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導体サイズの選定

導体サイズは、表1.3に示す最小電線サイズの他に許容電流、電圧降下を検討して選定します。

(1)許容電流

該当する回路に流れる最大負荷電流よりも、許容電流が大きな導体サイズを選定します。仮に最大負荷電流よりも許容電流が小さい導体サイズを選定してしまうと、導体には許容電流以上の電流が流れるため、導体の温度が上昇し絶縁被覆の劣化、溶融が発生し、場合によっては発煙、発火事故につながります。

(2)電圧降下

電線路に負荷を接続し、ケーブルに通電すると、導体抵抗及びリアクタンス、すなわちインピーダンスの影響により、受電端電圧が低くなり、送電端電圧と受電端電圧に差が生じます。この差を電圧降下といいます。電圧降下は導体サイズが大きい程小さくなります。内線規程に、低圧配線における電圧降下の許容値が定められており、それをまとめたものを、表1.4に示します。
電圧降下が許容値に収まるように導体サイズを選定します。

表1.4 電圧降下の許容値

供給変圧器の二次側端子
又は引込線取付点から
最遠端の負荷に至る間の
電線のこう長(m)
電圧降下(%)
電気使用場所内に設けた
変圧器から供給する場合
電気事業者から低圧で電気の供給を受けている場合
幹線 分岐回路 合計 幹線 分岐回路 合計
60以下 3以下 2以下 2以下 2以下
120以下 5以下 4以下
200以下 6以下 5以下
200 超過 7以下 6以下

(参考文献:「内線規程」(JEAC8001-2005)(社)日本電気協会,P34)

1)道路、トンネル照明の場合

電圧降下の許容値は表1.4に示す範囲となります。
ただし、「道路照明施設設置基準・同解説」((社)日本道路協会)に、HIDランプ(放電灯)の場合は、6%を超えると光束の低下や立消えの原因となるため、電圧降下は6%以下とすると明記されていますので、道路、トンネルにおいては、こう長が200mを超える場合が多くありますが、200m超過の場合でも許容電圧降下は6%以下とします。

2)屋外スポーツ、ヤード照明の場合

電圧降下の許容値は表1.4に示す範囲となります。
ただし、使用する安定器によって電圧変動特性が違うので、安定器の特性を考慮する必要があります。

  • (1)一般形安定器
    電圧変動特性が±6%なので、200m超過の場合でも電圧降下の許容値は6%以下となります。
  • (2)定電力形安定器
    電圧変動特性が±10%なので、電圧降下の許容値は表1.4に示す範囲となります。
    (電気使用場所内に設けた変圧器から供給する場合で200m超過の場合は7%以下)

定電力形安定器は一般形に比べて高価なので、経済性の効果を検討する必要があります。

(3)電圧降下の計算式

1)基本式

交流回路における電圧降下の基準となる公式は次式で示されます。

2)簡略式

式1-1に示すように、交流回路では抵抗以外に、リアクタンスや力率の影響があることがわかります。ただし、通常屋内配線などで使用されるものについては、リアクタンスを無視し、力率を1と見て差し支えない場合が多く、その場合は式1-2で示されます。

式1-2における電線1mあたりの抵抗Rは、導体の太さによって異なるため、単位断面積(1mm²)あたりの固有抵抗と銅線の導電率より、下記のように置き換えることができます。

  • 標準軟銅の固有抵抗(20℃)=1/58(Ω/m)
  • 銅電線の導電率=97(%)

これより、

A :使用電線の導体断面積(mm²)

抵抗R、および電気方式Kを、式1-2に代入することにより、表1.5に示す電圧降下の簡略式が求められます。

表1.5 電圧降下計算式(簡略式)および断面積の式

電気方式 電圧降下 電線の断面積
単相2線式
三相3線式
単相3線式
三相4線式
  • e :電圧降下(V)
  • I :電流値(A)
  • L :線路のこう長(m)
  • A :使用電線の導体断面積(mm²)

(4)電圧降下の計算例]

電圧降下計算を行うにあたって、計算に使用する電流値には一般的に次の値を使用します。

  • 1)白熱電球などのように始動時電流も安定時電流も特に考慮する必要のないもの
    (電源を投入してから、瞬間的に安定時電流になるもの)
    電流値(A)=消費電力(W)/電源電圧(V)
  • 2)放電灯安定器のような始動時と安定時の電流値が変化するもの
    電流値(A)=安定時電流
  • 3)参考:電動機のような始動器を使用するもの
    電流値(A)=内線規程の規約電流

次に、電圧降下計算の計算例を示します。

(1)道路、街路、トンネルの基本照明など多数の負荷が均等に分布している場合

図1.1のようにn個の負荷が全長L(m)にわたり均等に分布しているとし、A点の全電流をI(A)とすれば負荷1個当たりの電流はI/n(A)、その間隔はL/n(m)となります。A点における電圧降下は計算式、e=K×R×I×Lにそれぞれを代入することにより求めることができます。
すなわち

このように多数の均一負荷が、ほぼ一様に線路に接続されている場合には、全負荷が全線路の中心点に集中していると考えてさしつかえないといえます。

図1.1 負荷の系統図

以上の応用として、図1.2の電圧降下計算を行うと、次のようになります。

計算条件
電気方式と電圧:単相2線式、200(V)、50(Hz)
負荷:2(A)×5(灯)、こう長:110(m) 〔図1.2参照〕
許容電圧降下:4(%)(こう長120(m)以下)

図1.2 負荷の系統図

図1.3 図1.2の簡略図

イ)簡略式の場合

計算条件より、許容電圧降下は8V(4%)以下なので、必要な電線サイズは

となります。
これを満足するには、3.5(mm²)以上のケーブルとなります。
3.5 (mm²)のケーブルを使用した時の電圧降下は

となります。

ロ)基本式の場合
計算条件
負荷力率:0.9
使用ケーブル:CV3.5sq-2C
(仕様(50Hz):交流導体抵抗R=6.76(Ω/km)、リアクタンスX=0.0914(Ω/km))

上記の計算結果より、簡略式と基本式では電圧降下の計算結果に、約20(%)の差が生じます。この差は、下記にあげる理由によります。

  • (a)基本式は、許容最高温度における交流導体抵抗値を使用しているのに対し、簡略式は、20℃の時の直流導体抵抗値を考慮しているため
  • (b)基本式は、リアクタンスや力率を考慮しているが、簡略式は、リアクタンスを無視し、力率を1とみなしているため

ゆえに、交流回路の電圧降下の計算は基本式を使用して計算することを推奨します。
簡略式は、直流回路や、必要なケーブルの断面積を算出する場合に使用します。

(5)導体サイズの決定

以上のことより、許容電流、電圧降下で求めたそれぞれの導体サイズのうち、大きい方の導体サイズを選定して設計を行います。
なお、高圧回路など短絡時に流れる電流が大きい場合は、短絡時の許容電流も考慮して設計を行う必要があります。

表1.6 ケーブルの短絡時の許容電流簡略計算式

絶縁体の種類 ケーブルの種類 短絡前の
導体温度(℃)
短絡時の
最高許容温度(℃)
計算式(銅)
ビニル VV、VE 60 120
架橋ポリエチレン CV、CE 90 230
  • t :短絡継続時間(秒)
  • A :導体断面積(mm²)

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