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主電源、電力会社、送電網、家庭用電源、壁コンセント、家庭用電流[ 2 ]、またはカナダの一部地域では水力発電は、汎用交流（AC）電力供給です。これは、世界の多くの地域で送電網を通じて家庭や企業に供給される電力の形態です。人々はこの電力を使用して、家庭用電化製品、テレビ、ランプなどの日常品を壁のコンセントに差し込んで使用します。
電力の電圧と周波数は地域によって異なります。世界の多くの地域では、電圧（公称値）230 ボルト、周波数50Hzが 使用されています。北米では、最も一般的な組み合わせは120V 、周波数60Hzです 。その他にも、例えば240Vまたは208V、60HzといったNEC規格の組み合わせが存在します。旅行者の携帯用電化製品は、海外の電力供給によって動作しなくなったり、損傷したりする可能性があります。地域によってプラグとソケットの形状が異なるため、電圧や周波数の要件が異なる電化製品を誤って使用してしまうことを防ぐことができます。
米国では、建物が受け取る電気は電気サービスと呼ばれ、コンセントから出る電気は120Vや240Vなどの電圧で表されます。[ 3 ]時には、三相のように相数で表されることもあります。[ 4 ]
イギリスでは、主電源は一般的に「メイン」と呼ばれます。
カナダの電力の半分以上は水力発電であり、国内の一部の地域では主電源電力はしばしば「ハイドロ」と呼ばれています。これは、ハイドロ・ケベック、BCハイドロ、マニトバ・ハイドロ、ハイドロ・ワン（オンタリオ）、ニューファンドランド・アンド・ラブラドール・ハイドロなど、現在および過去の電力会社の名称にも反映されています。[ 5 ]
世界各地では、家庭用および軽商業用電気機器や照明器具の稼働のために、さまざまな主電源システムが用いられています。これらのシステムは主に以下の特徴を持っています。
これらのパラメータはすべて地域によって異なります。電圧は一般的に100～ 240Vの範囲です（常に実効値で表されます）。よく使われる周波数は50Hzと60Hzです。20世紀初頭には2相システムが使われていましたが、現在では単相または三相電源が最も一般的に使用されています。大規模な工業プラントや海外の軍事基地などの外国の飛び地では、周辺地域とは異なる標準電圧や周波数が使用されている場合があります。都市部の一部では、周辺の農村部とは異なる標準が使用されている場合があります（例：リビア）。事実上の無政府状態にある地域では、中央電力管理機関がなく、互換性のない民間の供給源から電力が供給されている場合があります。
かつては、25 Hz から 133 Hz の周波数と 100 V から 250 Vの電圧など、さまざまな電圧と周波数の組み合わせが使用されていました。公共電力システムでは直流(DC) は交流 (AC) に取って代わられましたが、20 世紀末まで、特に一部の都市部では直流が使用されていました。IEC 60038に記載されている230 V/50 Hz と 120 V/60 Hz の現代的な組み合わせは、20 世紀初頭の 10 年代には適用されておらず、現在でも普遍的ではありません。三相電源を使用する産業プラントでは、大型機器用に異なる高電圧 (および異なるソケットとプラグ) が設置されますが、照明や携帯機器には、ここに記載されている一般的な電圧が引き続き使用されます。
電気は照明、暖房、冷房、電動機、電子機器などに使用されます。米国エネルギー情報局（EIA）は、以下の情報を公表しています。
2021年の米国住宅部門の主要用途別電力消費量[ 6 ]
コンピューターやテレビなどの電子機器は、通常、AC-DCコンバーターまたはACアダプターを使用して電源を供給します。これは多くの場合、幅広い電圧範囲と一般的な2つの電源周波数に対応できます。その他のAC機器は、通常、入力範囲がはるかに制限されています。
携帯用電化製品は単相電力を使用し、各コンセントには 2 つまたは 3 つの配線接点があります。2 本の電線 (中性線と活線) が電流を流して機器を動作させます。[ 7 ] [ 8 ]必ずしも存在するとは限らない 3 番目の電線は、機器ケースの導電部分をアースに接続します。これにより、内部の活線部分が誤ってケースに接触した場合に、使用者を感電から保護します。
北欧および中央ヨーロッパでは、住宅用電力供給は一般的に400Vの 三相電力であり、 単相と中性線の間には230Vの電圧がかかります。住宅の配線は三相回路と単相回路が混在している場合もありますが、英国では住宅用三相電力の使用は稀です。キッチンストーブ、給湯器、薪割り機などの家庭用電動工具といった高出力機器は 、400Vの三相電力供給から電力を供給される場合があります。
小型の携帯型電気機器は、プラグ付きのフレキシブルケーブルを介して電源に接続され、そのプラグを固定コンセント（ソケット）に差し込みます。大型の家庭用電気機器や産業用機器は、建物の固定配線に常時接続される場合があります。例えば、北米の住宅では、窓に取り付ける一体型エアコンは壁のコンセントに接続されますが、家全体のセントラル空調システムは常時配線されます。より大きな電流、高電圧、または三相電力を扱う産業用機器には、より大型のプラグとソケットの組み合わせが使用されます。
回路ブレーカーとヒューズは、電源線と中性線または接地線の間の短絡、あるいは電線が処理できる定格電流を超える電流の流入（過負荷保護）を検出して、過熱や火災の可能性を防ぐために使用されます。これらの保護装置は通常、建物の中央パネル（最も一般的なのは配電盤または消費者ユニット）に取り付けられますが、配線システムによっては、コンセントまたはプラグ内に保護装置が備わっている場合もあります。漏電遮断器（漏電遮断器、機器漏電遮断器とも呼ばれる）は、中性線と電源線以外の電流の流れ（接地線や人など）である地絡を検出するために使用されます。地絡が検出されると、装置はすぐに回路を遮断します。
「接地線」と「アース線」という用語は、地域差に応じて、大地または大地の代わりに電気放電を受け入れる導体に接続する電線を指すのに互換的に使用されます。[ 9 ]接地線は、短絡や感電を防ぐために、空気や地面のように電気を通さない別の安全な物体に電気を流すための安全機能として設置されます。[ 10 ]
世界の人口の大部分（ヨーロッパ、アフリカ、アジア、オーストラリア、ニュージーランド、南米の大部分）は、230 V の 6% 以内の電圧を使用しています。 英国[ 11 ]では、ほとんどの変圧器が実際にはまだ 240 V に設定されているという事実に対応するため、公称供給電圧は 230 V +10%/-6% となっています。230 V 規格は広く普及しており、アダプターを使用するか、機器のプラグをその国の規格に変更することで、世界のほとんどの地域で230 V 機器を使用できます。
米国とカナダでは、120 ボルト±6%の供給電圧が使用されています。日本、台湾、サウジアラビア、北米、中米、南米北部の一部では、100V から127Vの電圧が使用されています 。ただし、日本のほとんどの家庭では、米国と同様に、逆相を使用することで200Vを供給できる分割相電源が使用されています。ブラジルは、60Hzで127Vと220Vの両方のシステム があり、プラグとソケットの互換性も認められている点で珍しいです。[ 12 ]
サウジアラビアとメキシコは混合電圧システムを採用しており、住宅および軽商業ビルでは両国とも127 ボルト、商業および産業用途では60Hz の220ボルトを使用している 。サウジアラビア政府は2010年8月に、国内を完全に230/400ボルト60Hz システムに移行する計画を承認した。[ 13 ]
供給点における電圧（電力会社とユーザー間の接続点における公称電圧）と機器の定格電圧（使用電圧または負荷電圧）は区別する必要があります。通常、使用電圧は公称システム電圧より3～5%低くなります。たとえば、公称208Vの供給システムには、銘板に 「200V」と記載されたモーターが接続されます。これは、機器と供給間の電圧降下を考慮したものです。この記事で使用されている電圧は公称供給電圧であり、これらのシステムで使用される機器の銘板電圧はそれより若干低くなります。配電システムの電圧は、ほぼ正弦波状です。
電圧は実効値（RMS）で表され、ピークツーピーク値ではありません。電圧許容値は定常状態動作時のものです。瞬間的な高負荷や配電網におけるスイッチング操作は、許容範囲から一時的に逸脱する可能性があり、嵐などの異常気象は、さらに大きな過渡変動を引き起こす可能性があります。一般的に、多数の電源を持つ大規模ネットワークから供給される電力は、おそらく単一の発電機しかない孤立した地域に供給される電力よりも安定しています。
供給電圧の選択は、電力配電システムの最適化よりも歴史的な理由によるところが大きい。一度電圧が使用され、その電圧を使用する機器が広く普及すると、電圧を変更することは大掛かりで費用のかかる措置となる。230V配電システムは、電流、ひいては抵抗損失が低いため、同じ量の電力を供給するのに120Vシステム よりも少ない導体材料で済む。大型暖房器具は同じ出力定格で230Vではより細い導体を使用できるが、家庭用電化製品で接続されているコンセントの最大容量をフルに利用するものはほとんどない。携帯型またはポータブル機器の最小電線サイズは、通常、導体の機械的強度によって制限される。
米国など、（公称）120Vを使用する多くの地域では、大型機器への電力供給に3線式分割相240Vシステム が用いられています。このシステムでは、240V電源にセンタータップ付きの中性線があり、2つの120V電源が得られます。これらの電源は、2本の線間に接続された負荷に240Vを供給することもできます。3相システムは、さまざまな種類の機器に適した電圧の組み合わせが得られるように接続できます。単相負荷と3相負荷の両方が電気システムによって供給される場合、システムには120/208Vや230/400Vのように、線間電圧と線間電圧の両方を示すラベルが付けられることがあります。大きな負荷は、より高い電圧に接続されます。830Vまでのその他の3相電圧は、油井ポンプなどの特殊用途システムで使用されることがあります。大型産業用モーター（例えば、250馬力または150kW以上）は、中電圧で動作する場合があります。60Hzシステムにおける中電圧機器の標準電圧は2,400/4,160Vですが、 50Hzシステムでは3,300Vが一般的な標準電圧です。
1987年まで、ドイツ、オーストリア、スイスを含むヨーロッパの大部分の地域では、主電源電圧は 英国では220 ± 22Vが使用されていた。240 ± 14.4 V。ISO IEC 60038:1983規格で は、新しい欧州標準電圧が次のように定義されています。230 ± 23 V。1987年以降、段階的に230 +13.8 −23 Vが実施されました。2009 年以降、電圧は許可されています。230 ± 23 V。[ 14 ] [ 15 ]中央ヨーロッパと英国のシステムでは、220 V と 240 Vの両方が 230 V の許容範囲 (230 V ±6%)の下限内に収まるため、電圧の変更は必要ありませんでした。通常、230 V ±3% の電圧が維持されます。英国の一部の地域では、過去の理由からまだ 250 ボルトですが、これらも 230 ボルトの 10% 許容範囲内に収まります。実際には、これにより、既存の電源トランスが交換されるまでは、各国が同じ電圧 (220 V または 240 V) を供給することができました。これらの国で使用される機器 (白熱電球を除く) は、指定された範囲内の任意の電圧を受け入れるように設計されています。
2000年、オーストラリアは 公称標準を230Vに変更し、許容誤差を+10%/−6%とした[ 16 ]。これは、旧 規格の240V AS 2926-1987に取って代わるものである。2022年には、AS IEC 60038:2022の発行により、 許容誤差が±10%に拡大された[ 17 ] 。顧客の設備内での電圧降下により、機器で使用可能な電圧はこの範囲を下回る場合がある。英国と同様に、240Vは許容範囲内であり、オーストラリア英語と英国英語では「240ボルト」は「電源」の同義語である。
米国[ 18 ] [ 19 ]およびカナダ[ 20 ]では、国家規格により、電源の公称電圧は120Vとし、 114Vから126V （実効値 ）（-5%から+5%）の範囲を許容すると規定されている。歴史的に、北米ではさまざまな時期や場所で110V 、115V 、117Vが使用されてきた。主電源は110Vと呼ばれることもあるが、公称電圧は120Vである。
日本では、家庭への電力供給は100Vと200Vで行われています。本州 の東部と北部（東京を含む）および北海道では周波数が50Hzであるのに対し、本州の西部（名古屋、大阪、広島を含む）、四国、九州、沖縄では60Hzで運用されています。この2つの地域の境界には、2つの送電網を相互接続する4つの高圧直流送電（HVDC）変電所（新信濃変電所、佐久間ダム変電所、南福光変電所、東清水変電所）が直列に接続されています。この周波数差に対応するため、日本で販売されている周波数対応家電製品の多くは、2つの周波数を切り替えることができます。
世界初の公共電力供給は、 1881年にイギリスの小さな町ゴダルミングに建設された水車駆動システムでした。これは、シーメンス製の交流発電機を使用した交流（AC）システムで、アーク灯用の250Vと白熱灯用の40Vの2つの電圧で街灯と消費者の両方に電力を供給していました。[ 21 ]
世界初の大規模中央発電所であるトーマス・エジソンのロンドンのホルボーン・バイアダクトにある蒸気発電所 は、1882年1月に稼働を開始し、 110Vの直流（DC）を供給した。[ 22 ]ホルボーン・バイアダクト発電所は、世界初の恒久的な商業用中央発電所である、はるかに大規模なニューヨークのパールストリート発電所の建設の概念実証として使用された。パールストリート発電所もまた、1882年9月4日から消費者にとって「安全」な電圧と考えられていた110Vの直流を供給した。 [ 23 ]
交流システムは1880年代半ばに米国で登場し、配電電圧をトランスで降圧して、エジソンが使用していたのと同じ110Vの 顧客利用電圧にしていました。1883年、エジソンは銅のコストを節約するために直流発電所がより広い範囲の顧客にサービスを提供できるように、3線式配電システムの特許を取得しました。110Vの ランプの2つのグループを直列に接続することで、同じサイズの導体でより多くの負荷に供給でき、その間に220Vが流れていました。中性線は、2つのサブ回路間の電流の不均衡を運びました。交流回路は電流戦争 中に同じ形式を採用し、ランプを約110Vで動作させ、主要な電化製品を220Vに接続できるようにしました。公称電圧は徐々に上昇し、112V 、115V 、さらには117Vになりました。
第二次世界大戦後、米国の標準電圧は 117 V になりましたが、1960 年代になっても多くの地域で遅れが見られました。1954年、米国規格協会(ANSI) は C84.1「電力システムおよび機器の米国国家規格 - 電圧定格 (60 ヘルツ)」を発行しました。この規格は、公称 120 ボルトのシステムと、サービス電圧と使用電圧の変動の 2 つの範囲を確立しました。[ 24 ]今日では、事実上すべてのアメリカの家庭や企業は60 Hz で120 V と 240 V を利用できます。両方の電圧は 3 本の電線 (反対相の 2 つの「ホット」線と 1 つの「ニュートラル」線) で利用できます。
1899年、ベルリンの電力会社であるベルリン電気会社（BEW）は、新しく開発された金属フィラメントランプの高電圧能力を利用して、公称220V配電に切り替えることで配電容量を大幅に増やすことを決定 しました。同社は、配電導体のコスト削減によって顧客機器の改造コストを相殺することができました。これがドイツおよびヨーロッパの他の地域での配電のモデルとなり、220V システムが普及しました。北米では、 ランプの電圧は110V付近のままでした。[ 25 ]
米国で交流が導入されてからの最初の10年間（1880年代初頭から1893年頃まで）は、さまざまな周波数が使用され、各電力会社が独自の周波数を設定していたため、単一の周波数が主流となることはありませんでした。最も一般的な周波数は133 + 1/3 Hzでした。誘導発電機 や電動機の回転速度、変圧器の効率、炭素アーク灯のちらつきなどが、周波数設定に影響を与えました。
1893年頃、米国のウェスティングハウス・エレクトリック社とドイツのAEG 社は、それぞれ60Hzと 50Hzで発電設備を標準化することを決定し、最終的に世界のほとんどの地域がこれら2つの周波数のいずれかで電力供給を受けることになった。今日では、ほとんどの60Hz システムは公称120/ 240Vを供給し、ほとんどの50Hzシステムは 公称230Vを 供給している。 [ 26 ]重要な例外は、異なる地域で127Vと220Vの 両方を標準電圧とする同期60Hzグリッドを持つブラジル[ 12 ]と、東日本は50Hz、西日本は60Hzの2つの周波数を持つ日本である。
顧客宅への供給電圧を許容範囲内に維持するため、電力配電事業者は変電所または配電線沿いに電圧調整装置を設置します。変電所では、降圧変圧器に負荷時自動タップ切換器が備えられており、送電電圧と配電電圧の比率を段階的に調整できます。
長距離（数キロメートル）の農村配電回路では、配電線の電柱に自動電圧調整器が設置されることがあります。これらはオートトランスであり、負荷時タップ切換器を備え、観測された電圧変動に応じて比率を調整します。各顧客の配電設備では、降圧トランスに最大5つのタップがあり、通常、公称電圧の±5%の範囲で調整が可能です。これらのタップは自動制御されないため、配電設備における長期平均電圧の調整にのみ使用され、電力会社の顧客が受ける電圧の調整には使用されません。
顧客に供給される電圧と周波数の安定性は、国や地域によって異なります。「電力品質」とは、公称供給電圧と周波数からの偏差の度合いを表す用語です。短時間のサージやドロップアウトは、コンピュータやフラットパネルディスプレイなどの精密電子機器に影響を与えます。長時間の停電、電圧低下、停電、および供給の信頼性の低さは、一般的に顧客のコストを増加させます。顧客は、電力会社の供給が利用できない、または使用できない場合に電力を供給するために、無停電電源装置や予備発電機に投資する必要が生じる場合があります。不安定な電力供給は、電気機械、照明、空調、コンピュータに依存する企業や公共サービスにとって、深刻な経済的障害となる可能性があります。最高品質の電力システムであっても、故障したり、メンテナンスが必要になったりすることがあります。そのため、企業、政府、その他の組織は、停電や停電が発生した場合でも電力が供給されるように、重要な施設にバックアップ発電機を設置することがあります。
電力品質は、基本周波数（電源周波数）の高調波による電流波形や電圧波形の歪み、あるいは電磁干渉などによって引き起こされる非高調波（相互）変調歪みによっても影響を受ける可能性があります。一方、高調波歪みは通常、負荷または発電機の状態によって引き起こされます。多相電力では、負荷の不均衡によって位相シフト歪みが発生する可能性があります。
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