線間電圧についての基礎知識まとめ

線間電圧についての概略

線間電圧とは、三相交流回路において、3本の電線のうち、任意の2本の電線間の電圧差のことを指す。

一般的な家庭で使われる単相交流では「100V」や「200V」といった電圧はほとんどだが
これらは通常、線間電圧のことを指している。
特に、工場などで使われる三相交流の場合複数の電線があるので
「どの電線とどの電線の間の電圧か」を区別するために
「線間電圧」という言葉が使われる。

相電圧との違い

線間電圧を理解する上で重要なのが「相電圧（そうでんあつ）」との違いとなる。

• 相電圧
  三相交流回路の3つの電源（相）それぞれにかかる電圧
  または、各電線と中性点（または大地）の間の電圧を指す。
  
  
• 線間電圧: 電線と電線の間の電圧。

線間電圧と相電圧の関係（結線方式による違い）

三相交流には、主に以下の2つの結線方式がある。
これにより、線間電圧と相電圧の関係が異なる。

スター結線（Y結線）

• 特徴
  各相の巻線の一端を一点（中性点）に集めて接続し
  そこから3本の電線が引き出される方式。
  中性点からさらに電線を引き出す「三相4線式」もある。
• 電圧の関係
  • 線間電圧 = √3 × 相電圧
  • 線間電圧は相電圧よりも大きくなる。
    
• 電流の関係
  • 線電流 = 相電流
    
    
• 位相
  線間電圧は相電圧に対して30度進んだ位相となる。
• メリット
  中性点を接地できるため、保守や保護がしやすい。
  巻線にかかる電圧が線間電圧の1/3​になるため、絶縁が容易。
  
  
• デメリット
  第3次高調波が環流できないため、波形が歪むことがある。

デルタ結線（Δ結線）

• 特徴
  各相の巻線を三角形に接続し
  それぞれの頂点から電線を引き出す方式。
  
  
• 電圧の関係
  • 線間電圧 = 相電圧
• 電流の関係
  • 線電流 = √3 × 相電流
  • 線電流は相電流よりも大きくなる。
    
    
• 位相
  線間電流は相電流に対して30度遅れた位相となる。
  
  
• メリット
  第3次高調波が巻線内で環流するため、波形が歪みにくい。
• デメリット
  中性点が取れないため、異常電圧が発生しやすいことがある。
  巻線にかかる電圧が線間電圧と等しいため、スター結線よりも絶縁に注意が必要。

線間電圧の計算方法

上記のように、結線方式によって線間電圧と相電圧の関係が決まる。
具体的な計算は以下のようになります。

• スター結線の場合
  VL​=3​×VP​ （VL​：線間電圧、VP​：相電圧）
  
  
• デルタ結線の場合
  VL​=VP​

線間電圧が使われる場面

• 電力供給
  工場や大型施設など、大電力を必要とする場所では
  電動機などに安定した電圧を供給するために三相交流が使われる。
  この際の電圧表示は一般的に線間電圧を指す。
  
  
• 一般的な表示
  私たちが普段「100V」「200V」と呼ぶ電圧は、配電方式によって異なるが
  多くの場合、線間電圧を指している。
  
  例）単相3線式100/200Vの回路では、非接地側電線同士の線間電圧が200Vとなる。

線間電圧の欠点や注意点

• 不平衡
  各巻線の負荷力率が異なる場合、電圧降下に差が生じ
  線間電圧に不平衡が生じる可能性がある。
  これは特に灯動共用変圧器などで見られることがある。
  
  
• 異常電圧
  デルタ結線など、中性点が取れない結線方式では、異常電圧が発生しやすい場合がある。
  
  
• 高調波
  スター結線では、第3次高調波が吸収できないため、誘導起電力に第3次高調波が生じ
  ひずみ波が発生することがある。