幹線設備の設計｜許容電流によるケーブルサイズ選定方法について詳しく解説

幹線のケーブルサイズを許容電流から決める作業は、必要な電流を出す前半と、その電流を流せるサイズを表から引く後半の2つに分かれます。前半は電技解釈第148条の場合分け、後半は電流減少係数と周囲温度の補正です。この記事では、IW・IM・IHの数え方から、表の値に何をかけるか、最後に過電流遮断器の定格と整合させるところまでを、順にたどります。

まず結論 ― 比べるのは「必要な電流」と「流せる電流」

幹線サイズの選定で迷うのは、2つのまったく別の計算が「許容電流」という同じ言葉で呼ばれているためです。

1つめは必要な電流です。負荷から出す値で、記号はIWを使います。電技解釈第148条第1項第2号の場合分けで求めます。2つめは実際に流せる電流です。電線の表から引いた値に、本数と周囲温度の補正をかけた値です。この2つを比べて、流せる電流 ≧ 必要な電流になる断面積を選びます。

もうひとつ押さえておきたいのは、許容電流はサイズを決める3つの条件のうちの1つにすぎないことです。実務では次の3つをすべて満たすサイズを採ります。

②は幹線設備の設計マニュアル④ 電圧降下の検証と内線規程の電圧降下の規定に、③は分岐した細い幹線に施設する過電流遮断器にまとめています。

ペン太

負荷の合計電流より大きい許容電流のケーブルを選べば終わりですよね？

ハリタ

それが①です。②の電圧降下と③の遮断器との関係で、もっと太くなることがあります。

許容電流とは何か ― 絶縁体の許容温度から逆算した上限

許容電流は「この電線に流していい電流」ですが、その限界を決めているのは導体ではなく絶縁体です。電流を流すと導体が発熱し、その熱で絶縁体が温まります。絶縁体が長期間耐えられる温度（最高許容温度）に達する電流が許容電流です。

CVのほうが許容電流が大きい理由

同じ14sqでも、IV（ビニル絶縁）とCV（架橋ポリエチレン絶縁）では許容電流が違います。理由は絶縁体が耐えられる温度が60℃と90℃で違うからです。導体の太さは同じでも、許される温度上昇の幅が広ければ、それだけ電流を流せます。

絶縁電線そのものの許容電流は電気設備の基本知識 絶縁電線の許容電流と内線規程の解釈と解説 許容電流で扱っています。

出典：電気設備の技術基準の解釈 第148条（低圧幹線の施設）、内線規程 1340節。条番号や数値は改正で変わることがあります。適用にあたっては最新版をご確認ください。

必要な電流IWの出し方 ― 電技解釈 第148条第1項第2号

負荷から必要な電流を出す部分は、条文がそのまま計算式になっています。まず負荷を2つに分けるところから始めます。

条文は次のように書かれています。原則は合計値以上で、電動機等の合計がそのほかより大きいときだけ割り増しが入ります。

IMが50Aをまたぐところに、ひとつ罠がある

IH＝20Aに固定して、IMを振ってみます。IMが50Aから51Aに増えると、必要なIWが下がります。

出典：電気設備の技術基準の解釈 第148条第1項第2号（イ・ロ）。

動力とそれ以外で、電流の出し方が違う

条文はIMとIHを「定格電流の合計」としか書いていません。ところが実務でつまずくのは式よりも手前、そのアンペアをどこから持ってくるかのほうです。動力とそれ以外では、拾い方がまったく違います。

動力 ― kWを√3×電圧で割ってはいけない

三相200Vの3.7kWの電動機で考えます。素直に 3700 ÷（√3×200）＝ 10.7 A としたくなりますが、この値は実際に流れる電流より4割ほど小さい値です。kWは電動機が軸から出す出力で、電源から入ってくる電流は力率と効率のぶんだけ増えるためです。

出典：内線規程 3705-2表（200V三相誘導電動機1台の場合の分岐回路）の全負荷電流。メーカーの銘板値は機種により多少前後します。

ペン太

じゃあ、kWから電流を計算する場面はないんですか。

ハリタ

動力はありません。表から引くだけです。計算するのはヒーターや照明のほうです。

それ以外 ― 電圧で割るだけ。ただし電圧を間違えない

ヒーター・照明・コンセントは、銘板のkW（またはkVA）をその機器が使う電圧で割るだけです。起動の山がないので、あとで割り増しの係数もかかりません。間違いやすいのはどの電圧で割るかです。

係数は、掛ける順番と掛ける先が決まっている

この記事には「係数」と呼ばれるものが4つ出てきます。需要率、1.25倍・1.1倍の割り増し、電流減少係数、周囲温度の補正係数です。これらは負荷側にかけるものと電線側にかけるものの2つに分かれます。混ぜると二重に割り引いたり、打ち消したりします。

出典：電気設備の技術基準の解釈 第148条第1項第2号・第3号、内線規程 1340-1表・3705-2表。

なぜ1.25倍と1.1倍なのか

条文に理由は書かれていませんが、始動電流そのものに耐えさせるための数字ではありません。ここを取り違えると、係数の意味がわからなくなります。

電動機の始動電流は定格の5〜7倍になりますが、続くのは数秒です。電線の温度上昇は電流の2乗と時間で決まるので、数秒の大電流では絶縁体の温度はほとんど上がりません。では何のための割り増しかというと、起動の繰り返しと、定格を超えた運転が続く可能性への余裕です。

短時間の大電流から幹線を守るのは過電流遮断器の役目です。このため遮断器の定格が電線の許容電流より大きくてもよいという規定があり、その理由は三相動力負荷の遮断器定格電流が配線の許容電流より大きくて良い理由で扱っています。

ペン太

1.25倍は始動電流の5倍に耐えるための数字じゃないんですね。

ハリタ

5倍に耐えさせるなら5倍の電線が必要です。あれは連続運転の余裕分です。

需要率・力率で修正できる ― 同条第1項第3号

ここまでの計算は全部の機器が同時に定格で動く前提です。実際にはそうならないため、条文にも修正を認める規定があります。

実務でよく使う修正は次の3つです。どれも計算書に根拠を残せるかが採用の分かれ目になります。

需要率の取り方そのものは幹線設備の設計マニュアル② 負荷容量の集計、集合住宅の具体的な値は集合住宅の幹線需要率、変圧器側の扱いは変圧器容量の選定方法にまとめています。

表の引き方① ― 電流減少係数

ここから後半です。電線の表に載っている値はある条件のもとでの値なので、実際の条件に合わせて下げます。まず効くのがまとめた本数です。

同一の電線管に絶縁電線を何本も入れると、内側の電線の熱が逃げません。このため内線規程では電線数に応じた電流減少係数をかけます。

係数の詳しい考え方は内線規程の電流減少係数とはに、管のサイズは電線管の太さの早見表とIV配管サイズ早見表にまとめています。

出典：内線規程 1340-1表とその備考。

表の引き方② ― 周囲温度と布設方法

もうひとつの補正が周囲温度です。ここで見落としやすいのは、表の基準になっている温度が電線の種類で違うことです。

補正係数は、絶縁体の最高許容温度と基準周囲温度から計算します。式は次のとおりです。

布設方法で表そのものが変わる

ケーブルは布設方法で熱の逃げ方が変わるため、気中・管路・直接埋設で別の表を使います。地中は基準周囲温度が25℃と低いぶん有利ですが、太くなると土の熱抵抗が効いて逆転します。

出典：内線規程 1340-1表の備考、各ケーブルメーカーの技術資料（許容電流表）。値はメーカーと条数で変わります。設計では実際に使う製品の資料をご確認ください。

選定例と、過電流遮断器との整合

最後に、負荷から実際のサイズまで通してみます。電動機3台とヒーター1台で、IMが50Aをまたぐ形にしてあります。電動機の電流は規約電流17.4Aを3台ぶん足した値です。

サイズが決まったら、最後に過電流遮断器の定格と整合させます。ここも条文が計算式になっています。

幹線から細い幹線を分岐するときは、分岐した幹線を保護する遮断器を省略できる条件（55％・8m＋35％・3m）が別にあります。分岐した細い幹線に施設する過電流遮断器にまとめています。盤に落とすところまでの流れは幹線設備の設計マニュアル⑥ 分電盤へ落とすをご覧ください。

出典：電気設備の技術基準の解釈 第148条第1項第4号・第5号。

まとめ ― 取り違えやすいところ

この記事を書いた人：ハリタ

電気設備設計の実務者。引込・高圧受変電・幹線・接地を「設計者の視点」で解説しています。プロフィール詳細