JP4120759B2 - 電線太さ計算法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線太さ計算法に属する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧降下や電線の太さを算出するための骨格となる計算式は、電気設備を設計し、施工し、維持管理するための規範として電気協会が制定した、内線規程に記載されている。
電圧降下計算式
単相３線式100Ｖの回路
（イ）電圧降下ｅ ＝17.8×電流Ｉ×電線の長さＬ÷（1000×電線の太さＡ）
（ロ）電線の太さＡ＝17.8×電流Ｉ×電線の長さＬ÷（1000×許容電圧降下ｅ）
単相２線式200Ｖの回路
（ハ）電圧降下ｅ ＝35.6×電流Ｉ×電線の長さＬ÷（1000×電線の太さＡ）
（ニ）電線の太さＡ＝35.6×電流Ｉ×電線の長さＬ÷（1000×許容電圧降下ｅ）
三相３線式200Ｖの回路
（ホ）電圧降下ｅ ＝30.8×電流Ｉ×電線の長さＬ÷（1000×電線の太さＡ）
（ヘ）電線の太さＡ＝30.8×電流Ｉ×電線の長さＬ÷（1000×許容電圧降下ｅ）
電圧降下ｅ（注．回路の電圧Ｅと区別する）（単位ボルト 記号［Ｖ]）は、電流Ｉ（単位アンペア 記号[Ａ]）と導体の抵抗ｒ（注．負荷の抵抗Ｒと区別する）（単位オーム 記号[Ω]）の積に比例し、電線のこう長Ｌ（単位メートル 記号〔ｍ〕）が変化しても、電流Ｉが変化しても、電圧降下ｅの値は変化する。
しかるに現行方式では、電圧降下ｅを電線のこう長Ｌに比例するとし、回路全体の許容電圧降下ｅを、区分された回路の電線の長さＬで按分比例して計算する結果、単体負荷の場合は問題ないが、複数負荷の場合、導体の大きさＡ（単位平方ミリメートル）は回路の電流を反映し、電線の太さは電源側で太く、電源から離れれば順次細くなり、電線の種類が多く、多くの損失を抱えながら、今でも、公式に使われている。
【０００３】
現行の計算では、次の過程で計算を進める。
内線規程に従い、回路の種類と電線のこう長から、許容電圧降下を求める。
回路電圧が２００Ｖで電圧降下率が２％なら、２００Ｖ×２÷１００で、４Ｖとなる。
次に区分された回路毎の、許容電圧降下を求める。
３つに区分された回路で電源側から区分１、区分２、区分３とし、電線の長さをそれぞれ２０ｍとし、回路電流を電源側から６０Ａ、４０Ａ、２０Ａとした時、許容電圧降下は、
電線の長さで按分比例するので、ｅ１＝ｅ２＝ｅ３となり、それぞれ１．３３３Ｖとなる。
回路の種類を三相３線式２００Ｖとすれば係数は３０．８となり、電線の太さはそれぞれ、
Ａ１＝30.8×20ｍ×60Ａ÷（1000×1.333Ｖ）＝27.72≦38平方ミリメートル、
Ａ２＝30.8×20ｍ×40Ａ÷（1000×1.333Ｖ）＝18.48≦22平方ミリメートル、
Ａ３＝30.8×20ｍ×20Ａ÷（1000×1.333Ｖ）＝9.24≦14平方ミリメートルとなる。
以上の計算から、電線の太さが回路の電流に左右され、電源に近い部分で太く、負荷末端に近づくにつれて細くなり、全て異なることが、理解できる。
電線の長さと太さの積で表す銅量は、下記のようになる。
銅量＝38平方ミリメートル×20ｍ＋22平方ミリメートル×20ｍ＋14平方ミリメートル×20ｍ＝（760＋440＋280）平方ミリメートル・ｍ＝1480平方ミリメートル・ｍ
電線の種類が多く、在庫管理が面倒で、作業に必要な工具も多く、労務費が嵩む。
一般に、電線の太さＡとこう長Ｌの積で表す銅量が多くなり、材料費も嵩む。
引き続き、本願で計算した場合を示す。
内線規程に従い、回路全体の許容電圧降下を、４Ｖとする。
ここで、区分された回路の許容電圧降下を、本願方式で求める。
３つに区分された回路で電源側から区分１、区分２、区分３とし、電線の長さをそれぞれ２０ｍとし、回路電流を電源側から６０Ａ、４０Ａ、２０Ａとする。
許容電圧降下ｅ１、ｅ２、ｅ３はそれぞれ、下記のように、異なる値を示す。
ｅ１＝4Ｖ×20ｍ×60Ａ÷（20ｍ×60Ａ＋20ｍ×40Ａ＋20ｍ×20Ａ）＝2.000Ｖ
ｅ２＝4Ｖ×20ｍ×40Ａ÷（20ｍ×60Ａ＋20ｍ×40Ａ＋20ｍ×20Ａ）＝1.333Ｖ
ｅ３＝4Ｖ×20ｍ×20Ａ÷（20ｍ×60Ａ＋20ｍ×40Ａ＋20ｍ×20Ａ）＝0.667Ｖ
これを受けて、電線の太さＡ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ、下記のようになる。
Ａ１＝30.8×20ｍ×60Ａ÷（1000×2.000Ｖ）＝18.48≦22平方ミリメートル
Ａ２＝30.8×20ｍ×40Ａ÷（1000×1.333Ｖ）＝18.48≦22平方ミリメートル
Ａ３＝30.8×20ｍ×20Ａ÷（1000×0.667Ｖ）＝18.48≦22平方ミリメートル
この場合の銅量は、次のようになる。
銅量＝22平方ミリメートル×（20ｍ＋20ｍ＋20ｍ）＝1320平方ミリメートル・ｍ
在来方式の場合と比較して、
1320平方ミリメートル・ｍ÷1480平方ミリメートル・ｍ＝0.892
在来方式と比べると、約１０％、銅が節約できる。
設計段階から施工まで、手間が簡単で資材が節約でき、マイナスはない。
【０００４】
図１ 回路電圧２００ボルトの照明設備負荷回路の電線太さ計算を表４〜表９に示す。
（回路６〜１０の計算は、回路1〜5の計算と重複するので省く。）
２００ボルト単相２線式で、電圧降下ｅを2％（４ボルト）とした。
参照 内線規程２０００年版 ７５５頁 電圧降下計算式、同３３頁１３１０−１表 電圧降下率、同５７頁 １３４０−２表 許容電流、同９４頁 １３６０−１０表 低圧幹線を分岐する場合の過電流遮断器の施設（対応省令：第56、57、63条（抜粋）
電圧降下計算式に従って電線の太さを計算し、同等以上の太さの電線を使い、許容電流の条件を満たし、幹線では主開閉器の容量に対し、分岐回路の幹線の容量が次の条件を満足しない場合、細い分岐幹線を保護するため、過電流遮断器を設置しなければならない。
イ）分岐回路の幹線の容量が５５％以上である。
ロ）分岐回路の幹線のこう長が８メートル以下で、容量が３５％以上ある。
ハ）分岐回路の幹線のこう長が３メートル以下で、断面積が２平方ミリメートル以上ある。
図１の照明設備の負荷回路では表４〜８のように、区分された回路の距離が等しいと、許容電圧降下も等しくなり、電源に近い電線は太く、負荷末端で細くなり、許容電流を満たすため、計算値よりかなり太くなることも多く、必然的に、銅量が増す。
ほぼ区分された回路毎に電線の太さが異なり、継ぎ代が多く、電線屑が多くなる。
数種類の電線と工具を使い分けて確実に施工しなければならず、神経も使う。
【０００５】
図２ 集合住宅の照明設備幹線の断面積計算について、表１０〜１４に示す。
電線が過大となるため２系統で引込み、電流１８６アンペアに対し、過電流遮断器を３極２００アンペアとした。入り口毎に幹線を設けて４系統とし、電源側の電流１２５アンペアに対して、過電流遮断器３極１２５アンペアをそれぞれ設置した。
１００ボルト単相３線式回路で、許容電圧降下ｅの合計を２％（２ボルト）、戸別幹線の太さを8平方ミリメートルとし、ｅをこう長Ｌで按分比例して電線太さＡを計算した。
照明設備負荷回路同様、電源側は太く、幹線末端は細くなる。
負荷回路では計算値と同等以上の電線を使い、許容電流の条件を満たせばよかったが、幹線回路では細い回路の電線を保護するため、過電流遮断器の条件も満たす必要がある。
【０００６】
在来方式による電線太さの計算では、通常、電線の種類が多い上、銅量も多くなるが、表１０〜１４では、電線の種類は多いが、銅量の合計は、予想に反して少なかった。
併し、このような場合でも、在来工法で施工した後の電線屑は、電線の種類毎に、回路数毎に継ぎ代が必要で、やはり、必然的に多くなる。
表１５で表１０の銅量を減らす工夫を試みたが、計算値が部分的に少し小さくなっただけに終った。
【０００７】
表１６と表１７に、図３の、動力設備幹線回路の電線断面積計算比較を示す。
表１６は単純に、許容電圧降下ｅをこう長Ｌで按分比例して断面積Ａを算出し、表１７は補正をくり返し、銅量は多少減ったが電線の種類が増え、許容電流を満足するため旧に戻すなどし、細い幹線を保護するため過電流遮断器が必要となり、不満足な結果となった。
【０００８】
従来、電気需要家におけるループ配線例はなく、参考までに表18に、図４（負荷の中心に電源部があり、左右対称的な幹線）について、在来方式で計算した。
ループ回路（図５、図６）に関わる計算は在来手法になじまず、表１９、表２０は、本願方式に基づいて計算した。
【実施の形態】
以下、本願の実施の形態として、図１、２、３、５、６及び、表４〜１７、１9、２０の、本願方式のデータに基づいて説明する。
【０００９】
表４〜９は、図１ ２００Ｖ単相２線式の照明設備負荷回路の電線の太さを求める計算において、区分された回路の許容電圧降下を電線の長さでなく、電線の長さと電流の積で按分比例して電線太さを求める計算法で、計算過程と結果を、集計・比較したものである。
銅量は、回路１、４、５及び全体で少なく、本願方式が効率的であることを示す。
【００１０】
以下に示すとおり、従来の方式と比べて、作業性が、著しく改善された。
1）貫通する電線管が細く、配管及び分電盤の孔あけ作業が楽になった。
2）資材の種類が少なく、材料手配、搬入、在庫管理が楽になった。
3）電線の長さは、負荷両端の長さに継ぎ代を加えれば足り、電線屑が減った。
4）回路毎の工具は一種類で足り、作業が楽で、施工ミスのおそれが減った。
5）幹線では、分岐回路の電線が太いので、過電流遮断器の必要性が減った。
【００１１】
表１０〜１４は、図２ 集合住宅の照明設備幹線の電線の太さを求める計算において、区分された回路の許容電圧降下を電線の長さで按分比例せず、電線の長さと電流の積で按分比例した時の計算過程及び、電線と銅量の、集計・比較を示す。
銅量が多くなったことにこだわりがあるなら、電流の多い方から区分１、区分２とする回路で、区分１の電線太さによる電圧降下を計算した後、残りの回路の許容電圧降下を、電線の太さと電流の積で按分比例して電線の太さを求める計算を繰り返していけば、在来工法以下の種類の電線で、在来工法以下まで、銅量を減らす事ができる。
【００１２】
表１６、表１７は、図３ 動力設備幹線回路の電線太さを求める計算において、区分された回路の許容電圧降下を電流と電線の長さの積で按分比例した時の、計算過程を示す。
【００１３】
表１９は図５ ２００ボルト三相回路のループ配線において、照明用分電盤Ｌ−６’とＬ−０’間が断線した時、最遠端のＬ−6’の電圧が許容電圧降下内に収まり、正常に機能するための、電線太さの計算過程を示す。
【００１４】
こう長２１０メートルは２００メートルを超過し、電気使用場所内に設けた変圧器から電気を供給する場合の条件を適用して、幹線の電圧降下を５％（１０Ｖ））以下とした。
電線の断面積１００平方ミリメートルの許容電流２０８アンペアは最大負荷１９８アンペアを満足し、電圧降下7．４７ボルトは、電圧降下の条件を満足する。
Ｌ−６‘Ｌ−０’間を１００平方ミリメートルの電線で接続すれば、ループ配線のどこかが断線して不平衡電流が流れても、許容電圧降下内に収まる。
【００１５】
表２０は、図６ ループ配線の正常な状態における電圧降下を示す。
各分電盤の負荷が増減すれば、負荷の場所や大小に応じ、電圧の高い方から低い方に流れる電気の性質から、センサーがなくても、電流は自動的に、右回り、左回りと回路を選択して流れ、電圧は安定し、機器の劣化は少なく、故障が減る。
１０年間無故障というナイター施設があり、記録を更新中である。
【００１６】
【発明の効果】
設計から施工まで、過程が単純で、資源を節約し、作業が楽で、故障が減り、保守・管理が楽という、うまい話を実証した。
【００１７】
電圧降下計算式及び電線の断面積計算式を（表１）に示す。
内線規程 ７５５頁参照
【表１】

【００１８】
こう長６０ｍ以下の低圧の幹線、及び分岐回路の電圧降下率は、それぞれ、標準電圧の２％以下とされており、６０ｍを超える場合の電圧降下率を（表２）に示す。
内線規程 ３３頁 １３１０−１表参照（対応省令第４条）
【表２】

【００１９】
許容電流は電線太さや電圧降下計算の要素で、電線の種類や本数、環境で異なる。
本願では、ビニール絶縁電線（ＩＶ）による配管に限定して検討する。
ＶＶケーブル並びに、電線管に絶縁物の最高許容温度６０℃のＩＶ電線などを収める場合の許容電流を、（表３）に示す。内線規程 ９４頁 １３６０−１０表参照
【表３】

【００２０】
図１ 単相２線式２００Ｖ、電圧降下率２％（４Ｖ）、電線の最小太さ５．５平方ミリメートルの照明設備の負荷 回路１及び６の、電線太さ計算法の比較を、（表４）に示す。
【表４】

【００２１】
同じく照明設備の負荷 回路２及び７の、電線太さ計算法の比較を、（表５）に示す。
【表５】

【００２２】
同じく照明設備の負荷 回路３及び８の、電線太さ計算法の比較を、（表６）に示す。
【表６】

【００２３】
同じく照明設備の負荷 回路４及び９の、電線太さ計算法の比較を、（表７）に示す。
【表７】

【００２４】
同じく照明設備の負荷 回路５及び１０の、電線太さ計算法の比較を、（表８）に示す。
【表８】

【００２５】
上記照明設備負荷回路１（６）〜５（１０）の、電線の集計・比較を、（表９）に示す。
表の数値は、本方式が電圧降下計算の条件を満足し、在来方式と比べて、準備に多少時間がかかるが計算は一度で済み、電線の種類も銅量も少なく、合理的であることを示す。
【表９】

【００２６】
図２ 単相３線式１００／２００Ｖ 電圧降下率２％（２Ｖ）、戸別幹線の最小太さ８平方ミリメートルの集合住宅の照明設備幹線Ｄ列の断面積計算比較を、（表１０）に示す。
【表１０】

【００２７】
同じく、上記照明設備の、幹線Ｃ列の断面積計算比較を、（表１１）に示す。
【表１１】

【００２８】
同じく、上記照明設備の、幹線Ｂ列の断面積計算比較を、（表１２）に示す。
※６０：計算で３８平方ミリメートルとなったが、遮断器との関連で一段上げた。
【表１２】

【００２９】
同じく、上記照明設備 幹線Ａ列の断面積計算比較を、（表１３）に示す。
※６０：計算で３８平方ミリメートルとなったが、遮断器との関連で一段上げた。
【表１３】

【００３０】
上記照明設備、幹線Ｄ列〜Ａ図の断面積・長さ・銅量集計・比較を、（表１４）に示す。
表の数値は本方式が、電圧降下計算の条件を満足し、準備に多少時間がかかるが、計算は一度で済み、銅量は多少多くなったが電線の種類は少なく、合理的であることを示す。
Ｃ列、Ａ列の引込の電線は、Ｄ列、Ｂ列の電線と重複するので、集計では計上しない。
【表１４】

【００３１】
上記照明設備 幹線断面積の計算過程を、（表１５）に示す。
ｅ０‘は、電圧降下計算の試算と結果の間に位置する補正値である。
１回目の計算で引込と戸別幹線の電線を確定し、１〜４階の電線を調整した。
部分的な数値が変っただけで成果は低く、努力は報われなかった。
【表１５】

【００３２】
図３ 三相３線式２００Ｖ、電圧降下率２％（４Ｖ）の動力設備幹線回路の、最初の断面積計算比較を、（表１６）に示す。
【表１６】

【００３３】
上記動力設備幹線回路で、調整を繰り返した時の断面積計算比較を、（表１７）に示す。
※６０、※３８、※１４は許容電流の関係で細くできず、※８は遮断器が必要となった。
結局、在来の計算では、銅量を減らすことが困難と判った。
【表１７】

【００３４】
図４ 三相３線式２００Ｖ、電圧降下率２％（４Ｖ）、左右対称で電源部が中央部に位置する幹線回路における、在来の電線太さ計算法を、（表１８）に示す。
【表１８】

【００３５】
図５ ×部分が断線した時の、ループ状の幹線回路の電線計算を、（表１９）に示す。
電線の断面積１００平方ミリメートルで、電圧降下は４％（８Ｖ）以内に収まった。
在来の計算では１５０〜２２平方ミリメートルとなり、適合しないので、比較しない。
【表１９】

【００３６】
図６ ループ状の幹線回路における、通常の電圧降下計算及び、電線断面積の計算を、（表２０）に示す。
Ｌ−３、Ｌ−４間で電圧が平衡した時、電流は流れず、電圧降下は２．１３Ｖで２％以下となり、１個所断線した時の電圧降下は２．１３〜７．４７Ｖで、４％以下となる。
【表２０】

【図面の簡単な説明】
【１】２００ボルト単相２線式照明用負荷回路
【２】集合住宅の照明設備幹線回路
【３】２００ボルト動力設備幹線回路
【４】電源部が中央に位置する照明設備幹線回路
【５】ループ配線が１個所断線した時の電圧降下計算
【６】電源部が中央に位置するループ状の幹線回路
【符号の説明】
１ 照明用分電盤
２ 照明器具
３ 電流Ｉ
４ こう長Ｌ
５ 回路番号
６ 引込幹線
７ 各戸照明用分電盤
８ 電送函
９ 戸別幹線
１０ 引込盤
１１ 動力用分電盤
１２ 動力用操作盤

Claims (3)

1. 負荷回路の電線の太さを求める計算において、回路全体の許容電圧降下を、それぞれの区分された回路の電線の長さと電流の積で按分比例して、それぞれの区分された回路の電圧降下分を求め、
   計算式の分子は配電方式の種類に基づく係数と電線の長さと電流の積とし、
   分母は定数と前記区分された回路の電圧降下分の積として電線の太さを算出し、算出した電線の太さがそれぞれの区分された回路で同じとなるようにした電線太さ計算法。
2. 幹線回路の電線の太さを求める計算において、回路全体の許容電圧降下を、それぞれの区分された回路の電線の長さと電流の積で按分比例して、それぞれの区分された回路の電圧降下分を求め、
   計算式の分子は配電方式の種類に基づく係数と電線の長さと電流の積とし、
   分母は定数と前記区分された回路の電圧降下分の積として電線の太さを算出し、算出した電線の太さがそれぞれの区分された回路で同じとなるようにした電線太さ計算法。
3. ループ回路の電線の太さを求める計算において、回路全体の許容電圧降下を、それぞれの区分された回路の電線の長さと電流の積で按分比例して、それぞれの区分された回路の電圧降下分を求め、
   計算式の分子は配電方式の種類に基づく係数と電線の長さと電流の積とし、
   分母は定数と前記区分された回路の電圧降下分の積として電線の太さを算出し、算出した電線の太さが、それぞれの区分された回路で同じとなるようにした電線太さ計算法。

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