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交流

辞書:科学用語の基礎知識 電力編 (NPOW)
読み:こうりゅう
外語:AC: Alternating Current 英語
品詞:名詞
1997/08/04 作成
2013/02/02 更新

流れる方向が時間毎に反転する電流のこと。交流発電機により作られる。

電圧や電流方向が常に変化する電流である。このため、交流は理論的には難しいものの、絶縁開閉器などは直流よりも簡単に済むため、広く用いられている。

モーターを回す場合でも、直流モーターではブラシがあるため長期間使用すると汚れが出たり摩耗したりするが、交流モーターは小型でも強力で制御しやすく、回転部分にブラシがないためメンテナンス性も良い。

交流の最大の問題点は、電圧周波数と電流の周波数の位相(タイミング)が一致しづらい事である。

電力線

交流は、二組または三組などの電力線を用い、それぞれで位相を変えることで効率的に給電することができる。

周波数

現在、電力会社が発電し、家庭や工場等に供給される交流は、世界的に50Hz60Hzの2種類のみである。

他の需要では独自の周波数を用いていることもあり、例えば航空機は発電機を自前で持ち、一般に単相交流115Vまたは三相交流200Vの400Hzとなっている。発電機1機あたり20〜90kVA程度で、これが数機搭載されている。

航空機など限られた分野のみで400Hzなどを使っているのは、様々な理由がある。交流は高周波のほうが効率が良いが、有線による長距離送電には向かない。このため電力会社が供給する電力は低周波数となるが、航空機のような狭い範囲であれば高周波でも送電に支障はない。

ジェット機では、ジェットエンジンの回転を使って発電をする。また回転高速であれば効率も良く、発電機は小型、高周波数、高出力となる。航空機にとっては、小型軽量高出力が重要であるため、「50/60Hz」よりも高周波の400Hzが一般化した。

鉄道

現在の日本の鉄道は、可能な限り交流電化をする方針となっている。

新幹線や、北海道・東北・北陸・九州地方などの鉄道は交流で電化されている。逆に、首都圏の鉄道は殆どが直流である。

家庭用電源

電力会社が、各家庭に給電している電力は交流である。

世界的にも同様で、おおむね次のような電圧が使われている。

日本の場合、一般に電柱に架けられた電線により、送電されている。

電柱を横から見た図
電柱を横から見た図

例えば東京電力の電柱の電線では、一般に、一番上がアース、下に6600V 3本と200V 3本があり、更に100V、0Vがある。その下にはNTTなどの電話回線やCATV配線などがある。このうち、6600Vと200Vが三相交流となっている。

但し住宅街などでは6600Vが省かれていたり、また違う電力会社では電柱の形が違うこともある。

周波数

種類

50Hzと60Hzが境界を持って綺麗に分かれているわけではなく、50Hz/60Hzの境界が、自治体の境界と一致しない地域が存在する。

  • 50Hz地区 ‐ 北海道電力、東北電力、東京電力
  • 60Hz地区 ‐ 中部電力、北陸電力、関西電力、四国電力、中国電力、九州電力、沖縄電力
  • 50Hz/60Hzの混合地区 ‐ 東北電力、東京電力、中部電力

10電力会社中、主として50Hzなのは3社、主として60Hzなのは7社である。会社数的には60Hzの会社の方が多いが、関東地方の東京電力が50Hzであるため50Hzの普及率も高い。

離島の場合は発電機調達の都合であったり、県境付近は隣の電力会社が発電した電気を供給する例があったり、東京向けの発電所から東京側へ送電する途中経路の場合、その電力(50Hz)を供給したため周囲(60Hz)と周波数が違う、といったような例もある。

なお、これら電力会社以外に、民間企業が電力を供給している箇所があり、そのような場合は仮に北海道であっても60Hzで供給されることがある。

電気製品は、「50/60Hz」と書かれていれば全国どこでも使用可能だが、単独表示のものは使用地域が限られている。

混合地区

一つの自治体内で、50Hzと60Hzが混在する箇所を、混合地区という。

  • 新潟県 (東北電力、本来50Hzだが以下は60Hzとなる)
    • 佐渡市全域 (※発電機の都合)
    • 妙高市 樽本丙地区(斑尾) (※長野県側から中部電力の電力が供給されている)
    • 糸魚川市 橋立、清水倉、市振、玉ノ木、上路地区 (旧中頸城、旧西頸城) (※富山県側から北陸電力の電力が供給されている)
  • 群馬県 (東京電力、本来50Hzだが以下は60Hzとなる)
    • 甘楽郡の一部
    • 吾妻郡の一部
  • 長野県 (中部電力、本来60Hzだが以下は50Hzとなる)
    • 下水内郡栄村 (小赤沢、屋敷、上野原、和山、切明)
    • 下水内郡栄村 (雪坪、志久見、切欠、柳在家、森、青倉、塩尻、横倉、月岡、箕作、泉平小滝、大久保、野田沢、平滝、白鳥、天地)
    • 下高井郡野沢温泉村 (明石、東大滝、七ヶ巻)
    • 飯山市 (西大滝、藤沢、和水、新屋、名立、馬場、土倉、柄山)
    • 小諸市 (高峰高原)
    • 松本市 (奈川地区全域、大野川、奈川渡、上高地、白骨、坂巻、中ノ湯、沢渡、鈴蘭、湯川度、宮の原、番所、楢の木沢、中平)
    • 安曇野市穂高町 (有明中房)
    • 大町市平区 (高瀬入)
    • 北安曇郡小谷村 (戸土、姫川温泉、大綱、横川)

東京電力の60Hz地区は、詳細な情報が提供されていない。群馬県の甘楽郡と吾妻郡の各一部が60Hzとされている。

特殊な地区

電力会社以外が電力を供給している箇所で、同地域と周波数が異なることが知られるもの。

  • 50Hz地区で60Hz
    • 北海道 (支笏湖温泉一帯、苫小牧市内のごく一部)

      王子製紙が千歳川流域に建設した千歳発電所(第一から第五まである)で発電され、これが供給されている。

      本来は、苫小牧にある王子製紙の製紙工場で使うために自家発電されたものだが、余剰電力を周辺にも供給している。

  • 60Hz地区で50Hz
    • 熊本県 (チッソ水俣工場とその社宅)

      チッソで使う電気は自家発電されており、工場内と社宅で使っている。

      元々、この周辺を電化したのはチッソであり、日本の本格的な電化の始まりが50Hzだったため50Hzの発電機を導入したらしい。やがて、九州も電化が進むが、西日本なので60Hzで電化されており、今はチッソの工場と社宅のみに50Hzが残るようになった。

      今も、電力の余剰分は九州電力に売っているとされるが周波数が違うため、どのようにしているのかは不明。

周波数変換所

日本の場合、東日本が50Hz、西日本が60Hzとなっていることから、電力不足等が生じたときに、お互いに融通することができない。

そこで、50Hzを60Hzに、または60Hzを50Hzに変える設備が必要になる。このような変電所を、周波数変換所という。日本の電力会社が使うものは3ヶ所がある。

周波数統一

東日本の電力不足が深刻なことから、周波数の統一が模索されるようになった。

経済産業省は2012(平成24)年3月6日、東日本の50Hzを60Hzに統一する場合を想定し、周波数統一にかかるコストは電力会社の発電機などの交換費用だけで約10兆円との試算をまとめた。

この他に、50Hz専用機器を使用している需要家側(工場のモーターや家電など)も、これとは別に対応投資が必要となる。

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