日本の電気事情について少し話してみる

ここでは日本を例に挙げているが、大まかな原則はどの国でも通じるものだと思う。日本には電気工事士という国家資格があり、資格の種類によって扱える電圧の範囲が異なる。一般的な家電の配線などは第二種電気工事士の範囲であり、電柱の上のような電気工事は第一種電気工事士の管轄になる。

送電

僕たちが現在使っている電気はすべて発電所から送られてきたものだ。発電の原理は主に電磁誘導で、磁場が変化すると電場が発生する。実際には発電所で火力、原子力、風力などの動力を使ってタービンを回し、それによって磁石を回転させ、異なる位置に配置されたコイルによって電力を生み出している。

電線には電気抵抗が存在し、距離が長くなるほど抵抗も大きくなる。送電時の損失を減らすため、発電所から送電される際は高圧になっており、店舗や一般家庭に届く直前になって変圧器で100Vに変圧される。

単相3線式

ここで注目したいのは、発電効率を上げるために通常は三相発（交）電が使われる点だ。相の数は理論上いくらでも増やせるが、研究の結果、三相が最も効率的かつ経済的であることが分かっている。相を1つ増やすごとに余分な配線が必要になり、メンテナンスコストも増加するためだ。

日本の一般家庭では、通常「単相3線式」が用いられている。電圧線が2本あるため、200Vを取り出してエアコンなど高電圧が必要な機器に供給できるのがその理由だ。

分電盤

この部分は僕自身の経験とネット上の情報を照らし合わせたものなので、日本在住の方で間違いに気づいた方がいたらぜひ指摘してほしい。

僕がこれまで住んできた経験からすると、日本の住宅では分電盤が脱衣所（洗面所）に設置されていることが多い。各家庭には3本の電線（電圧線2本と中性線1本）が引き込まれ、まず「主幹用漏電ブレーカー」に接続された後、各コンセント回路へと分配される。

主に以下のような機能がある：

1. ショートしたり、消費電力の大きい家電（電子レンジや炊飯器など）を同時に使って過電流が発生したりした際にブレーカーが落ちる
2. 漏電電流が一定値を超えた場合にもブレーカーが落ちる
3. 欠相保護

欠相保護

単相3線式において、もし中性線が誤って断線したり事故で欠相が起きたりすると、下図のように本来並列だった家電機器がすべて直列接続になってしまう。2本の電圧線に直結される形になるため総電圧は200Vになり、分圧された電圧が家電の耐電圧を超えると故障や火災などの事故につながる恐れがある。そこで役立つのが欠相保護機能だ。負荷側の電圧が定格値を超えていないかを検知し、異常があればブレーカーを落として回路を遮断してくれる。

接地（アース）

先ほど漏電電流に触れたが、漏電電流を正しく検知できるかどうかは接地（アース）の有無と深く関係している。

日本の接地工事は主にA種、B種、C種、D種の4つに分かれている。ここではよく見られるB種とD種の2つを紹介する。

B種接地は変圧器の二次側に接続され、中性線と結ばれている。主な目的は変圧器の高圧側と低圧側の混触（ショート）を防ぐことにある。変圧器の両側では電圧がまったく異なり（高圧と低圧）、万が一ショートや接触が起きると低圧側の電圧が跳ね上がってしまう。日本の場合、送電・配電電圧は6600Vなので、そのまま家庭に流れ込めば家電機器が全滅しかねない。B種接地があれば、高圧側と低圧側が誤って接触した際に閉回路を形成し、異常を検知して遮断できるようになる。

D種接地は電圧が比較的小さい場合に使われる接地工事で、実際にはアース棒（銅棒）を地面に打ち込み、接地抵抗値を500オーム以下に抑える必要がある。

このD種接地と先ほどのB種接地は完全に別物だ。どちらも接地ではあるが、用途が異なる。そのため「中性線＝接地」という言い方は完全には正しくないし、接地だからといって中性線に接続されているわけでもない。

漏電

何らかの原因で機器の金属製外枠と電圧線がショートし、機器全体が漏電状態になったとする。このとき接地がされていないと、人が触れた瞬間に回路が形成されてしまう（機器の外枠 → 人体 → 床・大地）。

しかし機器にアースが接続されていれば、漏電が発生しても人体の電気抵抗のほうが遥かに大きいため、電流が流れたとしてもそのほとんどはアース線側へと逃げる。さらに、日本の住宅には通常ELB（漏電ブレーカー）が備わっているため、漏電が発生した段階で、人が機器に触れる前にブレーカーが落ちるはずだ。

台湾との比較

台湾の状況と比較してみると、台湾では機器接地と系統接地を分電盤（主配電盤）内で短絡（共用）させるべきだという議論がよく出てくる。しかし日本ではそうした議論をあまり見かけない。僕なりに以下のような考察をしてみたが、正しいかどうかは定かではない：

1. 機器接地と系統接地が直結されていない場合、漏電が起きても感電電流を減らすことはできるが、規定の電流に達しない限りブレーカーは落ちない。同様に、接地があっても感電する可能性自体は残り、大半の電流がアースに吸収されるだけにとどまる。
2. 直結されている場合は、漏電が実質的なショート状態になるため、過電流でもブレーカーが即座に落ちる。

日本で共用接地が取られない理由（僕が調べ切れていないだけで共用されるケースもあるかもしれないが）は、現在の一般家庭用配電盤にはほぼ必ず漏電遮断器が組み込まれており、漏電が発生すれば接地が共用されていようがいまいが瞬時に遮断されるからではないだろうか。一方、台湾ではすべての住宅に漏電遮断器が備わっているわけではないのかもしれない。

總結

日本に長く住んでいると、自然と両国の違いについて好奇心が湧いてくる。僕自身、日台双方の配電や実務上の取り扱いを100%把握できているわけではなく、あくまで自身の理解とネットの情報を照らし合わせた考察に過ぎない。この記事が呼び水となって、電気のプロからの解説や知見が得られれば幸いだ。