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屋内配線ってどういう仕組み?電気工事を理解するための基礎知識

投稿日:2017-10-13 更新日:2019-07-26

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現代の生活では電化製品は今や欠かせないもの。そんな電化製品を動かすには、コンセントの存在は必要不可欠です。
しかし、部屋の壁に付いているコンセントの裏先がどうなっているのか、意識することもほとんどありません。このコンセントの裏側には電気を安全に供給するための屋内配線が張り巡らされています。

ただ年月の経過により照明機器が寿命を迎え、交換が必要になることも少なくありません。また生活スタイルの変化によりコンセントの位置を見直したり、増設が必要になることもあるでしょう。

今回は屋内配線について、仕組みや必要な資格についてまとめてみました。

屋内配線ってどのような仕組みになっているの?

まずは屋内配線の基本について、簡単に押さえていきましょう。

屋内配線は2本で一組

理科の実験で豆電球を光らせようとするとき、豆電球の両側の線を電池の「+極」「-極」にそれぞれつないだ記憶はないでしょうか。電流を流れるときは「行き」と「帰り」のルート、つまり電流が1周する「回路」が必要だからです。

屋内配線で使用される交流の場合は常に電流の向きが入れ替わっていますが、2本の配線が必要な点は同じといえます。

屋内配線は分電盤でまとめられる

コンセントから伸びる2本の配線は壁の内側や床下・天井裏、もしくは壁に取り付けられたカバー内などを通り「分電盤」へと集められます。このとき根太(ねだ)と呼ばれる床を支える部材や天井を支える梁(はり)などに、U字型の配線用くぎ(ステップル)で固定されることも多いです。

分電盤はいわば電気の管理所。各部屋へと電気を送るとともに、配線に異常がないか、電気を使いすぎていないかも簡易的にチェックする役割があります。

2本一組の屋内配線から並列つなぎに電流を取っていく

部屋に複数のコンセントがある場合も基本的に、各部屋へ向けた配線は「2本一組」しかありません。この2本一組の配線から並列つなぎになるよう、コンセント同士をつないでいくのです。豆電球で考えると「電池と電球の間の配線にそれぞれに別の豆電球の配線を挟み込む」イメージ。
豆電球の明るさ(=電圧)を変えず、より多くの電気を一度に使うことができるようになるのです。

分電盤自体も同じように並列つなぎで電気を取っていく仕組みになっており、最終的に対応する2本一組(ただし現代の家庭の多くは3本一組【単相三線】。3章にて解説)の配線へとまとまります。

電柱の変圧器までで1周する回路を形成する

分電盤から伸びる配線は電気使用量をチェックする「メーター」を通った後、引込線を通して電柱の変圧器へとつながります。この変圧器の内部で「行き」「帰り」の回路がつながっており、電流が1周する回路を作りだしているのです。

分電盤にある安全装置「ブレーカー」の仕組み

電気の管理所「分電盤」について、もう少し細かく見てみましょう。

分電盤には3種類のブレーカーがある

分電盤に取り付けられている安全装置が「ブレーカー(遮断器)」です。このブレーカーには「流れる電流が基準よりも多い」「電気が本来の回路外へ流れ出している」などの異常があるとき、電流を止めて危険な事故をふせぐ役割があります。以前は「ヒューズ」と呼ばれる使い切りの部品が使われることが多かったものの、今では「入」「切」をつまみで切り替えるスイッチ式が主流です。

分電盤に取り付けられているブレーカーは家庭のコンセントから近い順に「安全ブレーカー」「漏電ブレーカー」「アンペアブレーカー」の3種類。ただし近年では漏電ブレーカーとアンペアブレーカーが一体型になっている場合や、アンペアブレーカー自体が設置されていないこともあります。

安全ブレーカー(配線用遮断器・回路ブレーカー)の役割

安全ブレーカーは「各部屋に規定以上の電流が流れたとき、安全のために電流を止める」役割があります。

コンセントやタップに「1,500Wまで」「100V・15Aまで」といった表記が書いてあるのを見たことはありませんか。これはコンセントなどの機器が15Aまでの電流を想定しており、これ以上の電流が流れるとコンセント部分が過熱してしまうおそれがあるからです。

屋内配線も同様に15~20A前後の電流が流れるとき生まれる熱に耐えられるようできています。一方でこの電流を超えると配線が溶けたり、最悪発火してしまうようなおそれがあるのです。電化製品の故障などでこうした想定外の電流が流れたときでも危険な状況が続かないように止めるのが、こうした安全ブレーカーの役割といえるでしょう。

なおエアコンやIHコンロといった大電流を使う機器を設置する場合、専用の配線・専用のコンセントを用意します。安全ブレーカー増設のために停電が必要になる点などを把握しておき、工事時に困らないようにしておいてください。

漏電ブレーカー(漏電遮断器)の役割

漏電ブレーカーの主な役割はその名の通り「電気が回路外に漏れていることを発見し、迅速に止めること」です。

電流は1周する回路があることで流れる点は1章で説明しました。このときすべての電流が設計通り回路内を通っていれば、「行き」「帰り」の電流が同じ量になるはずです。しかし何らかの理由で電化製品の表面に電圧がかかり、地面との間に電流が流れてしまうことがあります。これが「漏電」と呼ばれる現象です。

地面に流れる電流は分電盤を通らないため、そのぶん「行き」「帰り」の電流に差が生じます。この差が生まれたことを検知し、安全を第一に電気を止めてしまうのが漏電ブレーカーの役割になります。

なお漏電ブレーカーの機能を最大限に果たすには感電が起こる前、つまり漏電した電化製品に人が触れる前に電気を止める必要があります。そこで電化製品の表面と地面をつなぎ、漏電時に電流を流す役割を持つのがアース線です。

アンペアブレーカー(サービスブレーカー)の役割

アンペアブレーカーには「契約した電気容量以上の電流が流れることを防ぐ」役割があります。

電力会社は各家庭の契約容量に応じて電気供給網を設計しています。たとえば家庭に近い変圧器にも供給できる電気容量の種類があり、周辺の契約状況によって取り替えることもあるのです。もしも計画容量以上の電気供給が続けば電圧が不安定になり、各機器の故障などにもつながりかねません。そのため契約電気容量を何らかの理由で超えた場合、電気供給を止める仕組みとして設けられているのがアンペアブレーカーです。

ちなみにアンペアブレーカーは電力会社が設置する設備とされており、交換が必要になった場合の作業・費用も電力会社の負担でおこないます。

アンペアブレーカーはスマートメーターに置き換わりつつある

電力自由化とともに、時間帯によって電気料金が変わるプランなどが普及し始めました。このようなプランは時間と使用量をリアルタイムに計算する必要があることから、従来の単純な使用量を記録するメーターからスマートメーターへの切り替えが現在進みつつあります。

スマートメーターでは現在の使用量を監視することも可能で、契約容量を超えると電気使用を一定時間制限する機能が付いています。つまりアンペアブレーカーの機能をメーターが担うことができるようになり、分電盤にアンペアブレーカーがない家庭も増えてきているのです。

なおブレーカーの仕組みは生活110番記事「ブレーカーが上がらないのはなぜ?対策しなければ事故に繋がることも」でも詳しく解説しています。こちらもぜひ一度お読みください。

1.	屋内配線とは

100・200V機器をひとつの分電盤で管理する「単相三線」の仕組み

もうひとつ、屋内配線を理解しておくのに大切なのが「単相三線」という仕組みです。

電流を流すためには「2本の配線が必要」だということはここまで繰り返し説明してきました。ここにもう1本変圧器から分電盤までの配線を増やし、合計3本の配線で電気を供給するのが「単相三線」です。

この3本の配線のうち、2本には100Vから-100Vまで周期的に変化する電圧がかかっています。しかし残り1本には電圧がかかっておらず、変圧器の手前でアースとも接続されることで「0V」を維持しています。

電流は「電圧の差」(電位差)によって流れることができます。そのため電圧がかかっていない配線と電圧がかかっている2本のうち1本を利用すれば100Vの電源が取れるのです。

一方電圧がかかっている2本の配線には半周期のずれがあります。簡単にいうと一方に100Vの電圧がかかるとき、もう一方は-100Vの電圧を示すのです。このずれを利用し、電圧が通っている2本を両方利用すれば「200V」の差、つまり200Vの電源を取ることができます。

単相三線はコンセントで使用する機器に応じ、配線3本のうち2本のを安全ブレーカーを経由して接続します。こうすることで安全を確保しつつそれぞれの電圧を供給することが可能です。

屋内配線をいじるには電気工事士資格が必要

エアコンの設置で専用コンセントを用意したり、照明器具の交換で屋内配線をいじらなければいけない機会も多くあります。しかし屋内配線に関わる工事をするには「電気工事士」と呼ばれる国家資格を取得する必要がある点に注意しましょう。

電気工事士資格とは

電気に関わる工事は1つの作業ミスによって大きな事故が起きかねません。たとえば屋内配線に使われる2本の配線を誤ってつないでしまうだけでも大電流が流れ、配線から発火するような事態も考えられます。しかも屋内配線は壁の裏側、実際に事故が起きてからでは深刻な被害につながりかねません。

こうしたミスを防ぐためには知識や経験が必須です。この知識や経験を持っていることを筆記・実技によって確認・認定するのが電気工事士資格です。

・家庭の配線なら「第二種」で問題ない
電気工事に関わる資格にはいくつか種類がありますが、このうち電気工事士資格は「第一種」「第二種」の2つに分かれています。第一種のほうが上位の資格に当たりますが、この違いは500kW以上の電力設備(自家用電気工作物)を扱えるかどうか。家庭の配線(一般用電気工作物)ではほとんどの場合「第二種」でも作業には問題ありません。

第二種電気工事士資格は決して取得が難しいものではないのも事実です。DIYで屋内配線をおこないたい場合は受験するのも手ですが、とくにこだわりがなければ資格を持ったプロに任せましょう。

資格なしでできる屋内配線に関わる作業

なお電気に関わる工事の中でも比較的安全性が高いものは「軽微な工事」として扱われ、電気工事士資格なしでも作業できることが定められています。たとえば次のような作業が該当します。

・ソケット式の電球交換
天井に取り付けられた電球も一応は回路の一部にあたります。しかし安全な脱着が可能なよう設計されているため、電球交換は「軽微な工事」に分類されるのです。

・引っ掛けシーリングを使った照明の取り付け・交換
多くの照明は壁や天井の裏と直接屋内配線につながっているため、電気工事士でなければ交換ができません。しかし「天井版コンセント」ともいえる引掛けシーリングであれば配線ミスすることなく安全に作業ができることから、こちらも「軽微な工事」になります。

・コンセントプラグの交換
壁のコンセントの交換は配線ミスが大きな事故につながるため電気工事士資格が必要です。しかしプラグ交換については比較的安全性の高い作業であり、「軽微な工事」に分類されます。

ただしまったく危険がないわけではないため、作業は確実におこなうことが重要です。生活110番でも「コンセントを曲がったまま…危険です!感電と火事の危険性」の記事にて詳しく解説しているため、しっかりと作業手順を確認しつつおこないましょう。

2.	屋内配線の工事の作業内容とは

建物の構造で配線工事の見積もりが変わる?

屋内配線の工事費用を決める要素は「配線の距離」と「工事の難易度」です。とくに建物の構造は工事の見積もりを取る際、大きな影響をあたえる可能性があります。

工事手順が異なるのが大きな理由

木造住宅の場合、屋内配線のケーブルは基本的に配線用のU字型くぎ(ステップル)を利用し構造材へと固定します。また壁なども板張りのことが多く、すき間にケーブルを通すことも難しくありません。

一方構造材がコンクリートや金属の場合、直接くぎで固定することは困難です。壁などもコンクリートがすき間なく充填されることが多く、あらかじめコンセントや照明器具の設置箇所を決め、対応する配管を設置してから壁を作らなければなりません。

このような条件もあり住宅の新築にともなう屋内配線工事は、木造住宅よりコンクリート造の場合高めになる傾向があります。

既存の屋内配線を拡張する場合も同様で、壁の外側を通す際にも配線カバーを固定するためアンカーなどを打ち込むことがあります。そのための技術面や時間も考慮し、見積もりが高めになる可能性があるのです。

壁の外側に接着する配線カバーも

一方壁に穴を開けず、両面テープだけで固定することも配線方法のひとつです。その場合の工事の手間は、木造住宅の場合と比べても大きく変わりません。余分な穴あけが必要ないぶん、工事費用が高くなりづらいと考えられてよいでしょう。

ただし部屋をまたぐ場合など、壁への穴あけが必要な箇所は出てきます。そのぶんどうしてもコンクリート造の場合の費用が高くなる点は押さえておいてください。

屋内配線をDIYするには?事故を防ぐための屋内配線知識

200V機器を使っている家庭は要注意!?中性線欠相っていったいなに?

最後に単相三線の家庭で起こるかもしれない問題、中性線欠相について取り上げます。

中性線欠相とは

単相三線で100Vの電源を取るときは「電圧がかかる配線」「電圧がかからない配線」の2本を使うと説明しました。このうち「電圧がかからない配線」を「中性線」といいます。

この配線が電柱上の「変圧器」から「安全ブレーカー」までのどこかで切れてしまうのが「中性線欠相」。すると家庭内の中性線は地面とアースされなくなり、安定した0Vを維持できなくなるのです。

中性線欠相が起こると200Vの直列つなぎが起こる

単相三線の場合、「電圧がかかっている配線」のどちらかを使えば100Vの電圧を取ることができるのですが、実際のところは一方に偏らないよう調整しつつ配線がおこなわれています。2本の電圧がかかる配線をA・Bとすれば、「Aと中性線」「Bと中性線」の2パターンがあるということ。

ここで中性線欠相が起こると、変圧器に戻る回路はなくなってしまったようにみえるでしょう。しかし「AとB」をつなぐと200Vが取れる、という点に注目してください。「Aと中性線」を使ったコンセントの機器と「Bと中性線」のコンセントを使った機器が中性線を通じてつながってしまい、ここに200Vが流れてしまうのです。

使用電流の小さい機器に過剰な電圧がかかってしまう

1つのコンセントから取り出せる電流は多くの場合15Aまでですが、15Aぎりぎりまで使うような機器はそれほど多くありません。ほとんどの機器は電流の流れやすさを100Vに合わせて調整し、それぞれ必要な電流のみが流れるようにしています。

しかしコンセントで用いられる並列つなぎと異なり、直列つなぎでは機器を流れる電流が等しくなります。そのため電流が流れにくい機器、つまり必要な電流が少ない機器に過剰な電圧が、多くの電流を必要とする機器にはあまり電圧がかからなくなるのです。

たとえば「10A利用するエアコン」「4A利用するゲーム機」の2つが別の配線になっており、中性線欠相により直列つなぎになってしまったと仮定しましょう。正常な場合にはそれぞれ必要な電流が流れるよう「電流の流れにくさ」が調整されているため、100V÷10A=10Ω、100V÷4A=25Ωと計算できます(Ωは電流の流れにくさを示す値【抵抗値】の単位)。

これを200Vの電圧に対して直列につないだ場合、流れる電流を同じにするために電圧は「流れにくさ」に応じてかかることになります。するとエアコンは約57Vと電圧が不足するのに対し、ゲーム機には約143Vもの電圧がかかってしまうのです。

一度漏電ブレーカーをチェックしてみよう

もしも中性線欠相が起こってしまうと大きな問題が生じるため、漏電ブレーカーにはこれを検知するための機能が備わっている場合がほとんどです。もしも漏電ブレーカーがひんぱんに落ちるときは電化製品の漏電はもちろんのこと、こうした中性線欠相が起こっている可能性もあるでしょう。一度電気工事のプロに依頼し、屋内配線のチェックをしてもらってください。

電気工事士の免許は1週間でとれる?信頼できる業者の選び方

まとめ

壁の裏の屋内配線は配線ミスによる異常が見つかりにくいこともあり、作業をおこなうには電気工事士資格が必要となります。電気は私たちの生活を豊かにする一方、危険をもたらす存在。配線工事は適切な知識を持った電気工事のプロに依頼し、安全に取り扱いたいところです。

また屋内配線の仕組み上、1か所の部屋で使える電気の量に限りがあることも確認しておきましょう。適切な電化製品の使い方を意識するうえでも大きな手掛かりになるでしょう。

屋内配線工事を依頼できる業者

依頼できる業者や料金について、詳しくは「生活110番」「電気工事」をご覧ください。
(この記事は2019年7月26日に加筆・修正しています)

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2019-07-26 09:58:04
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