送電と変圧 ── 電気は、なぜ高い電圧で送られるのか

電気が通る道

4年生の社会で、電気の道すじを習いました。

家のコンセントは100ボルトです。けれど、発電所を出たばかりの送電線は、数十万ボルトという、家庭用とは比べものにならない高さの電圧で電気を運んでいます。

社会科では「そういう道すじになっている」ことを習いました。この記事では、なぜそうなっているのかを理科の目で考えます。

電線も、少し熱くなる

「電気の利用」の実験を思い出してください。電熱線に電流を流すと、線が熱くなりました。

送電線も金属の線ですから、同じことが起きます。電気を送っている間、送電線そのものも少し熱くなります。この熱は、送った電気の一部が姿を変えて逃げてしまったものです。

つまり、電気を送るときには、必ずいくらかの電気が熱になって失われるのです。これを送電の「ロス」と呼びます。

ロスが大きいほど、発電所でがんばって作った電気が、家に届く前にむだになってしまいます。できるだけロスを小さくしたい。これが、送り方を工夫する理由です。

電圧を上げると、電流が減る

電気の強さを表す言葉には、電圧と電流の2つがありました。送りたい電気の量（電力）は、この2つをかけ合わせたもので決まります。

これは6年生の算数で学ぶ反比例と同じ形をしています。電圧と電流は、電力を一定にしたまま、どちらかを増やせばもう片方が減る関係にあるのです。

数で確かめてみましょう。1000の電力を送りたいとき、電圧と電流の組み合わせは何通りも考えられます。

どの組み合わせでも、送れる電力は同じ1000です。しかし、電流だけを見ると、上の行ほど電流が大きく、下の行ほど小さくなっています。電線が熱くなりやすいのは、電流が大きい上の行の送り方です。

ここで、さきほどの電熱線の実験とつながります。電流が少ないほど、電線は熱くなりにくいのでした。

だから発電所は、送り出す電気をあえて高い電圧・小さい電流に変えてから、送電線に流しているのです。

では、なぜ家では100ボルトなのか

「ロスを減らすなら、電圧はどこまでも高いほうがよいのでは」と思うかもしれません。しかし、高い電圧には別の問題があります。

家庭用の電気製品は、100ボルトという決まった強さで動くように作られています。もし送電線のままの高い電圧を家に引き込んだら、家電はこわれ、感電の危険も大きくなってしまいます。

そこで、送るときだけ高い電圧にして、使う直前の変電所と電柱の変圧器で、段階的に弱めているのです。

電圧を変える道具 ── 変圧器

電圧を上げたり下げたりする道具を変圧器といいます。電柱の上についている、バケツのような形の機械も変圧器です。

変圧器のしくみをくわしく学ぶのは中学校ですが、いまの時点では次のことを知っておけば十分です。

発電所、変電所、電柱の変圧器。この3つは、それぞれ役割がちがいます。発電所は電気を作る場所、変電所と電柱の変圧器は電気の強さを変える場所です。

実際の電圧は、一気に下げるのではなく、何段階にも分けて下げられています。

段階を分けるのにも理由があります。一度に大きく変えるより、少しずつ変えるほうが、設備の負担が小さく、安全に管理しやすいのです。

太陽光発電でも起きていること

太陽光パネルで作られる電気は、電池と同じ種類の電気（直流）で、発電所の発電機が作る電気（交流）とは種類がちがいます。

そのため、太陽光発電にはパワーコンディショナーという機械が必ずついていて、電気の種類を変換したうえで、電圧を調整して送電網に送り出しています。

太陽光のような新しい発電方法でも、「電気を送るときには電圧を調整する」という考え方は変わらないのです。

つまずきやすいところ

その1　電圧が高い＝危ないだけだと思う

たしかに高い電圧は危険です。しかし、危ないのに使うのは理由があります。送電中のロスを減らすという、はっきりした利点があるからです。危険と利点の両方を知っておきましょう。

その2　電流を増やせば早く届くと考える

電流を増やすと、むしろ電線が熱くなりロスが増えます。速さの問題ではなく、電気がむだにならないようにするための工夫です。

その3　変圧器が電気を作っていると思う

変圧器は電気を作りません。すでにある電気の電圧だけを変える道具です。電気を作るのは発電所の発電機です。

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