ケーブル サイズの計算方法: 安全で実際のプロジェクトのためのステップバイステップ ガイド

導体のサイズを正しく設定することは、設備が 30 年間快適に動作するか、最初の暑い夏に過熱するかどうかを静かに決定する決定の 1 つです。ケーブルのサイズが小さすぎると、エネルギーが無駄になり、絶縁寿命が短くなり、重大な火災の危険が生じます。ケーブルのサイズが 2 つも大きすぎると、回路に必要のない銅線にお金がかかってしまいます。ケーブル サイズの計算方法を学ぶには、実際には 4 つの異なるチェックを相互にバランスさせる必要があります。

このガイドは、お客様が負荷スケジュールを送信するときに当社のエンジニアが使用するのと同じ手順に従います。つまり、設計電流を見つけ、ケーブルが実際に設置されている方法に合わせて修正し、全長にわたる電圧降下を確認し、導体が短絡に耐えることを確認します。

正しいケーブルサイズが実際に意味するもの

以下の 4 つの条件がすべて同時に満たされた場合にのみ、導体のサイズが正しく設定されます。いずれかが失敗した場合は、次の標準断面に移動して計算を繰り返します。ケーブルのサイズが紙の上では完璧であっても、現場で失敗する最も一般的な理由は、チェックを省略することです。

ステップ 1: 現在の設計を確立する

すべては、ケーブルが流す必要がある連続電流 (通常は Ib と表記されます) から始まります。三相負荷の場合、関係は次のようになります。

Ib = P / (1.732 × U × PF)

単相または DC 回路の場合は、1.732 をドロップするだけです。

Ib = P / (U × PF)

400 V 電源で力率 0.86 の 55 kW 三相モーターを考えてみましょう。その場合、Ib = 55,000 / (1.732 × 400 × 0.86) となり、およそ 92 A となります。0.86 と 1.0 の差は電流の約 16% であり、多くの場合、電圧降下チェックを決定する正確なマージンであるため、1 を仮定するのではなく実際の力率を使用してください。負荷がモーターの場合は、保護装置がトリップせずに始動を完了する必要があるため、始動電流も確認してください。

設計電流はブレーカー定格ではありません

Ib がわかったら、少なくとも Ib の定格を持つ保護デバイスを選択し、ディレーティングされたケーブル容量が少なくともデバイスの定格であることを確認します。この順序で作業すると、導体が保護され、熱的にも快適になります。

ステップ 2: 実際の状況にディレーティング係数を適用する

カタログ電流定格は、基準となる一連の条件を想定しています。通常は 30 °C の自由空気中の 1 回路、または 20 °C の土壌に埋め込まれた 1 回路です。実際の設置がこれらの仮定と一致することはほとんどないため、すべての偏差は補正係数で処理され、係数が乗算されます。

Iz = It × k1 × k2 × k3 ...

ここで、It は表にまとめられた定格であり、Iz は実際に利用可能な容量です。 40 °C の日に 1 つのダクト内に 3 つの負荷回路をグループ化すると、電圧降下を考慮する前に公称定格の 3 分の 1 が失われる可能性があります。

例として、周囲温度 40 °C の係数 0.87 にグループ化の 0.75 を掛けると 0.65 が得られるため、130 A で表にされたケーブルは、その配置では約 85 A にのみ適しています。決して補正係数を加算しないでください。常にそれらを掛け合わせます。

ステップ 3: 動作中の電圧降下を確認する

電圧降下は、長いフィーダでより大きな導体を強制することが最も多いチェックであり、電流テーブルだけから判断することはできません。回路の抵抗部分の場合:

Vd = k × I × L × R / 1000

ここで、k は単相および DC 回路の場合は 2、三相の場合は 1.732、I はアンペア単位の負荷電流、L はメートル単位の片道ルート長、R は 1 キロメートルあたりのオーム単位の導体抵抗です。低下率は、Vd を公称電圧で割って 100 を掛けたものになります。ほとんどの低電圧設備では、最終回路で 3%、全体で 5% まで動作します。

この例では、1 キロメートルあたり約 0.387 オームの抵抗を持つ 50 mm² の銅導体を 92 A で 80 メートル走行すると、Vd = 1.732 × 92 × 80 × 0.387 / 1000 となり、これはおよそ 4.9 V、または 400 V の 1.2 パーセントに相当します。これは快適に通過します。 300 m の走行では、同じ計算は失敗し、断面が数段階上がります。これがまさに最初からルートの長さが計算に含まれる理由です。

ステップ 4: 短絡耐性を確認する

また、ケーブルは、保護装置が障害電流を遮断するまでの間、障害電流に耐える必要があります。断熱方程式はこれを 1 行で処理します。

S = (I² × t) / k の平方根

ここで、S は最小断面積 (mm²)、I は予想される故障電流 (アンペア)、t は切断時間 (秒)、k は導体と絶縁体の組み合わせの定数です。一般的な値は、XLPE 絶縁を使用した銅の場合は約 143、PVC を使用した銅の場合は 115、XLPE を使用したアルミニウムの場合は 94 です。

銅製 XLPE ケーブルの 6 kA 障害を 0.1 秒で解消するには、(6000² × 0.1) を 143 で割った平方根、つまり約 13 mm² が必要です。当社の 50 mm² 導体は快適です。 t がいかに重要であるかに注目してください。同じ障害を 1 秒で解決するには、およそ 42 mm² が必要になります。これが、保護設定とケーブル サイズが同じ話に属する理由です。

すべてをまとめる

以下は、55 kW モーターによる 80 m 走行の完全なシーケンスです。わかりやすくするために数値は四捨五入しています。

1. 設計電流: 400 V で 92 A、力率 0.86。保護装置の定格は 100 A。
2. 設置条件： XLPE銅ケーブル 他の 2 つの負荷回路を含むトレイ上、周囲温度 40 °C。総合ディレーティング係数 0.65。
3. 35 mm² での最初の試行: 表の容量は約 130 A、およそ 85 A に軽減されます。85 A がデバイス定格 100 A を下回っているため、失敗します。
4. 50 mm² での 2 回目の試行: 定格容量約 100 A。デバイスの定格を満たします。
5. 50 mm² で 80 m の電圧降下: 4.9 V、または 1.2 パーセント。合格します。
6. 短絡要件: 6 kA の障害に対して最小 13 mm² が 0.1 秒で解消されます。合格します。
7. 結果: 0.6/1 kV XLPE 絶縁銅ケーブル、50 mm² の 4 芯、0.1 秒以内に障害を解決するように保護設定。

計算から実際にケーブルを注文するまで

断面図は仕様の一部にすぎません。 XLPE 絶縁ケーブルは PVC 同等品よりも高い導体温度で動作するため、同じ負荷に対してより小さな断面積が必要となるため、絶縁タイプによって導体が流すことができる電流が変わります。この記事では 2 つの構造を詳しく比較します。 XLPE および PVC 絶縁電源ケーブルの性能 。導体の材質も同様に重要です。アルミニウムおよびアルミニウム合金導体は軽量で経済的ですが、同じ電流を流すにはより大きな断面積が必要です。

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太陽光発電、VFD、その他の特殊な負荷に対応したサイジング

一部の回路では、同じ手順の修正版が必要です。太陽光発電 DC ストリングは、屋根上の高い周囲温度で連続電流を流すため、すでに温度が高いケーブルにディレーティング係数が適用され、入力ウィンドウの両端でインバータ効率が低下するため、電圧降下は多くの場合 1 ～ 2% に抑えられます。可変周波数駆動回路は高調波成分とパルス電圧を追加するため、シールドされたケーブルと対地定格電圧のチェックの両方がサイジング作業の一部になります。

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入札書類でよく見られるサイズ設定の間違い

• グループ化するときに、1 つの軽減係数を適用し、残りの係数を忘れると、周囲温度と土壌条件がすべて同時に作用します。
• 70 °C または 90 °C で動作する導体に 20 °C の抵抗値を使用します。
• 実際の負荷ではなく、すでに指定されているブレーカーに合わせてサイジングします。
• オフィスの IT 機器や LED 照明など、高調波の多い負荷を伴う回路では中性点を無視します。
• 実際の問題が配線の長さや力率の低下である場合、ケーブルを太くすれば電圧降下の問題が解決すると仮定します。
• 機械的強度と保護導体の連続性に必要な最小断面積を忘れています。

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無錫広環ケーブルは、1998 年以来、中国のケーブルタウンとして知られる宜興市関林でワイヤとケーブルを製造してきました。当社の製品範囲は、低電圧および中電圧の電力ケーブル、架空導体、電気機器ケーブル、太陽光発電、鉄道輸送、耐火用途向けの特殊ケーブルをカバーしており、70 以上の生産ラインと試験ラインで 100 以上のシリーズと 30,000 以上の仕様が生産されています。テュフ ラインランド認証や ISO 9001、ISO 14001、ISO 45001、ISO 50001 システム認証など、当社の承認の詳細は、 製品認証ページ .

負荷スケジュール、ルートの長さ、設置方法、周囲条件を送信していただければ、当社のエンジニアが上記と同じ 4 つのチェックを実行し、最初の検査に合格する断面、絶縁タイプ、およびケーブル構造を返します。