分電盤を開けると、家庭用の100V回路につながる電線は2本なのに、エアコン用の200V回路には 3本つながっていることがある。工場の動力盤に行けば、今度は3本や4本の電線が束になっている。
なぜ配電方式ごとに電線の本数が違うのか。100Vと200Vを同じ配電方式から同時に取り出せる 仕組みはどうなっているのか。
このトピックを読み終えるころには、受変電設備や配電盤の配線を見て、単相か三相か・中性線が あるかないかを見分け、その方式が選ばれた理由（コスト・用途）を説明できるようになっている。
配電方式の違いは、電線の本数と、中性線（基準となる0V側の電線）を持つかどうかで整理すると 見通しがよくなる。
単相2線式 — 最も単純な、電線2本の方式
電源側の2本の電線（行きと帰り）だけで負荷に電力を送る、最も基本的な方式。一般的な家庭用の 100V照明・コンセント回路に使われる。構造は単純だが、大きな電力を送ろうとすると電流が増え、 太い電線が必要になるという弱点がある。
単相3線式 — 中性線を挟んで、100Vと200Vを同時に取り出す
2つの100V回路を、1本の中性線（N線）を共有する形でまとめた方式。外側の2本の電線（L1・L2） の間からは200V、それぞれの電線と中性線の間からは100Vが取り出せる。家庭の分電盤で、 照明・コンセントは100V、エアコンは200Vという使い分けができるのはこの方式のおかげだ。
平衡負荷（L1側とL2側の電流が等しい状態）では、中性線に流れる電流は理論上0Aになる。 しかし実際の負荷は完全には平衡しないため、中性線にはL1とL2の電流の差が流れる。
なぜ単相3線式は電線材料を節約できるのか
単相2線式で100V・2000Wを送るには、電流 A が、往復2本の電線に流れる。
これを単相3線式で、同じ2000Wを2つの100V回路に均等に分けて送ると、1回路あたりの電流は A に半減する（平衡負荷なら中性線の電流は0A）。
線路損失は電流の2乗に比例する（）ため、電流が半分になれば、同じ損失に収める うえで許容できる抵抗（＝電線の断面積の逆数に比例）は4倍まで広げられる。つまり、 必要な断面積は単純な半分ではなく、1/4で済む。
中性線を電圧線と同じ太さと仮定しても、単相3線式に必要な電線材料の総量は、 単相2線式のわずか37.5% で済む計算になる。
三相3線式・三相4線式 — 中性線の有無で用途が変わる
三相3線式は、3本の電線だけで構成され、中性線を持たない。モーターなどの動力設備に多い 200V配電の標準的な方式だ。
三相4線式は、この3本に中性線を1本加えた方式。相線と中性線の間から単相負荷を、3本の相線 からは三相負荷を、同じ配電系統から取り出せる。単相・三相の負荷が混在する需要家に、 1系統の配電でまとめて対応できるのが最大の利点だ。
なぜ中性線の断線（欠相）が危険なのか
単相3線式は便利な反面、中性線が断線（欠相）すると危険な状態になる。中性線が切れると、 L1側とL2側の2つの負荷は、線間電圧（200V）の区間に直列に接続された状態になる。
これは、直流回路の分圧の法則で見た「大きい抵抗ほど多くの電圧を受け持つ」という関係と まったく同じ構造だ。消費電力の小さい（＝抵抗が大きい）側の負荷ほど、より多くの電圧を 受け持つことになり、定格電圧を超える過電圧にさらされる。逆に消費電力の大きい側は電圧が 下がる。「軽い負荷のほうが安全なはず」という直感とは逆に、軽負荷側が過電圧で壊れる という点が、この事故の見落とされやすいところだ。
電材商社として配電方式を扱う実務では、単相3線式の中性線の健全性（欠相の有無）を確認する ことが、需要家設備を守るうえで軽視できないポイントになる。
配電系統の構成 — 放射状方式とループ方式
ここまで見てきた単相2線式・単相3線式・三相3線式・三相4線式は、1本の配電線の中の電線の 構成の話だった。これとは別の視点として、変電所から需要家まで配電線路全体をどうつなぐか という系統構成にも、代表的な2つの方式がある。
放射状方式（樹枝状方式）は、配電用変電所を根元にして、木の枝のように分岐しながら末端の 需要家まで電気を送る、最も単純な構成だ。線路がシンプルな分、建設費は安く済む。ただし、 途中の区間で事故が起きると、その先（末端側）は電気の供給元を失い、まとめて停電してしまう。
ループ方式（環状方式）は、線路の末端同士を結合開閉器でつなぎ、環状（ループ）に 構成する方式だ。事故が起きた区間だけを両側の開閉器で切り離せば、残りの区間は反対方向からの 迂回路で電力供給を続けられる。停電範囲を事故区間だけに絞れるため信頼度は高いが、線路や 開閉器の数が増える分、放射状方式より建設費はかさむ。負荷密度の高い都市部など、停電の 影響が大きい地域で採用されやすい。
スポットネットワーク方式 — 都心の高層ビル・大規模工場向けの、さらに信頼度の高い方式
放射状方式・ループ方式よりもさらに高い信頼度が求められる場面――負荷密度が極めて高い都心部の 高層ビルや、停電が許されない大規模工場の受電設備――には、スポットネットワーク方式という 配電方式が使われる。
スポットネットワーク方式は、特別高圧地中配電系統（22kVまたは33kV）から2回線以上で受電する 方式だ。特別高圧側から需要家側へ向かって、ネットワーク変圧器→プロテクタヒューズ→プロテクタ 遮断器→ネットワーク母線、という順に機器が並ぶ構成が一般的で、複数系統の受電回線をネットワーク 母線で並列に接続する。
このとき鍵になるのがプロテクタ遮断器（および直列に組み合わせるプロテクタヒューズ）だ。 特別高圧側の1回線で事故が起きても、プロテクタ遮断器がその回線だけを自動的にネットワーク母線 から切り離すため、残りの健全な回線からの受電を継続でき、需要家側は停電を経験しない。
配電線路の開閉器類 — どこで何を切り離すか
配電線路には、事故時や作業時に電気を安全に切り離すための開閉器類が、線路のあちこちに 設置されている。役割ごとに整理すると次のようになる。
- 柱上開閉器：配電線路の途中に設置され、事故時や作業時にその区間だけを切り離す 区分開閉器。気中形・真空形・ガス形などの種類があり、手動操作による手動式と、 制御器による自動式がある。前節で見たループ方式の結合開閉器も、この柱上開閉器の一種だ。
- 高圧カットアウト：柱上変圧器の一次側に設置される開閉器。内蔵する高圧ヒューズが、 変圧器の過負荷時や内部短絡故障時、雷サージなどによる短時間大電流の通過時に溶断し、 変圧器そのものを保護する。
- パッドマウント変圧器：地中配電系統で使われる、変圧器と開閉器などの機器を一体の 金属製箱の中に収めた機器。地上に設置しながら、内部の機器を保護しつつコンパクトに まとめられる構成になっている。
冒頭の「電線の本数がなぜ違うのか」の答え合わせは、理解度チェックの最後の問題でしてみよう。