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配電線の電力損失

配電線では電力損失が生じます。

 

電力損失とは、電源から送られた電力が負荷とは別のところでムダに失われてしまうことをいいます。(電力を損失するってことです。)

 

では何故、配電線では電力損失が生じてしまうのでしょうか?

 

電線は電力をムダに使わないように、できるだけ抵抗が小さい材料を使って作られています。ですが、配電線って長〜いですよね?(短いのもないわけではないですが・・・)

 

配電線は長い

 

電線の抵抗のページで解説したように、電線の長さが2倍、3倍・・・と長くなると、抵抗も2倍、3倍・・・と大きくなります。

 

つまり、抵抗が小さい材料を使った電線でも、電線の長さが長くなるとその抵抗を無視できないくらいになってしまうのです。

 

回路図で書いてみると次のようになります。

 

電線が短い場合と長い場合の回路図

 

左の図は電線が短く電線の抵抗が小さいため、回路図に電線の抵抗は書かれていません。(電線の抵抗=ゼロと考えているということ。)

 

右の図は電線の長さがすごく長く電線の抵抗を無視できないため、回路図に電線の抵抗を書いています。

 

左の図はここではどうでもいいので、右の図について考えてみましょう。

 

右の図は電源につながっているので回路に電流が流れます。

 

電線の抵抗に電流が流れる

 

この図をよく見ると(よく見なくても)電線の抵抗に電流が流れていますよね?

 

抵抗に電流が流れるとどうなるんでしたっけ?

 

「オームの法則により電圧(電圧降下)が生じます!」って、それはそれで正しいのですが、抵抗に電流が流れると、

 

「電流2×抵抗」の大きさの電力を消費します!

 

これが電線の電力損失で、電線が配電線であれば配電線の電力損失ということになります。

 

つまり、配電線は長いので電線の抵抗により電力損失が生じてしまうってことです。

 

電力損失の説明図

 

「電流2×電線の抵抗」は電線1本分の電力損失の大きさになります。電線2本分の電力損失を求めるときには「電流2×電線の抵抗」になることに注意しましょう。

 

あ、それから、電力損失の単位は電力と同じ「W(ワット)」になります。

 

単相2線式配電線の電力損失

単相2線式配電線の電線1本あたりの抵抗をr[Ω]、回路に流れる電流をI[A]とすると、回路図は次のようになります。(負荷は抵抗負荷とします。)

 

単相2線式配電線の回路図

 

(図中の1φ2Wは単相2線式という意味です。)

 

電線1本あたりの抵抗はr[Ω]で、その抵抗にはI[A]の電流が流れているので、電線1本あたりの電力損失PL1[W]は、
単相2線式配電線の電線1本あたりの電力損失の式

 

なので、電線2本分の電力損失PL[W]はPL1を2倍(2本分という意味)して、
単相2線式配電線の電力損失の式

 

単相2線式配電線の電力損失の求め方

 

 


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単相3線式配電線の電力損失(中性線の電流がゼロの場合)

単相3線式配電線の電線1本あたりの抵抗をr[Ω]、回路に流れる電流をI[A]とすると、回路図は次のようになります。(中性線の電流がゼロで、負荷は抵抗負荷とします。)

 

単相3線式配電線の回路図

 

(図中の1φ3Wは単相3線式という意味です。)

 

  • 上側の電線1本の電力損失

図の上側の電線では、電線の抵抗がr[Ω]で、その抵抗にはI[A]の電流が流れているので、ここの電線の電力損失PL1[W]は、
単相3線式配電線の上側の電線1本あたりの電力損失の式

 

  • 真中の電線1本の電力損失

図の真中の電線では、電線の抵抗がr[Ω]で、その抵抗に流れる電流はゼロなので、ここの電線の電力損失PL2[W]は、
単相3線式配電線の真中の電線(中性線)1本あたりの電力損失の式
(電流がゼロのときは電力損失もゼロになります。)

 

  • 下側の電線1本の電力損失

図の下側の電線では、電線の抵抗がr[Ω]で、その抵抗にはI[A]の電流が流れているので、ここの電線の電力損失PL3[W]は、
単相3線式配電線の下側の電線1本あたりの電力損失の式

 

なので、電線3本分の電力損失PL[W]は、@、A、Bを足して、
単相3線式配電線の電力損失の式

 

単相3線式配電線の電力損失の求め方

 

三相3線式配電線の電力損失

三相3線式配電線の電線1本あたりの抵抗をr[Ω]、回路に流れる電流を図のようにI[A]とすると、回路図は次のようになります。(負荷は抵抗負荷とします。)

 

三相3線式配電線の回路図

 

(図中の3φ3Wは三相3線式という意味です。)

 

電線1本あたりの抵抗はr[Ω]で、その抵抗にはI[A]の電流が流れているので、電線1本あたりの電力損失PL1[W]は、
三相3線式配電線の電線1本あたりの電力損失の式

 

なので、電線3本分の電力損失PL[W]はPL1を3倍(3本分という意味)して、
三相3線式配電線の電力損失の式

 

三相3線式配電線の電力損失の求め方

 

配電線の電力損失のまとめ

配電線の電力損失の式をまとめると次の表のようになります。

単相2線式

単相3線式

三相3線式

単相2線式配電線の電力損失の公式

単相3線式配電線の電力損失の公式

三相3線式配電線の電力損失の公式

※表中の単相3線式の電力損失PLの式は中性線の電流がゼロの場合です。

 

この3つの式は、第二種電気工事士の筆記試験の問題を解くときにも度々使われるので、公式としておぼえておくようにしましょう。

 

 

 

三相3線式の電力損失の式の係数「3」と電圧降下の式の係数「√3」をゴチャゴチャにおぼえてしまっている人がいますので気を付けましょう。(配電線の電圧降下についてはこちらのページを参考にしてみてください。)

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