分割相電力

分割相または単相三線式システムは、単相電力配電の一形態です。これは、エジソン・マシン・ワークスによって開発されたオリジナルの三線式直流システムの交流（AC）版です。分割相配電の主な利点は、同じ電力容量であれば、二線式単相システムよりも導体材料が少なくて済むことです。^{[ 1 ]}

北米では、住宅用および軽商業用配電に分割相配電が広く用いられています。一般的な設置では、互いに180度位相がずれた（中性線に対して）2本の120V交流線と、共通の中性線が供給されます。中性線は変圧器のセンタータップで接地されます。

北米では、照明や小型家電製品用の標準的な家庭用回路は、1本の活線と中性線の間に接続され、120Vの電圧を供給します。オーブン、乾燥機、給湯器などの高電圧家電製品は、2本の120V活線の間に接続された240V回路で動作します。これらの240V負荷は、直接配線されるか、 120Vコンセントとは互換性のないコンセントを使用します。

分割相システムは、感電のリスクを低減したり、電磁ノイズを最小限に抑えたりするために、一部の特殊な用途でも使用されます。

3線式配電システムに電力を供給する変圧器は、単相入力（一次）巻線を備えています。出力（二次）巻線には、接地された中性点に接続されたセンタータップがあります。図1に示すように、両端からセンターまでの電圧は、両端間の電圧の半分になります。図2は、分割相変圧器の出力電圧のフェーザ図を示しています。2つのフェーザは回転磁界の一意の回転方向を定義しないため、分割単相は2相システムではありません。

米国とカナダでは、この方式はトーマス・エジソンが開発した直流配電システムに端を発しています。同一回路上のランプのペアまたはグループを直列に接続し、供給電圧を2倍にすることで、導体のサイズを大幅に縮小することができました。それぞれに固有の負荷を持つ2つの回路がある場合、各回路の共通線を、供給電圧のセンタータップに戻る単一の導体に置き換えることで、負荷のオン/オフによる分岐回路電圧の変動を安定させることができます。中性線に流れる電流は、一方の負荷グループから他方の負荷グループに流れる電流の不均衡分のみです。この構成により、導体の数を4本から3本に削減できるだけでなく、労力と材料費も大幅に節約できます。

線間電圧は線間電圧の半分です。照明や小型家電は線と中性線の間に接続できます。調理器具、暖房器具、給湯器、衣類乾燥機、エアコン、電気自動車充電装置などの高出力機器は、2本の線導体に接続されます。これは、同じ量の電力を供給する場合、電流が半分になることを意味します。機器が低電圧で供給されるように設計されている場合よりも、より細い導体を使用できます。^{[ 2 ]}

負荷が平衡状態（各線から同じ電流が流れる）であることが保証されている場合、中性線には電流が流れず、システムは電圧が2倍で線路が半分の電流を流すシングルエンドシステムと同等になります。この場合、中性線は全く必要ありませんが、負荷が変動する場合には実用的ではありません。単にグループを直列に接続するだけでは、ランプのオン/オフに伴って電圧と明るさが過度に変動してしまうからです。

2つのランプグループを、2つの活線間の電位の中間にある中性線に接続することで、負荷の不均衡は中性線に流れる電流によって補われ、両グループ間の電圧はほぼ一定になります。3本の電線（中性線を含む）に流れる電流の合計は、常に負荷が最も大きい側の供給電流の2倍になります。

導体の電流容量によって制限される短い配線の場合、これにより、通常の導体2本の代わりに、半分のサイズの導体3本を使用することが可能になり、同等の単相システムで使用される銅の75%で済む。

配線距離が長い場合、導体の許容電圧降下量によって制限されます。供給電圧が2倍になるため、平衡負荷は2倍の電圧降下に耐えることができ、1/4サイズの導体を使用できます。これにより、同等の単相システムに比べて銅の使用量が3/8に削減されます。

実際には、中間値が選択される。例えば、不均衡が絶対的な最悪のケースである50%ではなく、総負荷の25%（半分の半分）に制限されている場合、単相導体の3/8の導体で同じ最大電圧降下が保証され、合計で単相導体1本の9/8、つまり2本の単相導体の銅の56%となる。

いわゆる平衡電源システム（「技術電源」とも呼ばれる）では、センタータップ付きの絶縁トランスを用いて、接地に対して平衡電圧を持つ導体による独立した電源を生成します。平衡電源システムの目的は、電源から高感度機器に伝わるノイズを最小限に抑えることです。

3線式配電システムとは異なり、接地された中性線は負荷に分配されず、 120Vの線間接続のみが使用されます。平衡電源システムは、オーディオおよびビデオ制作スタジオ、音響およびテレビ放送、高感度科学機器の設置など、特殊な配電用途にのみ使用されます。

米国国家電気規程は、技術用電力設備の規則を定めています。^{[ 3 ]}これらのシステムは、一般照明やその他の機器には使用できず、承認された機器のみがシステムに接続されるように、特別なソケットを使用する場合があります。さらに、技術用電力システムでは、配電システムの接地方法に特に注意を払います。

同じ部屋で「従来型」電源も使用している設備でバランス電源システムを使用する場合のリスクとして、オーディオ機器やビデオ機器などの中間システムを介して、ユーザーが意図せず両方の電源システムを相互接続してしまう可能性があることが挙げられます。これらの機器の構成要素は、異なる電源システムに接続されている場合があります。このような事態が発生する可能性は、バランス電源コンセントに適切なラベルを貼付すること、およびバランス電源システム用のコンセントソケットを「従来型」電源システム用のものとは物理的に異なるタイプにすることで、さらに区別しやすくすることで低減できます。

鉄道電化では、高速線路に25kV交流の分割相電力が使用されます。線路には2本の独立した電線が敷設され、機関車用の接触線と電気的に独立した給電線です。各電線は 接地に対して25kV（センタータップは接地）で給電され、 電線間には50kVの電圧が印加されます。線路沿いに設置されたオートトランスは、接触線と給電線の間の負荷をバランスさせ、一方の電線は架線区間に給電され、もう一方の電線は別の区間に給電されることで抵抗損失を低減します。参照：25kV交流鉄道電化#2 × 25kVオートトランスシステム

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