Background

• やっぱり電気は熱も発生するし火事の危険性もある
• まだ電気工事していないのでアースもつないでいない
• 漏電も感電もしたくないので調べたメモ

用語

短絡

• 抵抗がほぼゼロで、電気が一気に流れすぎる状態
• とても危険で、発熱や故障、火災の原因になる
• いわゆるショート

高電圧

高電圧とは、電圧が高い状態のこと。

• 水圧が高いイメージ
• 電圧が高くなるほど、空気中を飛び越えて放電したり、人の体に電流を流したりしやすくなる
• 触らなくても危ないことがある電気の強さということ

過電流

過電流とは、本来流れるべき量を超えて電流が流れすぎる状態。

• 水の流量が多すぎるイメージ
• 過電流になると、電線や部品が発熱し、発火・焼損することがある
• ブレーカーやヒューズは、この過電流を検知して回路を切るためのもの

致死レベルの電流

人体への危険性は電流量で決まる。

• 1mA：ピリッと感じる
• 10mA：筋肉が動かせなくなる
• 20〜30mA: 呼吸筋が麻痺→呼吸停止（これも致死的）
• 100mA：心室細動（命の危険）
• 1A：即死レベル

1A が人体を流れたら、確かに即死レベル。

人体の抵抗値

人体の抵抗はざっくり 1,000〜10,000Ω（皮膚の状態で大きく変わる）。

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乾いた手： V = 1A × 10,000Ω = 10,000V 必要
濡れた手： V = 1A × 1,000Ω  = 1,000V 必要

つまり:

• 日常の100Vコンセントで流れる電流は実際には0.01〜0.1A程度
• 1Aを人体に流せるだけの高電圧環境でないと実際には起きない

なお、風呂場では、500Ω以下になることもあるらしいので注意。

コンセントは安全か？

じゃあコンセントの100Vは安全？→ NO

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100V ÷ 1,000Ω（濡れた手）= 0.1A = 100mA

• 100mAは心室細動を起こせる量
• お風呂場や濡れた手でのコンセント接触が特に危ない理由がこれ

つまり、日常の100Vでも濡れた状態なら普通に致死的な電流が流れうる。

静電気のスペック

• 電圧：数千〜数万V（ドアノブで3,000〜10,000V）
• 電流：ほぼ0A（マイクロアンペア以下）
• 時間：一瞬（マイクロ秒）

乾いた冬場の静電気で人が死なない理由

電圧は高いけど電荷量が極小だから。

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電流I = Q/t

つまり、

電荷量Q = 電流I × 時間t

静電気は貯められる電荷が少ない。

人体の静電容量はざっくり 100〜200pF程度。

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Q = C × V = 200pF × 10,000V = 0.000,002C（2マイクロクーロン）

ものすごく少ない。 一瞬で放電しきって終わり。

つまり、静電気が痛くても死なない理由は「電圧が低いから」ではなく、「エネルギーの総量＝電荷量が極小だから」。

感電が起きる条件

感電が起きる条件は「電流が体を通って大地（GND）に戻る回路が完成すること」。

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通常のコンセント：
  電源 → 人体 → 大地 → 電源  ← 回路が完成→感電！

トランス

コイルを2つ向かい合わせると、磁界を通じて電力を伝えられます。物理的に線がつながっていなくても電力が伝わるのがポイント。

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[電源側コイル] ~~~磁界~~~ [負荷側コイル]
      一次側                  二次側

絶縁トランス

• 絶縁トランスとは「電気的につながっていない変圧器」のこと。
• 電圧を変えるのではなく、100V → 100V（同じ電圧） のまま出力する
• 目的は電圧変換ではなく「電気的な切り離し」

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通常のコンセント：
  電源 → 人体 → 大地 → 電源  ← 回路が完成→感電！

絶縁トランス経由：
  二次側は大地と切り離されているので
  人が触っても回路が完成しない → 電流が流れない

あくまで「大地を経由した感電」を防ぐもの。

アーク

• 空気中を電気が飛んで、火花や強い光・熱が出る現象
• ふつう空気は電気を通しにくい
• でも、電圧が高かったり、電流が大きかったり、接点が離れる瞬間などに、空気が一時的に電気を通す状態になる

イメージとしては、コンセントを抜くときに一瞬「バチッ」と光ることがあるが、あれの強い版がアーク。

配線の過熱

配線は過熱します。

理由は、電線にも少しだけ抵抗があるからです。 電流が流れると、その抵抗で熱が出ます。

式でいうと、

$$ P=I^2 R $$

• P：発熱する電力、単位 W

• I：電流、単位 A

• R：抵抗、単位 Ω

• ポイントは、発熱は電流の2乗に比例する、ということ

• つまり、電流が2倍になると発熱は4倍

• 電流が3倍になると発熱は9倍

• 細すぎる線は抵抗Rが大きくなるので、注意

• また、電線の許容量があるので注意

• 接触不良もやタコ足配線も原因の一つ

接触不良

接触不良は、電気が通る部分の接触が悪くなること。

たとえば、以下みたいな状態。

• プラグが奥まで刺さっていない
• コンセントがゆるい
• 端子のネジがゆるい
• プラグの金属部分が汚れている
• コードの中で線が切れかけている
• 古い電源タップの差し込み口がガバガバ

接触が悪いと、その部分の抵抗が大きくなる。

言い換えると、電気の通り道が細く・不安定になって、その一点だけ熱くなる状態。

タコ足配線

タコ足配線は、1つのコンセントから電源タップなどでたくさんの機器をつなぐこと。

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壁コンセント
   ↓
電源タップ
   ├─ 電気ヒーター
   ├─ ドライヤー
   ├─ 電子レンジ
   ├─ PC
   └─ 充電器

• 問題は、つないだ機器の合計電流が大きくなること
• 家庭用コンセントや電源タップには、流せる電流の上限がある
• たとえば日本の家庭用コンセントではよく 15A・1500Wまで などと書かれている

電力は、

$$ P=VI $$

なので、100Vで15Aなら、以下がMAX

$$ 100V×15A=1500W $$

つまり、電気ヒーター、電子レンジ、ドライヤーみたいな大電力機器を同じタップにまとめると、上限を超えてコードやタップが熱くなる。

言い換えると、1本の細い道路に車を大量に流しすぎる事。

電源タップのココらへんには注意

• プラグが熱い
• 電源タップが熱い
• 焦げ臭い
• 差し込み口が変色している
• 抜き差しでバチッと火花が出る
• プラグがゆるい
• コードが曲がった部分だけ熱い

ブレーカーの種類

過電流ブレーカー（安全ブレーカー）

• タコ足配線や短絡で電流が流れすぎたときに回路を切るもの
• 壁コンセント回路ごとに1つついている（子ブレーカー）
• 例：キッチン用、リビング用、エアコン用など

漏電ブレーカー（漏電遮断器 / ELCB）

漏電＝電流が本来のルート以外に流れている状態を検知して切るもの。

仕組み：

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正常時：
  行き電流（L） = 帰り電流（N）  → 差がゼロ → 問題なし

漏電時：
  行き電流 ＞ 帰り電流  → 差がある → 「どこかに電流が逃げた」→ 遮断

• 検知レベルは 15〜30mA（心室細動の手前で切る設計）
• 人命を守るために存在する
• 日本では1990年代以降の住宅には設置義務あり

アンペアブレーカー

• 電力会社との契約アンペア（30A、40A、60Aなど）を超えたときに落ちるもの
• 電力会社側の利益保護が主目的
• 最近はスマートメーターに統合されて物理的なブレーカーがない家も増えている

アース（接地）

• アースとは電気機器の金属部分を、地面（大地）に導線でつなぐこと。
• 大地は電気的に見ると「どんな電流も吸い込む無限のGND」として機能する

機器の内部で絶縁が破れて金属ケースに電気が漏れた場合を考える。

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アースなし：
  漏れた電気がケースに溜まる
  → 人が触れた瞬間に人体を通って大地へ → 感電！

アースあり：
  漏れた電気はアース線を通って大地へ逃げる
  → 人が触れても電位差がない → 感電しない
  → 大電流がアース線に流れ → 漏電ブレーカーが検知 → 遮断

• アースは漏電ブレーカーとセットで機能するもの
• アースがないと漏電ブレーカーが検知できないケースもある

アース工事の種類

日本の電気設備技術基準では接地工事にはA〜D種がある。

A種・B種は「高圧・特別高圧で使う接地」、C種・D種は主に低圧側で使う接地、という整理。

ブレーカーとアースの関係まとめ

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漏電発生
    ↓
アース線 → 電流が大地へ逃げる経路を作る
    ↓
漏電ブレーカー → その電流の漏れを検知して遮断
    ↓
人が守られる

• アースなし・漏電ブレーカーあり → 検知できないことがある
• アースあり・漏電ブレーカーなし → 遮断できない

まとめ

• 便利な電気だが罠が結構あるので注意
• 火災保険には入っているが火事にはなりたくない
• 偶にある切れた電線や、高電圧の周りには近づかないほうがいい