許容電流の謎：大きい方が必ずしも良いとは限らない理由

より多くの電流を流す必要がある場合、最初に思い浮かぶのは「もっと太いケーブルを使えばいい」ということかもしれません。結局のところ、導体が太いほど抵抗が少なくなり、より多くのアンペアを流すことができます。この論理は、ある程度までは正しいです。しかし、現実の世界では、単にケーブルを太くするだけで、新たな問題が生じることがよくあります。これが、許容電流（ケーブルの電流容量）。大きいほど良いとは限らない理由を理解することが、安全で効率的かつ費用対効果の高い電気設計の鍵となります。

1. 許容電流とは何か？

許容電流これは、ケーブルが耐熱温度を超えずに連続的に流すことができる最大電流（アンペア）です。この制限を超えると、絶縁体が溶けたり、導体が酸化したり、火災が発生する可能性があります。

許容電流は以下に依存します。

• 導体材料（銅またはアルミニウム）および断面積。

• 絶縁材の種類（PVC、XLPE、シリコンなど）ごとに、最大使用温度が定められています。

• 設置条件（空中、地中、電線管内、他のケーブルとの束ね込み）

• 周囲温度（高温環境では許容電流が低下する）。

つまり、ケーブルのサイズは、より大きなパズルのほんの一部分に過ぎないのです。

2. 単純な見方：導体が太いほど電流が流れる

はい、導体が太いほど抵抗値は低くなります（R = ρL/A）。抵抗値が低いということは、発生する熱量（I²R損失）が少ないということです。したがって、同じ温度上昇であれば、太いケーブルにはより多くの電流を流すことができます。

例えば：

• 2.5 mm² 銅ケーブル (一般的な家庭用回路): 約 20 A。

• 16 mm² 銅ケーブル (小規模作業場のフィーダー): 約 70 A。

つまり、太いケーブルほど多くの電流を流せるということだ。では、なぜ常に可能な限り太いケーブルを使わないのか？それは、他の要因がすぐにその性能を阻害するからだ。

3．問題1：放熱が悪化する

太いケーブルは表面積が大きいため、放熱に役立ちます。しかし、熱を受ける体積（質量）も大きくなるため、表面積と体積の比率実際には、サイズが大きくなるにつれて減少する。

小さな立方体と大きな立方体を想像してみてください。小さな立方体は体積に対する表面積が大きいため、より早く冷えます。ケーブルにも同じことが言えます。非常に太いケーブルは内部に熱を蓄えます。その内部の熱は表面にすぐに伝わらないため、導体に近い絶縁体は外側の被覆よりも高温になります。

実際には、導体の断面積を2倍にするとない許容電流を2倍にしても、増加率は比例関係に満たない。最終的には、銅の量を増やしても効果は逓減する。

4. 問題2：表皮効果（エアコンの場合）

50/60 Hz では、交流電流は導体の表面付近を流れる傾向がある。スキン効果非常に太い固体導体の場合、内側のコアにはほとんど電流が流れません。つまり、中心部の余分な銅は無駄になるということです。

交流の場合、1本の巨大な固体バーは非効率的です。これを解決するために、ケーブルは撚り線導体（多数の細いワイヤー）あるいはミリケン絶縁された撚り線を持つ導体。しかし、それでも許容電流はサイズに比例して比例するわけではない。

直流の場合、表皮効果は存在しないため、非常に太い直流ケーブルの方が効率的です。

5. 問題3：インストール時の悪夢

より太いケーブルは以下のとおりです。

• 重い1000mm²の銅ケーブルは、1メートルあたり10kg以上の重さになる。そのため、取り扱いには複数の作業員と重機が必要となる。

• より硬い・最小曲げ半径は直径とともに大きくなります。太いケーブルは角を曲がったり、接続箱に収まらない場合があります。

• より高価銅は高価で、アルミニウムは安価だが、それでもコストはかさむ。

「念のため」ケーブルを太くすると、設置が不可能になったり、プロジェクトコストが大幅に上昇したりする可能性があります。エンジニアは、許容電流要件を安全に満たす最小のケーブル最大ではない。

6. 問題4：端子とコネクタの制限

すべてのケーブルは、ブレーカー、ラグ、バスバーといった端子で終端します。これらの端子は、特定の導体サイズに合わせて設計されています。ケーブルが大きすぎると接続できず、レデューサーや特殊なアダプタを使用する必要が生じますが、これらは抵抗点や故障箇所を生み出す可能性があります。

また、太いケーブルには強力な圧着工具が必要です。400mm²のケーブルの圧着ミスは、10mm²のケーブルの圧着ミスよりもはるかに大きな損失につながります。

7. 問題5：バンドルペナルティ

複数のケーブルを一緒に配線する場合（電線管、トレイ、またはハーネス内）、ケーブル同士が発熱します。各ケーブルの許容電流は減価4～6本のケーブルのグループの場合、許容電流を30%以上減らす必要があるかもしれません。

各ケーブルをすでに太くすると、束が巨大で重くなり、相互発熱のために意図した総電流が得られない可能性があります。解決策は多くの場合、並列の小型ケーブル1本の巨大なケーブルの代わりに、放熱性が向上し、取り扱いが容易になり、多くの場合コストも削減できる。

8．正しいアプローチ：最大化ではなく、一致させること

電気工事規定（NEC、IEC）では、以下の要素に基づいて必要な導体サイズを計算するための表と式が提供されています。

• 負荷電流（連続電流およびピーク電流）。

• 周囲温度（定格低下係数）。

• 電線管内の導体数（定格低減）。

• 断熱材の温度定格（例：XLPEは90℃、PVCは60℃）。

エンジニアは最小許容サイズすべての要件を満たすものを選び、さらに安全マージン（例えば、連続負荷の125%）を追加することが多い。しかし、コスト、重量、曲げ半径、端子との互換性といったトレードオフがメリットをすぐに上回ってしまうため、不必要に「大型化」することはほとんどない。

9. 実例：太陽光発電所の直流ケーブル

太陽光発電所では、長い直流ケーブルの束が使用されます。エンジニアがケーブルのサイズを大きすぎると、数千メートル分の銅の追加コストでプロジェクトが破綻する可能性があります。しかし、小さすぎると、電圧降下と発熱によって発電量が低下します。最適なサイズは正確に計算されます。最大でも最小でもなく、最も経済的これにより、温度と電圧降下を許容範囲内に抑えることができます。

許容電流は、大きいほど良いとは限らないため、難題です。導体が太いほど多くの電流を流すことができますが、放熱性の低下、設置の困難さ、コストの増加、コネクタの問題も伴います。ケーブル設計の技術は、スイートスポット導体は、熱を逃さず効率的に動作させるのに十分な太さでありながら、実用的で手頃な価格で設置しやすいサイズである必要があります。次に太いケーブルを見かけたら、それが最大サイズではなく、用途に合った適切なサイズであることを思い出してください。そして、それが許容電流に関する謎を魅力的かつ不可欠なものにしているのです。

>>>>>>>Ruiyang Groupの競争力のある製品群には以下が含まれます。

• 低圧および高圧XLPE絶縁電力ケーブル

• PVC絶縁電源ケーブル

• 低煙・低ハロゲン難燃性ケーブル

• 耐火性ケーブル

• アルミニウム合金ケーブル

• 柔軟なキャブタイヤケーブル

• 架空ケーブル

• コントロールケーブル

• シリコンゴムケーブル