200Vコンセントの罠

エアコン入替工事で古いエアコンの撤去に伺ったのですが・・・

こちらの200Vコンセント、

エアコン用に設置されていたものでアース端子があります。

コンセントが上下逆に設置されてますがおそらくエアコンの電源コードの取り回しの関係でこの向きにしたのでしょう。

それはよしとして、

200Vのエアコンの電源プラグはアースも含めて3極になっているのでコンセントに差し込むだけでアースが接続されます。

100V機種のように別にアース線を接続しなくてもよいという便利な構造です。

でも逆を言えば3極のコンセントでなければプラグが差し込めないということでもあります。

なのでコンセントの裏にアース線がなくてもアース極付きのコンセントを付ける必要があるんですねぇ。

もしかするとこちらもそうかもしれません。

そこでアースの端子を計器で調べると予感的中、機能していないことが判明。

コンセントを外すと

黒と白の電源線のみ。

やはりアース線がありませんでした。

この場合、地面に接地極を埋め込んで室外機にアースを接続するなどの必要がありますが撤去したエアコンはそれもされず、これまでアースなしで使われていました。

後日こちらに新しくエアコンを設置するのでアース棒などを準備して工事に伺うことにします。

エアコン用200Vコンセントのアース端子は調べないとだめですね。

知らずにアースなしでエアコンを使っているご家庭も多いのではないかと思います。

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契約アンペアと200Vエアコン

今回は電力会社とアンペアで契約をしているお宅に200Vのエアコンを設置する場合のおはなし😊

前回の工事記事では200Vのエアコンが15A使用すると電流制限器（電力会社の契約アンペア）には2倍の30A流れたことになると書きました。

なぜそうなるのか・・・

まず電流制限器とは

分電盤の中にあるこれです。

エアコンに炊飯器、電子レンジを同時に使い、お子さんがドライヤーをブイーン・・・”バチン！”
「あれ真っ暗😱停電？」なんて経験あるのでは？

電気を使いすぎると落ちるアレです。

電力会社の財物で、画像の40Aは契約アンペアを表しています。

この場合、電気機器を合計40Aを超えて使用すると作動して電気が切れます。
（ブレーカーが落ちる）

これは保安目的ではなく、電気の使用量を制限するために設置されているもの。

ただ現在ではこのような形ではなく屋外の電力量計に電流制限器の機能が搭載され、触れられないようになったものへと変わりつつあります。

「えー、それじゃ落ちたらどうするの？」

ご安心ください、自動で復帰するようになってます。

ただし何回も連続して落ちた場合、復帰しなくなるので電力会社に連絡して通電してもらう必要がありますが。

こちらは分電盤の例

左から電流制限器、漏電遮断器、各回路のブレーカーとなっています。

ではここから電流制限器に電気がどのように流れているのか見ていきましょう。

まずこれは電流制限器とそこから配線接続された100Vと200Vの機器の図です。

（漏電遮断器や各ブレーカーは省略しています。図をクリックすると大きく見られると思います）

3本（L1,N,L2）の電線で配線されることで100Vと200Vの電気が使用できるようになっています。

このような方式を単相三線式などと言います。

L1とN、L2とNの間はそれぞれ100V。

そしてL1とL2の間はN（中性線）を中心に極性の＋－が逆になっているので200Vとして使用できます。

このようにして一般家庭で100Vと200Vの両方が使えるようになっているわけですね。

余談ですが100Vしか使えない家（昔はほとんどそうでした）はL1-NまたはL2-Nのどちらかのみ2本線（単相二線）で受電しているお宅です。

話は戻りまして下の図はL1-N間にだけ100Vの10Aと5A機器を接続したときの電流の流れ。

（交流なので常時流れは変化しますが直流と同じように表現します）

L1から2つの機器へ分流してNでまた合流。

L1からNへ15Aの電流が流れて電流制限器も15Aの電流が流れていると感知します。

そして次はL2-N間にも5Aと10Aの機器を接続しました。

4つの機器の使用する電流に応じてこのように流れます。
（ちょっと複雑になってきました😅）

電流制限器のNには0Aで電流が流れていませんね。

L1-NとL2-Nのそれぞれの間に接続された機器の電流が同じとき（完全な平衡状態）このようになります。
（L1-NとL2-Nの平衡が少しでも崩れると電流制限器のNにも電流が流れます）

こんどはL1からL2に15Aの電流が流れています。

でも電流制限器はこの場合15Aではなく30A使用していると感知します。（ここがポイント）

たしかに機器をすべて合計すると10A×2台、5A×2台で30A使用しています。

電流制限器はL1とL2に流れる電流を合算して感知しているんです。

ここまでくると勘のいい方は気付くと思います。

ここに200Vで10Aを使用する機器を接続するとどうなるでしょう。

L1とL2に流れる電流を見てください。

両方とも10Aずつ増えています。

200V機器はL1-L2間に接続されるのでこうなるのは当然ですね。

さきほど電流制限器はL1とL2の電流量を合算して感知しているといいました。

ということは25A＋25Aで合計50A。

10A使用する200V機器を接続したら倍の20Aが増えたことに😲

ここが200Vエアコンを導入するときの注意点です。

電流制限器のアンペア数は一見、電流を制限していますが、よくよく考えると電力を制限しているということになります。

例えば100Vで10Aを使用してるときその電力（皮相電力）は100×10で1000VA（ボルトアンペア）。

200Vで10Aでは200×10で2000VA。

200Vでは同じ電流でも単純に2倍の仕事ができ、それに応じた電力を消費するわけです。

なので40A契約（40Aの電流制限器）であれば最大40A×100Vの4000VA（4kVA）まで使用できるということです。

逆に計算すると40A契約で200Vの場合、4000VA÷200Vで20Aが制限一杯となります。

電気が足りない場合、契約アンペアを上げる方法などがありますが建物の状況（電線の太さなど）によってはそれができないこともあるのでよく調べてから機種を選定する必要があります。

なお、電流制限器のNに電流が流れてもそこは合算されません。

Nには電流量を測定する素子が付いていませんので。

ちょっとわかりづらい説明だったかもしれませんね😅

少しでも参考になれば幸いです。

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絶縁の測定には・・・

”漏電”はご存知ですか？

ショート、接触不良などと並びわりと有名ですね。

絶縁抵抗が下がって電気が大地へ漏れる、これが漏電。
電線などの絶縁材が破れるなどして起きます。

そもそも漏電した場合、地球が電気を吸い取っているのではなくて、”接地方式”といっていろいろな理由から大地に電気が流れるようにあらかじめ電路が作ってあるんです。

その大地までの回路が人（感電事故）であったり建物（火災事故）であったりすると大変です。

そこでエアコン、冷蔵庫、洗濯機などはアース線をつないで事故に至らないようにしているんですよ。
またアースがつながっていることで漏電の際には漏電遮断器の検知能力も上がります。

ではエアコンの漏電に対しどんな測定器で絶縁抵抗計測を行うのが良いのか考えてみます。

電気設備技術基準の経済産業省令第5条【電路の絶縁】を内線規程（誰でも？わかるように訳したもの）では対地電圧150V以下（普通の一般家庭）の電路は0.1MΩ以上の絶縁抵抗があればよいとされています。

この絶縁抵抗を直接測定するものがこれ

”絶縁抵抗計”です。

この絶縁抵抗計は状況に応じて125V、250V、500Vの直流電圧をかけて抵抗値を測定します。

これでエアコンを測定していままで何件か絶縁不良を発見したことがあります。
犬に電線をかじられて穴が開き絶縁抵抗が低下しているものもありました。

この絶縁抵抗計で測定するにはいちいち電気を止めなければなりません。
エアコンではコンセントを抜いたりブレーカーを切ればいいのですが。

どうしても電気を切れない事情があれば通電したまま電流計測する方法もあるんですよ。

その場合、内線規程には漏れ電流が1mA以下であればOKとなっています。

一般家庭の対地電圧は100Vなのでそれを1mA（0.001A）で割ると100000Ω＝0.1MΩで合点がいきますね。

この漏れ（漏洩）電流の測定はどうやっておこなうのかというと・・・

こんな測定器具を使います。

クランプメーターといいます。

これで交流電流が測れます。（直流は測れません）

画像下のものは最小分解能が10mAで1mAなんてこまかなものは測れないので使えません。

一方上のものは分解能が0.01mAとかなりこまかく余裕で測れます。

本体にも

LEAKAGE CURRENT TESTER（漏れ電流計）と書かれています。

これの使い方は輪の部分を開き電線を入れて閉じれば（クランプすれば）測れます。
簡単ですね。

実験用電源から交流2Vを出力して抵抗に流れる電流を測定します。

電流値は

10.46mAです。

電線を流れる電流で発生した磁界により輪（鉄製）を通る磁束が変化しそれを内部のコイルで計測しています。

クランプメーターはもう一つの使い方があります。

このように往き還りの電線をクランプします。

そうすると両方の電線から出ている磁界が打ち消し合うので

0.00mAになりました。

「それがどうしたの？」なんとなくそんな声が聞こえますが・・・

この測定では往き還りの電流が同じため相殺されて0になってますが、このクランプ部より抵抗側で漏電があった場合還りの電流量が往きより少なくなります。
そうなると磁界のバランスが崩れて往きのほうが強くなり輪の磁束が変化しメーターに0ではない電流値が表示されます。

その表示された電流値（往きと還りの差）が漏電している電流量です。

この原理は皆さんのお宅にある漏電遮断器でも使われていますね。

ではクランプメーターがきちんと正しい数値を示すか試してみましょう。

交流電源2Vに10kΩの抵抗を2個直列につなぎました。

合成抵抗は足し算で20kΩですね。
ということは2V÷20kΩで0.1mAであればOKです。

測定値は

0.10mAでピッタリです。

100Vのエアコンであれば電源コードをクランプすれば漏電電流を測定することが簡単にできます。
200Vは接地線も入っているので測れませんが。

絶縁抵抗計など使用しなくても簡単に測れて便利ですね。

でも残念ながらそこには落とし穴が・・・

手抜きが多いといわれるエアコン工事。（実際そうですが）
その中でもわざとアースを接続しない業者もいますね。

そんなとき絶縁が破れ室外機の外板やパイプ類に電圧がかかっていたとしてもアースがなくて漏電（実際に電気が大地に漏れる）に至らないケースがあるんです。

これでは漏れ電流が流れないためクランプメーターで計測してもわかりません。
漏電遮断器も作動しません。
人が触って感電したりしないと判明しないことになります。

これは致命的な問題ですね。

こんな場合でも絶縁抵抗計を使って計測すればわかるんですがねぇ。

なのでこのクランプメーターはほとんど使いません。
最近のエアコンでは点検時に電流測定することもほぼありませんので。

内線規程にも漏れ電流計（クランプメーターなど）を使うのは”測定電路を停電できない場合”となっているのでやはり基本は絶縁抵抗計ですね。

当店では絶縁抵抗計はエアコンを取り外し前、取り付け後、点検時、修理後とやたら使用頻度が高い計測器です。

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並列の合成抵抗

並列につながった抵抗の合成抵抗値・・・

高校などでも習うんですかねぇ

今回は頭の体操。電気工事士などの筆記試験にも出てくるような簡単な回路でみてみましょう。

例えばこんな回路

このAB間の合成抵抗は？、なんて問題があったとします。
（R1、R2、R3がそれぞれ抵抗）

ところで、昔は抵抗と言えば

この図記号だったのですがいつの間にやらただの長方形に変わってました。
うぅ、年じゃ・・・なじめん

まあそれはいいとして、

合成抵抗値（ここではR0（アールゼロ）とします）を求めるのに

こんな式を習いますね。

この回路の抵抗値を式にあてはめると

はい簡単に2.5Ωとわかります。

電卓使えば簡単ですね。

でもこれではうわべだけ覚えたということであまり意味がありません。

電気はこのほかにもたくさんの公式があってそれを丸暗記すれば試験などには有効です。

しかしそれでは単に知っているだけであって理解しているうちに入らないのではないでしょうか。

もちろんわたしが電気を理解しているわけではありませんよ。
でもオームの法則と共に直列、並列回路は基礎中の基礎。これをないがしろにすると電気の理解は深まりません。

ではなんでこの計算式で合成抵抗値が出るのか・・・そこをもう少しだけみてみましょうか。

ただし考え方に独特なところがあると思いますのでご了承ください。

さっきの回路に電圧と電流を仮定して書き入れてみます。

このようにしました。

両端にかかる電圧をV[V]とします。

このような並列回路では各抵抗にかかる電圧も同じV[V]で分圧されることはありません。

流れる電流はI0（アイゼロ）[A]で入ってその後3つに分流しそれぞれI1、I2、I3[A]となり抵抗を通過すると仮定します。

ちなみに抵抗を通過した電流はその後合流してまたI0と同じ値になります。

ここで”オームの法則”に登場していただきます。

抵抗[Ω]は電圧[V]÷電流[A]ですね。

なので3つの合成抵抗R0は

こうなります。

電源電圧Vを電源から流れる全電流I0で割ればおのずと3つの合成抵抗値が出てきます。

ではまずそのI0に注目。

I0は前述のとおり

となり分流した電流の合計ですね。

そこへオームの法則

電流＝電圧÷抵抗を各電流のI1、I2、I3にあてはめます。

すると

各電流は電圧÷各抵抗でその合計がI0になります。

ここまできたら先ほどの

この式へ入れます。

するとハイこの通り、

初めに出てきた式にそっくりですね。

初めに出てきた式はV（電圧）が1になってました。

でもこのVは0以外ならなんでもいいんですよ。
（もちろんVどうしはすべて同じ数値）

1にこだわる必要はありません。
電圧を何ボルトかけようとプラスであろうとマイナスであろうと抵抗値は変わりません。（ちょっと語弊あるかな？）
（注意！これはあくまで机上の数値なので現実では抵抗器の容量を超えて使用すると燃えたり破壊します。）

例えば今回の回路は10Ω、4Ω、20Ωの抵抗なのでVにその最小公倍数である20をあてはめれば電卓などなくても暗算で解けたりします。

このように電圧、電流、抵抗の関係を踏まえてあたれば理解が深まります。
単に教えられた公式のようなものにあてはめるだけではみえないものがありますね。

電気は詰め込みで覚えるとなにも面白くありませんよ。

余談になりますが・・・

わたしが電気科で習ったときはこれをよく使ってました。

”和分の積”（わぶんのせき）

例えば4Ωと6Ωの２つの抵抗並列回路の場合だと

このように分母が和（足し算）で分子が積（掛け算）。

答えは2.4Ωとこれも簡単に計算ができます。

この考え方も基本的な式

ここから導きだせます。

Vは先ほど0以外の任意の数値で構わないことを言いました。

だったら最小公倍数じゃなくてもR1とR2を掛けた数にしてもいいんでないの？ということで代入してみます。

すると

はいこの通り。

たしかに和分の積が正しいことがわかります。

ただしこれの難点は3つ以上の抵抗が登場すると分母が複雑になるところ。

3つの場合でこうなります。

かえって間違いを誘発するおそれがあります。

R1とR2の合成抵抗を”和分の積”で出してからさらにその解とR3を”和分の積”で出すという方法もありますがねぇ・・・

どうですか？ひとつの問題を解くにもいろんな考え方、捉え方があってよいと思います。

教科書通りである必要はありません。

あと電卓などで計算しても数字が合わない！という方は”四則演算”の順序をネットなどで調べてください。

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コンセント100Vは最大141V⁉

以前こちらの記事でコンセントに来ている電気の交流がどんなものか触れました。

そして100V（ボルト）なのに実際は最大で√2倍の約141Vの電圧がかかっていることを書きました。

ではなぜそうなるのか・・・

まずはわかりやすいように直流で考えてみましょう。

理科の授業かなにかで習ったことがあると思いますが、電気の基本的な法則に”オームの法則”があります。

こんなの習いませんでした？

3つの式は順番を入れ替えただけで同じ関係を表しています。

例えば10Ω（オーム）の抵抗（電気の流れを妨げる働き）に100Vの電圧（電気を流そうとする力）を加えると10A（アンペア）の電流（電気の流れる量）が流れますよ。ということですね。

その電圧と電流の状況を図（横軸を時間、縦軸を大きさ）で表すと

このようになっています。

時間は左から右へ流れています。

横一直線でなにも変化していません。

そしてこのときの電力[W（ワット）]を考えてみます。

電力は文字通り電気から発生する力のようなもので、その形態は熱であったり動力であったりと使用目的により様々です。

抵抗だけで考えるのが一番簡単なので今回はそれでいきましょう。

電力と電圧、電流の関係は

こうなっています。

これまた3つの式は同じ関係です。

100Vのとき10Aであれば掛け算して電力は1000Wです。

このとき何が電気を1000Wも消費しているの？と疑問に思うかもしれませんが、10Ωの抵抗で熱になって消費しています。

それを図で表すと

こんなふうになります。

高さだけを見ると1000W一定。

横軸が時間なのでそれを掛け合わせた面積が消費電力量[Wh（ワットアワー）]になります。

1000Wを1時間使えば1000Wh（1kWh）、2時間使えば2000Wh（2kWh）という具合です。

電気の請求書に○○○kWh（キロワットアワー）なんて書いてありますよね。一か月積算した使用量が出ていてこれに基本料金を合算して電気代に反映されます。

さてこれらを踏まえてここからが本題。
一般家庭に来ている電気は交流です。

細かいことは抜きにして力率1です。（何のことかわからない方はスルーして結構です）

交流100Vに10Ωの抵抗をつなぐとオームの法則通り10Aの電流が流れます。
直流とおなじですねぇ。

しかしその時の波形は

こうなります。

電圧が100Vを超えて141.4Vまで上がったり下がったりしてますね。

ピークの141.4Vの時には電流もこれまたオームの法則で14.14Aまで流れています。

どうしてこれが100Vと言われるのか・・・しかも電流も最大で10Aを超えてます。

141.4Vは最大値と呼ばれ、100Vを実効値といいます。
この定義がよくわかりませんよね。

できるだけ感覚的にわかるように見ていこうと思います。

まず先ほどの直流で見た消費電力というのが実際に電気を使用している量でした。

では交流100V、10Aのときの電力はというと、

こうはなりません。

電圧と電流がマイナス側へいったら電力もマイナス側にいくかと思ったらそうではありません。

正しくはこちら

マイナス側はありません。

もし電力がマイナス側にいってしまうとプラスマイナスゼロになって電気代がかかりません。
そんなうまい話があるわけないですよね。

このことは計算式でもわかります。

例えば100V、10Aでは

電圧電流がプラス側の時はもちろん電力はプラス側。

かつ電圧電流がマイナス側でも計算結果はプラスになります。

これは算数で習いますよね。マイナス同士を掛け合わせると反転してプラスになる。
電卓で計算してもそうなります。

そして最大値は2000Wにもなっています。
（141.4V×14.14A≒2000W）

最小は電圧電流双方が0なので0W（電圧電流の極性が反転する瞬間ですね）

電力に時間も合わせた電力量は

このピンク色の山の面積です。

ここらでピンと来た人もいるんじゃないかなぁ？

山の一番高いところが2000W。

その半分は1000W

そこで切り取って

上半分をひっくり返して谷に入れます。

山と谷は同じ形なので。

ホイッと

ぴったり1000W（1時間あたり1000Wh）。

交流では100を√2倍した141.4Vの最大値を持つ電圧が直流100Vのときと同じ電力（電力量）になりました。

直流と同じ仕事をこなせるということですね。

これが交流100Vの正体（？）です。

もし交流最大値が100Vだと実効値が70.7V位になって10Ωの抵抗では半分の500Wの仕事しかできません。

長い内容になってしまいましたがなんとなくでも伝わったでしょうか？

う～ん説明って難しい・・・😅

（波形図には十進BASICを使わせていただきました）

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家庭の100Vと200Vはどうなってる？

エアコンには100Vと200Vの機種があって、だいたい冷房能力4.0kWを境に200V機種が多くなります。

とくにリビングなどのお部屋は面積が広いためエアコンの必要容量も大きくなり200Vタイプを選定するご家庭も多くなっています。

コンセントは200V用のものに取り替えることになりますが、それだけでは200Vは使えません。

電気がどのように来ているか見てみましょう。

このようになっています。

配電されてきた高電圧の電気は柱上トランス（マンションなどは柱上ではありません。）などの変圧器で家庭に引き込む100Vと200Vの低い電圧に落とされ（降圧）同時に単相三線式になります。

柱上トランス：電柱の上のほうについている変圧器（バケツのような形といわれることも）。

日本の電気は接地方式なので真ん中の線を大地につないで中性線となっています。
Lはライン、Nはニュートラルを表します。

L1-N間とL2-N間は共に100V。L1-L2間は200Vになります。

波形は

こんな感じです。

もうおわかりかと思いますが100Vから200Vへ替えるにはコンセントだけでなくL1-L2間に配線も切り替える必要があります。

これら一連の作業は電気工事士の資格がなければ禁止されていますので詳しいことは控えます。

ワンルームの賃貸物件などでは単相二線式（Lが1本とNで計2本の配線）で引き込まれていることがあり、そのような場合はまちがっても200Vのエアコンを購入しないことです。

もし買ってしまったら返品不可の場合、転売するか置物にするしかありません。

購入に際しわからないことがありましたらご相談ください。

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