単相3線式の特性

単相3線式とは、変圧器の二次側から3本の電線を引き出し、中性線と各電圧線との間に100Vを、両電圧線の間に200Vを供給する単相交流の配電方式である。一つの引込線から100Vの電灯負荷と200Vの動力負荷を同時に供給できる点が、この方式の基本的な特徴である。本節では、電圧の構成、負荷が不平衡になったときの中性線の電流、中性線が欠相したときの電圧の変化、そして同じ負荷に対する電線量の比較を順に説明する。

電圧の構成

変圧器の二次巻線の中間点から中性線を引き出すと、中性線を基準にした各電圧線の電圧は100Vとなる。二つの電圧線から見た電圧の位相は互いに180度ずれており、両電圧線の間の電圧は、一方の電圧線と中性線の電圧の和として得られる。すなわち、両電圧線の間の電圧は100Vの2倍の200Vである。

両電圧線間の電圧 = 100 V × 2 = 200 V

200V の負荷は両電圧線の間に接続し、100V の負荷は中性線と一方の電圧線の間に接続する。この接続の仕方から、両側の100V回路に接続する負荷の大きさを揃えるほど、中性線に流れる電流が小さくなることが分かる。

負荷の不平衡と中性線の電流

両側の100V回路に接続された負荷の大きさが等しい状態を平衡状態という。平衡状態では、両回路の電流が中性線上で互いに打ち消し合うため、中性線の電流は零となる。

中性線の電流（平衡状態） I_N = 0

一方、両側の負荷が等しくない不平衡状態では、中性線には両回路の電流の差に相当する電流が流れる。したがって、中性線の電流は両回路の電流の和ではなく差の大きさとなる。 例えば、A側の回路に20A、B側の回路に12Aの電流が流れる場合、中性線には8Aの電流が流れる。ここで I_1 と I_2 は、それぞれ両側の100V回路の電流の大きさを表す。

中性線の電流（不平衡状態） I_N = |I_1 − I_2|