのため、過電流を検出する機能だけで、すべての異常電圧を防げるわけではありません。

単相3線式の中性線欠相保護機能は、このような過電圧を検出して電路を遮断するための機能です。

断線が疑われるときは、自分で端子を触って調べないでください。

照明が急に明るくなったり暗くなったりする、複数の機器に異常が出るなどの場合は、使用を続けず、電気工事店や電力会社の窓口へ相談してください。

学科で間違えやすいポイント

混同しやすい説明 正しい整理
3本の電線だから三相 単相3線式と三相3線式は別方式
200V負荷はL1―Nへつなぐ この方式ではL1―L2間が200V
中性線には常に電流が流れない 負荷が不平衡なら電流が流れる
抵抗負荷の中性線電流は両側の和 両側の差の大きさで求める
中性線断線後も必ず100Vずつ 負荷の条件によって電圧配分が変わる
中性線はアース線の代わりになる 通常の回路を構成する中性線と、保護接地線は区別する

学習の順序|正常時と断線後を別々に描く

  1. L1―NとN―L2に100V、L1―L2に200Vと書く。
  2. 正常時は、各100V負荷の電流を別々に求める。
  3. 抵抗負荷の条件では、両側の差から中性線電流を求める。
  4. 断線問題では、指定された位置の中性線だけを切って描き直す。
  5. 残った回路が直列か並列かを確認して計算する。

「中性線が切れた」という言葉だけで公式を選ばず、断線位置と、残る接続を図で追うことが大切です。

回路図と計算を、参考書で復習したい方へ

この記事の図を理解したら、参考書や過去問で、抵抗値・電流・断線位置を変えた例を解いてみましょう。

紙に図を描いて整理したい方は紙の本、持ち歩いて読みたい方は電子書籍など、使いやすい形式を選べます。

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まとめ

  • L1―N、N―L2は100V。L1―L2は200V。
  • 中性線は、100V負荷の接続点を電源の中性点へつなぐ。
  • 抵抗負荷では、中性線電流は両側の100V負荷電流の差。
  • 中性線が切れると、負荷の条件によって100Vを超える電圧がかかることがある。
  • 中性線と保護接地用のアース線は別の役割。

正常時は「各100V負荷を別々に」、断線後は「残った回路を描き直して」考えましょう。電線を1本ずつ追うと、電流と電圧の変化を整理しやすくなります。

参考資料

図と計算例は、本記事の学習用モデルです。実際の機器は動作状態で特性が変わり、断線時の電圧が例と同じになるとは限りません。

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