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教養・雑学

電源周波数はなぜ50Hzと60Hzがあるの?

家庭のコンセントの周波数は50Hzの地域と60Hzの地域があります。

一つの国で異なる周波数があるのは珍しく、50Hzか60Hzのどちらかに統一されています。

工業が発達した世界の国の中では異なる周波数があるのは唯一日本だけです。

ここでは、なぜ50Hzと60Hzの地域に分かれているのか、また、50Hzと60Hzが混在していることによる影響についても記載しています。

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なぜ50Hzと60Hzの地域があるの?

東京の電源周波数が50Hzに決まったのは、1896年(明治29年)に当時の東京電灯会社が、浅草発電所にドイツのAEG社から50Hzの発電機を購入したのが発端です。

一方、大阪に60Hzが採用されたのは、同じ1896年に大阪電灯会社が、アメリカのGE(ゼネラル・エレクトリック)社から60Hzの発電機を購入したからです。

この2社がきっかけとなって、中部地方の富士川付近を境として、現在、東日本は50Hz、西日本は60Hzの周波数となっています。

50Hzと60Hzの境界は地図で示すと以下のようになっています。


50Hz、60Hz以外にも133Hz、125Hz、100Hz、25Hzなどいろいろな発電機が輸人されましたが、最終的に残ったのは50Hz、60Hzです。

なぜ一つの周波数に統一されないの?

電力が供給されるようになった当初は、現在のような電気製品はまだなく、電力が必要なのは電灯だけでした。電灯は周波数に関係なく点灯するので周波数に対して人々は無頓着であったようです。

大正時代の初め頃から第2次世界終戦の1945年頃までに4回の周波数統一の動きがありましたが、変更するのに莫大なコストと時間がかかり、また、設備を変更する過程で電力の供給不足を招くということもあって、周波数の統一は実現されず現在に至っています。

周波数が異なる地域に引っ越した場合、電気製品に影響はないの?

電気製品で周波数の違いにより影響が出るのは、主にAC(交流)モータを使用しているものです。

AC(交流)モータは50Hzでは回転数が小さく、60Hzでは回転数が大きくなります。このため周波数が変わると製品によっては使いものならないものがあります。例えば昔のレコードプレーヤーのようなものです。

昔の家電製品では周波数が異なる地域に引っ越す場合には、製品内部の部品や設定を変更する必要があるものがありました。

DC(直流)モータは50Hz、60Hz関係なく、同じ回転数で回転します。

現在ではDCモータを使用している電気製品が増加して、ほとんどの場合、何もしなくてもよいようになっています。詳しくは取扱説明書で確認してください。

現在でも低価格の扇風機はACモータを使用しているものが多くあります。
この場合50Hzでは回転数が小さくなるので、風量は弱くなり、60Hzでは回転数が大きくなるので、風量は強くなります。しかし、その差はごく僅かで、取扱説明書を見ても50Hzと60Hzで部品の変更が必要です、などとは記載されていません。

以上のように現在では50Hz、60Hzの違いを気にかける必要はほとんどなくなりました。

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50Hzと60Hzの周波数変換はどのような時に必要?

先に記載したように、現在では日常生活においては50Hzと60Hzの違いをあまり意識する必要はありません。

しかし、大規模な自然災害が起こって、発電や送電設備が使えなくなった場合、他の地域から電力を融通する必要が生じることがあります。

2011年に起こった東日本大震災のときに、発電所が被害を受けたため、電力不足が生じました。

周波数が異なる電力会社からの供給は簡単ではないため、結局当時は計画停電が実施されました。

異なる周波数の送電線をつなぐには、間に50Hzと60Hzの周波数を変換する周波数変換所を介さなければなりません。

例えば60Hzの電源をコンバーターと呼ばれる装置で直流に変換し、次にインバーターと呼ばれる装置で直流を50Hzに変換する必要があります。

現在、この周波数変換所は新信濃周波数変換所、佐久間周波数変換所、東清水周波数変換所の3ヶ所です。これら3ヶ所融通できる電力は120万kw程度です。

東日本大震災の際に東西での電力融通ができなかった経験から、現在増設工事を行っています。

50Hzと60Hzの地域にまたがっている鉄道はどうしているの?

東海道新幹線

東海道新幹線は60Hz用の車両を使用しています。

東海道新幹線は静岡県の富士川を境にして電源周波数が変わります(東側が50Hz、西側が60Hz)が、当時は車両側での周波数に切り替え対応が困難であったため、東京電力から受電した50Hzの電力は専用の周波数変換変電所で60Hzに変換した後、列車に供給されるようにしました。

このため電源としては全区間にわたり60Hzで運行されています。

北陸新幹線

北陸新幹線は東京-金沢間で3回も周波数が切り替わります。これは北陸新幹線が50Hz、60Hzの境界線付近を走っているからです。

北陸新幹線は東海道新幹線とは異なり、その後の技術の進歩により、50Hz、60Hzのいずれの周波数を車両に供給しても運行可能となりました。

50Hz、60Hzの異なる周波数の電源が同時に車両に供給されると大事故となるため,専用に開発された保護装置が車両に設置されています。

東海道線のような在来線

東海道線のような在来線の多くは交流電源ではなく直流電源を使用しています。

大まかに言って北海道と九州の在来線は交流20000Vの電源を、それ以外の在来線は直流1500Vの電源を使用しています。

直流は周波数に関係ありません。
ちなみに現在の新幹線は全て交流25000Vの電源を使用しています。

以上50Hzと60Hzについて記載しましたが、家庭用のコンセントがなぜ交流になっているのかについては
家庭用のコンセントはなぜ直流ではなく交流なの?」を参照してください。

 

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