なぜケーブルに中性導体が必要なのでしょうか

三相システムにおいて、各相が異なる電流値を引き、星型（Y型）接続された加熱負荷を持つ三相機器に電力を供給する場合、通常はケーブルに中性導体（Neutral Conductor）を含める必要があります。以下に、中性導体が必要な2つの主な理由を示します。

1. 不平衡負荷のバランス調整

不平衡負荷状況

実際の応用では、完全に平衡した三相負荷はまれです。三相機器が各相で異なる電流値を引き、不平衡負荷であることを示す場合、中性導体は重要な役割を果たします。

• 不平衡電流：三相が均等に負荷されていない場合、各相の電流値が異なる可能性があります。中性導体がないと、この不平衡により循環電流が発生し、電圧の不均衡が生じ、設備の正常な動作に影響を与える可能性があります。

• 循環電流：不平衡負荷により中性点がシフトし、循環電流が発生すると、設備に追加の負担がかかり、過熱や損傷の原因となる可能性があります。

中性導体の役割

中性導体は不平衡電流の帰還経路を提供し、それらが中性導体を通じて電源に戻るようになり、各相間での安定した電圧を確保します。具体的には：

• 電流のバランス：中性導体は不平衡電流が流れることを可能にし、三相システム内の電流のバランスを助け、循環電流の影響を減らします。

• 電圧の安定性：中性導体を提供することで、各相の電圧が安定し、各負荷が正しい電圧を受け取り、適切に動作することが保証されます。

2. 安全性と信頼性

安全な接地の提供

中性導体は電流の帰還経路としてだけでなく、安全性と信頼性を維持するために必要な安全接地機能も提供します。

• 接地保護：星型接続では、通常中性点が接地され、システムにとって信頼性のある基準点を提供します。これにより、障害時でもシステムが制御下に保たれます。

• 障害保護：障害（短絡など）が発生した場合、中性導体は電流が素早く電源に戻るように助け、障害によるシステムへの影響を最小限に抑え、設備を保護します。

人員の安全保護

中性導体の存在は、システムの安全性を高め、感電リスクを低減します。

• 感電リスクの軽減：機器の外装または金属部品が誤って電源に接触した場合、中性導体は安全な電流経路を形成し、感電リスクを低減します。

• 漏電保護：漏電保護装置（RCDなど）と組み合わせると、漏電が検出されたときに素早く電源を遮断し、人員の安全を保護することができます。

まとめ

三相システムにおいて、不平衡負荷がある場合、中性導体は電流のバランス調整と電圧の安定化に重要な役割を果たし、設備の正常な動作を確保します。また、中性導体は安全接地機能を提供し、システムの安全性と信頼性を高め、感電リスクを低減します。したがって、星型接続された加熱負荷を持つ三相機器に電力を供給する場合、ケーブルに中性導体を含めることで、システムの安定性と安全性を確保することが必要です。