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意外と知らない家庭コンセントの仕組み。交流電圧にまつわる「ホットとコールドとアース」の関係。

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意外と知らない家庭コンセントの仕組み。交流電圧にまつわる「ホットとコールドとアース」の関係。

日常何気なく使用しているコンセント。2つ、もしくは3つの穴があいていますよね。この穴について、実際の所、仕組みを知らない方が意外と多いと思います。まず2つの穴のコンセント、これについては「プラスとマイナスでしょ?」と答える方が多数を占めるのではないでしょうか。厳密にいうと、答えはNOである。今回はコンセントの仕組みについて、簡単に説明したいと思います。

※200V電源の仕組みについても詳しくまとめています↓

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交流電圧について

交流電圧

家庭用の電気が交流なのはご承知でしょう。だいたいの一般家庭がが単相3線とう形で100Vと200Vを受給しています。ただ、冒頭にもある通り交流電圧についての認識がずれている方が多いです。交流電圧とは、時間の変化と共に、プラスからマイナス、マイナスからプラスへと向きが変わる電圧の事です。波の満ち引きのように電流の流れる方向が変わるのです。電池のような直流電圧は、プラスからマイナスへと一方的に電流が流れるので、交流と直流は異なる性質をもっています。

直流電圧でいうと、例えば電池、プラスとマイナスの極性を間違えると使用している機器の電源は入りません。

しかし、交流電圧は、コンセントに差すプラグの向きを気にする必要がありませんよね。これは、ACアダプタ等(トランスや整流回路で交流電圧を電荷製品が使用できる直流電圧に変えている回路)が、入力電圧の極性(プラグの極性)に関係なくどちらでも対応できるからなのです。
よく交流電圧に極性はないと言われていますが、厳密にいうと高速で極性が変わっています。

2つ穴コンセントについて「ホット」と「コールド」

単相3線

100V前提で説明します。コンセントの片方の穴は、柱上トランスの接地につながっていて、電圧は0Vとなってます。もう片方の穴は、プラス100Vからマイナス100V、マイナス100Vからプラスへ100Vと向きが変わる交流の電圧がかかっています。電流は、電位差が生じて流れますので、交流電圧がプラスの時は、プラス100Vから0V(プラスより電位が低い)へ、マイナスの時は、0Vからマイナス100Vへ(0Vより電位が低い)、の流れとなります。

つまり、両方の穴にAからB、BからAと向きが変わる電流が交互に流れている訳です。ですので、冒頭にあったとおり、片方がプラス、片方がマイナス、の認識は間違いです。それは直流の認識になります。直流は電流の向きが変わりません。

ちなみに、交流電圧がかかっている穴の方ほ「ホット」、柱上トランスで接地されている方の穴を「コールド」と呼びます。コンセントをよく見ると、短い穴と長い穴になってます。短い方がホットで、長い方がコールドです。

3つ穴コンセントについて「アース」

アース

水回りや大きい電力を消費する電気製品のコンセントには3つ穴のコンセントが良く見かけられます。穴はそれぞれ「ホット」と「コールド」と「アース」に区別されます。ホットとコールドは、先ほど説明した内容と全く同じです。

それでは、「アース」について説明します。アースとは、コールドと似て非なるものであり、柱上トランスの接地ではなく、そのままコンセントの下方、家の下等に直接接地されています(家庭での接地)。電圧も0Vで、一見同じように見えますが、実は全く別物です。アースする部分は人が触れる部分、主に電化製品の外装部分をコンセントのアース穴に接続します。

コールドとの違いは、「電流を柱上接地に流さず、家庭の接地に流す」所であり、ココが重要な役目を果たします。

少し話がそれますが、キルヒホッフの法則というのがあります。「流れ出た電流は、同じ量だけ帰ってくる」という法則です。これが家庭の分電盤でも利用されていて、アンペアブレーカー(漏電ブレーカー込)の部分で、家庭で消費している電流の出入りを計測しているのです。いわゆる主幹ブレーカーの部分ですね。

話を戻して、柱上接地に流れる電流の一部が、家庭の接地(アース)に流れるとどうなるでしょう?。。そうです、電流計測の部分で誤差が生じるんですね。

漏電と感電について

1・アースは感電の防止策

感電防止

電流の出入りの計測に誤差が生じると、漏電ブレーカーが落ちる仕組みになっています。これはつまり、人体への感電を防ぐ役割になりますね。例えば何かしらの原因で電化製品の外装に漏電が発生するとします。製品のアースをしっかり取っていると、漏電した電流がアースに流れ、アンペアブレーカーでの電力計算に誤差が生じ、漏電ブレーカーが作動します。感電を未然に防ぐ事ができます。

一方、アースを怠っていると、漏電した電圧は基本的には逃げ場がないので、ひとまずそのままとどまります(電流に変化誤差はでない)。そこに人体が触れてしまうと、まずは感電をおこしてしまします。基本これでも漏電ブレーカーは働くはずですが、例えばかりに、人体を通った電流がコールドの方に戻ってしまえば、ブレーカーは作動せず。。。恐ろしいですね。

水回りや大きい電力を消費する電気製品にアースコンセントがついているのは、こういう経緯からです。

アースは、「もし漏電が発生した場合の感電事故を防ぐ」役割があるのです。絶対に接続するようにしましょう。

結構勘違いが多いのは、「漏電を防ぐ為」という認識をしている人がいますが、それはあくまで家電製品側の問題になるので、アースで防ぐ事はできません。

2・ありがちなしてはいけない間違い

間違い

このコンセント、アースの穴ないからコールドにつけとこう。

絶対だめです。漏電ブレーカーが反応しません!